CN102955071B - 平衡电阻测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种平衡电阻测试装置，用于测出一串联超级电容的每一个超级电容的平衡电阻阻值，所述平衡电阻测试装置包括控制器、充电电路、放电电路及数字电位器，所述控制器用于检测所述串联超级电容的每一个超级电容上的电压；所述充电电路用于在控制器的控制下对所述串联超级电容进行充电；所述放电电路用于在控制器的控制下对所述串联超级电容进行放电；所述数字电位器包括与所述超级电容数量相当的可调节电阻，每一个可调节电阻对应并联至其中一个超级电容的两端；所述控制器控制所述数字电位器不断调节每一个可调节电阻并联到对应的超级电容两端的有效阻值，直到所述控制器检测到每一个超级电容上的电压值相等。

Description

平衡电阻测试装置
技术领域
本发明涉及一种平衡电阻测试装置，尤其涉及一种串联超级电容平衡电阻测试装置。
背景技术
串联超级电容一般由两个或多个超级电容串联而成，由于各个超级电容的内阻存在着一定差异，所以各个超级电容上的电压会存在着差异，这种电压的差异会对超级电容产生一定的损伤。
为了避免上述情况的发生，一般会在每个超级电容上并联一个平衡电阻，利用平衡电阻和超级电容的并联来减少各个超级电容上电压的差异，从而保证各个超级电容上的电压趋于相等。在选择平衡电阻的阻值时，一般是先将平衡电阻对应并联至各个超级电容上，再测各个超级电容上的电压，若各个超级电容上的电压存在差异，则更换不同阻值的平衡电阻进行测试，直到各个超级电容上的电压相等。
然而，上述方法由于多次更换平衡电阻，增加了测试人员的测试时间，不仅降低了工作效率还容易造成超级电容的损坏。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种平衡电阻测试装置，所述平衡电阻测试装置能方便测出串联超级电容的适当的平衡电阻阻值。
一种平衡电阻测试装置，用于测出一串联超级电容的每一个超级电容的平衡电阻阻值，所述平衡电阻测试装置包括：
控制器，电性连接至所述串联超级电容，用于检测所述串联超级电容的每一个超级电容上的电压；
充电电路，电性连接至所述控制器及串联超级电容，所述充电电路用于在控制器的控制下对所述串联超级电容进行充电；
放电电路，电性连接至所述控制器及串联超级电容，所述放电电路用于在控制器的控制下对所述串联超级电容进行放电；
数字电位器，电性连接至所述控制器，所述数字电位器包括与所述超级电容数量相当的可调节电阻，每一个可调节电阻对应并联至其中一个超级电容的两端；所述控制器控制所述数字电位器不断调节每一个可调节电阻并联到对应的超级电容两端的有效阻值，直到所述控制器检测到每一个超级电容上的电压值相等或者各个所述超级电容上的电压值之间的差值在规定的误差范围内。
所述的串联超级电容通过控制器来控制所述数字电位器来相应调节接入每一个超级电容上的可调节电阻的阻值，直到每一个超级电容上的电压值相等或者其电压值的差值在规定的误差范围内，此时所述可调节电阻的有效阻值即为其对应的超级电容的平衡电阻的阻值。因此，所述串联超级电容可通过控制器来自动调节可调电阻的阻值，可方便测出串联超级电容的适当的平衡电阻阻值，有效提高了测试效率。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的平衡电阻测试装置的模块图。
图2为图1所示平衡电阻测试装置的控制器、充电电路以及放电电路与被测的串联超级电容之间的电路连接图。
图3为图1所示平衡电阻测试装置的数字电位器与被测的串联超级电容之间的电路连接图。
图4为图3所示数字电位器与被测的串联超级电容之间连接的等效电路图。
主要元件符号说明
平衡电阻测试装置 100
串联超级电容 200
控制器 10
充电电路 20
充电芯片 21
滤波电路 23
放电电路 30
数字电位器 40
显示器 50
第一超级电容 C1
第二超级电容 C2
第一滤波电容 C3
第二滤波电容 C4
第三滤波电容 C5
第一有效电阻 R1
第二有效电阻 R2
放电电阻 R0
第一电压检测引脚 PIN1
第二电压检测引脚 PIN2
第一控制引脚 PIN3
第二控制引脚 PIN4
电源输入引脚 VIN
充电电流输出引脚 COUT
使能引脚 SHDN
输入电源 V-IN
电感 L1
时钟引脚 SCL
数据引脚 SDA
第一调节引脚 VW1
第一高位引脚 VH1
第一低位引脚 VL1
第二调节引脚 VW2
第二高位引脚 VH2
第二低位引脚 VL2
地址引脚 A0-A3
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明较佳实施方式的平衡电阻测试装置100用于测出一串联超级电容200的各个超级电容的平衡电阻的阻值。所述平衡电阻测试装置100包括控制器10、充电电路20、放电电路30、数字电位器40以及显示器50。所述控制器10分别控制充电电路20及放电电路30对所述串联超级电容200进行充电和放电，以测试串联超级电容200的各个超级电容两端的电压。所述数字电位器40包括多个可调节电阻，每一超级电容对应并联至其中一个所述可调节电阻，所述数字电位器40在所述控制器10的控制下调节多个所述可调节电阻的阻值，以使所述各个超级电容上的电压相等或者在规定的误差范围内。
