Power ZeO - Circuito para análise de consumo de placas usando osciloscópio.

Olá pessoal.  

Acredito que boa parte de vocês já tenha visto os vídeos do @infosquad batendo na mesa, e provando por A + B que o método de análise de consumo das placas de note difundido pelos chineses, consumo estático após ligado, já não é, ou talvez nunca tenha sido a maneira mais eficiente de realizar este tipo de análise, mas para quem não viu, deixo os vídeos abaixo.

Nosso amigo Cristian, Latino Americano, pensou brilhantemente, e elaborou uma metodologia singular, aonde ao invés de avaliarmos o consumo estático da carga antes e após ligar, podemos acompanhar a sequência de start das placas em tempo real, passo a passo, habilitação de fontes secundárias, resets, e tudo o mais, em função do consumo da placa em cada etapa da habilitação.

Este grande feito por si só já merecia uma publicação aqui para repassar a dica, mas felizmente eu fui capaz de dar a minha humilde contribuição ao novo método, visto que o Cristian estava tendo problemas com os ruídos ao efetuar a leitura com o osciloscópio, acontecia que os ruídos gerados pelas fontes chaveadas das placas acabava aparecendo na tela do osciloscópio misturados ao que de fato queremos ver que é a variação do consumo exercido pela placa.

Depois de praticar com este novo método por algum tempo seremos capazes inclusive de em alguns casos dar diagnóstico e orçamento antes mesmo de abrir a máquina. Promissor né?  

É nestas horas que dá orgulho de ter nascido na America do Sul, este é o método mais revolucionário de análise dos últimos anos e foi produzido por um dos nossos, não foi importado nem da Índia, nem da China, nem da Russia.  

Power ZeO, como foi batizado pelo @Alberto Rosa que além de batizar também já montou um protótipo pra ele, é um circuito muito simples que desenvolvi com a finalidade de eliminar os ruídos e amplificar a queda de tensão sobre um shunt para que possamos vela nitidamente na tela do osciloscópio durante a sequência de start das placas.

Abaixo deixo o esquema e uma pequena explicação para quem possivelmente não tenha entendido o funcionamento apesar da simplicidade, e no fim da página um link para download do esquema, do desenho da pcb e da serigrafia em pdf.  

O projeto é 100% grátis para uso não comercial. 

Figura 1

Para utilizar o aparelho ligas tua fonte de bancada regulada em 19.5V até +VIN e -VIN, ligas o plugue BNC do aparelho OSC+ e OSC-  em um dos canais do teu osciloscópio, e ligas a alimentação para a placa em teste em OUT+ e OUT-.

RSHUNT que interrompe a trilha negativa de alimentação da carga, na prática forma um divisor resistivo somado à resistência ofertada pela placa em teste.

Sempre que houver consumo na saída haverá uma queda de tensão sobre ele que será proporcional a corrente consumida pela placa.

C4 e C3 que foram escolhidos empiricamente, tem por função eliminar os ruídos provenientes das fontes chaveadas da fonte em teste.

U1:A Amplifica 10 vezes ou 100 vezes a queda de tensão sobre o RSHUNT de acordo com a posição da chave de seleção X100 e X10 ( três contatos e duas posições) que comuta entre R1 e R2.

R3 é o divisor da equação de ganho ((R1 / R3) + 1 = Ganho. Ex: ((99k / 1k) + 1) = 100X.

U1:B em configuração de buffer, apenas isola o circuito amplificador, da saída que vai para o osciloscópio, e C2 é um filtro para ajudar na estabilidade desta tensão de saída.  

Figura 2

Por que as duas escalas? 

Amplificando 100x podemos usar uma escala de tensão maior no osciloscópio, e desta forma nos livramos totalmente dos ruídos, como pode ser visto na Figura2, mas visto que a saída máxima de tensão do nosso circuito será sempre em média 1V abaixo da tensão que aplicamos na sua alimentação (19.5V), ficamos limitados com essa escala de X100 em até uns 1.8A de consumo, que é suficiente para boa parte das placas atuais, mas se por ventura for necessário em algum momento mais corrente do que isso, podemos usar a escala de X10 que amplifica apenas 10 x a tensão sobre o shunt, desta forma temos que usar uma escala de tensão mais baixa no osciloscópio mas ainda assim conseguimos bons detalhes, e nesta escala o limite máximo teórico seria de 18A, e apesar de que nunca iremos utilizar tanta corrente na pratica, essa divisão de escalas 10x e 100x foi pensada para facilitar o cálculo de quanta corrente está circulando na carga baseado nos gráficos da tela do osciloscópio.  A sugestão de corrente máxima para a pcb que foi desenhada é 10A.

Se lemos 0.1V sobre o shunt... 0.1V divididos por 0.1R, conforme a lei de ohm, nos da uma corrente de 1A. -> 0.1V / 0.1R = 1A 

O ganho do circuito calculamos como abaixo: 

Escala x10   -> 0.1V x   10X = 1V

Escala x100 -> 0.1V x 100X = 10V

Então se estamos na escala de X10 no Power ZeO, e temos 1A sobre o shunt, teremos 1V na sua saída para o osciloscópio, já na escala de X100 teremos 10V, e aí com base nisso podes dizer qual o consumo de corrente da placa em teste, naquele determinado pico na tela do osciloscópio de acordo com a escala de tensão selecionada nele.

Mamão com açúcar.  

Para evitar quaisquer contratempos ainda que muito improváveis, é aconselhável desligar a alimentação do aparelho antes de comutar entre as escalas.

Na Figura 3 abaixo podemos ver como ficava a medição sem o Power ZeO, imagem fornecida pelo Alberto, percebam a quantidade absurda de ruídos que ocultavam aquilo que realmente queremos ver.

Aqui abaixo duas fotos da minha montagem inicial em protoboard V 1.0, e depois já montado em placa perfurada V 3.0:

Reparem na minha chave de seleção de escala vintage, usando um jumper  

Abaixo a versão do Alberto, a placa eu não sei como ficou pois ele não me mostrou, mas olha o capricho na caixinha... Reparem na gravura na etiqueta.  

Por hora era tudo que eu tinha pra falar sobre o projeto, espero que vocês montem o aparelhinho também, uma boa base de dados com gráficos de consumo de várias placas pode vir a ser muito útil no futuro para vocês mesmos quando mexendo em outras máquinas idênticas ou até para outros colegas. 

Meu agradecimento especial ao @infosquad por divulgar esta metodologia que julgo será muito útil a toda a comunidade técnica, e ao @Alberto Rosa por ser o primeiro Beta Tester, ele montou o dele antes mesmo de eu decidir confeccionar um desenho de pcb, enquanto no projeto ainda constava um LM324 cujo 2 op amps estavam sobrando.  

Como prometido aqui está o link para download dos arquivos que auxiliam na montagem.