CN217484458U - 用于可充电电子产品电路板的测试电路 - Google Patents

Abstract

用于可充电电子产品电路板的测试电路，包括被测电路板、可充电电池和充电检测模块以及微处理器，还包括即能提供适合正常供电电压条件下进行充电测试的电源，也能提供适合供电电压超出正常供电电压的超限充电测试所需电源供给的模拟电源适配器，还包括用于在微处理器控制下当充电达到预设充满条件时结束充电的充电完成检测模块，以及包括用于在微处理器控制下将正常充电测试、超限充电测试以及充电完成测试项目连续起来在同一测试工位实现一次性测试的开关控制模块。

Description

用于可充电电子产品电路板的测试电路

技术领域

本发明属于电子产品的测试技术，尤其涉及对配置了可充电电池的电子产品的测试技术。

背景技术

随着消费类电子产品—譬如电动理发剪、电动剃须刀、电吹风机、电动吸奶器、LED灯具、电动牙刷以及电池供电的电动工具等的生产制造门槛逐步降低，特别是手持便携式的消费类电子产品，呈现出产品批量大、生产周期短的特点。对于上述消费类电子产品PCBA的测试，普遍采用以功能项目进行区分的测试方式，一般包括按键功能测试，显示或指示功能测试，负载驱动功能测试，适配器超限充电保护测试，正常充电功能测试，以及静态电流测试等项目。这类产品的一个重要共同点就是在其产品内都配置有可充电电池，如：镍氢电池或锂电池等。因此，在这类产品的电路板组装完成后，进行与充电相关的电性能测试是必须且重要的测试项目，其中最常规的测试有：

1.充电电压超限测试—当被测电路板在被施以预设的超过正常充电电压时，被测电路板内的充电保护模块能否及时断开非正常电压充电以免损坏被测电路板；

2.充电电流测试—被测电路板在正常充电电压情况下充电，检测其充电电流值和电池电压值是否在正常范围之内，以判断被测电路板的充电功能是否正常；

3.充电完成测试—测试被测电路板当充电达到预设充满条件时能否自动结束充电，以避免过充造成电池或电路损坏。

对于上述测试，在现有技术中通常采用单项测试的方式，即一个测试项目配置一个测试工位，三个测试项目需要配置三套检测设备和设置三个测试工位。其缺点在于：由于三个独立的测试工位，需要三个工序完成三个测试项目，存在测试工位多和测试工序多以及需要三套测试设备，既不利于节省生产成本，不利于提供生产效率。

因此将上述三个电性能测试项目整合为连续的自动化测试，不仅可以节省测试设备和人工，还可以大大缩短测试周期，获得更高的测试效率。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于可充电电子产品电路板的测试电路及测试方法，可以实现在一个测试工位上分步骤地连续完成上述三项测试项目。本发明的技术方案如下：

一种用于可充电电子产品电路板的测试电路，包括被测电路板、可充电电池和充电检测模块以及微处理器，还包括即能提供适合正常供电电压条件下进行充电测试的电源，也能提供适合供电电压超出正常供电电压的超限充电测试所需电源供给的模拟电源适配器，还包括用于在微处理器控制下当充电达到预设充满条件时结束充电的充电完成检测模块，以及包括用于在微处理器控制下将正常充电测试、超限充电测试以及充电完成测试项目连续起来在同一测试工位实现一次性测试的开关控制模块。

进一步地，所述模拟电源适配器包括用于向测试电路和为被测电路板供电电压为+5V的第一电源，以及用于向被测电路板提供超限充电测试所需的供电电压为+6V的第二电源。

优选地，所述开关控制模块包括：将第一电源与被测电路板接通或断开的第一开关单元和将第二电源与被测电路板接通或断开的第二开关单元、将充电检测模块与被测电路板接通或断开的第四开关单元和将充电完成检测模块与第一电源接通或断开第五开关单元，以及连接在可充电电池和充电完成检测模块之间切换的第三开关单元。

