Determine el consumo de corriente promedio de un dispositivo intermitente de baja potencia: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Introducción

Por curiosidad, quería saber cuánto durarían las baterías de mi sensor de temperatura remoto. Se necesitan dos pilas AA en serie, pero es de poca ayuda colocar un amperímetro en línea y observar la pantalla porque la energía se consume en ráfagas. Cada par de minutos, el dispositivo enciende su transmisor de 433 Mhz durante unos segundos y luego regresa a un estado inactivo de solo mantener el tiempo hasta la próxima transmisión.

Necesitaba un medio para sumar el consumo actual total durante un período de horas para obtener un promedio. Hice esto alimentando el dispositivo desde un supercondensador y calculando la corriente promedio efectiva de la caída de voltaje del condensador a lo largo de las horas.

Claramente, esto no puede producir un resultado completamente preciso porque el condensador sufre alguna fuga interna y pierde carga cada vez que se conecta el voltímetro para obtener una lectura. Pero los resultados obtenidos son lo suficientemente precisos para mis propósitos de decidir cuánto tiempo pueden durar las baterías normales.

Suministros

• Dispositivo bajo prueba (en mi caso un sensor de temperatura remoto)
• Voltímetro (un multímetro digital es perfecto)
• Supercondensador (utilicé uno de 4 Faradios y 5,5 V)
• Reloj (para anotar cuándo se toman las lecturas)
• cables de croc-clip.

Paso 1: Verifique el equipo

Asegúrese de que el supercondensador mantenga su carga lo suficiente.

Usando las dos pilas AA (suponiendo que estén completamente cargadas) conéctelas al SuperCap para llevarlo a los 3 voltios. Desconectar. Mida el voltaje del SuperCap para verificar que diga 3 voltios (o casi) y anote el voltaje y el tiempo. Desconecta el voltímetro. Espere unas horas. Mida el voltaje del SuperCap nuevamente para verificar si tiene una fuga grave. Con suerte, apenas habrá cambiado. ¡Mi 4 Farad SuperCap todavía tenía la mitad de su voltaje inicial después de un mes!

Por cierto, mi experiencia con SuperCaps sugiere que cuanto mayor es la capacitancia, más rápido pierden su voltaje. Mi condensador de 100 Faradios pierde la mitad de su voltaje en menos de un día.

Paso 2: tomar medidas

Conecte el SuperCap encendido al dispositivo bajo prueba y mida el voltaje inicial, recordando anotar también la hora.

Deje que el dispositivo funcione desde el SuperCap y verifique el voltaje cada pocas horas. Una vez que el voltaje ha caído, digamos, un 25 por ciento (entre la mitad y una caída de voltio para mi dispositivo de 3 voltios), observe el voltaje y el tiempo nuevamente.

No asuma que funcionar durante más tiempo será mejor porque si el voltaje baja demasiado, el dispositivo puede dejar de funcionar.

Paso 3: haz las matemáticas

Para un capacitor ideal (teóricamente perfecto), la descarga a través de una carga se expresa mediante la fórmula AZUL que se muestra.

Dónde:

Vc = Voltaje final del capacitor Vs = Voltaje inicial del capacitor e = la constante matemática aproximadamente 2.718t = el tiempo en segundos R = la resistencia de carga C = la capacitancia

Todo lo que tenemos que hacer es calcular R a partir de lo anterior. Luego, conociendo la resistencia efectiva y el voltaje promedio suministrado, podemos obtener el consumo de corriente promedio. Eso no es fácil a menos que seas un matemático avanzado. Para hacerlo más fácil, primero reorganizamos esa fórmula según la versión en NEGRO Y BLANCO, donde R es el tema.

(* significa multiplicar y ln () significa logaritmo natural de lo que está entre paréntesis).

Hacer matemáticas es molesto y propenso a errores, así que hice una hoja de cálculo para hacer el trabajo pesado.

Verá en mi hoja de cálculo que primero utilicé una resistencia de carga conocida para verificar la precisión de este enfoque. Mi peor caso fue menos del 10 por ciento de error. No está mal.

Paso 4: descargue la hoja de cálculo para sus propios experimentos

Puede descargar mi hoja de cálculo y poner sus propios valores en las columnas cuando realice sus propios experimentos.

Conclusión

Este método para determinar el consumo de corriente promedio es adecuado para la mayoría de los propósitos prácticos.

Como verá en la hoja de cálculo, mi sensor de temperatura remoto parecía consumir alrededor de 85 microamperios. Si simplemente asumo que son 100 microamperios, significa que las baterías de 2000 mAh en el dispositivo deberían durar 20, 000 horas, un par de años. Que es lo que quería saber.