CN115219974B - 自动校准的静电测试系统及其校准方法、测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动校准的静电测试系统及其校准方法、测试方法，自动校准的静电测试系统包括静电测试装置本体和校准模块，静电测试装置本体包括充电板、电压传感器、信号处理模块和MCU主控模块；校准模块连接充电板，适于向充电板施加校准电压；电压传感器电连接充电板负极，适于采集充电板的电压信号；信号处理模块连接电压传感器，适于对电压信号进行处理，以得到处理后的电压信号；MCU主控模块连接信号处理模块，适于基于校准电压和与校准电压相对应的处理后的电压信号得到校准系数。本发明解决了静电测试装置的电压传感器精度易受环境温湿度、使用时长等因素的影响，导致对正电压和负电压的测量结果存在一定的误差的问题。

Description

自动校准的静电测试系统及其校准方法、测试方法

技术领域

本发明涉及静电测试领域，具体涉及一种自动校准的静电测试系统及其校准方法、测试方法。

背景技术

离子化静电消除器也可以叫除静电设备，它是主要由高压电源发生器、放电极和清洁部件等部分组成，通过放电极尖端高压电晕放电把空气电离为大量的正负离子，然后利用风把正负离子吹到物体表面以中和静电，主要运用于工业生产，主要包括：离子风机，离子风枪，离子风棒，离子风蛇等。

当静电测试装置的充电板带正电荷时，它会中和气流中的负电荷，当充电板带负电荷时，它会中和气流中的正电荷，通过电荷中和的时间，以及充电板残余电压的检测来检验静电消除器的性能。

传统的静电测试装置精度易受环境温湿度、使用时长等因素的影响，同时测试过程和结果数据无法自动记录、导出、上传等，需要手动记录，因此需要对此进行创新和改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种自动校准的静电测试系统，它可以自动校准，解决了静电测试装置的电压传感器精度易受环境温湿度、使用时长等因素的影响，导致对正电压和负电压的测量结果存在一定的误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自动校准的静电测试系统，包括静电测试装置本体和校准模块，所述静电测试装置本体包括充电板、电压传感器、信号处理模块和MCU主控模块；其中，

所述校准模块连接所述充电板，适于向所述充电板施加校准电压；

所述电压传感器设于所述充电板的充电板负极上，与所述充电板负极电连接，适于采集所述充电板的电压信号；

所述信号处理模块连接所述电压传感器，适于对所述电压信号进行处理，以得到处理后的电压信号；

所述MCU主控模块连接所述信号处理模块，适于基于所述校准电压和与所述校准电压相对应的处理后的电压信号得到校准系数；及

在测试过程中基于所述校准系数校准所述处理后的电压信号。

进一步，所述校准模块包括隔离电源电路、校准信号源、相位管理电路和幅值控制电路；其中，

所述隔离电源电路连接在静电测试装置本体的输入电源和所述校准信号源之间，适于将所述输入电源的电压转换为适配于所述校准信号源的电压，以向所述校准信号源供电；

所述相位管理电路连接在所述校准信号源和所述充电板之间，适于将所述校准信号源的输出电压进行直连或反向后施加到所述充电板上；

所述幅值控制电路连接所述校准信号源，适于控制所述校准信号源产生至少两个档位的正电压。

进一步，所述MCU主控模块还连接所述隔离电源电路、所述相位管理电路及所述幅值控制电路，以控制工作。

进一步，所述幅值控制电路包括第一负载、第二负载、第三负载、开关元件和光耦隔离器；其中，

校准信号源的输出端子CAL_VOUT、所述第一负载、所述第二负载和校准模块地GND1依次串联；

所述第三负载和所述开关元件串联而成的电路与所述第二负载并联；

所述MCU主控模块通过所述光耦隔离器连接所述开关元件以控制所述开关元件通断。

进一步，所述相位管理电路包括光固态继电器U11A、光固态继电器U11B、光固态继电器U12A和光固态继电器U12B；其中，

光固态继电器U11A的一次侧的一端连接MCU主控模块的CAL_NVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准模块地GND1，另一端作为校准模块的输出端子VJO；

光固态继电器U11B的一次侧的一端连接MCU主控模块的CAL_NVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准信号源的输出端子CAL_VOUT，另一端连接系统地GND；

光固态继电器U12A的一次侧的一端连接MCU主控模块的CAL_PVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准信号源的输出端子CAL_VOUT，另一端作为校准模块的输出端子VJO；

光固态继电器U12B的一次侧的一端连接MCU主控模块的CAL_PVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准模块地GND1，另一端连接系统地GND。

进一步，所述静电测试装置本体还包括：

高压发生模块，连接所述MCU主控模块和所述充电板，适于在所述MCU主控模块的控制下向所述充电板施加正高压或负高压；

通道控制模块，连接所述MCU主控模块，并分别连接在所述高压发生模块和所述充电板之间及所述校准模块和所述充电板之间，适于在所述MCU主控模块的控制下控制所述高压发生模块与所述充电板之间及校准模块与所述充电板之间的通断。

进一步，所述高压发生模块包括正高压发生子模块和负高压发生子模块，所述正高压发生子模块和所述负高压发生子模块分别包括输入电源、开关电路、线性或开关稳压电路、升压驱动电路、电压反馈电路、电流反馈电路、升压变压器和升压电路；其中，

