Muchos dispositivos electrónicos consumen bajos niveles de corriente cuando están inactivos, luego consumen mayor energía cuando están activos y transmitiendo. Este ejemplo de aplicación analiza la corriente consumida por una bocina inteligente, pero las técnicas utilizadas aquí se aplican a prácticamente cualquier dispositivo móvil, con batería o IoT.
La alta resolución, el muestreo rápido y las entradas diferenciales hacen que el PicoScope 4444 sea ideal para la medición de potencia. El rastro azul es el voltaje de suministro, el rojo es la corriente y el verde es la potencia.
Medidas de derivación de corriente.
Medir la corriente que cambia rápidamente consumida por los dispositivos electrónicos modernos en diferentes modos de funcionamiento puede ser un desafío importante. A menudo, los dispositivos consumen microamperios cuando están inactivos, pero cuando entran en funcionamiento consumen más miliamperios. El bajo nivel y el amplio rango de corriente de reserva generalmente descartan el uso de pinzas de corriente de CC, por lo que el método normal utilizado es registrar la caída de voltaje a través de una pequeña resistencia de derivación.
Derivación de corriente (resistencia) utilizada para medir la corriente consumida por la bocina inteligente.
El valor de la resistencia debe elegirse de manera que, en el consumo máximo de corriente, la caída de voltaje a través de él sea lo suficientemente pequeña como para no afectar el funcionamiento del dispositivo bajo prueba, pero lo suficientemente grande para adaptarse al dispositivo de medición.
En este ejemplo, la bocina inteligente funciona con una fuente de 15 V nominal de 1,5 A. Una buena regla general es elegir un valor de resistencia que provoque una caída de voltaje de no más del 1% a la corriente máxima. En este ejemplo, insertamos una resistencia de 0.11 Ω en el cable de alimentación de la bocina inteligente. Esto da una caída de 165 mV a 1,5 A, que no debería tener ningún impacto en el funcionamiento del dispositivo y no disipar suficiente energía como para preocuparse por el calentamiento de la resistencia. Podríamos haber usado una resistencia más pequeña pero, cuando sea posible, es mejor usar uno de los rangos menos sensibles del dispositivo de medición para reducir la captación de ruido.
Como se puede ver en la foto, también medimos el voltaje de suministro para permitirnos calcular la potencia. Es importante medir el voltaje en el lado del dispositivo de la resistencia para excluir la potencia disipada por la resistencia en derivación.
Escala y resolución.
Puede utilizar la función de sondas personalizadas de PicoScope para escalar el voltaje caído a través de la resistencia en amperios. Un canal matemático simple (V x I) le permite agregar una pantalla de potencia watts.
Vale la pena considerar el efecto de la resolución del osciloscopio en la medición. La señal más grande que podemos medir se establece en 1.5 A, que corresponde a +165 mV. El mejor rango de entrada para medir esto es el rango de ± 200 mV (un rango de ± 1.82 A).
Con el PicoScope ajustado a la resolución de 14 bits (16 384 muestras verticales), esto da una resolución de medición de corriente de 0.22 mA, que es suficiente para esta aplicación.
Sugerencia: en este caso, medimos la entrada máxima de 165 mV usando un rango de escala completa de ± 200 mV. Esto desperdicia más de la mitad de la resolución del osciloscopio ya que la señal de entrada solo va de 0 mV a 165 mV. Hubiera sido mejor usar un rango de ± 100 mV y luego usar la función de compensación analógica para crear un rango unipolar de 0 a 200 mV. Esto habría mejorado la resolución de corriente a 0.11 mA (aproximadamente equivalente a un medidor de 4.5 dígitos).
Si necesita más resolución, puede habilitar la mejora de la resolución a expensas de una frecuencia de muestreo reducida. Por supuesto, si realiza mediciones en un modo específico en el que no se necesitaran los 1.5 A, se puede configurar el osciloscopio en un rango de escala completa más bajo hasta ± 10 mV, lo que proporciona una resolución de microamperios.
Medición diferencial y muestreo rápido.
