Áramerősség mérés széles tartományon autoskálázási technológiával

A nagyfelbontású AD átalakítók melyeket ma a méréstechnikában használnak önmagában széles tartományt képesek lefedni egy rögzített tartományú kialakítás esetén is. Ennek ellenére a érzékelők, a vizsgált jelek és fizikai folyamatok gyakran olyan széles tartományt ölelnek fel, hogy egy illeszthető skála (például egy előerősítő segítségével) válik szükségessé a technológia előnyeinek legjobb kihasználása érdekében.

Amíg a klasszikus módszer esetében a skála rögzített volt a mérés során, addig az autosklálázási módszer lehetővé teszi a mérés közbeni dinamikus skálaillesztést. Ez hasznos, ha a mért áram tartománya előre nem ismert, vagy ha a vizsgálat során a teljes dinamikus tartományt rögzíteni kell.

Ha valaki az AD átalakítónál (pl.: 24 bit) magasabb felbontást kíván elérni, dinamikusan növelheti az erősítést feszültségmérés esetében. Söntellenállásos áramerősség mérés esetén azonban ez a feladat összetettebb: a sönt ellenállás nagyságát mérés közben kell módosítani anélkül, hogy megszakítaná a mérőáramkört vagy hátrányosan befolyásolná a folyamatos mérést az átmeneti területen.

Jellemző alkalmazás például egy folyamatos mérés, amely egy teljes indítási ciklust vizsgál: az alvó állapot apró szivárgási áramaitól, az indítási áramtüskéken át a nagyteljesítményű munkapontokban, illetve vissza alvó állapotig. Mindemellett a mérőrendszer nem lehet visszaható, vagyis nem befolyásolhatja a vizsgált darabot, illetve optimális adatfelbontással és pontossággal kell rendelkeznie minden vizsgált munkapontban. Erre természetesen nagy szükség van az autóiparban, például azon vizsgálatok során, amikor számos komponens, vezérlőegység és egyéb fedélzeti elektronika kölcsönhatásait vizsgálják. Mindemellett az akkumulátorral és vezeték nélküli technológiával felszerelt, illetve vezeték nélkül tölthető eszközök fejlesztése és tesztelése során is hasonló feladatok merülhetnek fel.

Ezen imc mérőkártya szívét az áram útja határozza meg, amelyben egy 2 mOhm alacsony impedanciájú söntellenállás mindig aktív, amely a maximális áramerősség mérésére szolgál. A második, 2 Ohmos nagy impedanciájú sorba kapcsolt ellenállás tisztán képes befogni a legkisebb áramokat, de gyorskapcsolók segítségével dinamikusan kikapcsolódik az áramkörből, amint a mért áram meghaladja a 100 mA körül meghatározott tartományt. A feszültséget mindkét ellenálláson 30 kS/s-es (kilo minta per másodperc) 24-bites ellenálláshoz megfelelően választott, processzor által skálázott és kalibrált AD átalakítón mérjük. A mért adatot CAN buszon, 1 Hz-től 1 kHz-ig állítható mintavételi frekvenciával továbbítja a modul. Ezek az adatok a 30 kHz-es belső mintavételezésből származnak.

A sönt kapcsolása sokkal gyorsabban kell történjen, mint amennyire azt az adott mérés szükségessé teszi: a hirtelen növekvő áramnak azonnal rövidre kell zárnia a nagy impedanciájú söntöt, nem csak az ellenállás védelme érdekében hanem azért, hogy elkerüljük a tápfeszültség tüskét a terhelt áramkörben. Ez a tranziens feszültségesés befolyásolná vagy akár le is választhatja a vizsgált komponenseket.
Ezért a sönt kikapcsolását egy gyors komparátor felügyeli, de a visszakapcsolást csak késleltetéssel engedélyezi. (2. Ábra). A kapcsolási tartománnyal (hiszterézis), a gyors aktiválás (< 1 µs) ideiglenes hiszterézisével és a lassabb (< 1 ms) kikapcsolással a "bypass" biztosítja a biztonságos és stabil állapotátvitelt.

Ezáltal lehetséges 10 A/µs áram növekedése közben (túlfeszültség, bekapcsolási áramok) is visszahatásmentes kapcsolást megvalósítani, amely a vizsgált áramkör feszültségesését 400 mV-ra korlátozza. A söntök közötti kondenzátor szintén a feszültség ellaposítását segíti a komparátor reakciója előtti átmeneti zónában (3. Ábra). Ez a koncepció emiatt alkalmas erősen dinamikus viselkedésű eszközök vizsgálatára is, mint például kapcsolóüzemű tápegység, LED vezérlők, stb.

A hiszterézis holtideje és a párhuzamos mérési utak beállási ideje (AD átalakító), melyeket ki kell maszkolni, lekorlátozzák az értelmes mérési tartományt 100 Hz-re. Emellett lehetséges az autosklálázás kikapcsolása, így 1 kHz mintavételi frekvencia érhető el.

A gyors és megfordítható MOSFET alapú elektronikus biztosíték minden esetben garantálja a biztonságot és leválasztja az áram útját túlterhelés esetén.