请参阅图2，下面以所述串联超级电容200包括两个超级电容，即第一超级电容C1、第二超级电容C2为例对本发明的平衡电阻测试装置100进行说明。
所述控制器10包括第一电压检测引脚PIN1、第二电压检测引脚PIN2、第一控制引脚PIN3及第二控制引脚PIN4。所述控制器10分别通过第一电压检测引脚PIN1及第二电压检测引脚PIN2来检测第一超级电容C1及第二超级电容C2上的电压。所述控制器10分别通过第一控制引脚PIN3及第二控制引脚PIN4来分别控制所述充电电路20及放电电路30来对所述串联超级电容200进行充电及放电。
所述充电电路20包括充电芯片21及滤波电路23。所述充电芯片21包括电源输入引脚VIN、充电电流输出引脚COUT以及使能引脚SHDN。所述电源输入引脚VIN电性连接至一输入电源V-IN。在本较佳实施方式中，所述输入电源V-IN为5V电源。所述充电电流输出引脚COUT电性连接至所述串联超级电容200，即，所述第一超级电容C1及第二超级电容C2串联至所述充电电流输出引脚COUT与地之间。所述使能引脚SHDN电性连接至所述控制器10的第一控制引脚PIN3。当所述控制器10控制所述使能引脚SHDN有效时，所述充电芯片21则将所述输入电源输入的电流转换为充电电流输出至所述串联超级电容200，以给所述串联超级电容200充电。当所述控制器10控制所述使能引脚SHDN无效时，所述充电芯片21则停止对所述串联超级电容充电。在本较佳实施方式中，所述充电芯片21为凌力尔特公司生产的可编程超级电容充电器LTC3225，其使能引脚SHDN为低电平有效。
所述滤波电路23用于滤除充电芯片21的电源输入引脚VIN以及充电电流输出引脚COUT上传输的电压信号的杂波。所述滤波电路23包括电感L1、第一滤波电容C3、第二滤波电容C4以及第三滤波电容C5。所述电感L1电性电性连接至所述输入电源V-IN与电源输入引脚VIN之间，且所述电感L1的两端分别通过所述第一滤波电容C3、第二滤波电容C4接地。所述充电电流输出引脚COUT通过所述第三滤波电容C5接地。
所述放电电路30为一电子开关。所述电子开关一端电性连接至所述充电电流输出引脚COUT与串联超级电容200之间的节点，另一端接地。所述电子开关还电性连接至所述控制器10。当所述充电电路20在控制器10的控制下对所述串联超级电容200充电时，所述电子开关在控制器10的控制下断开；当所述充电电路20在控制器10的控制下停止对串联超级电容200充电时，所述电子开关则在控制器10的控制下导通，所述串联超级电容200则通过所述电子开关接地放电。
在本较佳实施方式中，所述电子开关为一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET），其漏极D通过一放电电阻R0电性连接至所述充电电流输出引脚COUT与串联超级电容200之间的节点，栅极G电性连接至所述控制器10的第二控制引脚PIN4，源极S接地。当所述控制器10通过第二控制引脚PIN4输出低电平至所述栅极G时，所述N沟道MOSFET截止；当所述控制器10输出高电平至所述栅极G时，所述N沟道MOSFET导通。可以理解，所述电子开关也可以为一NPN型三极管，其基极、发射极和集电极分别对应所述N沟道MOSFET的栅极G、源极S和漏极D。
请参阅图3及图4，所述数字电位器40包括时钟引脚SCL、数据引脚SDA、第一调节引脚VW1、第一高位引脚VH1、第一低位引脚VL1、第二调节引脚VW2、第二高位引脚VH2、第二低位引脚VL2以及四个地址引脚A0-A3。所述时钟引脚SCL、数据引脚SDA用于与控制器10之间进行串行数据的通信，所述地址引脚A0-A3用于实现控制器10对该数字电位器40的各个可调节电阻的寻址。例如，当所述地址引脚A0-A3上的电平依次为0000时，则选择第一个可调节电阻；当所述地址引脚A0-A3上的电平依次为0001时，则选择第二个可调节电阻。所述时钟引脚SCL、数据引脚SDA、地址引脚A0-A3与所述控制器10的连接为常规电路接法，故没有在附图中示出具体连接电路。在本较佳实施方式中，所述数字电位器40为XICOR公司生产的型号为X9421的数字电位器，其包括四个可调节电阻。