优选地，所述第一开关单元包括第一继电器，还包括漏极与第一继电器线圈一端连接、源极接地的第一场效应管，所述第一继电器线圈另一端与第一电源连接，所述第一场效应管栅极与第一电阻一端和第二电阻一端连接，第二电阻另一端与微处理器第一输出接口连接，第一电阻另一端接地，所述第一继电器包括设置在第一电源与被测电路板第一接口之间的第一常开触点；

所述第二开关单元包括第二继电器，还包括漏极与第二继电器线圈一端连接、源极接地的第二场效应管，所述第二继电器线圈另一端与第一电源连接，所述第二场效应管栅极与第三电阻一端和第四电阻一端连接，第四电阻另一端与微处理器第二输出接口连接，第三电阻另一端接地，所述第二继电器包括设置在第二电源与被测电路板第一接口之间的第二常开触点；

所述第三开关单元包括第三继电器，还包括漏极与第三继电器线圈一端连接、源极接地的第三场效应管，所述第三继电器线圈另一端与第一电源连接，所述第三场效应管栅极与第十电阻一端和第十一电阻一端连接，第十电阻另一端与微处理器第三输出接口连接，第十一电阻另一端接地，所述第三继电器包括设于可充电电池正极与被测电路板第三接口之间的常闭触点以及设于被测电路板第三接口与充电完成检测模块之间的常开触点，所述可充电电池负极与被测电路板第二接口连接；

优选地，所述第四开关单元包括漏极与被测电路板第四接口连接，源极与第一采样电阻连接的第四场效应管，第一采样电子另一端接地，还包括与第四场效应管栅极连接的第六电阻和第五电阻，所述第六电阻另一端与微处理器第四输出接口连接，所述第五电阻另一端接地；

优选地，所述第五开关单元包括三极管和第五场效应管，还包括：一端与第一电源和第五场效应管源极连接、另一端与三极管集电极连接的第七电阻，以及一端与第五场效应管栅极连接、另一端与三极管集电极连接的第八电阻，还包括一端与三极管基极连接、另一端与微处理器第五输出接口连接的第九电阻，所述三极管发射极接地。

优选地，所述充电检测模块包括电流检测模块，它包括一端与第四场效应管源极连接，另一端接地的采样电阻，所述第四场效应管源极与微处理器第一输入接口连接，还包括可充电电池电压检测模块，它包括与微处理器第二输入接口连接的采样分压电阻第十二电阻和第十三电阻；其中第十二电阻一端接可充电电池正极检测触点(BATTER+)，第十三电阻的另一端接地。

优选地，所述充电完成检测模块包括第五场效应管、第四二极管、第一稳压管和第一电容以及第五十电阻，所述第四二极管正极与第五场效应管漏极连接，第四二极管负极与第一稳压管负极、第一电容正极、第十电阻一端以及第三继电器常开触点连接，所述第一稳压管正极、第一电容负极以及第五十电阻另一端接地。

在上述技术方案中，所述微处理器为STM8S103型单片机，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管以及第五场效应管采用增强沟道型MOS管。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明从技术上为在一套测试装置上完成被测电路板PCBA全部功能测试提供了坚实的的基础，在与本发明测试项目相关的其它测试项目的技术方案结合后，能够使用一套测试装置、一个人工的条件下，完成全部测试项目，不仅缩短了测试时间，同时也降低了测试设备成本和人工成本。下表为本发明在实际应用中与现有技术的对比数据：

