CN109856461A - 一种电容测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容测试电路，包括恒流源电路、电压比较电路和采样计时电路；恒流源电路用于生成恒定的充电电流以对待测电容进行充电；电压比较电路用于采集待测电容的输出电压，并在输出电压大于预设的第一电压且小于预设的第二电压时输出控制信号；该控制信号用于触发采样计时电路生成采样信号；采样计时电路用于对采样信号的持续时间进行计时，并根据充电电流、第二电压与第一电压的差值和计时结果计算待测电容的电容值；本发明以第一电压代替零电压作为计时开始的初始值，排除了电压零位易受干扰引起的测试误差，提高了测试结果的准确度。

Description

一种电容测试电路

技术领域

本发明属于电容测试技术领域，更具体地，涉及一种引信用火工品电容测试电路。

背景技术

在引信安全系统技术领域，最常见的起爆电路是电容放电起爆，这种起爆电路通常和通信电路、控制电路、安全管制电路等电路组合构成引信的安全系统，电容放电起爆电路中最关键的部件为电容，其电容量和安装正确性直接关系到引信起爆的成功与否，因此需要对起爆电路中电容的容量进行测试；

传统的火工品电容测试采用恒流源测试法，其具有如下的缺陷：一是电容在断电后仍然具有部分残余电压，残余电压会影响电容测试的准确度；现有的火工品电容测试电路不能保证在测试前电容放电完毕，导致测试数据不正确，且之前的电路均是一对一的专用测试电路，不能转任意换测试通道，不利于测试通用性；二是电路中待测电容的电压零位易受干扰，引入测试误差，降低了测试的精确度；三是恒流源充电的稳定性差，在电路损坏的情况下异常大电流会引爆火工品，安全性无法得到保障。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种电容测试电路，其目的在于解决现有的电容测试存在抗干扰能力差、测试精度低、安全性低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电容测试电路，包括恒流源电路、电压比较电路和采样计时电路；

所述恒流源电路用于生成恒定的充电电流以对待测电容进行充电；

所述电压比较电路用于采集待测电容的输出电压，并在所述输出电压大于预设的第一电压且小于预设的第二电压时输出控制信号；所述控制信号用于触发采样计时电路生成采样信号；

所述采样计时电路用于对所述采样信号的持续时间进行计时，并根据所述充电电流、第二电压与第一电压的差值和计时结果计算待测电容的电容值。

优选的，上述电容测试电路，还包括电子开关和放电电路；

所述电子开关用于将待测电容与所述放电电路相连通以通过放电电路释放待测电容中的残余电压；并用于在接收外部输入的测试开始信号后断开待测电容与放电电路之间的放电通路并建立待测电容与恒流源电路之间的充电通路。

优选的，上述电容测试电路，其恒流源电路包括电流源N1、限流电阻R2和调理电阻R3；

所述电流源N1的第一端通过限流电阻R2与外部第一电源的正极端相连，第二端与调理电阻R3的第一端相连，第三端与调理电阻R3的第二端相连；所述调理电阻R3的第二端与待测电容的正极端相连。

优选的，上述电容测试电路，其电压比较电路包括第一电压比较器N2、第二电源比较器N3，分压电阻R4、R5、R6，滤波电容C1、C2，隔离电阻R7；

所述分压电阻R4的第一端与外部第一电源的正极端相连，第二端与分压电阻R5的第一端相连；所述分压电阻R6的第一端与第一电源的负极端相连，第二端与分压电阻R5的第二端相连；所述滤波电容C1与分压电阻R6并联；所述滤波电容C2与分压电阻R5、R6并联；所述第一电压比较器N2的正极输入端与分压电阻R4、R5的公共端相连，所述第二电压比较器N3的负极输入端与分压电阻R5、R6的公共端相连，第一电压比较器N2的负极输入端和第二电压比较器N3的正极输入端均通过隔离电阻R7与待测电容的正极端相连，第一电压比较器N2和第二电压比较器N3的输出端均与采样计时电路的输入端相连。

优选的，上述电容测试电路，其采样计时电路包括固态继电器E1、上拉电阻R8、R9、与所述上拉电阻R8并联的滤波电容C3、二极管V2和微控制器；

所述上拉电阻R8的第一端与外部第一电源的正极端相连，第二端与二极管V2的正极相连，所述二极管V2的负极与固态继电器E1的输入端相连；所述上拉电阻R8、二极管V2的公共端与第一电压比较器N2和第二电压比较器N3的输出端相连；所述固态继电器E1的输出端通过上拉电阻R9与外部第二电源的正极端相连；所述微控制器的输入端与固态继电器E1的输出端相连。