所述输入电源通过所述开关电路分别连接所述线性或开关稳压电路及所述升压变压器的一次侧线圈，适于在所述开关电路导通的情况下供电；

所述升压电路连接所述升压变压器的二次侧线圈；

所述MCU主控模块连接所述开关电路，适于控制所述开关电路导通或断开；

所述线性或开关稳压电路连接所述升压驱动电路，适于提供稳压电源；

所述电压反馈电路连接所述升压电路和所述升压驱动电路，适于向所述升压驱动电路反馈电压反馈信号；

所述电流反馈电路连接所述升压变压器的一次侧线圈和所述升压驱动电路，适于向所述升压驱动电路反馈电流反馈信号；

所述升压驱动电路连接所述升压变压器的一次侧线圈，适于根据所述电压反馈信号和所述电流反馈信号调节其输出端的PWM占空比，以控制升压变压器一次侧线圈导通的占空比，使升压电路的输出电压控制在设定值。

进一步，所述通道控制模块包括四个高压继电器，所述正高压发生子模块、所述负高压发生子模块、所述校准模块及系统地GND分别通过一个所述高压继电器连接所述充电板，所述MCU主控模块连接所述高压继电器以控制所述高压继电器工作。

进一步，所述静电测试装置本体还包括：

显示屏，连接所述MCU主控模块，适于显示测试数据，所述测试数据包括充电板的电压曲线、每个节点的测试记录及合格判定结果中的至少一个；

通信模块，连接所述MCU主控模块，适于向上位机上传测试结果，及接收上位机的控制指令；

USB接口，连接所述MCU主控模块，适于通过其导出测试结果；

存储模块，连接所述MCU主控模块，适于存储测试结果；

温湿度模块，连接所述MCU主控模块，适于采集环境温湿度；

锂电池及锂电池充放电管理模块，所述锂电池充放电管理模块连接在所述MCU主控模块和所述锂电池之间，适于实现所述锂电池的充放电管理。

本发明还提供了一种自动校准的静电测试系统的校准方法，包括：

正电压校准系数获取步骤，校准模块向充电板施加正校准电压；待充电板电压稳定后，电压传感器采集充电板的电压信号；信号处理模块对电压信号进行处理，得到处理后的电压信号；MCU主控模块基于正校准电压和与正校准电压相对应的处理后的电压信号得到正电压校准系数；

负电压校准系数获取步骤，校准模块向充电板施加负校准电压；待充电板电压稳定后，电压传感器采集充电板的电压信号；信号处理模块对电压信号进行处理，得到处理后的电压信号；MCU主控模块基于负校准电压和与负校准电压相对应的处理后的电压信号得到负电压校准系数。

进一步，所述MCU主控模块基于正校准电压和与正校准电压相对应的处理后的电压信号得到正电压校准系数，包括：

将U_p1、U_p2、V_p1、V_p2代入U_pi = k_pV_pi+ b_p，求解出正电压校准系数k_p、b_p；

其中，i=1～2；U_p1为校准模块施加到充电板上的标准低位正校准电压；V_p1为与U_p1相对应的处理后的电压信号；U_p2为校准模块施加到充电板上的标准高位正校准电压；V_p2为与U_p2相对应的处理后的电压信号；

所述MCU主控模块基于负校准电压和与负校准电压相对应的处理后的电压信号得到负电压校准系数，包括：

将U_n1、U_n2、V_n1、V_n2代入U_ni = k_nV_ni+ b_n，求解出负电压校准系数k_n、b_n；

其中，i=1～2；U_n1为校准模块施加到充电板上的标准低位负校准电压；V_n1为与U_n1相对应的处理后的电压信号；U_n2为校准模块施加到充电板上的标准高位负校准电压；V_n2为与U_n2相对应的处理后的电压信号。

本发明还提供了一种自动校准的静电测试系统的测试方法，包括：

在测试过程中，电压传感器采集充电板的电压信号，信号处理模块对电压信号进行处理，得到处理后的电压信号，MCU主控模块基于校准系数校准处理后的电压信号；其中，

所述校准系数为采用自动校准的静电测试系统的校准方法得到的。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、电压传感器精度易受环境温湿度、使用时长等因素的影响，导致对正电压和负电压的测量结果存在一定的误差，在利用本发明进行测试前，可以先进行自动校准，以提高测量精度，且校准过程快速、可靠；

2、校准模块通过相位管理电路把校准信号源的输出电压进行直连或反向后施加到充电板上，相位管理电路可以对校准信号源的输出信号进行相位取反控制，形成负电压，可以节约一组负电压校准信号源及幅值控制电路，降低电路成本，简化控制逻辑；

3、本发明的高压发生模块包括正高压发生子模块和负高压发生子模块，均引入电压反馈和电流反馈，实时调节升压变压器一次侧线圈导通的占空比，输入电压VIN可以允许宽范围输入，只要在稳压电路的最小压差、稳压电路的最大输入电压区间内即可。

附图说明

图1为本发明的自动校准的静电测试系统的原理框图；

图2为本发明的校准模块的原理框图；

图3为本发明的隔离电源电路的电路图；

图4为本发明的校准信号源和幅值控制电路的电路图；

图5为本发明的相位管理电路的电路图；

图6为本发明的正高压发生子模块的电路图；

图7为本发明的负高压发生子模块的电路图；

图8为本发明的通道控制模块的电路图；

图9为本发明的通道控制模块的控制电路图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1～9所示，一种自动校准的静电测试系统，包括静电测试装置本体和校准模块1，静电测试装置本体包括充电板2、电压传感器3、信号处理模块4和MCU主控模块5；其中，