La ubicación de la resistencia de derivación actual depende de si desea medir la potencia consumida por todo el dispositivo o una parte de él, como el procesador o el módulo Wi-Fi. A menudo, un dispositivo bajo prueba tiene varios puntos de medición. Las entradas diferenciales del PicoScope 4444 utilizadas en esta aplicación son ideales, ya que cada canal se puede conectar a través de una resistencia diferente (ya sea en el lado alto en el suministro o en el lado bajo en el retorno a tierra) sin ninguna de las preocupaciones sobre cortocircuitos o bucles de tierra que se producen cuando se utiliza un osciloscopio de sobremesa tradicional.
La corriente consumida por componentes como microcontroladores y memorias puede cambiar en microsegundos. Para capturar estos cambios rápidos se requiere un instrumento de medición que tenga suficiente ancho de banda y frecuencia de muestreo. El PicoScope 4444, con su ancho de banda de 20 MHz y una frecuencia de muestreo máxima de 400 MS/s, es ideal para medir corrientes que cambian rápidamente.
Sugerencia: al intentar medir la corriente de cambio rápido consumida por un procesador, memoria o módulo Wi-Fi, puede ser útil eliminar o reducir temporalmente los capacitores de desacoplamiento para ver la corriente máxima consumida y su tiempo de subida.
Fuente de alimentación Amazon Echo.
Antes de medir el consumo de energía de la bocina inteligente en diferentes modos, echamos un vistazo rápido a la salida de la fuente de alimentación de red de conmutación sin la bocina inteligente conectada. Usamos el canal A para medir la tensión con acoplamiento de CC (15.36 V). El canal B midió la misma señal con acoplamiento de CA en un rango más sensible, mostrando alrededor de 150 mV de ruido con una frecuencia de 86 Hz.
Con la bocina inteligente conectado, el voltaje de CC y los voltajes de ondulación eran similares (15.36 V y 135.5 mV), pero la frecuencia de ondulación aumentó de 86 Hz a 19.64 kHz, lo que revela que la fuente de alimentación omite pulsos sin carga para mejorar la eficiencia.
Voltaje de CC y riso del adaptador de alimentación de red.
Tocando música fuerte.
Con la bocina inteligente configurada para reproducir música al máximo volumen, medimos el voltaje de suministro, la corriente y la potencia. La corriente máxima consumida fue de solo 771 mA, lo que sugiere que la fuente de alimentación de 1.5 A es más que suficiente para el dispositivo. En la corriente máxima, el suministro de 15 V se redujo en 216 mV (1.4%). Agregamos mediciones automáticas para potencia promedio (3.383 W) y potencia pico (11.58 W).
La alta resolución, el muestreo rápido y las entradas diferenciales hacen que el PicoScope 4444 sea ideal para la medición de potencia. El rastro azul es el voltaje de suministro, el rojo es la corriente y el verde es la potencia.
Energía de reserva.
Como la bocina inteligente está diseñada para dejarse encendida esperando un comando, es importante saber cuánta energía usa en este estado inactivo. Para medir esto, dejamos la bocina inteligente en modo de espera y luego la activamos y le pedimos que reproduzca música a un nivel bajo (volumen 3).
El trazo verde muestra la forma de onda actual en el ancho de banda completo, con ruido de conmutación que dificulta la observación de la señal. La traza roja tiene un filtro de software de 10 Hz aplicado en PicoScope para limpiar la traza.
Los primeros 11.6 segundos muestran a la bocina inteligente en espera, cuando consume 114 mA (1.71 W).
Durante un año, asumiendo una eficiencia típica de la fuente de alimentación del 85%, la bocina inteligente consumiría alrededor de 18 kWh.
El área entre las señales muestra el salto de potencia cuando la bocina inteligente detecta un comando y lo transmite a través de Wi-Fi. Sorprendentemente, cuando se reproduce música en un ajuste bajo, la corriente consumida es casi la misma que en el modo de espera (117 mA frente a 114 mA).
Energía de reserva: aproximadamente 15 kWh (más pérdidas de PSU) por año.
Si quieres conocer más sobre información técnica consulta nuestro artículo “Cómo ajustar (compensar) sondas (puntas) de osciloscopios x10“.
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