"Contor" energie - DC, mica putere

[informer]

Cred ca majoritatea ne-am lovit macar o data de necesitatea calculului "bugetului" de putere in cazul alimentarii din baterii / acumulatoare.
Ca exemplu oarecumva notoriu: transmiterea wireless a unei valori masurate la un anumit interval de timp.
Daca acest interval este constant, daca se cunoaste exact durata transmiterii pachetului de date, daca se cunoaste exact timing-ul emitatorului, daca se cunosc cu precizie consumurile in toate regimurile intermediare s.a.m.d.... atunci calculul poate sa se apropie de o valoare corecta.
Numa` ca-s multi de daca....
Iar in cazul in care toate aceste repere temporale nu se cunosc prea exact si/sau pot aparea aleator, un calcul cat de cat precis este imposibil... si de aici m-am gandit c-ar fi util un astfel de "contor".

Teoretic nu-i mare filozofie dar este nevoie de:

- un "ampermetru" cu comutare electronica a scalelor pt. a functiona intr-o plaja larga de curenti (as propune de la zeci de uA la sute de mA)
- un ADC cat mai precis cu un timp de conversie cat mai mic pt. un buget energetic cat mai riguros.
- o logica de comutare a scalelor a.i. sa nu perturbe consumatorul indiferent de coincidenta intre momentul masurarii consumului si starea device-ului monitorizat.

A experimentat cineva partial sau in intregime asa ceva? Credeti ca-i util? Pareri pro sau contra?
 

[iop95]

Pentru un consumator cu profil de consum cunoscut e mult mai simplu de masurat tensiunea acumulatorului (eventual la momente de timp ce coincid cu consumuri diferite).

Astfel se poate estima timpul ramas folosind caracteristica/starea de incarcare a acumulatorului (SoC); aceasta solutie e folosita in notebook-uri si ups-uri;

TI are niste CI-uri specializate/programabile pentru incarcare/monitorizare acumulatori de diverse tipuri.

[Eusebiu Angelescu]

Ｉ....acum ceva timp am vrut sa realizez ceva asemanator....si am ajuna la concluzia ca trebuie sa testez ADE7759....din pacate n-am avut timpul necesar....asa incat n-am decat sa aplic....culmea este ca am si integratul...sh recuperat de pe niste placi

[Dxxx]

Pai daca nu poate si sa-ti trimita SMSuri ca sa-ti spuna exact situatia... daca nu poate sa te localizeze folosind transponderul pe care iti este conectat telefonul... daca atunci cand nu te localizeaza nu poate sa dea mail la persoana desemnata de back-up - atunci eu zic ca este nimica, de pomana munca.

 

Eu am o problema filozofica cu ce spui tu.

Consumi potential microAmperi in circuitul alimentat - asa zici tu. Si vrei sa adaugi montajul contor, care in permanenta va monitoriza consumul - cum poti face asta cu un contor care sa consume nanoamperi??? ca numai la un astfel de consum se justifica alimentarea contorului tau.

Eu am o boala pe marketing, care "induce" clientului "mediu" necesitati pe care el nu prea le are: telefoane care fac alte lucruri decat comunicare voce, masini care se conduc singure etc. etc.

Unde a disparut ideea mai ecologista de a te limita la strictul necesar?

 

Mi se pare aiurea sa-ti gasesti o presupusa nevoie, care sigur nu exista.

Care ar fi problema daca dispui langa montaj un voltmetru activabil prin contact fara retinere, sau un indicator fie si ultrasimplu cu un led rosu/verde de unde sa stii aproximativ cat de incarcata este bateria???

 

Cu ce te ajuta sa stii cand si cat s-a consumat - daca ar putea sa genereze un log?

Cu zero - pentru ca este mai simplu sa masori initial capacitatea bateriei si daca ai curiozitati necontrolabile macar sa vezi ritmul de consum din starea prezenta fata de starea incarcat 100%.

