CN113721096A - 模拟电池电路和充电测试系统 - Google Patents

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CN113721096A CN202111019027.1A CN202111019027A CN113721096A CN 113721096 A CN113721096 A CN 113721096A CN 202111019027 A CN202111019027 A CN 202111019027A CN 113721096 A CN113721096 A CN 113721096A
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周雪佼
于长亮
田野
曹磊
黄有志
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Abstract

本发明提供一种模拟电池电路和充电测试系统,模拟电池电路包括:充电接口,用于输入充电电压;电子负载电路,包括两条拉载通路,其中一条拉载通路用于涓流充电和恒压充电,另一条拉载通路用于恒流充电;继电器电路,连接于所述充电接口和所述电子负载电路之间,用于在所述两条拉载通路之间进行切换;拉载控制电路,用于向所述电子负载电路发送驱动信号,使一条拉载通路导通充电;主控电路,根据当前电池电压确定充电模式,向所述继电器电路和所述拉载控制电路发送对应所述充电模式的控制信号;电流采样电路,用于对导通充电的拉载通路上的充电电流进行采样并反馈至所述主控电路。

Description

模拟电池电路和充电测试系统
技术领域
本发明涉及充电测试技术领域,尤其涉及一种模拟电池电路和充电测试系统。
背景技术
手机主板生产完成后,必须确保主板所有功能通过测试后才可流入市场。手机主板上充电芯片的充电测试作为功能测试的重点项目之一,需对此测试项进行完整的测试,模拟手机产品正常充电过程。如果使用实体电池如聚合物锂电池进行测试,电池放电较快,电流难以把控,充电效率低,也增加了测试的工作量。其次测试结果会受到电池产品质量波动的影响,且长时间的测试周期中真实电池容易出现过放或过充,导致电池出现鼓包,甚至爆炸,对测试人员的健康和安全是极大的隐患。因此为满足手机主板不同阶段的充电测试需求,有必要提供一种用于充电测试的模拟电池电路。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种模拟电池电路和充电测试系统,能够模拟真实充电场景,适用于涓流、恒流、恒压三种充电模式。
一方面,本发明提供一种模拟电池电路,适用于充电芯片的充电测试,所述模拟电池电路包括:
充电接口,输入充电电压;
电子负载电路,包括两条拉载通路,其中一条拉载通路用于涓流充电和恒压充电,另一条拉载通路用于恒流充电;
继电器电路,连接于所述充电接口和所述电子负载电路之间,用于在所述两条拉载通路之间进行切换;
拉载控制电路,连接于所述电子负载电路的控制端,用于向所述电子负载电路发送驱动信号,使一条拉载通路导通充电;
主控电路,分别与所述继电器电路和所述拉载控制电路连接,根据当前电池电压确定充电模式,向所述继电器电路和所述拉载控制电路发送对应所述充电模式的控制信号;
电流采样电路,与所述电子负载电路和所述主控电路连接,用于对导通充电的拉载通路上的充电电流进行采样并反馈至所述主控电路。
可选地,所述电子负载电路包括三极管、MOS晶体管和电阻网络,其中所述三极管和所述MOS晶体管分别位于不同的拉载通路上,作为通路导通开关;所述电阻网络与所述三极管和所述MOS晶体管同时连接,被两条拉载通路共用。
可选地,所述继电器电路包括第一继电器,所述第一继电器的输入端与所述充电接口连接,两个输出端分别连接至所述三极管和所述MOS晶体管,控制端用于接收来自所述主控电路的第一继电器控制信号。
可选地,所述继电器电路还包括第二继电器和压降二极管,所述第二继电器位于充电接口和所述第一继电器之间,所述第二继电器的输入端与所述充电接口连接,两个输出端中其中一个输出端经过压降二极管连接至所述第一继电器的输入端,另一个输出端直接连接至所述第一继电器的输入端,所述第二继电器的控制端用于接收来自所述主控电路的第二继电器控制信号。
可选地,所述拉载控制电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻,其中,所述第一运算放大器的同相输入端经所述第一电阻连接至所述主控电路,同时所述第一运算放大器的同相输入端经所述第二电阻接地,所述第一运算放大器的反相输入端接地,所述第一运算放大器的输出端经所述第三电阻连接于所述第一运算放大器的同相输入端;
所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接,所述第二运算放大器的反相输入端与电阻网络的采样端连接,所述第二运算放大器的输出端与所述三极管的基极和所述NMOS晶体管的栅极连接,通过比较同相输入端和反相输入端的电压,输出驱动信号。
可选地,所述电流采样电路包括第三运算放大器,所述第三运算放大器的同相输入端接地,反相输入端与电阻网络的采样端连接,输出端连接至主控电路。
可选地,所述主控电路包括微控制器MCU。
可选地,还包括:电压电路,用于产生一可调的电压,该可调的电压作为当前电池电压,且所述电压电路的输出端与所述充电接口连接。
可选地,所述电压电路包括DC/DC转换芯片。
