CN105158581B - 大容量电容容量测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电容容量测试仪器仪表技术领域,公开了一种大容量电容容量测量电路。它包括电压比较器触发电路、电容泄放电电路、四档位充电电路、MCU模块电路、辅助电源电路;电压比较器触发电路与MCU模块电路中的MCU模块的中断端口相连接,MCU模块通过译码器U1与四档位充电电路相连接,四档位充电电路与待测电容测试端子相连接,测试端子还与电容泄放电电路相连接,辅助电源电路为MCU模块及待测电容提供电源;本发明采用四档位充电电路对待检测电容进行充电,分别对应四个不同的电容容量量程,保证了测量结果的精确性和快速性;测量方法稳定可靠,由于本发明采用硬件比较器,由MCU模块定时,大大提高了测量数据的准确性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电容容量测试仪器仪表技术领域,具体的说是一种大容量电容容量测量电路。
背景技术
近年来随着电子科技的逐步发展,大容量电容器越来越常见于电子电路和电气电路中,比如超大容量的铝电解电容器,电路上替代锂电池的超级法拉电容等等。电容量是电容器的一个重要参数,电容容量的变化能反映电容器的故障状态,关键位置的电容量精度甚至影响电路质量。而当需要测得大电容容量时,普通数字式万用表可测量的最大容量仅为数百微法,不能满足实际测量的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种大容量电容容量测量电路,以解决普通数字式万用表的量程限制不能测量大电容器容量的问题。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案为:
一种大容量电容容量测量电路,它包括电压比较器触发电路、电容泄放电电路、四档位充电电路、MCU模块电路和辅助电源电路;所述电压比较器触发电路与MCU模块电路中的中断端口相连接,MCU模块电路通过译码器U1与四档位充电电路相连接,四档位充电电路与待测电容测试端子相连接,测试端子还与所述电容泄放电电路相连接,所述辅助电源电路为MCU模块电路及待测电容提供电源,MCU模块电路通过串行模式与工业显示器相连接;当待测电容连接到测试端子时,电容泄放电电路先将待测电容放电,待测电容中的电荷放光之后,MCU模块电路通过译码器U1选择适当的四档位充电电路中的一个充电通道给待测电容进行充电,MCU模块电路同时开启定时器进行计数,当电容充电达到电压比较器触发电路所设定的电压阈值时,电压比较器触发电路中的比较器U2翻转,发出充电完成信号输送至MCU模块电路的中断端口,MCU模块电路做出响应停止计数,同时关闭四档位充电电路,接通电容泄放电电路对待测电容再次进行放电,MCU模块电路将待测电容的电容量传输给工业显示器进行数值显示。
作为本发明的进一步改进,所述电压比较器触发电路包括电压比较器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可调电阻VR1、电容C2、电容C3和三极管Q4,电阻R3和可调电阻VR1构成电压比较器U2的分压器,并联电容C3以滤除干扰信号;电压比较器U2的输出与三极管Q4的基极相连接,三极管Q4的集电极与MCU模块电路的中断端口相连接;通过可调电阻VR1阻值的调控,可以调整电压比较器同相输入端的基准电压为待测电容充电电压的0.632倍,当待测电容上的电压充电至充电电压的0.632倍时,比较器U2输出下降沿跳变,然后经过三极管Q4的倒相和电平转换作用,输出上升沿跳变至MCU的中断端口,作为充电完成的信号。
作为本发明的更进一步改进,所述电容泄放电电路由大功率放电电阻R4、场效应管Q6、倒相三极管Q7、电阻R5、电阻R6组成,大功率放电电阻R4的一端与测试端子相连接,大功率放电电阻R4的另一端与场效应管Q6的漏极相连接,场效应管Q6的栅极与倒相三极管Q7的集电极相连接,倒相三极管Q7的基极串联电阻R7后与译码器U1的一个输出管脚相连接,所述MCU模块电路通过译码器U1控制场效应管Q6的导通,场效应管Q6导通后将待测电容上的电荷进行放电。
作为本发明的更进一步改进,所述场效应管Q6为低开启电压,低导通压降的N沟道功率场效应管。