校准模块1连接充电板2，适于向充电板2施加校准电压；

电压传感器3设于充电板2的充电板负极上，与充电板负极电连接，适于采集充电板2的电压信号；

信号处理模块4连接电压传感器3，适于对电压信号进行处理，以得到处理后的电压信号；

MCU主控模块5连接信号处理模块4，适于基于校准电压和与校准电压相对应的处理后的电压信号得到校准系数；及

在测试过程中基于校准系数校准处理后的电压信号。

在本实施例中，充电板2包括充电板正极和充电板负极，充电板负极与充电板正极是相互平行的两块金属板，中间使用绝缘柱支撑，充电板负极与整个机器的外壳连接在一起，都是和系统地GND直接相连的。

校准模块1用于电压传感器3的自动校准，静电测试装置本体的电压传感器3精度易受环境温湿度、使用时长等因素的影响，导致对正电压和负电压的测量结果存在一定的误差，因此在利用本实施例的自动校准的静电测试系统进行测试前，需要对电压传感器3进行自动校准，以提高测量精度，本实施例的自动校准的静电测试系统的校准过程快速、可靠。

具体校准过程为：

S1，校准模块1将标准低位正电压U_p1施加到充电板2，等待充电板2电压稳定后，MCU主控模块5获取处理后的电压信号V_p1，校准模块1将标准高位正电压U_p2施加到充电板2，等待充电板2电压稳定后，MCU主控模块5获取处理后的电压信号V_p2 ；

S2，校准模块1将标准低位负电压U_n1施加到充电板2，等待充电板2电压稳定后，MCU主控模块5获取处理后的电压信号V_n1，校准模块1将标准高位负电压U_n2施加到充电板2，等待充电板2电压稳定后，MCU主控模块5获取处理后的电压信号V_n2；

S3，充电板2的电压与经电压传感器3输出、经信号处理模块4处理后的电压信号存在线性关系，将U_p1、U_p2、V_p1、V_p2代入U_pi = k_pV_pi+ b_p，可求解出正电压校准系数k_p、b_p；将U_n1、U_n2、V_n1、V_n2代入U_ni = k_nV_ni+ b_n，可求解出负电压校准系数k_n、b_n；其中，i=1～2。

这种校准方法简单、高效、准确，在本实施例的自动校准的静电测试系统进行测试的过程中，根据正电压校准系数k_p、b_p或负电压校准系数k_n、b_n对处理后的电压信号进行校正。

在本实施例中，信号处理模块4为现有技术，为常规电路，在此不做详细介绍。

在本实施例中，如图2所示，校准模块1包括隔离电源电路11、校准信号源12、相位管理电路13和幅值控制电路14；其中，

隔离电源电路11连接在静电测试装置本体的输入电源和校准信号源12之间，适于将输入电源的电压转换为适配于校准信号源12的电压，以向校准信号源12供电；

相位管理电路13连接在校准信号源12和充电板2之间，适于将校准信号源12的输出电压进行直连或反向后施加到充电板2上；

幅值控制电路14连接校准信号源12，适于控制校准信号源12产生至少两个档位的正电压。

在本实施例中，MCU主控模块5还连接隔离电源电路11、相位管理电路13及幅值控制电路14，以控制工作。

校准模块1与静电测试装置本体共用电源，方便省事。

隔离电源电路11和校准信号源可根据实际需要来选择，图3为本实施例中的隔离电源电路11的电路图，图4为本实施例中的校准信号源12和幅值控制电路14的电路图。

如图3所示，隔离电源电路11包括MOSFET管Q14、三极管Q15、三端稳压管U8、电源芯片U9、电阻R64、电阻R57、电阻R59、电容C55、电容C49、电容C50及电容C51；其中，MOSFET管Q14的S极连接输入电源VIN，D极连接三端稳压管U8的Vin引脚，G极通过电阻R59连接三极管Q15的集电极；电阻R57连接在MOSFET管Q14的S极和G极之间；三极管Q15的基极通过电阻R64连接MCU主控模块5的CAL_POWCR信号输出引脚，发射极连接系统地GND，电容C55连接在三极管Q15的基极和发射极之间；三端稳压管U8的Vout引脚连接电源芯片U9的VCC引脚，还通过电容C50连接系统地，Vin引脚通过电容C49连接系统地GND，GND引脚连接系统地GND；电源芯片U9的VDD引脚作为校准信号源12的电源输入VDD1，还通过电容C51连接校准模块地GND1，VSS引脚连接校准模块地GND1，GND引脚连接系统地GND。

校准信号源12的电源输入VDD1由隔离电源电路11的电源芯片U9提供，该电源输入VDD1与输入电源VIN完全隔离，能够确保校准模块1的电气安全，由电阻R64、电容C55、三级管Q15、电阻R57、电阻R59、MOSFET管Q14组成开关电路，CAL_POWCR为高电平时，VDD1输出5V电压，CAL_POWCR为低电平时，VDD1无电压输出，比如，输入电源VIN可以为7V。

