Mesure de courant uA à A

[trendkiller]

Hello,

Comme beaucoup de monde avant j'imagine, je suis confronté à une problématique de mesure de courant sur une large gamme. Et je serai preneur si quelqu'un avait une super idée.

J'ai un système fonctionnant directement sur pile lithium 3V6 pas de régulateur derrière, il y a un microcontrôleur. Le produit consommera quelques dizaines de uA en veille à environ 1.4A sur certaines pointes de courant, pendant plusieurs centaines de ms.

L'idée était d'avoir un shunt sur l'alimentation pour mesurer le courant, le tout allant vers un AOP monté en générateur de courant constant proportionnel au courant mesuré
https://www.bristolwatch.com/ccs/index.htm.
Il chargerait continuellement un condensateur, celui ci générera une interruption au micro dès que la tension aura atteint un certain seuil (le micro le décharge et on recommence). On aura ainsi le temps de charge entre chaque interruption et avec la valeur de la capa on en déduit les coulomb consommés.
Je ne cherche pas un truc ultra précis.

Le système doit consommé tout au plus quelques uA (j'ai cet AOP entre les mains, le TSU101 qui consomme moins de 1uA).

Évidemment si le shunt est trop gros, la tension aux bornes chute trop fort à fort courant, si le shunt est trop petit, la tension est beaucoup trop petite (de l'ordre du uV et moins même...) donc ça ne va pas.

J'avais pensé à doubler le système (un pour les forts courant et l'autre pour les faibles)et switcher avec le micro. Mais je pense que ce n'est pas si évident...notamment lors des réveils du micro qui va consommer beaucoup sur le système à faible courant et donc charger la capa en 2 temps 3 mouvement avant que je n'ai pu switcher sur l'autre système.

Si quelqu'un à déjà été confronté à ce problème ou a une idée pour traiter le sujet, je suis preneur.

Cdtl,
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[Qristoff]

Bonsoir,

L'idée était d'avoir un shunt sur l'alimentation pour mesurer le courant, le tout allant vers un AOP monté en générateur de courant constant proportionnel au courant mesuré
https://www.bristolwatch.com/ccs/index.htm.
Il chargerait continuellement un condensateur, celui ci générera une interruption au micro dès que la tension aura atteint un certain seuil (le micro le décharge et on recommence).

En fait c'est un intégrateur que tu veux faire. Pourquoi ne pas le faire directement avec le µC ?

[trendkiller]

Bonsoir,

Avec le uC, tu peux m'en dire plus, c'est quoi l'idée ?

[Qristoff]

Bonsoir,

Avec le uC, tu peux m'en dire plus, c'est quoi l'idée ?

Il échantillonne les mesures de courant et il fait l'intégration (addition des échantillons). Lorsque l'intégrateur a atteint le seuil attendu, ça déclenche !
C'est pareil que remplir une capa, à part que là, tu remplis un registre dans le µC !

[A voir en vidéo sur Futura]

[dje8269]

Bonjour ,

Dans la vraie vie, pour un truc pas trop précis comme tu le souhaite, les quelques dizaines de µA sont négligeables face aux 1.4A pendant plusieurs centaines de ms.

Après tout dépend du but final effectivement.

Bonne bidouille

[trendkiller]

Bonjour ,

Dans la vraie vie, pour un truc pas trop précis comme tu le souhaite, les quelques dizaines de µA sont négligeables face aux 1.4A pendant plusieurs centaines de ms.

Après tout dépend du but final effectivement.

Bonne bidouille

Bonjour,

Effectivement j'apporte quelques précisions, en fait non ce n'est pas négligeable (à vrai dire je dois encore faire quelques calculs), mais cette forte conso est assez espacé ds le temps, disons tous les 15/30mn.

[trendkiller]

Il échantillonne les mesures de courant et il fait l'intégration (addition des échantillons). Lorsque l'intégrateur a atteint le seuil attendu, ça déclenche !
C'est pareil que remplir une capa, à part que là, tu remplis un registre dans le µC !