作为本发明的更进一步改进,所述四档位充电电路分别由场效应管Q1与电阻R11串联、场效应管Q2与电阻R10串联、场效应管Q3与电阻R9串联、场效应管Q5与电阻R8串联后组成,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5均为低开启电压,低导通压降的P沟道场效应管,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的栅极分别与译码器U1的四个输出管脚相连接,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的源极分别与辅助电源电路相连接,电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11均为大功率充电电阻,每一组换挡电路均与测试端子相连接,代表不同档位的电容量程,每一组换挡电路均由译码器U1的译码输出管脚驱动,译码器U1被选通的管脚输出低电平,其余管脚均输出高电平,译码器U1的地址输入端接至MCU模块电路,档位选择由按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,分别对应不同的电容量程。
作为本发明的更进一步改进,所述辅助电源电路输出+5V、+3.3V两种电压,+5V电压具有较大功率输出能力,其与地两端并联超级法拉电容C1,超级法拉电容C1的容量大于最大待测电容的容量10倍以上;+3.3V电压由输入+5V电压经过低压差线性稳压器降压后获得,用以给MCU模块电路供电。
作为本发明的更进一步改进,所述MCU模块电路由MCU模块、译码器U1、按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,数据的显示由MCU模块采用串行模式与工业显示器相连接。
作为本发明的更进一步改进,所述译码器U1的型号为74HC138。
作为本发明的更进一步改进,所述MCU模块的型号为PIC16f690。
本发明所述的电压比较器触发电路中,比较器的同相输入端电位通过可调电阻VR1设置为0.632*5V=3.16V,因为根据电容充电公式
Uc=U*[1-e^(-t/τ)](1)
式中:U为充电电压,Uc为电容电压,τ为时间常数,τ=R*C,
当通过充电电阻对电容充电时间为τ时,
Uc=(1-1/e)*U≈0.632*U(2)
通过MCU模块的定时器功能可以测量出时间常数τ。
在所述电压比较器触发电路中待测电容上的剩余电荷通过放电电阻R4放电时,应当保证放电时间,以使电荷放光。
本发明所述的四档位充电电路中,电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11均为大功率充电电阻,其电阻值分别为:R8=1欧姆,R9=5.1欧姆,R10=24欧姆,R11=100欧姆,分别对应电容的量程为:5-100F,0.25-5F,12.5-250mF,0.625-12.5mF。
档位选择由按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,分别对应的电容量程为:5-100F,0.25-5F,12.5-250mF,0.625-12.5mF。按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4均为非自锁型按键。
本发明所述的MCU模块,为单片机集成终端,具有定时器功能,数值校正通过时间测算得各档位校正系数,并且通过MCU模块自身所集成的软件可以修正场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的导通电阻对充电电阻的影响,修正后的数值通过与MCU模块相连接的工业显示器显示,所述的工业显示器为低功耗的工业型字符液晶显示器。
本发明具有如下优点:
(1)本发明采用四档位充电电路对待检测电容进行充电,分别对应四个不同的电容容量量程,保证了测量结果的精确性和快速性;
(2)测量方法稳定可靠,由于本发明采用硬件比较器,由MCU模块定时,大大提高了测量数据的准确性与可靠性;
(3)测量方法安全性高,本发明采用低电压相对大电流的电源对待测电容充电,避免了高压对待测电容带来的安全隐患,且译码器任何时刻最多仅有一个输出管脚为低电平,确保了测量电路的安全性。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种大容量电容容量测量电路,它包括电压比较器触发电路、电容泄放电电路、四档位充电电路、MCU模块电路和辅助电源电路;所述电压比较器触发电路与MCU模块电路中的中断端口相连接,MCU模块电路通过译码器U1与四档位充电电路相连接,四档位充电电路与待测电容测试端子相连接,测试端子还与所述电容泄放电电路相连接,所述辅助电源电路为MCU模块电路及待测电容提供电源,MCU模块电路通过串行模式与工业显示器相连接;当待测电容连接到测试端子时,电容泄放电电路先将待测电容放电,待测电容中的电荷放光之后,MCU模块电路通过译码器U1选择适当的四档位充电电路中的一个充电通道给待测电容进行充电,MCU模块电路同时开启定时器进行计数,当电容充电达到电压比较器触发电路所设定的电压阈值时,电压比较器触发电路中的比较器U2翻转,发出充电完成信号输送至MCU模块电路的中断端口,MCU模块电路做出响应停止计数,同时关闭四档位充电电路,接通电容泄放电电路对待测电容再次进行放电,MCU模块电路将待测电容的电容量传输给工业显示器进行数值显示。