附图说明：

图1为本发明实施例的系统模块示意图；

图2为本发明实施例的MCU引脚示意图；

图3为本发明实施例的模拟适配器电路示意图；

图4为本发明实施例的测试电路原理示意图；

图5为本发明实施例的测试流程示意图。

具体实施方式

本发明以超限电压充电检验测试、充电检验测试和充电完成检验测试三个测试项目为实施例，结合附图，详细说明本发明技术的方案。

图1示出了本发明实施例的系统模块，包括被测电路板、测试用可充电电池、充电检测模块、微处理器U3和模拟电源适配器以及开关控制等模块，它们构成了设置于测试装置中的测试电路，其中被测电路板与测试装置通过测试针床上的探针和设在被测电路板的测试点电连接，这些测试点包括被测电路板接口1、接口2和接口3以及接口4，以及其它测试焊点(如图2中的测试点BATTER+以及图4中的可充电电池正极BATTER+测试点)。可充电电池BETTER与被测产品所配的电池相同，以提供被测电路板由产品所配电池供电和充电的真实工作情形，当被测产品不同时所配电池也会有所不同，需要接入对应的测试用电池。本实施例中使用了锂电池，但本发明对镍氢等充电电池产品同样适用。考虑到成本和方便维护，在满足性能要求和保证品质的条件下，本实施例采用的微处理器U3 是型号为STM8S103的单片机，这是一款市售的、输入输出接口比较丰富以及功能比较齐全的廉价MCU。基于相同的原因，本实施例的场效应管(Q1，Q2，Q3和Q4以及Q5) 采用了市售的同型号增强沟道型MOS管，以及本实施例的第一、第二和第三继电器也采用同型号市售的小型固态继电器。

图2示出了MCU部分外部接口及其标记，其中包括第一输出接口o_5V、第二输出接口o_6V、第三输出接口o_batt_anode和第四输出接口o_power-，上述四个输出接口均输出电平开关信号，以对开关模块进行实时控制。还包括第一输入接口ad_charge和第二输入接口adc_batt，这两个输入接口均接收ADC信号，以分别测取充电电流和电池电压的采样值。

图3示出模拟电源适配器的电路构成，其中外接直流电源通过12V，5V和GND三个端口接入，外接5V电源经滤波电容C7后做为模拟电源适配器的第一电源+5V，并且还提供一路包括电阻R14和LED的测试装置电源信号指示。外接12V电源经并联的滤波电容 C4与三端稳压芯片U1输入端连接，三端稳压芯片U1调节端接标准电阻R16，并在其输出端与调节端之间跨接电阻R15，经并联的电容C5和电容C6滤波，该三端稳压芯片U1 输出端作为模拟适配器的第二电源+6V。需要指出，市售的标准电源适配器电压在5±5％V 即4.75～5.25V，对于有些产品，测试时使用的适配器超限电压以产品实际要求的电压值为准，可能是5.5V或者5.8V等等。

图4示出了本发明的测试电路，在图4中，开关控制模块包括第一开关单元、第二开关单元，分别用于切换超限充电测试和正常充电测试，第一继电器K1和第二继电器K2 只有常开单触点，其中继电器K1的触点接在模拟电源适配器5V输出端和被测电路板接口 1之间；继电器K2的触点接在模拟电源适配器6V输出端与被测电路板接口1之间；继电器K1线圈由第一场效应管Q1驱动，继电器K2线圈由第二场效应管Q2驱动，保护二极管D1和D2分别并联在上述线圈两端。效应管Q1的导通与截止的实时控制是通过与场效应管Q1栅极连接的微处理器U1第一输出接口o_5V连接而实现的，在实际应用中还包括连接于场效应管Q1和微处理器U1之间的第一电阻R1和第二电阻R2。同理，场效应管 Q2导通与截止的实时控制是通过与场效应管Q2栅极连接的微处理器U1第二输出接口 o_6V连接而实现的，也包括连接在场效应管Q2与微处理器U1之间的电阻第三R3和第四电阻R4。

第三继电器K3是具有常闭触点5和常闭触点6的双联继电器，由第三场效应管 Q3驱动，保护二极管D3并联在继电开关K3线圈两端，场效应管Q3漏极与被测电路板接口3连接，其源极接地，其栅极与第十电阻R10一端和第十一电阻R11一端连接，电阻 R10另一端与微处理器第三输出接口o_batt_anode连接，电阻R11另一端接地。