OK, mais ça veut dire que le uC doit se réveiller périodiquement (et donc consommer) pour faire cette fonctionnalité, pourquoi pas, mais mais pas sûr qu'en conso ce soit génial.

[Antoane]

Bonjour,

c'est une jolie façon de faire, qui va effectivement permettre de mesurer directement le courant moyen consommé (ou plutôt son intégrale), avec un résolution "quasi-infinie".
Avec cette méthode, il est relativement aisé de faire des mesures sur une large dynamique de courants (même si 6 décades en une unique gamme.... C'est peut-être difficile à atteindre). En mesurant directement la tension aux bornes du shunt avec un ADC, il est difficile de dépasser ~3 décades, voir moins avec un ADC 10 bit du fait de la faible résolution de l'ADC.

Cette application est typique des mesures de consommation des systèmes alimentés par batterie, et en particulier de l'IoT. Tu devrais trouver pas mal d'information dans les app note des instrumentiers :
https://cdn.rohde-schwarz.com/pws/dl...onsumption.pdf
https://www.lab4iot.com/2020/07/24/a...t-devices-diy/
https://www.trsrentelco.com/applicat...y_life_iot.pdf
https://download.tek.com/document/37...onsumption.pdf
https://www.keysight.com/de/de/asset.../5992-4011.pdf
(je ne les ais pas étudiées)

ainsi que dans celles des fondeurs... à condition d'en trouver
Voir peut-être : https://www.analog.com/en/parametricsearch/11384

[Antoane]

Bonjour,

S'il est possible de perdre un peu de tension d'alimentation (peut-être 1 V ?), il est possible de placer le condensateur d'intégration directement en série avec le circuit dont tu veux mesurer le courant, et en mettant un transistor de décharge en parallèle dans le genre de :


Avec un montage similaire, j'avais réussi à mesurer 4 décades sans efforts.

Quoi qu'il en soit, 5 décades (10 µA - 1 A), c'est beaucoup... je ne suis pas sûr qu'il soit possible de le faire en une unique gamme. Il serait peut-être intéressant d'utiliser le condensateur pour mesurer les plus faibles courants, et un shunt pour les plus fortes valeurs de courant (le condensateur d'intégration étant alors court-circuité).

Il faudrait mettre des chiffres dans l'analyse pour essayer de voir de qui est faisable...

Tu peux regarder le chapitre II de https://hal.archives-ouvertes.fr/tel...%28IETR%29.pdf : ils on la même problématique (mesure d'un courant de l'ordre du µA avec des pointes de >1 A) et utilisent également un condensateur pour intégrer le courant mesuré.

[trendkiller]

Merci pour tous ces liens et le schéma. Je vais regarder ça.

Je vais quand même essayer avec un autre AOP, je me demande si la tension d'offset d'entrée ne peut pas être le problème, le TSU101 est donné pour 0.1mV (3mV max), j'en ai un autre chez Texas, le LPV821 qui est donné pour 1.5uV et 10uV max...

[Antoane]

Bonjour,

Tu veux mesurer un courant pouvant aller de 10 µA à 1 A avec un unique shunt. A priori, tu ne voudras pas perdre plus de 100 mV à tout au plus 1 A dans ce shunt. Sa résistance vaudra donc environ 100 mOhm à 1 Ohm. Par conséquent, lorsque le courant vaudra 10 µA, la tension aux bornes du shunt ne sera que de ~10 µV... soit une valeur très délicate à manipuler : il faudrait que l'offset, que les tensions de bruit créées par l'AOP, que le bruit capté par le circuit, que les tensions des thermocouples parasites... soient << 10µV.

Conclusion : faire une mesure en utilisant un unique shunt sera très copliqué, voir très impossible.

[trendkiller]

C'est tout à fait les ordres de grandeur et je suis tout à fait d'accord avec toi sur la difficulté, mais je vais quand même regarder ce que ça donne sur table avec cet AOP, ça ne coute pas grand chose, j'aurais peut-être une amélioration acceptable pour mon système.