Cómo medir el consumo de energía de un dispositivo

Medidas del uso de potencia con lectura inversa

La lectura inversa es una función que permite medir y visualizar en una fuente de alimentación su tensión y corriente de salida efectiva. Los valores de lectura inversa se actualizan constantemente durante la operación, y se visualizan con frecuencia en la pantalla mientras se utiliza el instrumento. Al contrario que los valores configurados, que están definidos por el usuario, los valores de lectura inversa representan datos en tiempo real que reflejan la salida de la fuente de alimentación.

La resolución de lectura inversa define la granularidad con la que puede medirse la tensión y la corriente efectivas, y la precisión de lectura inversa se refiere a la exactitud con que una fuente de alimentación puede medir la tensión o corriente de salida real. Ambas especificaciones difieren en los distintos modelos de fuente de alimentación.

Además de ofrecer al operador información precisa en tiempo real, la lectura inversa facilita las siguientes funciones:

• Teledetección: compensa las caídas de tensión entre la fuente de alimentación y la carga
• Protección: garantiza que la tensión, la corriente y la potencia se mantengan dentro de unos límites definidos
• Determinación del modo: identifica si la fuente de alimentación funciona en modo de tensión constante o de corriente constante
• Registro: graba los valores de salida medidos a lo largo del tiempo para un análisis detallado

En particular, el registro es necesario para grabar valores de lectura inversa que sirven para el análisis posterior.

Registro y grabación de potencia para las medidas de consumo energético

El registro incluye la grabación de potencia a lo largo del tiempo. Esta función resulta esencial para obtener medidas de consumo energético detalladas. Para ello es necesario medir tensión y corriente simultáneamente, para lo que un posible enfoque sería utilizar dos medidores externos: uno para la tensión y otro para la corriente. Sin embargo, a menudo es más sencillo y se obtiene mayor precisión utilizando una función integrada de registro de la fuente de alimentación, que no es invasiva (puesto que no es necesario romper el circuito) y garantiza la sincronización de los valores de tensión y corriente en el tiempo.

Entre los parámetros comunes para el registro se incluyen:

• tensión, corriente y potencia
• intervalo de registro (en unidades de segundos)
• condiciones de inicio/parada del registro o duración

La velocidad de registro estándar de la mayoría de las fuentes de alimentación de sobremesa está generalmente limitada a unas 10 muestras por segundo. Si bien esto es suficiente para muchas medidas de potencia, podría no ser lo suficientemente rápido para captar transitorios u otros eventos de muy corta duración. Como tales, algunas fuentes de alimentación tienen una opción de registro rápido o de alta velocidad. Este modo permite al usuario especificar la frecuencia de muestreo de tensión y corriente, que puede ser de hasta 500 000 muestras por segundo, con lo que pueden capturarse transiciones en el rango de los microsegundos.

Los datos registrados se suelen almacenar en archivos de texto en formato CSV (valores separados por comas). Este formato resulta muy útil para procesar y analizar datos. Cada archivo CSV tiene un encabezado con información como sello de tiempo, tensión, corriente y potencia. Las lineas sucesivas aportan los valores registrados en cada intervalo de medida.

Para el registro rápido, los datos se guardan en un formato binario que puede convertirse con posterioridad a CSV. Los archivos de registro rápido no contienen sellos de tiempo, pero éstos se pueden derivar todavía de la indicación del momento de inicio y el intervalo de registro.

Los datos registrados se pueden guardar en la propia fuente de alimentación o almacenarse en soportes extraíbles como unidades USB. En algunos casos, los datos también se pueden transferir a un dispositivo o PC externo a través de una interfaz LAN utilizando comandos SCPI.

Para analizar los datos registrados, a menudo se generan representaciones gráficas o análisis estadísticos o de tendencias para obtener información detallada sobre patrones del consumo de energía y el rendimiento del sistema. Para ello pueden utilizarse diferentes herramientas de software, como Microsoft Excel o MATLAB.

Cómo medir el consumo de energía de un dispositivo con la R&S®NGM

A continuación enumeraremos los pasos de medida con la fuente de alimentación. Los detalles concretos dependen del modelo de la fuente de alimentación utilizada, pero los pasos básicos son prácticamente iguales. Nos concentraremos en cómo realizar y grabar medidas de potencia con la fuente de alimentación R&S®NGM de Rohde & Schwarz.

Empecemos con el registro estándar:

• Paso 1: decidir la ubicación de almacenamiento (p. ej., unidad flash USB)
• Paso 2: ajustar el intervalo de registro
• Paso 3: ajustar el modo de registro
• Paso 4: activar el disparo manual (opcional)
• Paso 5: configurar el formato de los archivos CSV que contendrán los datos

Analicemos cada uno de estos pasos en la R&S®NGM.

Para acceder al menú de registro, pulse el botón «Menu» y vaya a la ficha «Device» (dispositivo). Para encontrar los parámetros de registro, hojee hasta el menú «Logging» (registro) y pulse la flecha. La función de registro debe estar desactivada (o deshabilitada) para poder cambiar la configuración del registro.

El siguiente paso consiste en definir dónde se va a guardar el archivo de registro. Si «Save Location» (ubicación de almacenamiento) está ajustado a «Auto», la fuente de alimentación utilizará una unidad USB conectada como ubicación de almacenamiento, si está disponible. Si no hay ninguna unidad USB, utilizará la propia carpeta de almacenamiento interna. Se puede utilizar «Manual» para ajustar manualmente tanto la ubicación de destino como la ruta o el directorio donde se desea guardar los archivos de registro.

El parámetro «Interval» define cuántas veces se escriben datos en el registro; este es también el tiempo entre medidas. Al hacer clic en «Interval» se abre un cuadro de diálogo donde puede especificarse el intervalo de registro.

La fuente R&S®NGM ofrece cuatro modos de registro diferentes:

• Unlimited (ilimitado): el registro se inicia manualmente y continúa hasta que se detiene manualmente. Este es el modo por defecto.
• Count (por cómputo): el registro se inicia manualmente pero se detiene automáticamente cuando se ha adquirido una cantidad de muestras definida por el usuario.
• Duration (por duración): el registro se inicia manualmente pero se detiene automáticamente cuando ha transcurrido un intervalo de tiempo definido por el usuario.
• Span (por intervalo): el registro empieza en una fecha y hora definidas por el usuario y se detiene tras una duración definida por el usuario.

El registro se puede iniciar o detener manualmente a través del menú «Logging» (registro). Otra forma de iniciar o detener el registro es utilizando un disparo, que puede activarse con el botón de alternancia situado junto a «Triggered» (con disparo).

Se puede comprobar fácilmente si el registro está en curso o inactivo a través del icono «LOG» de la barra de estado.

A continuación, veamos cómo se modifica el formato de los archivos de registro CSV. Esto se realiza haciendo clic en el elemento de menú «CSV Setting» (ajustes de CSV). Aquí se pueden configurar los siguientes parámetros:

• Field delimiter (delimitador de campo): coma o punto y coma
• Decimal separator (separador decimal): punto o coma
• Error designator (designador de error): no es un número (NaN) o vacío
• Line end marker (marcador de fin de línea): retorno de carro (CR) / avance de línea (LF) o solo LF

Puede que le parezca algo complicado, pero en realidad no debería preocuparle, ya que los ajustes de CSV predeterminados son los más habituales, de modo que, en la mayoría de los casos, no es necesario configurar ni modificar estos parámetros.