优选的，上述电容测试电路，其放电电路包括放电电阻R1及与所述放电电阻R1并联的二极管V1；

所述放电电阻R1的第一端分别与待测电容的负极端、电子开关的第一端相连，第二端与电子开关的第二端相连；所述电子开关的第三端与待测电容的正极端相连，第四端分别与调理电阻R3的第二端、隔离电阻R7相连，第五端与第一电源的负极端相连。

优选的，上述电容测试电路，其第一电源为5V，第二电源为3.3V。

优选的，上述电容测试电路，其电子开关为继电器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的一种电容测试电路，分别以分压电阻R5两端的电压值作为第一电压比较器和第二电压比较器的基准电压，通过微控制器对待测电容的电压值从第一电压升至第二电压的时间进行计时，根据计时结果计算待测电容的电容值；以第一电压代替零电压作为计时开始的初始值，排除了电压零位易受干扰引起的测试误差，提高了测试结果的准确度；分压电阻R4～R6采用串形连接的形式，确保输入两个电压比较器的电压恒定且利于计算；滤波电容C1、C2能够滤除电路中的干扰信号，确保输入两个电压比较器的电压恒定，提高抗干扰能力；

(2)本发明提供的一种电容测试电路，通过电子开关实现待测电容在放电电路与恒流源电路之间的相互切换，待测电容通过与其并联的放电电阻释放残余电压，确保待测电容在测试前处于无电状态，提高测试的准确度和安全性；

(3)本发明提供的一种电容测试电路，限流电阻R2起到保护三端可调电流源N1和待测电容充电安全性的作用，确保待测电容的输入电流不会超过安全阈值，避免电流过大引爆火工品，在电路损坏的情况下保证测试安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电容测试电路的逻辑框图；

图2是本发明实施例所提供的电容测试电路的电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例提供的一种电容测试电路的逻辑框图，如图1所示，该电容测试电路包括电子开关、放电电路、恒流源电路、电压比较电路和采样计时电路；

电子开关用于将待测电容与放电电路相连通，待测电容通过放电电路释放待测电容中的残余电压，确保待测电容在测试前处于无电状态；开始测试后，电子开关在接收到外部施加的电压或控制指令后将断开待测电容与放电电路的放电通路并建立待测电容与恒流源电路之间的充电通路；

恒流源电路用于生成恒定的充电电流以对待测电容进行充电；电压比较电路用于采集待测电容的输出电压，并在该输出电压大于预设的第一电压且小于预设的第二电压时输出控制信号；该控制信号用于触发采样计时电路生成采样信号；采样计时电路用于对生成的采样信号的持续时间进行计时，并根据充电电流、第二电压与第一电压的差值和计时结果计算待测电容的电容值。

图2是本实施例所提供的电容测试电路的电路图，如图2所示，该电容测试电路包括放电电阻R1、反向保护二极管V1、继电器K1、限流电阻R2、三端可调电流源N1、调理电阻R3、分压电阻R4～R6、滤波电容C1～C3、第一电压比较器N2、第二电压比较器N3、隔离电阻R7、上拉电阻R8、R9、二极管V2、固态继电器E1和微控制器；

其中，放电电阻R1的第一端分别与发火电容的负极端、继电器K1的第一端相连，第二端与继电器K1的第二端相连；继电器K1的第三端与发火电容的正极端相连，第四端分别与调理电阻R3的第二端、隔离电阻R7的第一端相连，第五端与5V电源的负极端相连；反向保护二极管V1与放电电阻R1并联。

放电电阻R1和反向保护二极管V1构成发火电容的放电电路，与发火电容并联的放电电阻R1能够确保待测电容在测试前一直处于放电状态，反向保护二极管V1用于防止发火电容接反导致的反向放电损坏电路。本实施例中，放电电阻R1采用阻值为200Ω、封装尺寸为微小封装的贴片电阻，确保发火电容在充电测试前放电完毕；反向保护二极管V1采用体积小、压降小的肖特基二极管BAT54C，起保护电路、嵌位的作用，防止发火电容接反损坏电路。

三端可调电流源N1的第一端通过限流电阻R2与5V电源的正极端相连，第二端与调理电阻R3的第一端相连，第三端与调理电阻R3的第二端相连；调理电阻R3的第二端与继电器K1的第二端相连；

三端可调电流源N1和调理电阻R3构成恒流源电路，用于生成恒定的充电电流以对发火电容进行充电；限流电阻R2起保护三端可调电流源N1和发火电容充电安全性的功能，确保发火电容的输入电流不会超过安全阈值，在电路损坏的情况下保证测试安全性；本实施例中，三端可调电流源N1采用SO-8封装的LM234H，通过调理电阻R3将电流调理至1mA，供待测电容充电时使用，保证充电电流的稳定性以及电容测试的安全性和准确性，调理电阻R3的阻值为300Ω；限流电阻R2采用大阻值的贴片电阻，阻值为1kΩ，封装为0402，用于降低输入电流，保证在三端可调电流源N1出现故障的情况下将电流限制在5mA以下，保障火工品的测试安全性。

