Выполнение точных измерений потребляемой мощности
Обзор
Требования к электропитанию являются важным параметром, поскольку встраиваемые системы становятся все меньше и быстрее. Инженеры-проектировщики должны внимательно изучить проектирование своих встраиваемых систем для повышения энергоэффективности, чтобы обеспечить длительный срок службы батареи и повысить надежность. В этой статье рассматривается важность, методы и рекомендуемое оборудование для надежных измерений мощности.
Введение
С быстрым ростом энергоэффективных встраиваемых систем с питанием от батареи на потребительском и промышленном рынках энергия, потребляемая системой со встроенными процессорами, стала важным параметром, так же как тактовая частота и производительность системы. Системы должны быть меньше, с превосходными характеристиками, и должны включать расширенное управление питанием для длительного срока работы батареи и лучшего управления температурой, чтобы уменьшить зависимость от таких компонентов, как радиаторы и охлаждающие вентиляторы. Оптимальная энергоэффективность применима не только к мобильным, но и к проводным устройствам из-за нового подхода потребителей к энергоэффективности. Несмотря на важность баланса производительности и энергозатрат во встраиваемой системе, удивительно, на рынке очень мало процессорных плат с механизмом для измерения этих параметров. Что еще более удивительно, так это относительная легкость, с помощью которой возможна реализация измерения мощности и энергии.
Максимальная мощность по сравнению со средним значением мощности
Во процессе проектирования важно обеспечить, чтобы встроенная система работала в соответствии со спецификациями своих компонентов. Важно определить максимальную мощность потребляемую системой при определенных условиях. Однако, в руках конечного пользователя, максимальная потребляемая мощность может быть не столь важной. Среднее значение мощности становится гораздо более важной величиной, потребляемой во время нормальной повседневной работы встраиваемой системы, и она является показателем энергоэффективности. Кроме того, вы можете легко преобразовать типичные измерения мощности в измерения энергетических факторов, напрямую связанных с временем автономной работы, стоимостью работы и тепловым рассеиванием.
Методы измерения тока
Большая часть энергии, потребляемой во встраиваемой системой, может быть отнесена к текущему потреблению микропроцессором системы. Поэтому можно использовать точные измерения количества тока, которое микропроцессор потребляет в различных условиях эксплуатации, чтобы определить эффективность использования энергии. Измерение тока обычно выполняется с помощью шунтирующего резистора, помещенного в соответствии с направлением тока в цепи. Выбирается высокоточный с низким импедансом резистор, чтобы не мешать работе контролируемой цепи. Поскольку значение резистора известно, измеряя падение напряжения на шунтирующем резисторе, вы можете точно рассчитать ток, используя закон Ома. Другим методом измерения тока, хотя и менее распространенным, является использование дорогостоящих датчиков, и в этом случае вам не нужен шунтирующий резистор.
Измерения тока шунтом перед нагрузкой
Существуют две различные конфигурации, которые можно использовать при измерении тока с помощью шунтирующего резистора. Первый, называемый высокоточным измерением тока, включает размещение шунтирующего резистора последовательно с контуром питания схемы нагрузки, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Измерения тока шунтом перед нагрузкой
Основное преимущество использования этого метода для измерения тока заключается в том, что вы можете изолировать потребляемый ток для конкретного компонента общей системы с минимальными потерями. В частности, не существует риска утечки тока в другие компоненты системы. Основным недостатком этого метода является то, что в некоторых приложениях на обеих сторонах шунтирующего резистора может присутствовать высокое синфазное напряжение. Это высокое синфазное напряжение может потенциально повредить устройство, которое вы используете для измерения дифференциального напряжения на шунте.
Измерения тока шунтом после нагрузки
Вы также можете использовать измерение тока шунтом после нагрузки. В этой конфигурации вы размещаете шунтирующий резистор последовательно с обратным трактом нагрузки, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Измерение тока шунтом после нагрузки
В то время как измерение тока этим методом убирает влияние высоких уровней синфазного напряжения, этот метод имеет некоторые недостатки. Измеряется только ток, который напрямую возвращается в источник, создавая ошибки в измерениях нагрузок. Ошибки измерения нагрузки возникают из-за тока утечки на другие «земли», такие как земли измерительного шасси и земли других схем.
В качестве недорогого, компактного устройства сбора данных NI USB-6001 обладает базовыми возможностями измерения, также множеством функций и терминалов для универсальности и простоты использования.
В сочетании с LabVIEW или LabVIEW SignalExpress Вы получите идеальную конфигурацию для базовых приложений.
NI USB-6001
Рисунок 3. NI USB-6001
Измерения на основе преобразователя
Третий метод измерения тока предполагает использование преобразователя тока на основе эффекта Холла. Генерируя магнитное поле при наличии тока, вы создаете разность потенциалов, которая напрямую соответствует величине тока. Вы можете измерить и проанализировать этот потенциал с помощью инструмента сбора данных аналогично другим методам измерения. Преобразователи тока на эффекта Холла не так сильно влияют на измеряемую схему, как другие методы измерения тока, но они, как правило, являются дорогостоящими.
Русский
English