Penghitungan coulomb skala waktu singkat

Ada banyak chip penghitung coulomb yang mengukur arus terintegrasi yang masuk atau keluar dari baterai untuk keperluan memperkirakan kondisi pengisian daya. Apakah ada chip yang baik untuk rangkaian yang mudah untuk tujuan mengukur berapa banyak biaya yang digunakan oleh operasi tertentu yang mungkin memerlukan waktu 1-500 ms? Tidak satu pun dari chip penghitungan biaya yang saya lihat menawarkan resolusi yang baik pada skala waktu yang singkat. Chip tipikal, misalnya, akan menghasilkan kira-kira dua hitungan per detik pada arus input maksimum; jika suatu operasi membutuhkan mis. 100mA untuk 10ms, dan 25mA untuk 90ms, sebuah penghitung coulomb yang akan menghasilkan dua hitungan per detik pada arus maksimum (100mA) akan menawarkan satu hitungan per 50mC. Operasi yang dijelaskan akan mengkonsumsi 3,25mC, sehingga penghitung hanya akan menghasilkan satu hitungan setiap 15 operasi.

Salah satu pendekatan yang saya pertimbangkan adalah menggunakan catu daya switching mode-terputus-putus, beroperasi dari tegangan input yang diatur, dan menghitung jumlah pulsa switcher. Itu akan menghasilkan hitungan resolusi tinggi; jika catu daya switching selalu menggunakan jumlah arus yang sama di setiap pulsa, dan jika arus selalu turun ke nol di antara pulsa, jumlah pulsa harus berbanding lurus dengan total arus terintegrasi. Sayangnya, itu bukan cara yang paling efisien untuk mengoperasikan switcher, dan sebagian besar switchers berusaha untuk beroperasi lebih efisien dari itu.

Misalkan tegangan suplai akan menjadi 3 atau 6 volt, arus maksimum adalah 250mA, dan tujuannya adalah untuk memiliki efisiensi minimum 50% dan disipasi diam 3mW, apa yang akan menjadi pendekatan terbaik?

Tambahan

Meskipun saya ingin memiliki pendekatan pengukuran tujuan umum, aplikasi tertentu yang saya pikirkan adalah menentukan faktor-faktor apa yang mempengaruhi konsumsi energi dari berbagai modul RF "cerdas" yang akan digunakan di luar ruangan. Sebagai contoh, jika modul biasanya mengkonsumsi satu MA setiap 15 detik untuk menjaga mesh, tetapi selama hujan badai beberapa modul kadang-kadang akan mulai mengkonsumsi 10maS setiap detik selama beberapa menit, hal semacam itu akan berguna untuk diketahui. Jika karena alasan tertentu arus menganggur yang biasanya duduk di 25uA kadang-kadang naik hingga 40uA, saya ingin tahu juga.

Banyak perangkat mengintegrasikan muatan bekerja dengan mengukur arus sesaat dan mengintegrasikan nilai yang diukur. Kekhawatiran saya dengan itu adalah bahwa arus sesaat akan memiliki rentang dinamis yang agak besar (saya ingin jika mungkin akurat hingga 10uA dalam situasi arus rendah, tetapi dapat menangkap peristiwa hingga 250mA), dan mengambil bacaan dengan itu tingkat prevision yang cukup cepat untuk memastikan bahwa even pendek sekalipun dapat diintegrasikan secara akurat akan tampak sedikit rumit.

Salah satu solusi yang saya pikirkan adalah menggunakan PIC dengan komparator analog internal atau eksternal, menjalankan 3,30 volt yang diatur; setiap kali output di bawah 3,10 volt, nyalakan PFET dengan resistor seri yang diatur agar lulus 0,50A dengan penurunan 0,20 volt. Jika ada batasan yang cukup pada output, PIC harus dapat tidur setiap kali ada tegangan yang memadai pada output; ketika tegangan turun di bawah 3,10 volt, PIC bisa bangun, beri makan pulsa ke PFET sampai tegangan kembali di atas 3,10 volt, dan, jika pengisian daya tidak mengambil pulsa terlalu banyak, "kembali ke tempat tidur".

Saya berharap bahwa akurasi skala pengukuran harus dipengaruhi oleh keakuratan jam PIC, resistensi gabungan efektif dari PFET dan resistor seri, dan perbandingan tegangan output ke 3,10 volt, regulasi input 3,30 volt. Pengukuran akurasi offset akan murni fungsi kebocoran.

