Strommessung
Schwankende Ströme mit Schaltreglern messen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Praktische Erfahrungen
Je schwächer der Strom, desto weniger Pulse ergeben sich pro Zeiteinheit. Um eine vorgegebene Genauigkeit zu erhalten, muss die Messzeit also entsprechend lang gemacht werden. Die Alternative zur Frequenzmessung ist die Messung des Pulsabstandes, das geht bei sehr niedrigen Pulsfrequenzen schneller. Die auswertende Software bildet dann ganz einfach den mathematischen Kehrwert.
Es wurden bei TI Schaltungen mit verschiedenen Dimensionierungen aufgebaut. Hier sind zwei verglichen, bei beiden Taktfrequenz 16 MHz, Messmethode Pulsdichte (keine Periodendauermessung):
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- Variante 1 mit Software-Steuerung, Mikrocontroller MSP430 (Bild 3). Minimale Pulsdauer: 62,5 ns (eine Periode), minimale Pulswiederholzeit: 32 Takte/2 µs. Strommessbereich: 100 nA bis 30 mA. Messzeit für 100 nA Auflösung: 1 s, für 30 nA Auflösung: 10 s (wegen Eigenrauschen des Systems; hier liegen die Grenzen). Materialkosten: 4 Dollar.
- Variante 2, Software-gesteuert mit Hardware-Unterstützung. Minimale Pulsdauer: 187,5 ns (drei Oszillatorperioden), minimale Pulswiederholzeit: 16 Takte/µs. Strommessbereich: 500 nA bis 100 mA, Messzeit für 500 nA Auflösung: 1 s. Materialkosten: 3,50 Dollar.
Zum Vergleich: Ein höchstempfindliches Strommessgerät (z.B. von Agilent) bietet eine Auflösung von 100 nA, kommt mit einer Messzeit von 140 ns aus und kostet rund 60.000 Dollar.
Neben dem enormen Dynamikbereich bietet dieses Prinzip weitere Vorteile: Es ist überaus kostengünstig, weil es mit ganz normalen Standardbauelementen auskommt, problemlos verfügbar und sehr klein. Die Nachteile – kein sehr hoher Wirkungsgrad, Eigenenergiebedarf, Störausstrahlung – sind zu verkraften. Der Nutzen im praktischen Einsatz: Der Akku hält länger durch.
Die Autoren
| Dipl.-Phys. Helmuth Lemme |
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| ist freier Mitarbeiter der Elektronik und beschäftigt sich mit den Fachgebieten Sensorik, Photovoltaik, HF-Technik und Optoelektronik. |
hewlemme@aol.com
| Dipl.-Ing. (FH) Johann Zipperer |
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| studierte Informatik und Nachrichtentechnik an der FH Regensburg. Nach seinem Abschluss begann er 1989 bei Texas Instruments als Field-Application-Ingenieur im Bereich DSP. Seit 2004 ist er verantwortlich für die Definition neuer Module in den Produktfamilien um MSP430. |
epic@ti.com
| Dipl.-Ing. (FH) Peter Weber |
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| studierte Nachrichtentechnik an der FH Regensburg. Nach dem Abschluss startete er 1988 bei Texas Instruments als Produkt-Ingenieur. Seit 1998 ist er im Bereich MSP430 als Mitarbeiter in der Qualitäts-Abteilung tätig. |
epic@ti.com
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