[informer]

@iop95, profilul de consum exact al consumatorului este elementul necunoscut (acei de daca...). Dar poate fi o abordare interesanta masurarea indirecta a necesarului de energie prin masurarea descarcarii sursei de energie. Ma gandesc aici la a incarca un supercondensator intre o limita superioara si una inferioara, ambele in plaja acceptata de consumator ca tensiune de alimentare si contorizarea numarului de incarcari... e un pic cam "exotic" dar posibil sa mearga...  

@Eusebiu Angelescu nu stiu integratu` da` iau datasheet-u` sa-l citesc... 

@Dxxxnu stiu cu cine vorbesti si depre ce vorbesti... ceea ce intentionez eu sa construiesc masoara bugetul necesar de energie pt. un consumator in vederea alegerii bateriei/acumulatorului si estimarea autonomiei, ambele ulterioare. Ce zici tu acolo n-are nici o relevanta pt. cazul considerat si ti-as fi recunoscator, dupa cum ti-am mai spus de cateva ori, sa ma scutesti de aciditatea exprimarilor tale ("presupusa nevoie", "curiozitati necontrolabile" etc.).

[gauss]

Un datalogger , cu consultare ulterioara ? Sau chiar cu ceva transmisie in 433 MHz , exista low - power devices , definite ca standard si disponibile fizic . 

 

P.S. - n - am inteles daca " masurarea " e alimentata ( obligatoriu ) din sursa analizata , atunci se schimba fundamental abordarea . 

[informer]

10 minutes ago, gauss said:

P.S. - n - am inteles daca " masurarea " e alimentata ( obligatoriu ) din sursa analizata , atunci se schimba fundamental abordarea . 

Nu din sursa analizata, ma gandeam la masurare inainte de constructia finala.

Am dat exemplul cu transmiterea wireless doar pt. a exemplifica un device care de regula sta in sleep unde consuma f. putin (uA) si din cand in cand, se trezeste, masoara (mA) si (cateodata, functie de valoare...) transmite (sute de mA).

Am zis ca-i ceva reprezentativ pt. un consumator cu necesitati variate si unde "necesarul" e  mai greu de calculat pe hartie.

Estimarea bugetului se poate face alimentand de la sursa din atelier...  

 

Editat Mai 17, 2019 de informer

[gauss]

Asa ... , atunci trebuie alta abordare . Probabil veti gasi o solutie rezonabila . N - am inteles foarte exact finalitatea , ma rog , nu vreau sa dezvolt scenariul meu . Inteleg ca e vorba de estimarea cantitatii de energie ramasa intr - o sursa ( de care o fi ea ) , dupa care se schimba ( inlocuieste ) ? Poate ceva celule solare , daca " e voie " ... In fine , poate inteleg mai multe din desfasurarea ulterioara a topicului . Sigur sant pe langa scenariul ( inteleg ) ipotetic in momentul actual . Raman doar " la receptie " , pana ma dumiresc . Posibil sa nu se intample .... , nu e nici o neplacere . Macar (sa) nu stanjenesc topicul ...

Editat Mai 17, 2019 de gauss

[informer]

Probabil nu m-am exprimat bine de la inceput, incerc sa vin cu completari.

Ca un caz extrem, daca luam un LED care consuma sa spunem 10mA dintr-o baterie, e destul de simplu de estimat cat tine bateria in cauza, cunoscand capacitatea ei si curba de descarcare pt. acel curent sau prin zona aia.

In schimb, daca am un consumator cu consum variabil intr-o plaja larga si cu durate nu tocmai cunoscute exact pt. fiecare palier de consum, e destul de greu de apreciata valoare energiei consumate intr-o unitate de timp (minut, ora, zi). 

Asta vreau sa vad, necesarul de energie pt. consumator, nu ma intereseaza momentan cine da acea energie... dupa ce stiu acest necesar, pot sa aleg bateria/acumulatorul care se potriveste pt. autonomia dorita.

Editat Mai 17, 2019 de informer

[informer]

OK, am sa merg mai departe in a prezenta ce probleme am intampinat cu comutarea automata a scalelor pt. un ampermetru si perturbarea functionarii consumatorului in acest caz.