如图4所示，幅值控制电路14包括第一负载、第二负载、第三负载、开关元件和光耦隔离器；其中，

校准信号源12的输出端子CAL_VOUT、第一负载、第二负载和校准模块地GND1依次串联；

第三负载和开关元件串联而成的电路与第二负载并联；

MCU主控模块5通过光耦隔离器连接开关元件以控制开关元件通断。

在本实施例中，如图4所示，以电阻R56作为第一负载，以电阻R66作为第二负载，以电阻R61作为第三负载，以MOSFET管Q16作为开关元件，幅值控制电路还包括电阻R54、电阻R58、电阻R68；其中，光耦隔离器U7的引脚1通过电阻R54连接MCU主控模块5的CAL_LEVCR1信号输出引脚，引脚2连接系统地GND，引脚3通过电阻R58连接MOSFET管Q16的G极，引脚4连接校准信号源12的电源输入VDD1；MOSFET管Q16的D极连接电阻R61的一端，S极连接校准模块地GND1，电阻R61的另一端通过电阻56连接校准信号源12的输出端子CAL_VOUT，还通过电阻R66连接校准模块地GND1。

如图4所示，校准信号源12包括升压驱动芯片U10、电阻R60、电阻R62、电阻R65、电感L5、电容C48、电容C52、电容C54、电容C56和二极管D11；其中，升压驱动芯片U10的VIN引脚连接电源输入VDD1，还依次串联电感L5和二极管D11后作为校准信号源12的输出端子CAL_VOUT，EN引脚通过电阻R62连接电源输入VDD1，RT引脚和GND引脚分别连接校准模块地GND1，VCC引脚通过电容C56连接校准模块地GND1，SW引脚连接电感L5和二极管D11的公共端，COMP引脚通过串联的电容C54和电阻R60连接电阻R61的另一端，FB引脚连接电阻R61的另一端；二极管D11的负极还通过并联的电容C48和电容C52连接校准模块地GND1。

幅值控制电路14可以控制校准信号源12产生两个档位的正电压值：标准低位正电压U_p1、标准高位正电压U_p2；档位控制信号CAL_LEVCR1经过光耦隔离器U7后控制MOSFET管Q16的导通与关断，CAL_LEVCR1为低电平时，MOSFET管Q16为断开状态，校准信号源12的输出端子CAL_VOUT输出标准低位正电压U_p1，CAL_LEVCR1为高电平时，MOSFET管Q16为导通状态，电阻R61与电阻R66并联，校准信号源12的输出端子CAL_VOUT输出标准高位正电压U_p2；电阻R56、电阻R66、电阻R61、MOSFET管Q16组成反馈网络，电感L5、二极管D11、升压驱动芯片U10构成升压网络。

如图5所示，相位管理电路13包括光固态继电器U11A、光固态继电器U11B、光固态继电器U12A和光固态继电器U12B；其中，

光固态继电器U11A的一次侧的一端连接MCU主控模块5的CAL_NVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准模块地GND1，另一端作为校准模块1的输出端子VJO；

光固态继电器U11B的一次侧的一端连接MCU主控模块5的CAL_NVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准信号源12的输出端子CAL_VOUT，另一端连接系统地GND；

光固态继电器U12A的一次侧的一端连接MCU主控模块5的CAL_PVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准信号源12的输出端子CAL_VOUT，另一端作为校准模块1的输出端子VJO；

光固态继电器U12B的一次侧的一端连接MCU主控模块5的CAL_PVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准模块地GND1，另一端连接系统地GND。

在本实施例中，光固态继电器U11A、光固态继电器U11B、光固态继电器U12A和光固态继电器U12B的一次侧的一端分别通过一个电阻连接MCU主控模块5。

在本实施例中，通过相位管理电路13把校准信号源12的输出电压进行直连或反向后施加到充电板2上；其中，相位管理电路13作用：

一方面，通道的连通和断开；

另一方面，可以对校准信号源12的输出电压进行相位取反控制，形成负电压，可以节约一组负电压校准信号源及幅值控制电路14，降低电路成本，简化控制逻辑。

相位管理电路13选用光固态继电器，一方面起到电气隔离的作用，另一方面耐压比普通的光耦要高，如图5所示，当控制信号CAL_PVON为高电平、CAL_NVON为低电平时，光固态继电器U12A二次侧的CAL_VOUT与VJO导通，光固态继电器U12B二次侧的校准模块地GND1与系统地GND导通，光固态继电器U11A、光固态继电器U11B二次侧均断开，输出电压相位不变。

当控制信号CAL_PVON为低电平、CAL_NVON为高电平时，光固态继电器U12A、光固态继电器U12B二次侧均断开，光固态继电器U11B二次侧的CAL_VOUT与系统地GND导通，光固态继电器U11A二次侧的校准模块地GND1与VJO导通，实现电压相位反向，输出负电压。

如图1所示，静电测试装置本体还包括：

高压发生模块6，连接MCU主控模块5和充电板2，适于在MCU主控模块5的控制下向充电板2施加正高压或负高压；

通道控制模块7，连接MCU主控模块5，并分别连接在高压发生模块6和充电板2之间及校准模块1和充电板2之间，适于在MCU主控模块5的控制下控制高压发生模块6与充电板2之间及校准模块1与充电板2之间的通断。