开关模块还包括第四开关单元和第五开关单元，这两个开关单元直接用场效应管做开关，其中第四开关单元包括漏极与被测电路板接口4连接，源极与第一采样电阻TR1连接的第四场效应管Q4，还包括与场效应Q4管栅极连接的第六电阻R6和第五电阻R5，其中电阻R6另一端与微处理器第四输出接口o_power-连接，电阻R5另一端接地。

第五开关单元包括三极管Q6和第五场效应管Q5，还包括：一端与第一电源+5V 和第五场效应管Q5源极连接、另一端与三极管Q6集电极连接的第七电阻R7，以及一端与场效应管Q5栅极连接、另一端与三极管Q6集电极连接的第八电阻R8，还包括一端与三极管Q6基极连接、另一端与微处理器第五输出接口o_charge_ok连接的第九电阻R9，所述三极管Q6发射极接地。

从图4结合图2可以看出，充电检测模块包括充电电流检测模块和电池电压检测模块，其中电流检测模块包括连接与场效应管Q4源极和地之间的采样电阻TR1，采样电阻 TR1一端与微处理器第一输入接口ad_charge连接。当Q4导通后，充电电流从被测电路板接口4流出，通过采样电阻TR1并产生电压信号，微处理器接口adc_charge获取该电压信号，经过数据处理得到充电电流值。电池电压检测模块包括设在可充电电池正极的检测点BATTER+，以及包括在图2中示出的微处理器第二输入接口adc_batt连接的可充电电池正极检测触点(BATTER+)和分压电阻R12和R13。在充电过程中可充电电池正极同继电器K3常闭触点5保持连接。

图4也示出了充电完成检测模块的电路构成，包括第五场效应管Q5、第四二极管D4、第一稳压管ZD1和第一电容C1以及第五十电阻R50。所述二极管D4正极与场效应管Q5漏极连接，二极管D4负极与稳压管ZD1负极、电解电容C1正极、电阻R50一端以及第三继电器K3常开触点6连接；稳压管ZD1正极、电容C1负极以及电阻R50另一端接地。

以下结合图5和图4对本发明实施例的测试项目加以说明：

首先进行充电电压超限测试项目，先将被测电路板放入测试工位，被充电的可充电电池负极接入被测电路板接口2(被测电路板的电池负极端)；可充电电池正极通过继电器K3的常闭触点5，接入被测电路板接口3，即被测电路板的电池正极端，此时被测电路板上电自检，测试装置检测到因被测电路板放入测试工位后触发位置开关的信号，微处理器U3控制场效应管Q4导通，被测电路板接口4(即被测板电源负极端)通过采样电阻TR1接公共地。接着微处理器U3使场效应管Q2导通，继电器K2吸合，第二电源+6V接入被测电路板接口1(即被测板电源正极端)，此时被测电路板内的充电管理模块在检测到充电电压超限，马上切断充电回路，中止充电。测试装置的充电检验测试模块通过读取采样电阻TR1的采样信号，即可判断出有无充电电流，当采样电流为零，则说明被测电路板的电压超限保护功能正常，微处理器U3会控制设在测试装置上的信号单元给出是否超限的信号指示。对于设有超限充电指示灯的被测电路板，也可以观察到相应的指示信号。

若超限电压充电检测测试项目合格，自动转入正常充电测试项目，该项目主要测试充电电流的大小，以判断被测电路板的充电管理模块能否将充电电流控制在预设范围之内。微处理器U3使Q2截止，继电器K2释放，断开第二电源+6V，然后使Q1导通，继电器 K1吸合，被测电路板接入第一电源+5V，当被测电路板充电管理模块检测到充电电压符合正常范围，便开启充电，测试装置的微处理器U3读取采样电阻TR1上的采样电流和可充电电池正极上的采样电压，按设定程序判断被测电路板的充电电流和被充电的电池电压对否在产品设计范围内，并通过测试装置上的信号单元给出相应的指示信号。