Fac asta pt. ca mi se pare singura problema realmente dificila dintre cele mentionate in postarea initiala.

 

Am facut o sursa de alimentare cu tensiune variabila pt. atelier si am vrut sa masor curentul consumat intr-o plaja larga (100nA - 1A) FARA sa fie nevoie sa comut manual scalele.

Data fiind plaja larga, un singur sunt era insuficient asa ca am calculat valorile la 3... scurtcircuitam automat sunturile cu rezistenta mare a.i. puteam ramane doar cu cel de valoare mica, pt. curenti mari.

Testat cu sarcini rezistive, ampermetrul functiona perfect, isi gasea singur scala cea mai potrivita, afisa cu rezolutia maxima pt. domeniul respectiv etc.

DAR am pus la un moment dat exact un device wireless cum am descris anterior, cu consum variabil intr-o plaja larga.

PROBLEMA: ampermetrul "se seta" pe masurarea curentului de stand-by adica intercala in circuit suntul de valoare mare. Daca in acest moment device-ul intra in modul "transmitere" si incerca sa absoarba un curent mare, caderea de tensiune pe sunt (mult prea mare) determina resetarea intregului device prin caderea tensiunii de alimentare sub valoarea admisa.

Evident, am modificat pe setare manuala si am rezolvat problema sursei...

 

Cum as putea sa rezolv asta automat? Cum as putea sa sesizez tendinta de crestere a curentului si sa comut rapid ampermetrul inapoi pe scala pt. consum mare? Pot face asta fara sa afectez device-ul alimentat? As zice ca daca prevad o comutare suficient de rapida, as avea sanse... dar...   

 

[iop95]

Problema se poate rezolva doar cu un AO cu plaja f larga de amplificare si scalare automata.

Adica se foloseste un singur shunt (de valoare mica/pt curentul maxim) iar pentru curenti mici evident tb. amplificata tensiunea furnizata de shunt. Cred ca exista ceva CI specializate ... daca imi amintesc bine.

E o problema clasica in echipamentele de masurare.

La nivel de amator... cred ca se poate face o schema cu autoscalare si auto-comutare/scurt-circuitare shunt-uri cu relee de calitate; cele n shunt-uri sunt inseriate si vor fi scurt-circuitate pe masursa ce e nevoie de curenti tot mai mari. Problema apare la rez. de contact a releelor... la curenti mari cand cele doua pot ajunge comparabile si sa apara erori mari.

 

Legat de partea de monitorizare consum... acum am inteles ce se doreste de fapt. Intrebarea e daca acea estimare/masurare in laborator pentru un aparat x cu un profil de consum variabil nu va fi foarte departe de profilul real in cazul utilizatorului n1...nx, si predeterminarea nivelului de energie necesar sa fie departe de realitate si sa induca in eroare utilzatorul (supra sau sub estimare a timpului de functionare ramas).

In cazurile acestea cred ca singura solutie este monitorizarea SoC (state of charge) a acumulatorului; cu aceasta predeterminare de laborator se poate face o estimare grosiera pentru a alege un acc x care sa ofere un timp de back-up minim t. De aici rezulta o anumita capacitate pt acc si se va alege prima valoarea disponibila si care raspunde cerintelor de format/tensiune/pret/etc.

Afisarea catre utilizator a timpul de back-up se poate face (cat de cat corect) prin monitorizarea efectiva a acumulatorului din echipamentul respectiv.

[informer]

Multumesc pt. idei @iop95!

Partea de comutare a sunturilor am facut-o cu MOS-uri, am prezentat un concept de sursa mai demult, copiez mai jos sectiunea relevanta.

Functionarea este OK, precizia suficienta pt. regim amatoricesc, cum se vede in poza (dreapta valori setate in soft pt. U si I limita, stanga valori masurate).

Comutarea se face insa manual (folosind switch-ul encoderului pt. curent maxim) din motivul expus mai sus.

