Существует множество микросхем счетчиков кулонов, которые измеряют суммарный ток, входящий в батарею или выходящий из нее, для оценки состояния заряда. Существуют ли хорошие микросхемы для простых схем с целью измерения того, сколько заряда используется конкретной операцией, которая может занять 1-500 мс? Ни один из рассмотренных мной чипов для подсчета заряда не обеспечивает хорошего разрешения в короткие промежутки времени. Например, типичный чип будет выдавать примерно два счета в секунду при максимальном входном токе; если для операции требуется, например, 100 мА в течение 10 мс и 25 мА в течение 90 мс, кулоновый счетчик, который выдает два счета в секунду при максимальном токе (100 мА), будет предлагать один счет на 50 мКл. Описанная операция потребует 3,25 мКл, поэтому счетчик будет давать только один отсчет каждые 15 операций.
Один подход, который я рассматривал, заключался в использовании импульсного источника питания с прерывистым режимом работы, работающего от регулируемого входного напряжения, и подсчете количества импульсов переключателя. Это должно дать подсчет с высоким разрешением; если импульсный источник питания всегда использовал одинаковую величину тока в каждом импульсе, и если ток всегда падал до нуля между импульсами, количество импульсов должно быть прямо пропорционально общему интегрированному току. К сожалению, это не самый эффективный способ управления коммутатором, и большинство коммутаторов пытаются работать более эффективно.
Предположим, что напряжение питания будет 3 или 6 вольт, максимальный ток 250 мА, и цель состоит в том, чтобы иметь минимум 50% эффективности и 3 мВт рассеяния в состоянии покоя, что было бы лучшим подходом?
Приложение
Хотя я хотел бы иметь подход к измерениям общего назначения, конкретное приложение, которое я имею в виду, — это определение факторов, влияющих на энергопотребление различных «интеллектуальных» ВЧ-модулей, которые будут использоваться на открытом воздухе. Например, если модули обычно потребляют 1 мАс каждые 15 секунд для поддержания сетки, но во время ливня некоторые модули иногда начинают потреблять 10 мАс каждую секунду в течение пары минут, такие вещи было бы полезно знать. Если по какой-то причине ток покоя, который обычно составляет 25 мкА, иногда увеличивается до 40 мкА, я бы тоже хотел это знать.
Многие устройства интегрирования заряда работают путем измерения мгновенного тока и интегрирования измеренных значений. Меня беспокоит то, что мгновенный ток будет иметь довольно большой динамический диапазон (я хотел бы, если возможно, быть точным до 10 мкА в ситуациях с низким током, но иметь возможность фиксировать события до 250 мА), и снимать показания с этим уровень предвидения, достаточно быстрый, чтобы обеспечить точную интеграцию даже коротких событий, может показаться немного сложным.
Одним из решений, о котором я думаю, было бы использование PIC со встроенным или внешним аналоговым компаратором, работающим от регулируемого напряжения 3,30 вольта; всякий раз, когда выходное напряжение ниже 3,10 В, включите PFET с последовательным резистором, отрегулированным на пропускание 0,50 А при падении напряжения 0,20 В. Если на выходе имеется достаточное ограничение, PIC должен быть в состоянии спать, когда на выходе есть достаточное напряжение; когда напряжение падает ниже 3,10 вольт, PIC может проснуться, подавать импульсы на PFET до тех пор, пока напряжение не вернется выше 3,10 вольт, и, если зарядка не занимает слишком много импульсов, «вернуться в постель».
Я ожидаю, что на точность шкалы измерения должна влиять точность часов PIC, эффективное комбинированное сопротивление PFET и последовательного резистора, а также сравнение выходного напряжения с 3,10 вольт, регулирование входа 3,30 вольт. Точность смещения измерения будет зависеть исключительно от утечки.
Если цель состоит в том, чтобы иметь общую точность 10%, PIC, как правило, должен поддерживать выходной сигнал в пределах 0,02 В от цели. При нагрузке 250 мА конденсатор емкостью 1000 мкФ упадет на 0,250 В/мс. Поддержание падения напряжения ниже 0,02 В потребует, чтобы PIC просыпался в течение 80 мкс, что, я думаю, вероятно, выполнимо с PIC на основе RC-генератора.
Интегрировать ток не сложно. Если вы готовы свернуть свой собственный, вы будете иметь полный контроль над спецификациями.
Как вы, наверное, знаете, конденсатор имеет отношения Q = CV и .
Один из способов, который мне приходит в голову, - это создать текущее зеркало для зарядки кепки. Все, что нужно, это считывание напряжения на крышке. Вы можете получить колпачки настолько точными, насколько вам нужно, и существует множество точных текущих конфигураций зеркал.
С таким методом вы действительно можете получить любую сложность, которая вам нужна. У вас может быть несколько разрешений (несколько зеркал и колпачков разных размеров). Вы можете использовать операционные усилители для улучшения разрешения и создания простого сброса.
Конечно, это не так просто, как использовать чип, но, как вы уже сказали, вы не можете найти чипы, соответствующие вашим потребностям.
Возможно, можно использовать измерение тока (даже приближение), но я не уверен, что вы получите точность. Например, если ваша нагрузка довольно низкая, вы можете последовательно подключить резистор на 1 Ом. Тогда напряжение на резисторе равно току. Интегрируйте это (скажем, с помощью операционного усилителя), и вы получите заряд. Эффективность здесь будет намного больше, почти близкая к единице, в то время как текущий зеркальный метод будет чуть меньше 50%.
Я бы предложил другой подход: подключите небольшой резистор (например, 0,1 Ом 1% или лучше — точное сопротивление должно зависеть от тока вашей нагрузки и точности, которую вы пытаетесь достичь) последовательно с аккумулятором и через него. усилитель тока (например, MAX4173) и подключите его к ЦАП (есть микроконтроллеры, которые поставляются с ЦАПами внутри). Таким образом, вы можете измерять ток в режиме реального времени (конечно, в зависимости от частоты дискретизации) и выполнять интеграцию в режиме онлайн или выполнять постобработку (опять же, в зависимости от того, что у вас есть и чего вы хотите достичь).
Рассматривали ли вы возможность посмотреть, что другие люди используют для измерения тока в краткосрочной шкале?
Доктор Сергей Скоробогатов. «Атаки по сторонним каналам: новые направления и горизонты» . Кембриджский университет, 2011 г. упоминает «осциллограф и небольшой резистор в линии электропитания».
Эрик Го. «Учебное пособие по SHA-3 на SASEBO-GII» 2010 г. упоминает резистор 1 Ом между VCC и устройством.
Проф. Жан-Жак Кискватер и Франсуа Кёне. «Атаки по побочным каналам» . В 2002 году упоминается резистор на 50 Ом, «вставленный последовательно с входом питания или заземления. Разность напряжений на резисторе, деленная на сопротивление, дает ток».
Пол Кохер · Джошуа Джаффе · Бенджамин Джун · Панкадж Рохатги. «Введение в анализ дифференциальной мощности» . В 2011 году упоминается: «Хотя резистор, включенный последовательно с линией питания или заземлением, является самым простым способом получения трасс питания, мы также успешно использовали внутреннее сопротивление батарей и внутренних источников питания».
Коннор Вульф
Коннор Вульф
Коннор Вульф