Jika tujuannya adalah untuk memiliki akurasi keseluruhan 10%, PIC umumnya harus menjaga outputnya dalam 0,02V dari target. Menghadapi beban 250mA, tutup 1000uF akan turun 0,250V / ms. Menjaga penurunan tegangan di bawah 0,02 volt akan membutuhkan PIC bangun dalam 80us, yang saya pikir mungkin bisa dilakukan dengan PIC berbasis RC-osilator.

Tidak sulit untuk mengintegrasikan arus. Jika Anda ingin membuat sendiri, Anda akan memiliki kontrol penuh atas spesifikasi.

Seperti yang mungkin Anda ketahui, kapasitor memiliki hubungan Q = CV dan $Q = \int i \cdot dt$ .

Salah satu cara saya melihat dari atas kepala saya untuk melakukan ini adalah dengan membuat cermin saat mengisi topi. Membongkar tegangan tutup adalah semua yang dibutuhkan. Anda bisa mendapatkan caps seakurat yang Anda butuhkan dan ada banyak konfigurasi mirror saat ini yang akurat.

Dengan metode seperti itu Anda benar-benar bisa mendapatkan jumlah kompleksitas yang Anda butuhkan. Anda dapat memiliki beberapa resolusi (beberapa cermin dan penutup dengan ukuran berbeda). Anda dapat menggunakan op amp untuk meningkatkan resolusi dan membuat reset sederhana.

Tentu saja tidak sesederhana menggunakan chip tetapi seperti yang telah Anda sebutkan, Anda tidak dapat menemukan chip yang sesuai dengan kebutuhan Anda.

Dimungkinkan untuk menggunakan penginderaan saat ini (bahkan kedekatan) tetapi saya tidak yakin keakuratan yang akan Anda dapatkan. Misalnya, jika beban Anda cukup rendah, Anda dapat memasang resistor 1ohm secara seri. Tegangan melintasi resistor kemudian sama dengan arus. Integrasikan ini (katakanlah, menggunakan op amp) dan Anda memiliki muatan. Efisiensi di sini akan jauh lebih besar, hampir mendekati kesatuan sementara metode mirror saat ini akan sedikit kurang dari 50%.

Saya akan menyarankan pendekatan yang berbeda: hubungkan resistor kecil (mis. 0,1 Ohm 1% atau lebih baik - resistansi yang tepat harus bergantung pada arus beban Anda dan keakuratan yang Anda coba capai) secara seri dengan baterai dan di atasnya sisi tinggi penguat arus akal (misalnya MAX4173) dan hubungkan ke DAC (ada mikrokontroler yang datang dengan DAC di dalamnya). Dengan cara ini Anda dapat mengukur arus secara real time (tergantung pada frekuensi sampling Anda, tentu saja) dan Anda dapat melakukan integrasi on-line atau pasca-proses itu (sekali lagi, tergantung pada apa yang Anda miliki dan apa yang ingin Anda capai.

Sudahkah Anda mempertimbangkan untuk melihat apa yang orang lain gunakan untuk pengukuran arus skala waktu singkat?

Dr Sergei Skorobogatov. "Serangan saluran samping: arah dan cakrawala baru" . University of Cambridge 2011. menyebutkan "osiloskop dan resistor kecil di jalur catu daya"

Eric Guo. "Tutorial SHA-3 tentang SASEBO-GII" 2010. menyebutkan sebuah resistor 1 Ohm antara VCC dan perangkat.

Prof. Jean-Jacques Quisquater dan Francois Koeune. "Serangan saluran samping" . 2002 menyebutkan resistor 50 Ohm "dimasukkan secara seri dengan input daya atau arde. Perbedaan tegangan melintasi resistor dibagi dengan hambatan menghasilkan arus."

Paul Kocher · Joshua Jaffe · Benjamin Jun · Pankaj Rohatgi. "Pengantar analisis daya diferensial" . 2011 menyebutkan "Sementara resistor dalam rangkaian dengan saluran listrik atau tanah adalah cara paling sederhana untuk mendapatkan jejak daya, kami juga telah berhasil mengeksploitasi resistansi internal baterai dan catu daya internal."