 

In ce priveste energia necesara device-ului sunt de acord ca e doar o estimare atat timp cat regimul de functionare este aleator.

Dar la fel de aleator este si consumul unui laptop sau tableta si totusi exista estimarea energie ramase pe afisaj.

Acea energie poti s-o consumi in jumatate de timp daca randezi imagini sau faci conversii video sau poti s-o consumi in dublu timp daca scrii in gedit sau notepad.

Poti sa expui device-ul la solicitari considerate maxime si sa estimezi "de acolo in jos".

In schimb daca ai un regim constant, ca exemplu transmiti wireless o temperatura la x minute, estimarea va fi foarte aproape de valoarea reala, pt. orice user.

Sigur ca poti calcula pe hartie ca din x minute, y minute sta in stand-by, 1,234s masoara si 0,234s transmite si consuma nu stiu cat in fiecare stare... dar nici timpii astia si nici consumurile nu-s chiar usor de determinat folosind doar hartie+creion+datasheet-uri. Iar daca in loc de baterie/acumulator ai un supercap relativ mic (ca mie astia-mi plac...  ), unde fiecare uWh ii esential acolo chiar tre` sa apreciezi bine ce energie consumi.

De aici ideea... mie mi se pare utila determinarea dar nu am pretentia si nu incerc sa conving pe nimeni sa creada la fel... luati-o ca provocare tehnica... cu rost sau fara rost...

 

 

 

 

 

 

Editat Mai 17, 2019 de informer

[iop95]

Comutarea cu MOS-uri poate fi problematica daca nivelul de tensiune pe shunt-uri e sub Vds minim; in plus Rds ar trebui sa fie macar cu un ordin de marime mai mica decat cea mai mica valoarea a unui shunt din lant.

Autoscalarea se poate face cu comparatoare cu ceva histerezis pentru a evita oscilatiile.

 

Aici poate ar fi de testat si o alta solutie de shunt, respectiv folosind un MOS in zona liniara cu control pe Vgs.

 

Da, ideea e f buna daca ai un profil cunoscut al consumului.

La notebook-uri e afisat un timp ramas calculat de controllerul de incarcare pe baza consumului curent si al SoC. Pe o magistrala i2c sau similara comunica cu partea de management si afiseaza acest timp.

Probabil functie de CI si setari, face acest calcul la un interval mai mic sau mai mare, dar imediat ce consumul creste substantial o sa vedeti ca se modifica timpul afisat.

Tensiunea acc Ua este masurata si din curba SoC afla care este nivelul de energie ramas Wr pana la tensiunea minima setata (la care decupleaza consumatorul pentru a proteja acc); masoara si curentul consumat Ix si calculeaza timpul ramas tr = Wr/(Ua*Ix).

[Voltus]

Folosesti un  singur shunt si amplifici tensiunea de pe el cu un operational .Amplificarea operationalului  o modifici scurcircuitand cu  mosfeti rezistentele ( una sa mai multe ) catre masa care determina ampificarea finala a operationalului .Eventual poti amplifica tensiunea de pe shunt  cu mai multe  amplificatoare operationale avand amplificari diferite si din soft alegi iesirea a.o.  care asigura rezolutia cea mai buna pentru curentul  masurat .

Editat Mai 17, 2019 de Voltus

[informer]

Multumesc @Voltus.

Am sa fac calculele in acest mod pt. masurarea energiei consumate in plaja zeci de uA la sute de mA... sa vad ce compromis pot sa fac.

La sursa anterioara nu mergea pt. ca:

Pt un curent de 1A considerand o cadere maxima de tensiune pe sunt de 0.1V (pt. a nu afecta semnificativ circuitul de masura) rezistenta suntului ar trebui sa fie de 0.1 ohmi.

Pt. a detecta variatii de curent de 100nA cum este cazul sursei de mai sus ar trebui detectata o variatie de tensiune pe sunt de 0.1 x 100 * 10^(-9) V adica 0.01uV... 

Editat Mai 17, 2019 de informer