若正常充电检测测试完成后，测试程序将自动转入充电完成检测测试项目，该项目测试被测电路板的充电管理模块能否在电池充满后自动停止充电，以防止发生过充。微处理器U3首先使三极管Q6导通，进而驱动Q5导通，此时稳压管ZD1受电，在其在稳压管ZD1端得到一个标准电压，此标准电压值设定的与充电电池充满后的电压刚好相同，接着微处理器U3使场效应管Q3导通，继电器K3吸合，将原有的常闭触点6切换到常开触点6，此时电池正极输出的是可充电电池电压，当被测线路板检测到该电池电压达到预设值后，立刻切断内部充电回路，停止继续充电，此时微处理器通过读取采样电阻TR1上的采样电流来判断是否被测电路板的充电管理模块是否停止了充电。对于设有充电完成指示灯的被测电路板，也可以观察到对应的充电完成指示信号。

需要指出：在以上测试中，若判定任何一个项目测试结果异常，则退出对该被测电路板的测试，人工加不合格标记或分捡后，开始对下一块被测电路板进行从头测试。

对于配有不同类型充电电池和不同形状尺寸的被测电路板，只需要配置合适的测试针床、调换适合的稳压管ZD1，以及调整软件程序中对应的预设参数，便可以方便地应用本发明实施上述项目的测试。

以下是上述三个测试项目的测试步骤：

1)被测电路板就位于测试针床，测试电路收到位置开关信号，启动超限充电测试；

2)被测电路板接通可充电电池，上电自检；

3)第四场效应管Q4导通，采样电阻TR1接通；

4)第二场效应管Q2导通，第二继电器K2吸合，第二电源接入被测电路板；

5)接收采样电阻TR1上的电流信号并进行数据处理；

6)判断采样电流是否大于零，若是，则发出超限测试异常信号，退出测试；若非，则继续以下测试步骤；

7)第二继电器K2释放，断开被测电路板与第二电源连接，结束超限充电测试；

8)第一场效应管Q1导通，第一继电器K1吸合，第一电源接入被测电路板，正常充电测试开始；

9)接收可充电电池BATTER+电压信号和采样电阻TR1上的电流信号并进行数据处理；

10)判断电池电压和采样电流是否在预设范围内，若非，则发出充电测试异常信号，退出测试；若是，结束正常充电测试，继续以下测试步骤；

11)三极管Q6和第五场效应管Q5导通，第一稳压管ZD1受电，充电完成测试开始；

12)第三场效应管Q3导通，第三继电器K3常开触点闭合，稳压管ZD1标准电压接入被测电路板；

13)接收采样电阻TR1上的电流信号并进行数据处理；

14)判断采样电流是否大于零，若是，则发出超限测试异常信号，退出测试；若非，发出充电完成信号，接续以下步骤：

15)第一场效应管Q1截止，第一继电器K1释放，断开被测电路板与第一电源连接；

16)第三场效应管Q3截止，第三继电器K3释放复位，断开稳压管ZD1与被测电路板连接；

17)三极管Q6截止，第五场效应管Q5截止，断开充电完成模块与第一电源连接；

18)第四场效应管Q4截止，断开充电电流检测模块与被测电路板连接，测试结束。

以上所述的实施方式及原理方法，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的思路和原则之内所作的修改和等同替换以及模仿等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于可充电电子产品电路板的测试电路，包括被测电路板、可充电电池和充电检测模块以及微处理器，其特征是：包括即提供适合正常供电电压条件下进行充电测试的电源，也提供适合供电电压超出正常供电电压的超限充电测试所需电源供给的模拟电源适配器，还包括用于在微处理器控制下当充电达到预设充满条件时结束充电的充电完成检测模块，以及包括用于在微处理器控制下将正常充电测试、超限充电测试以及充电完成测试项目连续起来在同一测试工位实现一次性测试的开关控制模块。