高压发生模块6包括正高压发生子模块和负高压发生子模块。

如图6所示，正高压发生子模块包括输入电源、开关电路、线性或开关稳压电路、升压驱动电路、电压反馈电路、电流反馈电路、升压变压器和两倍升压电路；其中，

输入电源通过开关电路分别连接线性或开关稳压电路及升压变压器的一次侧线圈，适于在开关电路导通的情况下供电；

两倍升压电路连接升压变压器的二次侧线圈；

MCU主控模块5连接开关电路，适于控制开关电路导通或断开；

线性或开关稳压电路连接升压驱动电路，适于提供稳压电源；

电压反馈电路连接升压电路和升压驱动电路，适于向升压驱动电路反馈电压反馈信号；

电流反馈电路连接升压变压器的一次侧线圈和升压驱动电路，适于向升压驱动电路反馈电流反馈信号；

升压驱动电路连接升压变压器的一次侧线圈，适于根据电压反馈信号和电流反馈信号调节其输出端的PWM占空比，以控制升压变压器一次侧线圈导通的占空比，使升压电路的输出电压控制在设定值。

在本实施例中，正高压发生子模块的电路如图6所示，正高压发生子模块包括三极管Q3、MOSFET管Q1、升压驱动芯片U3、MOSFET管Q2、升压变压器T1、三端稳压管U1、若干二极管、若干电阻和若干电容；其中，三极管Q3的基极通过电阻R10连接MCU主控模块5的PHVCR信号输出引脚，集电极通过依次串联的电阻R5和电阻R2连接输入电源VIN，发射极连接系统地GND；MOSFET管Q1的S极连接输入电源VIN，G极连接电阻R5和电阻R2的公共端，D极分别连接三端稳压管U1的Vin引脚和升压变压器T1的一次侧的一端；三端稳压管U1的Vout引脚连接升压驱动芯片U3的VCC引脚，还通过相并联的电容C7和电容C8连接系统地GND，GND引脚连接系统地GND，VIN引脚通过电容C6连接系统地GND；升压变压器T1的一次侧的一端通过串联的电容C2和电阻R3连接升压变压器T1的一次侧的另一端，还通过并联的电容C3和电容C4连接系统地GND，升压变压器T1的一次侧的另一端还通过依次串联的MOSFET管Q2和电阻R14连接系统地GND，升压变压器T1的二次侧的一端连接依次串联的电容C1、二极管D1和电阻R1后作为正高压发生子模块的输出端子PHVOUT，升压变压器T1的二次侧的另一端连接系统地GND，电容C1和二极管D1的公共端通过反接的二极管D2连接系统地GND，二极管D1和电阻R1的公共端作为PHV端子，PHV端通过电容C5连接系统地；PHV端子还通过依次串联的电阻R13、电阻R16和电阻R18连接系统地GND，电容C19与电阻R16和电阻R18串联而成的电路相并联；升压驱动芯片U3的COMP引脚分别通过电容C16和依次串联的电阻R12、电阻R11和电容C17连接电阻R13和电阻R16的公共端，FB引脚连接电阻R13和电阻R16的公共端，CS引脚通过依次串联的电阻R15和电容C18连接系统地GND，还通过电阻R17连接MOSFET管Q2的S极，还通过电容C20连接系统地GND，RC引脚连接电阻R15和电容C18的公共端，REF引脚通过相互并联的电容C15和电容C14连接系统地GND，还通过电阻R9连接电阻R15和电容C18的公共端，OUT引脚通过电阻R8连接MOSFET管Q2的G极，GND引脚连接系统地GND。

由电阻R10、三极管Q3、电阻R2、电阻R5、MOSFET管Q1组成开关电路，控制正高压发生子模块的电源输入导通与断开；线性或开关稳压电路，也就是三端稳压管U1将输入电压VIN降压后，再给升压驱动芯片U3提供稳压电源，这样的优势在于输入电压VIN可以允许宽范围输入，只要在线性或开关稳压电路的最小压差、线性或开关稳压电路的最大输入电压区间内即可；由电阻R13、电阻R16、电阻R18、电容C19组成电压反馈电路，其中电容C19为抗干扰滤波电容；由电阻R14、电阻R17、电容C20组成电流反馈电路，其中电阻R17、电容C20为低通滤波电路；升压驱动芯片U3根据FB引脚的电压反馈信号和CS引脚的电流反馈信号，实时调节输出OUT引脚的PWM占空比，控制升压变压器T1一次侧线圈导通的占空比，最终将输出高压PHV控制在设定值；电容C3、电容C4的作用为电源滤波，电容C2、电阻R3组成阻容吸收回路，有效降低电路工作时的电磁干扰；只要输入电源电压VIN在允许范围内变化，该电路均可稳定的输出高压，其中，电压VIN可为7V；二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C5组成两倍升压电路。