所述第一调节引脚VW1电性连接至所述第一超级电容C1的正极，所述第一低位引脚VL1电性连接至所述第一超级电容C1的负极，第一高位引脚VH1悬空处理；所述第二调节引脚VW2电性连接至所述第二超级电容C2的正极，所述第二低位引脚VL2电性连接至所述第二超级电容C2的负极，所述第二高位引脚VH2悬空处理。所述第一调节引脚VW1、第一高位引脚VH1及第一低位引脚VL1构成一第一可调节电阻，且所述第一可调节电阻并联在第一超级电容C1两端的有效电阻记为第一有效电阻R1；所述第二调节引脚VW2、第二高位引脚VH2、第二低位引脚VL2之间构成一第二可调节电阻，且所述第二可调节电阻并联在所述第二超级电容C2两端的有效电阻记为第二有效电阻R2。所述数字电位器40可在控制器10的控制下改变第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值。在本较佳实施方式中，所述第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值相等。
随着第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值的改变，第一超级电容C1及第二超级电容C2上的电压也会相应的改变。通过调节第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值，可以使第一超级电容C1及第二超级电容C2上的电压相等或者其差值在规定的误差范围内，此时，第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值即分别为第一超级电容C1及第二超级电容C2的平衡电阻的阻值。
所述显示器50与所述控制器10的连接为常规电路接法，故没有给出具体连接电路。所述显示器50用于显示所述第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值。在本较佳实施方式中，所述第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值相等，因此，所述显示器50仅需显示一个阻值。当控制器10测得所述第一超级电容C1及第二超级电容C2上的电压相等或者二者差值在规定的范围内时，所述控制器10则记录此时第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值，并通过显示器50进行显示。如此，测试人员即可方便的知道所述第一超级电容C1及第二超级电容C2上应该并联的平衡电阻的阻值。
下面举例说明所述平衡电阻测试装置100的工作过程。
首先将所述控制器10的第一电压检测引脚PIN1电性连接至所述第一超级电容C1正极；将控制器10的第二电压检测引脚PIN2电性连接至所述第二超级电容C2正极。所述控制器10首先通过所述数字电位器40设定所述第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的值，此时第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的值一般设定为较小。控制器10接着驱动充电电路20对串联超级电容200进行充电，当充电完成后，记第一超级电容C1正极的电压为Vc，第二超级电容C2正极的电压记为Vm，此时控制器10分别通过第一电压检测引脚PIN1及第二电压检测引脚PIN2检测Vc和Vm的值，控制器10再计算出Vc和Vm之间的比值A，并记录A的值，然后控制放电电路30对所述串联超级电容200进行放电。放电完毕后，控制器10再次控制充电电路20对所述串联超级电容200进行充电，并记录Vc和Vm的值以及计算A的值。如此进行N次，在本较佳实施方式中，N为十次。然后控制器计算十个A的平均值，A的平均值等于2或者A的平均值与2的差值在规定的误差范围内，则说明此第一超级电容C1与第二超级电容C2上的电压相等，此时第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值即为第一超级电容C1与第二超级电容C2的有平衡电阻的阻值相等。此外，控制器10通过显示器50将所述第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值显示出来。
若A的平均值与2的差值超出了规定的误差范围，则控制器10通过数字电位器40来增加所述第一有效电阻R1及第二有效电阻R2的阻值，并且第一有效电阻R1及第二有效电阻R2增加相同的阻值，然后采用上述方法再次测量所述第一超级电容C1及第二超级电容C2上的电压，直到第一超级电容C1及第二超级电容C2上的电压相等为止。
可以理解，所述串联超级电容200所包括的超级电容的个数也可以大于2个，此时只需要相应地增加控制器10上的电压检测引脚的个数以及数字电位器40的个数即可，将串联超级电容200的每一个超级电容的正极连接至控制器10的其中一个电压检测引脚，并在每一个超级电容上并联数字电位器40的一个可调节电阻。当然，当串联超级电容200包括超级电容的个数为三个或四个时，还可以继续使用数字电位器40剩下的两个可调节电阻。