2.根据权利要求1所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述模拟电源适配器包括用于向测试电路和为被测电路板供电电压为+5V的第一电源，以及用于向被测电路板提供超限充电测试所需的供电电压为+6V的第二电源。

3.根据权利要求1所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述开关控制模块包括：将第一电源与被测电路板接通或断开的第一开关单元和将第二电源与被测电路板接通或断开的第二开关单元、将充电检测模块与被测电路板接通或断开的第四开关单元和将充电完成检测模块与第一电源接通或断开第五开关单元，以及连接在可充电电池和充电完成检测模块之间切换的第三开关单元。

4.根据权利要求3所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述第一开关单元包括第一继电器，还包括漏极与第一继电器线圈一端连接、源极接地的第一场效应管，所述第一继电器线圈另一端与第一电源连接，所述第一场效应管栅极与第一电阻一端和第二电阻一端连接，第二电阻另一端与微处理器第一输出接口连接，第一电阻另一端接地，所述第一继电器包括设置在第一电源与被测电路板第一接口之间的第一常开触点；

所述第二开关单元包括第二继电器，还包括漏极与第二继电器线圈一端连接、源极接地的第二场效应管，所述第二继电器线圈另一端与第一电源连接，所述第二场效应管栅极与第三电阻一端和第四电阻一端连接，第四电阻另一端与微处理器第二输出接口连接，第三电阻另一端接地，所述第二继电器包括设置在第二电源与被测电路板第一接口之间的第二常开触点；

所述第三开关单元包括第三继电器，还包括漏极与第三继电器线圈一端连接、源极接地的第三场效应管，所述第三继电器线圈另一端与第一电源连接，所述第三场效应管栅极与第十电阻一端和第十一电阻一端连接，第十电阻另一端与微处理器第三输出接口连接，第十一电阻另一端接地，所述第三继电器包括设于可充电电池正极与被测电路板第三接口之间的常闭触点以及设于被测电路板第三接口与充电完成检测模块之间的常开触点，所述可充电电池负极与被测电路板第二接口连接。

5.根据权利要求3所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述第四开关单元包括漏极与被测电路板第四接口连接，源极与第一采样电阻连接的第四场效应管，第一采样电阻另一端接地，还包括与第四场效应管栅极连接的第六电阻和第五电阻，所述第六电阻另一端与微处理器第四输出接口连接，所述第五电阻另一端接地。

6.根据权利要求3所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述第五开关单元包括三极管和第五场效应管，还包括：一端与第一电源和第五场效应管源极连接、另一端与三极管集电极连接的第七电阻，以及一端与第五场效应管栅极连接、另一端与三极管集电极连接的第八电阻，还包括一端与三极管基极连接、另一端与微处理器第五输出接口连接的第九电阻，所述三极管发射极接地。

7.根据权利要求1所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述充电检测模块包括电流检测模块，它包括一端与第四场效应管源极连接，另一端接地的采样电阻，所述第四场效应管源极与微处理器第一输入接口连接，还包括可充电电池电压检测模块，包括与微处理器第二输入接口连接的采样分压电阻第十二电阻和第十三电阻；其中第十二电阻一端接充电电池正极检测触点BATTER+，第十三电阻的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述充电完成检测模块包括第五场效应管、第四二极管、第一稳压管和第一电容以及第五十电阻，所述第四二极管正极与第五场效应管漏极连接，第四二极管负极与第一稳压管负极、第一电容正极、第十电阻一端以及第三继电器常开触点连接，所述第一稳压管正极、第一电容负极以及第五十电阻另一端接地。

9.根据权利要求1所述的用于可充电电子产品电路板的测试电路，其特征是：所述微处理器为STM8S103型单片机，所述可充电电池为锂电池。

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