在本实施例中，负高压发生子模块的电路如图7所示，负高压发生子模块包括三极管Q8、MOSFET管Q4、升压驱动芯片U6、MOSFET管Q9、升压变压器T2、三端稳压管U5、若干二极管、若干电阻和若干电容；其中，三极管Q8的基极通过电阻R33连接MCU主控模块5的NHVCR信号输出引脚，集电极通过依次串联的电阻R28和电阻R23连接输入电源VIN，发射极连接系统地GND；MOSFET管Q4的S极连接输入电源VIN，G极连接电阻R23和电阻R28的公共端，D极分别连接三端稳压管U1的Vin引脚和升压变压器T2的一次侧的一端；三端稳压管U5的Vout引脚连接升压驱动芯片U6的VCC引脚，还通过相并联的电容C29和电容C30连接系统地GND，GND引脚连接系统地GND，Vin引脚通过电容C28连接系统地GND；升压变压器T2的一次侧的一端通过依次串联的电容C37和电阻R37连接升压变压器T2的一次侧的另一端，还通过并联的电容C25和电容C26连接系统地GND，升压变压器T2的一次侧的另一端还通过依次串联的MOSFET管Q9和电阻R50连接系统地GND，升压变压器T2的二次侧的一端依次串联电容C32和二极管D9，另一端连接系统地GND，二极管D9的正极通过反接的二极管D10连接系统地GND，负极通过电容C38连接系统地GND，以二极管D9的负极作为NHV端子；升压变压器T2的二次侧的一端还依次串联电容C31和二极管D7后连接系统地GND，二极管D7的正极依次连接反接的二极管D6和电阻R22后作为负高压发生子模块的输出端子NHVOUT，二极管D6的正极通过并联的电阻R24和电容C27连接系统地；NHV端子还通过依次串联的电阻R36、电阻R46和电阻R52连接系统地GND，电容C43与电阻R46和电阻R52串联而成的电路相并联；升压驱动芯片U6的COMP引脚分别通过电容C39和依次串联的电阻R35、电阻R34和电容C41连接电阻R36和电阻R46的公共端，FB引脚连接电阻R36和电阻R46的公共端，CS 引脚通过依次串联的电阻R45和电容C42连接系统地GND，还通过电阻R51连接MOSFET管Q9的S极，还通过电容C47连接系统地GND，RC引脚连接电阻R45和电容C42的公共端，REF引脚通过相互并联的电容C33和电容C40连接系统地GND，还通过电阻R32连接电阻R45和电容C42的公共端，OUT引脚通过电阻44连接MOSFET管Q9的G极，GND引脚连接系统地GND。

由电阻R33、三极管Q8、电阻R23、电阻R28、MOSFET管Q4组成开关电路，控制负高压发生子模块的电源输入导通与断开；线性或开关稳压电路，也就是三端稳压管U5将输入电压VIN降压后，再给升压驱动芯片U6提供稳压电源，这样的优势在于输入电压VIN可以允许宽范围输入，只要在线性或开关稳压电路的最小压差、线性或开关稳压电路的最大输入电压区间内即可；由电阻R36、电阻R46、电阻R52、电容C43组成电压反馈电路，其中电容C43为抗干扰滤波电容；由电阻R50、电阻R51、电阻C47组成电流反馈电路，其中电阻R51、电容C47为低通滤波电路；升压驱动芯片U6根据FB引脚的电压反馈信号和CS引脚的电流反馈信号，实时调节输出OUT引脚的PWM占空比，控制升压变压器T2一次侧线圈导通的占空比，最终将输出高压NHV控制在设定值；电容C25、电容C26的作用为电源滤波，电容C37、电阻R37组成阻容吸收回路，有效降低电路工作时的电磁干扰；只要输入电源电压VIN在允许范围内变化，该电路均可稳定的输出高压；电容C31、二极管D6、二极管D7、电阻R24、电容C27组成两倍负压升压电路。

如图8所示，通道控制模块7包括四个高压继电器，正高压发生子模块、负高压发生子模块、校准模块1及系统地GND分别通过一个高压继电器连接充电板2，MCU主控模块5连接高压继电器以控制高压继电器工作。

在本实施例中，高压继电器为高压干簧继电器，耐压4kV。

图9为本实施例中的通道控制模块的控制电路图。

如图9所示，P2端子电连接充电板正极，高压继电器K1的线圈串联在MCU主控模块5的DRIVE1信号输出引脚和系统地GND之间，常开开关连接在正高压发生子模块的输出端子PHVOUT和P2端子之间；高压继电器K2的线圈串联在MCU主控模块5的DRIVE2信号输出引脚和系统地GND之间，常开开关连接在负高压发生子模块的输出端子NHVOUT和P2端子之间；高压继电器K3的线圈串联一个开关电路后连接在12V电压和系统地GND之间，MCU主控模块5的REL_DR4信号输出引脚连接该开关电路以控制通断，常开开关连接在校准模块1和P2端子之间，该开关电路包括MOSFET管Q13、三极管Q17、电容C57和若干电阻，三极管Q17的基极通过电阻R67连接MCU主控模块5的REL_DR4信号输出引脚，还通过并联的电阻R69和电容C57连接系统地GND，集电极通过依次串联的电阻R63和电阻R55连接MOSFET管Q13的S极，发射极连接系统地GND，MOSFET管Q13的S极通过电阻R80连接12V电压，G极连接电阻R55和电阻R63的公共端，D极连接高压继电器K3的线圈后连接系统地GND；高压继电器K4的线圈串联在MCU主控模块5的DRIVE3信号输出引脚和系统地GND之间，常开开关串联电阻后连接在系统地GND和P2端子之间；其中，高压继电器K1的线圈并联反接的二极管D12，高压继电器K2的线圈并联反接的二极管D13，高压继电器K3的线圈并联反接的二极管D14，高压继电器K4的线圈并联反接的二极管D15。