所述的串联超级电容200通过控制器10来控制所述数字电位器40来相应调节接入每一个超级电容上的可调节电阻的阻值，直到每一个超级电容上的电压值相等或者其电压值的差值在规定的误差范围内，此时所述可调节电阻的有效阻值即为其对应的超级电容的平衡电阻的阻值。因此，所述串联超级电容200可通过控制器10来自动调节可调电阻的阻值，可方便测出串联超级电容的适当的平衡电阻阻值，有效提高了测试效率。

Claims (10)

1.一种平衡电阻测试装置，用于测出一串联超级电容的每一个超级电容的平衡电阻阻值，其特征在于，所述平衡电阻测试装置包括：
控制器，电性连接至所述串联超级电容，用于检测所述串联超级电容的每一个超级电容上的电压；
充电电路，电性连接至所述控制器及串联超级电容，所述充电电路用于在控制器的控制下对所述串联超级电容进行充电；
放电电路，电性连接至所述控制器及串联超级电容，所述放电电路用于在控制器的控制下对所述串联超级电容进行放电；
数字电位器，电性连接至所述控制器，所述数字电位器包括与所述超级电容数量相当的可调节电阻，每一个可调节电阻对应并联至其中一个超级电容的两端；所述控制器控制所述数字电位器不断调节每一个可调节电阻并联到对应的超级电容两端的有效阻值；其中，每次调整中每一个可调节电阻增加的阻值相同，直到所述控制器检测到每一个超级电容上的电压值相等或者各个所述超级电容上的电压值之间的差值在规定的误差范围内。
2.如权利要求1所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：所述平衡电阻测试装置还包括电性连接至所述控制器的显示器，当所述控制器检测到每一个超级电容上的电压值相等或者各个所述超级电容上的电压值之间的差值在规定的误差范围内时，控制器将此时的可调节电阻并联到所述超级两端的有效阻值通过显示器进行显示。
3.如权利要求1所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：所述平衡电阻测试装置还包括输入电源，所述充电电路包括充电芯片，所述充电芯片包括电源输入引脚、充电电流输出引脚以及使能引脚，所述电源输入引脚电性连接至所述输入电源，所述使能引脚电性连接至所述控制器，所述串联超级电容电性连接至所述充电电流输出引脚与地之间。
4.如权利要求3所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：所述充电电路还包括滤波电路，所述滤波电路用于滤除所述充电芯片的电源输入引脚以及充电电流输出引脚上传输的电压信号的杂讯，所述滤波电路包括电感、第一滤波电容、第二滤波电容以及第三滤波电容，所述电感电性连接至所述输入电源与电源输入引脚之间，且所述电感的两端分别通过所述第一滤波电容、第二滤波电容接地；所述充电电流输出引脚通过所述第三滤波电容接地。
5.如权利要求1所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：所述放电电路为一电子开关，所述电子开关一端电性连接至所述充电压输出引脚与串联超级电容之间的节点，另一端接地；所述电子开关还电性连接至所述控制器，当所述充电电路在控制器的控制下对所述串联超级电容充电时，所述电子开关在控制器的控制下断开；当所述充电电路在控制器的控制下停止对串联超级电容充电时，所述电子开关则在控制器的控制下导通，所述串联超级电容则通过所述电子开关接地放电。
6.如权利要求5所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：平衡电阻测试装置还包括放电电阻，所述电子开关为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其漏极通过一放电电阻电性连接至所述充电电流输出引脚与串联超级电容之间的节点，栅极电性连接至所述控制器的，源极接地。
7.如权利要求5所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：所述电子开关为NPN型三极管，其集电极通过一放电电阻电性连接至所述充电电流输出引脚与串联超级电容之间的节点，基极电性连接至所述控制器的，发射极接地。
8.如权利要求1所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：每一个可调节电阻包括调节引脚、低位引脚及高位引脚，所述调节引脚及低位引脚分别电性连接至对应的超级电容的正极及负极；所述高位引脚悬空处理。
9.如权利要求8所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：所述数字电位器还包括均电性连接至所述控制器的时钟引脚、数据引脚以及多个地址引脚，所述时钟引脚、数据引脚用于与控制器之间进行串行数据的通信，所述多个地址引脚用于实现控制器对该数字电位器的各个可调节电阻的选择。
10.如权利要求1所述的平衡电阻测试装置，其特征在于：每一个所述可调节电阻并联到对应的超级电容两端的有效阻值相等。
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