另一方面,本发明提供一种充电测试系统,所述充电测试系统包括充电芯片和上述模拟电池电路,所述充电芯片的输出端和所述模拟电池电路的充电接口连接。
本发明提供的一种模拟电池电路和充电测试系统,能够真实模拟充电场景,有三种充电模式,根据需求提供涓流,恒流,恒压三种充电模式,将整个供电区间分成三个阶段,提升模拟充电效率。另外还可提供模拟电池电压,通过监测该电压判断要选择的充电模式,通过继电器切换拉载通路,覆盖从mA-A级的电流拉载范围,灵活调节充电状态。
附图说明
图1为本发明一实施例的模拟电池电路的结构示意图;
图2为本发明另一实施例的模拟电池电路的结构示意图;
图3为本发明一实施例的充电测试系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例,并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位,或以特定方位进行构造和操作。
并且,上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外,还可能用于表示其他含义,例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外,术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如,可以是固定连接,可拆卸连接,或整体式构造;可以是机械连接,或电连接;可以是直接相连,或者是通过中间媒介间接相连,又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图,对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1是本发明一实施例提供的一种模拟电池电路的结构示意图。该模拟电池电路适用于充电芯片的充电测试,如图1所示,包括充电接口101、电子负载电路102、继电器电路103、拉载控制电路104、主控电路105和电流采样电路106,其中,充电接口101用于输入充电电压,电子负载电路102包括两条拉载通路,其中一条拉载通路用于涓流充电和恒压充电,流过的充电电流较小,另一条拉载通路用于恒流充电,流过的充电电流较大。继电器电路103连接于充电接口101和电子负载电路102之间,用于在两条拉载通路之间进行切换。拉载控制电路104连接于电子负载电路102的控制端,用于向电子负载电路102发送驱动信号,使一条拉载通路导通充电。主控电路105分别与继电器电路103和拉载控制电路104连接,根据当前电池电压确定充电模式,向继电器电路103和拉载控制电路104发送对应充电模式的控制信号。电流采样电路106与电子负载电路102和主控电路105连接,用于对导通充电的拉载通路上的充电电流进行采样并反馈至主控电路105。
已知的,在手机主板充电功能的测试过程中,一般会经历三种不同的充电阶段,阶段1:涓流充电,用来先对完全放电的电池单元进行预充;阶段2:恒流充电,当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电;阶段3:恒压充电,当电池电压上升到恒流充电阈值以上时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。
本发明实施例提供的一种模拟电池电路,能够模拟真实充电场景,可模拟涓流充电,恒流充电,恒压充电三种充电模式,根据不同的充电阶段提供相应的电压和电流,实现整个充电过程的测试。
具体地,作为一种实施方式,如图2所示,充电接口输入充电电压,电子负载电路102包括三极管Q1、MOS晶体管Q2和电阻网络,本实施例中,电阻网络用串联的R3和R4来表示,Q1和Q2分别位于不同的拉载通路上,作为通路导通开关;电阻网络R3、R4与三极管Q1和MOS晶体管Q2同时连接,被两条拉载通路共用。
进一步地,继电器电路103可以包括第一继电器RELAY1,第一继电器RELAY1的输入端与所述充电接口连接,两个输出端分别连接至三极管Q1和MOS晶体管Q2,控制端用于接收来自主控电路105的第一继电器控制信号。继电器电路103还可以进一步包括第二继电器RELAY2和压降二极管D1,第二继电器RELAY2位于充电接口和第一继电器RELAY1之间,第二继电器RELAY2的输入端与所述充电接口连接,两个输出端中其中一个输出端经过压降二极管D1连接至第一继电器RELAY1的输入端,另一个输出端直接连接至第一继电器RELAY1的输入端,第二继电器RELAY2的控制端用于接收来自主控电路105的第二继电器控制信号。第一继电器RELAY1控制D1是否接入,以此产生VBAT电压下降,模拟电池电压跌落,第二继电器RELAY2用于切换拉载通路,在小电流(涓流模式和恒压模式)情况下使用Q1,大电流(恒流模式)情况下使用Q2。
拉载控制电路104包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一电阻R6、第二电阻R7和第三电阻R5,其中,第一运算放大器A1的同相输入端经第一电阻R6连接至主控电路105,同时第一运算放大器A1的同相输入端经第二电阻R7接地,第一运算放大器A1的反相输入端接地,第一运算放大器A1的输出端经所述第三电阻R5连接于第一运算放大器A1的同相输入端;第二运算放大器A2的同相输入端与第一运算放大器A1的输出端连接,第二运算放大器A2的反相输入端与电阻网络的采样端连接,第二运算放大器A2的输出端与三极管Q1的基极和NMOS晶体管Q2的栅极连接,通过比较同相输入端和反相输入端的电压,输出驱动信号。该电路中,运放A2作为比较器,控制Q1和Q2的开启和关断,运放A1作为DAC电压输出运放,通过R6和R7组成的电路可以控制电压输出的大小,同时运放A1的输出端连接到A2的同相输入端,根据虚短和虚断,同相输入端和反相输入端电压相同,反相输入端连接到R4,可以控制R4的电流,控制充电电流的大小。