如图1所示，静电测试装置本体还包括：

显示屏8，连接MCU主控模块5，适于显示测试数据，测试数据包括充电板2的电压曲线、每个节点的测试记录及合格判定结果中的至少一个；

通信模块9，连接MCU主控模块5，适于向上位机上传测试结果，及接收上位机的控制指令；

USB接口10，连接MCU主控模块5，适于通过其导出测试结果；

存储模块110，连接MCU主控模块5，适于存储测试结果；

温湿度模块120，连接MCU主控模块5，适于采集环境温湿度；

锂电池及锂电池充放电管理模块130，锂电池充放电管理模块130连接在MCU主控模块5和锂电池之间，适于实现锂电池的充放电管理。

锂电池充放电管理模块130实现了对锂电池的充放电管理，内置锂电池，通过锂电池供电，可以在不插适配器的情况下进行校准、测试，更便捷。

本实施例中的自动校准的静电测试系统的工作原理主要包括三个测试阶段，三个测试阶段自动完成。

具体测试步骤如下：

第一步，用户通过按键或网络信号启动测试，MCU主控模块5首先控制高压发生模块6产生正高压，通道控制模块7将正高压信号和充电板2之间的通道进行连通，进而给充电板2充入正电荷，同时断开其他通道连接，静电消除器的离子风中的负电荷会中和充电板2上的正电荷；

第二步，MCU主控模块5通过电压传感器3和信号处理模块4实时检测充电板2的电压，当电压从设定起始电压下降到设定终止电压时，完成阶段一的正衰减时间测试，然后，停止正高压的输出，断开其和充电板2之间的连接通道；

第三步，MCU主控模块5控制高压发生模块6产生负高压，通道控制模块7将负高压信号和充电板2之间的通道进行连通，进而给充电板2充入负电荷，同时断开其他通道连接，静电消除器的离子风中的正电荷会中和充电板2上的负电荷；

第四步，MCU主控模块5通过电压传感器3和信号处理模块4实时检测充电板2的电压，当电压从设定起始电压上升到设定终止电压时，完成阶段二的负衰减时间测试，然后，停止负高压的输出，断开其和充电板2之间的连接通道；

第五步，MCU主控模块5继续通过电压传感器3和信号处理模块4实时检测充电板2的电压，倒计时设定平衡时间，结束时记录充电板2残余电压，此时完成阶段三的测试。

其中，在MCU主控模块5通过电压传感器3和信号处理模块4实时检测充电板2的电压时，采用正电压校准系数k_p、b_p或负电压校准系数k_n、b_n对经信号处理模块4处理后的电压信号进行校正，如此，可以保证整个测试过程的准确性，不受环境温湿度、使用时长等因素的影响。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.自动校准的静电测试系统，其特征在于，

包括静电测试装置本体和校准模块(1)，所述静电测试装置本体包括充电板(2)、电压传感器(3)、信号处理模块(4)和MCU主控模块(5)；其中，

所述校准模块(1)连接所述充电板(2)，适于向所述充电板(2)施加校准电压；

所述电压传感器(3)设于所述充电板(2)的充电板负极上，与所述充电板负极电连接，适于采集所述充电板(2)的电压信号；

所述信号处理模块(4)连接所述电压传感器(3)，适于对所述电压信号进行处理，以得到处理后的电压信号；

所述MCU主控模块(5)连接所述信号处理模块(4)，适于基于所述校准电压和与所述校准电压相对应的处理后的电压信号得到校准系数；及

在测试过程中基于所述校准系数校准所述处理后的电压信号；

所述校准模块(1)包括隔离电源电路(11)、校准信号源(12)、相位管理电路(13)和幅值控制电路(14)；其中，

所述隔离电源电路(11)连接在静电测试装置本体的输入电源和所述校准信号源(12)之间，适于将所述输入电源的电压转换为适配于所述校准信号源(12)的电压，以向所述校准信号源(12)供电；

所述相位管理电路(13)连接在所述校准信号源(12)和所述充电板(2)之间，适于将所述校准信号源(12)的输出电压进行直连或反向后施加到所述充电板(2)上；

所述幅值控制电路(14)连接所述校准信号源(12)，适于控制所述校准信号源(12)产生至少两个档位的正电压。

2.根据权利要求1所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述MCU主控模块(5)还连接所述隔离电源电路(11)、所述相位管理电路(13)及所述幅值控制电路(14)，以控制工作。

3.根据权利要求2所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述幅值控制电路(14)包括第一负载、第二负载、第三负载、开关元件和光耦隔离器；其中，

校准信号源(12)的输出端子CAL_VOUT、所述第一负载、所述第二负载和校准模块地GND1依次串联；

所述第三负载和所述开关元件串联而成的电路与所述第二负载并联；

所述MCU主控模块(5)通过所述光耦隔离器连接所述开关元件以控制所述开关元件通断。

4.根据权利要求2所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述相位管理电路(13)包括光固态继电器U11A、光固态继电器U11B、光固态继电器U12A和光固态继电器U12B；其中，

光固态继电器U11A的一次侧的一端连接MCU主控模块(5)的CAL_NVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准模块地GND1，另一端作为校准模块(1)的输出端子VJO；

光固态继电器U11B的一次侧的一端连接MCU主控模块(5)的CAL_NVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准信号源(12)的输出端子CAL_VOUT，另一端连接系统地GND；

光固态继电器U12A的一次侧的一端连接MCU主控模块(5)的CAL_PVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准信号源(12)的输出端子CAL_VOUT，另一端作为校准模块(1)的输出端子VJO；

光固态继电器U12B的一次侧的一端连接MCU主控模块(5)的CAL_PVON信号输出引脚，另一端连接系统地GND，二次侧的一端连接校准模块地GND1，另一端连接系统地GND。