继电器K1用于实现发火电容与放电电路和恒流源电路之间的相互切换；开始测试前，继电器K1的引脚3与引脚5断开，引脚6与引脚8连接，使发火电容与放电电路连通以构成放电通路，发火电容通过与其并联的放电电阻R1释放储存的电压，确保发火电容在开始测试前处于无电状态；开始测试后，继电器K1通电或接受到控制指令后，断开引脚6与引脚8，闭合引脚6与引脚4、引脚3与引脚5，使发火电容与恒流源电路连通以构成充电通路，恒流源电路开始对发火电容充电。本实施例中，继电器K1采用体积小、导通电阻小、带载能力强的塑封器件G6A-274P-ST-US-DC5。

第一电压比较器N2、第二电源比较器N3、分压电阻R4、R5、R6、滤波电容C1、C2和隔离电阻R7构成了电压比较电路；分压电阻R4的第一端与5V电源的正极端相连，第二端与分压电阻R5的第一端相连；分压电阻R6的第一端与5V电源的负极端相连，第二端与分压电阻R5的第二端相连；滤波电容C1与分压电阻R6并联，滤波电容C2与分压电阻R5、R6并联；第一电压比较器N2的引脚5与分压电阻R4、R5的公共端相连，第二电压比较器N3的引脚2与分压电阻R5、R6的公共端相连，第一电压比较器N2的引脚6和第二电压比较器N3的引脚3均通过隔离电阻R7与继电器K1的第四端引脚4相连，第一电压比较器N2的输出端引脚7和第二电压比较器N3的输出端引脚1均与采样计时电路的输入端相连；第二电压比较器N3的引脚8与5V电源的正极端相连，引脚4与5V电源的负极端相连。

上拉电阻R8、R9、二极管V2、固态继电器E1和微控制器构成了采样计时电路；上拉电阻R8的第一端与5V电源的正极端相连，第二端与二极管V2的正极相连，二极管V2的负极与固态继电器E1的输入端引脚1相连；上拉电阻R8和二极管V2的公共端与第一电压比较器N2的输出端引脚7及第二电压比较器N3的输出端引脚1相连；固态继电器E1的输出端引脚6通过上拉电阻R9与3.3V电源的正极端相连，输入端引脚2与5V电源的负极端相连，输出端引脚4与3.3V电源的负极端相连；固态继电器E1的输出端引脚6与微控制器相连(图中未示出)。

电压比较电路和采样计时电路的工作原理为：5V电压经分压电阻R4～R6分压后，

第二电源比较器N3的引脚2采集分压电阻R5负极端的电压，记为第一电压；第一电源比较器N2的引脚5采集分压电阻R5正极端的电压，记为第二电压；第一电压比较器N2的引脚6、第二电源比较器N3的引脚3采集发火电容的输出电压；当第二电源比较器N3引脚3的电压小于引脚2的电压且第一电压比较器N2的引脚6的电压小于引脚5的电压，即发火电容的输出电压大于第一电压且小于第二电压时，第一电压比较器N2、第二电源比较器N3均输出高电平信号；固态继电器E1的输入端引脚1接收两路高电平信号后，其输出端引脚6的输出信号由高电平变为低电平(CAP信号)；微控制器采集固态继电器E1输出的低电平信号并对其持续时间进行计时，并根据计时结果计算发火电容的电容量。

根据电路中电荷流动的特性，得出发火电容的电容量的计算公式：

式中：C为发火电容的容量；I为恒流源电路产生的充电电流；△U为分压电阻R5两端的电压值，即第二电压与第一电压的差值；T为微控制采样CAP信号由高电平变低电平后低电平的持续时间。

本实施例中，分压电阻R4～R6采用串形连接的形式，确保输入两个电压比较器的电压恒定且利于计算；三个分压电阻R4～R6均采用封装小、阻值大、可靠性高的片式薄膜电阻，阻值均为10kΩ；滤波电容C1、C2采用封装小、容值小的多层瓷介电容器，电容值为0.1μF，用于滤除电路中的干扰信号，确保输入两个电压比较器的电压恒定；两个电压比较器N2、N3采用响应时间快、输入电压范围宽的比较器LM193DR，隔离电阻R7起阻止输入电流干扰的作用，阻值1kΩ。

固态继电器E1采用隔离电压大、带载能力强和反应时间快的继电器VO14642AABTR，固态继电器E1的输入端实时响应两个电压比较器的输出状态，通过固态继电器E1的隔离转化，将两个电压比较器输出的高电平信号转化为微控制器的输入信号，通过微控制器对输入信号进行计时采样。上拉电阻R8、R9采用封装小、可靠性高的片式薄膜电阻，阻值1kΩ，起到限制电流和确保输出信号电平稳定的作用；本实施例选用将电流限制在5mA左右的电阻作为上拉电阻，滤波电容C3选用电容值小的多层瓷介电容器，电容值为0.1μF，用于滤除电路中的高频干扰。