电流采样电路106包括第三运算放大器A3,A3作为ADC运放,同相输入端接地,反相输入端与电阻网络的采样端连接,输出端连接至主控电路105,通过R4去采集充电电流的大小,实时反馈整个模拟充电过程的电流值。
主控电路105包括微控制器MCU,该MCU集成充电模式控制,电压数据采集、分析,温度检测,与其他设备通讯,拉载电流设置等功能,实现自动充电流程启动,电流电压数据采集、分析等功能,便捷性较强且安全性较高。
另外,参考图1,该模拟电池电路还包括电压电路,用于产生一可调的电压,该可调的电压作为当前电池电压VBAT,且电压电路的输出端与充电接口连接。电压电路可以采用DC/DC转换芯片,VBAT电压由MCU信号控制DC-DC转换芯片产生。
本发明实施例提供了一种适用于手机主板及其他测试设备进行充电功能测试时的模拟电池电路,可真实模拟实体电池的充电场景。开始充电测试,主控电路MCU确定模拟电池电路的充电模式,从而控制模拟电池电路进行相应设置:RELAY切换至对应电子负载电路的拉载通路,通过拉载控制电路调整电子负载电路的拉载电流,模拟真实电池的充电过程。
另一方面,本发明实施例还提供一种充电测试系统,如图3所示,该充电测试系统包括充电芯片和上述模拟电池电路,充电芯片的输出端和模拟电池电路的充电接口连接。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟电池电路,适用于充电芯片的充电测试,其特征在于,所述模拟电池电路包括:
充电接口,用于输入充电电压;
电子负载电路,包括两条拉载通路,其中一条拉载通路用于涓流充电和恒压充电,另一条拉载通路用于恒流充电;
继电器电路,连接于所述充电接口和所述电子负载电路之间,用于在所述两条拉载通路之间进行切换;
拉载控制电路,连接于所述电子负载电路的控制端,用于向所述电子负载电路发送驱动信号,使一条拉载通路导通充电;
主控电路,分别与所述继电器电路和所述拉载控制电路连接,根据当前电池电压确定充电模式,向所述继电器电路和所述拉载控制电路发送对应所述充电模式的控制信号;
电流采样电路,与所述电子负载电路和所述主控电路连接,用于对导通充电的拉载通路上的充电电流进行采样并反馈至所述主控电路。
2.根据权利要求1所述的模拟电池电路,其特征在于,所述电子负载电路包括三极管、MOS晶体管和电阻网络,其中所述三极管和所述MOS晶体管分别位于不同的拉载通路上,作为通路导通开关;所述电阻网络与所述三极管和所述MOS晶体管同时连接,被两条拉载通路共用。
3.根据权利要求2所述的模拟电池电路,其特征在于,所述继电器电路包括第一继电器,所述第一继电器的输入端与所述充电接口连接,两个输出端分别连接至所述三极管和所述MOS晶体管,控制端用于接收来自所述主控电路的第一继电器控制信号。
4.根据权利要求3所述的模拟电池电路,其特征在于,所述继电器电路还包括第二继电器和压降二极管,所述第二继电器位于充电接口和所述第一继电器之间,所述第二继电器的输入端与所述充电接口连接,两个输出端中其中一个输出端经过压降二极管连接至所述第一继电器的输入端,另一个输出端直接连接至所述第一继电器的输入端,所述第二继电器的控制端用于接收来自所述主控电路的第二继电器控制信号。
5.根据权利要求2所述的模拟电池电路,其特征在于,所述拉载控制电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻,其中,所述第一运算放大器的同相输入端经所述第一电阻连接至所述主控电路,同时所述第一运算放大器的同相输入端经所述第二电阻接地,所述第一运算放大器的反相输入端接地,所述第一运算放大器的输出端经所述第三电阻连接于所述第一运算放大器的同相输入端;
所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接,所述第二运算放大器的反相输入端与电阻网络的采样端连接,所述第二运算放大器的输出端与所述三极管的基极和所述NMOS晶体管的栅极连接,通过比较同相输入端和反相输入端的电压,输出驱动信号。
6.根据权利要求2所述的模拟电池电路,其特征在于,所述电流采样电路包括第三运算放大器,所述第三运算放大器的同相输入端接地,反相输入端与电阻网络的采样端连接,输出端连接至主控电路。
7.根据权利要求1所述的模拟电池电路,其特征在于,所述主控电路包括微控制器MCU。
8.根据权利要求1所述的模拟电池电路,其特征在于,还包括:电压电路,用于产生一可调的电压,该可调的电压作为当前电池电压,且所述电压电路的输出端与所述充电接口连接。
9.根据权利要求8所述的模拟电池电路,其特征在于,所述电压电路包括DC/DC转换芯片。
10.一种充电测试系统,其特征在于,包括充电芯片和权利要求1至9中任一项所述的模拟电池电路,所述充电芯片的输出端和所述模拟电池电路的充电接口连接。
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