5.根据权利要求1所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述静电测试装置本体还包括：

高压发生模块(6)，连接所述MCU主控模块(5)和所述充电板(2)，适于在所述MCU主控模块(5)的控制下向所述充电板(2)施加正高压或负高压；

通道控制模块(7)，连接所述MCU主控模块(5)，并分别连接在所述高压发生模块(6)和所述充电板(2)之间及所述校准模块(1)和所述充电板(2)之间，适于在所述MCU主控模块(5)的控制下控制所述高压发生模块(6)与所述充电板(2)之间及校准模块(1)与所述充电板(2)之间的通断。

6.据权利要求5所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述高压发生模块(6)包括正高压发生子模块和负高压发生子模块，所述正高压发生子模块和所述负高压发生子模块分别包括输入电源、开关电路、线性或开关稳压电路、升压驱动电路、电压反馈电路、电流反馈电路、升压变压器和升压电路；其中，

所述输入电源通过所述开关电路分别连接所述线性或开关稳压电路及所述升压变压器的一次侧线圈，适于在所述开关电路导通的情况下供电；

所述升压电路连接所述升压变压器的二次侧线圈；

所述MCU主控模块(5)连接所述开关电路，适于控制所述开关电路导通或断开；

所述线性或开关稳压电路连接所述升压驱动电路，适于提供稳压电源；

所述电压反馈电路连接所述升压电路和所述升压驱动电路，适于向所述升压驱动电路反馈电压反馈信号；

所述电流反馈电路连接所述升压变压器的一次侧线圈和所述升压驱动电路，适于向所述升压驱动电路反馈电流反馈信号；

所述升压驱动电路连接所述升压变压器的一次侧线圈，适于根据所述电压反馈信号和所述电流反馈信号调节其输出端的PWM占空比，以控制升压变压器一次侧线圈导通的占空比，使升压电路的输出电压控制在设定值。

7.根据权利要求6所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述通道控制模块(7)包括四个高压继电器，所述正高压发生子模块、所述负高压发生子模块、所述校准模块(1)及系统地GND分别通过一个所述高压继电器连接所述充电板(2)，所述MCU主控模块(5)连接所述高压继电器以控制所述高压继电器工作。

8.根据权利要求1所述的自动校准的静电测试系统，其特征在于，

所述静电测试装置本体还包括：

显示屏(8)，连接所述MCU主控模块(5)，适于显示测试数据，所述测试数据包括充电板(2)的电压曲线、每个节点的测试记录及合格判定结果中的至少一个；

通信模块(9)，连接所述MCU主控模块(5)，适于向上位机上传测试结果，及接收上位机的控制指令；

USB接口(10)，连接所述MCU主控模块(5)，适于通过其导出测试结果；

存储模块(110)，连接所述MCU主控模块(5)，适于存储测试结果；

温湿度模块(120)，连接所述MCU主控模块(5)，适于采集环境温湿度；

锂电池及锂电池充放电管理模块(130)，所述锂电池充放电管理模块(130)连接在所述MCU主控模块(5)和所述锂电池之间，适于实现所述锂电池的充放电管理。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的自动校准的静电测试系统的校准方法，其特征在于，

包括：

正电压校准系数获取步骤，校准模块(1)向充电板(2)施加正校准电压；待充电板(2)电压稳定后，电压传感器(3)采集充电板(2)的电压信号；信号处理模块(4)对电压信号进行处理，得到处理后的电压信号；MCU主控模块(5)基于正校准电压和与正校准电压相对应的处理后的电压信号得到正电压校准系数；

负电压校准系数获取步骤，校准模块(1)向充电板(2)施加负校准电压；待充电板(2)电压稳定后，电压传感器(3)采集充电板(2)的电压信号；信号处理模块(4)对电压信号进行处理，得到处理后的电压信号；MCU主控模块(5)基于负校准电压和与负校准电压相对应的处理后的电压信号得到负电压校准系数。

10.根据权利要求9的自动校准的静电测试系统的校准方法，其特征在于，

所述MCU主控模块(5)基于正校准电压和与正校准电压相对应的处理后的电压信号得到正电压校准系数，包括：

将U_p1、U_p2、V_p1、V_p2代入U_pi＝k_pV_pi+b_p，求解出正电压校准系数k_p、b_p；

其中，i＝1～2；U_p1为校准模块(1)施加到充电板(2)上的标准低位正校准电压；V_p1为与U_p1相对应的处理后的电压信号；U_p2为校准模块(1)施加到充电板(2)上的标准高位正校准电压；V_p2为与U_p2相对应的处理后的电压信号；

所述MCU主控模块(5)基于负校准电压和与负校准电压相对应的处理后的电压信号得到负电压校准系数，包括：

将U_n1、U_n2、V_n1、V_n2代入U_ni＝k_nV_ni+b_n，求解出负电压校准系数k_n、b_n；

其中，i＝1～2；U_n1为校准模块(1)施加到充电板(2)上的标准低位负校准电压；V_n1为与U_n1相对应的处理后的电压信号；U_n2为校准模块(1)施加到充电板(2)上的标准高位负校准电压；V_n2为与U_n2相对应的处理后的电压信号。

11.一种如权利要求1～8任一项所述的自动校准的静电测试系统的测试方法，其特征在于，

包括：在测试过程中，电压传感器(3)采集充电板(2)的电压信号，信号处理模块(4)对电压信号进行处理，得到处理后的电压信号，MCU主控模块(5)基于校准系数校准处理后的电压信号；其中，

所述校准系数为采用权利要求9或10所述的自动校准的静电测试系统的校准方法得到的。

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