电压比较器触发电路包括电压比较器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可调电阻VR1、电容C2、电容C3和三极管Q4,电阻R3和可调电阻VR1构成电压比较器U2的分压器,并联电容C3以滤除干扰信号;电压比较器U2的输出与三极管Q4的基极相连接,三极管Q4的集电极与MCU模块电路的中断端口相连接;通过可调电阻VR1阻值的调控,可以调整电压比较器同相输入端的基准电压为待测电容充电电压的0.632倍,当待测电容上的电压充电至充电电压的0.632倍时,比较器U2输出下降沿跳变,然后经过三极管Q4的倒相和电平转换作用,输出上升沿跳变至MCU的中断端口,作为充电完成的信号。
电容泄放电电路由大功率放电电阻R4、场效应管Q6、倒相三极管Q7、电阻R5、电阻R6组成,大功率放电电阻R4的一端与测试端子相连接,大功率放电电阻R4的另一端与场效应管Q6的漏极相连接,场效应管Q6的栅极与倒相三极管Q7的集电极相连接,倒相三极管Q7的基极串联电阻R7后与译码器U1的一个输出管脚相连接,所述MCU模块电路通过译码器U1控制场效应管Q6的导通,场效应管Q6导通后将待测电容上的电荷进行放电。
场效应管Q6为低开启电压,低导通压降的N沟道功率场效应管。
四档位充电电路分别由场效应管Q1与电阻R11串联、场效应管Q2与电阻R10串联、场效应管Q3与电阻R9串联、场效应管Q5与电阻R8串联后组成,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5均为低开启电压,低导通压降的P沟道场效应管,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的栅极分别与译码器U1的四个输出管脚相连接,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的源极分别与辅助电源电路相连接,电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11均为大功率充电电阻,每一组换挡电路均与测试端子相连接,代表不同档位的电容量程,每一组换挡电路均由译码器U1的译码输出管脚驱动,译码器U1被选通的管脚输出低电平,其余管脚均输出高电平,译码器U1的地址输入端接至MCU模块电路,档位选择由按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,分别对应不同的电容量程。
作为本发明的更进一步改进,所述辅助电源电路输出+5V、+3.3V两种电压,+5V电压具有较大功率输出能力,其与地两端并联超级法拉电容C1,超级法拉电容C1的容量大于最大待测电容的容量10倍以上;+3.3V电压由输入+5V电压经过低压差线性稳压器降压后获得,用以给MCU模块电路供电。
作为本发明的更进一步改进,所述MCU模块电路由MCU模块、译码器U1、按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,数据的显示由MCU模块采用串行模式与工业显示器相连接。
译码器U1的型号为74HC138。
MCU模块的型号为PIC16f690。
在图1中较粗的线代表功率线,表示其上流过大电流。
本发明既可以测量有极性电容器,也可以测量无极性电容器,对于有极性电容器如铝电解电容等,接入时当注意极性不要接错,否则可能会导致电容器损坏。
需要说明的是,在未脱离本发明构思前提下,对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大容量电容容量测量电路,其特征在于:它包括电压比较器触发电路、电容泄放电电路、四档位充电电路、MCU模块电路和辅助电源电路;所述电压比较器触发电路与MCU模块电路中的中断端口相连接,MCU模块电路通过译码器U1与四档位充电电路相连接,四档位充电电路与待测电容测试端子相连接,测试端子还与所述电容泄放电电路相连接,所述辅助电源电路为MCU模块电路及待测电容提供电源,MCU模块电路通过串行模式与工业显示器相连接;当待测电容连接到测试端子时,电容泄放电电路先将待测电容放电,待测电容中的电荷放光之后,MCU模块电路通过译码器U1选择适当的四档位充电电路中的一个充电通道给待测电容进行充电,MCU模块电路同时开启定时器进行计数,当电容充电达到电压比较器触发电路所设定的电压阈值时,电压比较器触发电路中的比较器U2翻转,发出充电完成信号输送至MCU模块电路的中断端口,MCU模块电路做出响应停止计数,同时关闭四档位充电电路,接通电容泄放电电路对待测电容再次进行放电,MCU模块电路将待测电容的电容量传输给工业显示器进行数值显示;