本发明提供的一种电容测试电路，分别以分压电阻R5两端的电压值作为第一电压比较器和第二电压比较器的基准电压，通过微控制器对待测电容的电压值从第一电压升至第二电压的时间进行计时，根据计时结果计算待测电容的电容值；以第一电压代替零电压作为计时开始的初始值，排除了电压零位易受干扰引起的测试误差，提高了测试结果的准确度；分压电阻R4～R6采用串形连接的形式，确保输入两个电压比较器的电压恒定且利于计算；滤波电容C1、C2能够滤除电路中的干扰信号，确保输入两个电压比较器的电压恒定，提高抗干扰能力；通过电子开关实现待测电容在放电电路与恒流源电路之间的相互切换，待测电容通过与其并联的放电电阻释放残余电压，确保待测电容在测试前处于无电状态，提高测试的准确度和安全性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电容测试电路，其特征在于，包括恒流源电路、电压比较电路和采样计时电路；

所述恒流源电路用于生成恒定的充电电流以对待测电容进行充电；

所述电压比较电路用于采集待测电容的输出电压，并在所述输出电压大于预设的第一电压且小于预设的第二电压时输出控制信号；所述控制信号用于触发采样计时电路生成采样信号；

所述采样计时电路用于对所述采样信号的持续时间进行计时，并根据所述充电电流、第二电压与第一电压的差值和计时结果计算待测电容的电容值。

2.如权利要求1所述的电容测试电路，其特征在于，还包括电子开关和放电电路；

所述电子开关用于将待测电容与所述放电电路相连通以通过放电电路释放待测电容中的残余电压；并用于在接收外部输入的测试开始信号后断开待测电容与放电电路之间的放电通路并建立待测电容与恒流源电路之间的充电通路。

3.如权利要求1所述的电容测试电路，其特征在于，所述恒流源电路包括电流源N1、限流电阻R2和调理电阻R3；

所述电流源N1的第一端通过限流电阻R2与外部第一电源的正极端相连，第二端与调理电阻R3的第一端相连，第三端与调理电阻R3的第二端相连；所述调理电阻R3的第二端与待测电容的正极端相连。

4.如权利要求2或3所述的电容测试电路，其特征在于，所述电压比较电路包括第一电压比较器N2、第二电源比较器N3，分压电阻R4、R5、R6，滤波电容C1、C2，隔离电阻R7；

所述分压电阻R4的第一端与外部第一电源的正极端相连，第二端与分压电阻R5的第一端相连；所述分压电阻R6的第一端与第一电源的负极端相连，第二端与分压电阻R5的第二端相连；所述滤波电容C1与分压电阻R6并联；所述滤波电容C2与分压电阻R5、R6并联；所述第一电压比较器N2的正极输入端与分压电阻R4、R5的公共端相连，所述第二电压比较器N3的负极输入端与分压电阻R5、R6的公共端相连，第一电压比较器N2的负极输入端和第二电压比较器N3的正极输入端均通过隔离电阻R7与待测电容的正极端相连，第一电压比较器N2和第二电压比较器N3的输出端均与采样计时电路的输入端相连。

5.如权利要求4所述的电容测试电路，其特征在于，所述采样计时电路包括固态继电器E1、上拉电阻R8、R9、与所述上拉电阻R8并联的滤波电容C3、二极管V2和微控制器；

所述上拉电阻R8的第一端与外部第一电源的正极端相连，第二端与二极管V2的正极相连，所述二极管V2的负极与固态继电器E1的输入端相连；所述上拉电阻R8、二极管V2的公共端与第一电压比较器N2和第二电压比较器N3的输出端相连；所述固态继电器E1的输出端通过上拉电阻R9与外部第二电源的正极端相连；所述微控制器的输入端与固态继电器E1的输出端相连。

6.如权利要求5所述的电容测试电路，其特征在于，所述放电电路包括放电电阻R1及与所述放电电阻R1并联的二极管V1；

所述放电电阻R1的第一端分别与待测电容的负极端、电子开关的第一端相连，第二端与电子开关的第二端相连；所述电子开关的第三端与待测电容的正极端相连，第四端分别与调理电阻R3的第二端、隔离电阻R7相连，第五端与第一电源的负极端相连。

7.如权利要求6所述的电容测试电路，其特征在于，所述第一电源为5V，第二电源为3.3V。

8.如权利要求2或6所述的电容测试电路，其特征在于，所述电子开关采用继电器实现。