Energiezähler in Echtzeit
Integrierte Leistungsmessung
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Vergleich mit einer konventioneller Messung
Bild 3 stellt ein alternatives Verfahren zur Messung des Wirkungsgrads mit vier Tisch-Digitalmultimetern (DMM) dar. Das Verfahren mit vier DMMs misst den Eingangsstrom, den Ausgangsstrom, die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung, um den Wirkungsgrad hochgenau zu messen. Das Verfahren mit vier DMMs dient als Vergleichsbasis für die Wirkungsgradmessung mit dem Energiezähler-Schaltkreis. Einen Vergleich des Wirkungsgrads zwischen der Messung mit MAX34407 vs. vier DMMs zeigt Bild 4.
Der deutliche Offset zwischen beiden Verfahren ist auf den Verlust im Ausgangsstrommesswiderstand zurückzuführen. Dieser Wert ist im Eingangsleistungsmesswert, nicht jedoch im Ausgangsleistungsmesswert enthalten, da der MAX34407 die Gleichtaktlastspannung an der Klemme mit der niedrigeren Spannung des Messwiderstands misst. Die gemessene Ausgangsleistung kann durch Addition des berechneten Leistungsverlusts am Messwiderstand kompensiert werden und ergibt dann die Gesamtausgangsleistung:
Hierbei werden POUT und VOUT durch den MAX34407 gemessen, RSENSE ist ein bekannter Wert. Die Ergebnisse der kompensierten Wirkungsgradmessung sind in Bild 5 dargestellt.
Die Ergebnisse aus Bild 5 zeigen eine maximale Abweichung von -0,5 % zwischen den Wirkungsgradmessungen mit vier DMMs und dem MAX34407. Das zeigt, dass der MAX34407 zur exakten Messung des Systemwirkungsgrads eines Schaltreglers mit korrekter Ausgangsleistungskompensation verwendet werden kann. Es muss beachtet werden, dass das Kompensationsverfahren am besten bei Schaltreglern funktioniert, die eine Restwelligkeit von 1 % oder weniger aufweisen.
PMIC-Leistungsaufnahme
Zur Verlängerung der Batterielebensdauer muss unbedingt die PMIC-Spannung an den Stromschienen überwacht und die Systemleistung unter Berücksichtigung der Leistungsaufnahme bestimmt werden. Mit einer Energiemessung lässt sich ermitteln, welche Systemblöcke die meiste Energie benötigen, sodass der Mikrocontroller die Funktionen anpassen kann, wenn ein Systemblock einen signifikanten Teil der Batterierestkapazität beansprucht.
Eine typische Anwendungsschaltung für eine PMIC-Leistungsüberwachung mit dem Energiezähler MAX34407 und dem PMIC MAX77650 ist in Bild 6 dargestellt. Der MAX77650 enthält einen Single-Inductor-Multiple-Output (SIMO)-Wandler mit drei integrierten aufwärts-/abwärtsgeregelten Ausgängen, aber nur einer Induktivität. Dieser PMIC enthält einen analogen Multiplexer (AMUX), der die Batterieinformationen (BATT) oder Ladeinformationen (CHGIN), beispielsweise Spannung oder Strom, zur Verfügung stellen kann. Wenn ein Energiezähler ergänzt wird, beispielsweise der MAX34407, lassen sich zusätzliche PMIC-Schienen einfach messen und Rückmeldungen an den Hauptprozessor senden.
- Integrierte Leistungsmessung
- Übertragung an den Host
- Vergleich mit einer konventioneller Messung
- Platinenüberwachung
- Überlegungen zu Layout und Filterung
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