所述电压比较器触发电路包括电压比较器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可调电阻VR1、电容C2、电容C3和三极管Q4,电阻R3和可调电阻VR1构成电压比较器U2的分压器,并联电容C3以滤除干扰信号;电压比较器U2的输出与三极管Q4的基极相连接,三极管Q4的集电极与MCU模块电路的中断端口相连接;通过可调电阻VR1阻值的调控,可以调整电压比较器同相输入端的基准电压为待测电容充电电压的0.632倍,当待测电容上的电压充电至充电电压的0.632倍时,比较器U2输出下降沿跳变,然后经过三极管Q4的倒相和电平转换作用,输出上升沿跳变至MCU的中断端口,作为充电完成的信号。
2.根据权利要求1所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述电容泄放电电路由大功率放电电阻R4、场效应管Q6、倒相三极管Q7、电阻R5、电阻R6组成,大功率放电电阻R4的一端与测试端子相连接,大功率放电电阻R4的另一端与场效应管Q6的漏极相连接,场效应管Q6的栅极与倒相三极管Q7的集电极相连接,倒相三极管Q7的基极串联电阻R7后与译码器U1的一个输出管脚相连接,所述MCU模块电路通过译码器U1控制场效应管Q6的导通,场效应管Q6导通后将待测电容上的电荷进行放电。
3.根据权利要求2所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述场效应管Q6为低开启电压,低导通压降的N沟道功率场效应管。
4.根据权利要求3所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述四档位充电电路分别由场效应管Q1与电阻R11串联、场效应管Q2与电阻R10串联、场效应管Q3与电阻R9串联、场效应管Q5与电阻R8串联后组成,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5均为低开启电压,低导通压降的P沟道场效应管,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的栅极分别与译码器U1的四个输出管脚相连接,场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q5的源极分别与辅助电源电路相连接,电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11均为大功率充电电阻,每一组换挡电路均与测试端子相连接,代表不同档位的电容量程,每一组换挡电路均由译码器U1的译码输出管脚驱动,译码器U1被选通的管脚输出低电平,其余管脚均输出高电平,译码器U1的地址输入端接至MCU模块电路,档位选择由按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,分别对应不同的电容量程。
5.根据权利要求4所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述辅助电源电路输出+5V、+3.3V两种电压,+5V电压具有较大功率输出能力,其与地两端并联超级法拉电容C1,超级法拉电容C1的容量大于最大待测电容的容量10倍以上;+3.3V电压由输入+5V电压经过低压差线性稳压器降压后获得,用以给MCU模块电路供电。
6.根据权利要求5所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述MCU模块电路由MCU模块、译码器U1、按键开关S1、按键开关S2、按键开关S3、按键开关S4组成,数据的显示由MCU模块采用串行模式与工业显示器相连接。
7.根据权利要求6所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述译码器U1的型号为74HC138。
8.根据权利要求7所述的大容量电容容量测量电路,其特征在于:所述MCU模块的型号为PIC16f690。
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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