Messtechnik
Energie- und Leistungsmessung an Energy-Harvesting-Anwendungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Test des ganzen Energy-Harvesting-Systems
Ist sowohl der passende Funksender als auch der passende Energy Harvester ausgewählt, kann im nächsten Schritt alles zusammengeschaltet und die Funktion geprüft werden. Zur Quantifizierung der Leistung werden nun Strom- und Spannungsmessungen benötigt. Die Spannungsmessung ist einfach. Die Messung des geringen, dynamischen Stroms hingegen ist nicht trivial. Dazu könnte z.B. ein Messwiderstand in den Strompfad eingesetzt werden, aber die Spannung über dem Messwiderstand reduziert die Versorgungsspannung des Testobjekts und könnte dessen Funktion beeinträchtigen.
Im schlimmsten Fall, wenn die Spannung hinter dem Messwiderstand unter die minimal erforderliche Betriebsspannung fällt, funktioniert es überhaupt nicht mehr.
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Die SMU N6781A von Agilent kann als Strommessgerät arbeiten und weist dabei zwischen ihren Anschlussklemmen eine Spannungsdifferenz von 0 V auf (Bild 5). Auf diese Weise können Ströme mit großem Dynamikbereich gemessen und wie auf einem Oszilloskop oder einem Datenlogger angezeigt werden. Die Spannung misst ein im SMU eingebautes, zusätzliches Digitalvoltmeter.Strom- und Spannungskurven werden synchron erfasst und auf dem gleichen Bildschirm als „V“ und „I“ angezeigt.
Auch eine Leistungskurve kann dargestellt werden. Mittels Markern lässt sich Anfang und Ende eines Zyklus kennzeichnen, um die in diesem Abschnitt benötigte Energie zu bestimmen.
Die Energie für den Betrieb des Funksenders im als Beispiel gewählten Funk-Lichtschalter stammt aus der mechanischen Bewegung eines elektromagnetischen Wandlers. Bei der Betätigung des Schalters handelt sich somit um ein einmaliges Ereignis.
Als Triggersignal für die Messung mit dem Gleichstrom-Leistungsanalysator N6705B dient die ansteigende Spannungsflanke. Der Triggerausgang liefert ein Signal, das andere Messungen triggern kann, etwa ein Oszilloskop oder einen Spektrumanalysator.
Mikrocontroller und Funksender für sicheren Betrieb optimieren
Der Einsatz eines mechanischen Energy Harvester ist während der Entwicklung der Schaltung nicht besonders praktisch, weil man ihn für jede Messung mechanisch betätigen muss.
Für die Arbeit im Labor ist daher eine zuverlässige Quelle für gepulste Ströme, also ein „Energy-Harvester-Simulator“, sehr hilfreich und sinnvoll. Diese Funktion kann der Arbiträrsignalgenerator in der SMU N6781A erfüllen, indem er die zuvor beschriebenen Spannungsformen generiert (Bild 6).
Auf diese Weise können am Messplatz reproduzierbare Energieimpulse erzeugt und auch verändert werden, z.B. um die Grenzen des Betriebsbereichs auszuloten. So kann sich der Entwickler voll auf seine Schaltung konzentrieren und muss zwischendurch nicht dauernd auf den Schalter drücken, um den elektrodynamischen Wandler zu betätigen.
Die Autoren:
Carlo Canziani erhielt sein Diplom in Nachrichtentechnik im Jahr 1983. 1985 begann er bei Hewlett Packard (heute: Agilent Technologies) in der Kundenbetreuung im Bereich Messtechnik für akkreditierte HF-/Mikrowellen-Labore. 1999 wechselte er in die Vertriebsabteilung und dann im Jahr 2009 ins Marketing. Dort ist Carlo Caziani für die Region Europa, Naher Osten und Afrika für spezielle Stromquellen verantwortlich. (carlo_canziani@agilent.com)
Wolfgang Gross studierte Elektrotechnik an der RWTH Aachen und war seit 1984 bei Hewlett Packard und seit Juni 2000 bei Agilent Technologies im Vertrieb für elektronische Messtechnik in verschiedenen Bereichen tätig. In seiner jetzigen Funktion trägt er als Manager in der Region Europa, Naher Osten und Afrika die Verantwortung für Applikationsunterstützung sowie technischen Support und Schulung. (wolfgang_gross@agilent.com)
- Energie- und Leistungsmessung an Energy-Harvesting-Anwendungen
- Messkonzept mit hoher Dynamik
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