大容量電容容量測(cè)量電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電容容量測(cè)試儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種大容量電容容量測(cè)量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著電子科技的逐步發(fā)展，大容量電容器越來(lái)越常見(jiàn)于電子電路和電氣電路中，比如超大容量的鋁電解電容器，電路上替代鋰電池的超級(jí)法拉電容等等。電容量是電容器的一個(gè)重要參數(shù)，電容容量的變化能反映電容器的故障狀態(tài)，關(guān)鍵位置的電容量精度甚至影響電路質(zhì)量。而當(dāng)需要測(cè)得大電容容量時(shí)，普通數(shù)字式萬(wàn)用表可測(cè)量的最大容量?jī)H為數(shù)百微法，不能滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種大容量電容容量測(cè)量電路，以解決普通數(shù)字式萬(wàn)用表的量程限制不能測(cè)量大電容器容量的問(wèn)題。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
一種大容量電容容量測(cè)量電路，它包括電壓比較器觸發(fā)電路、電容泄放電電路、四檔位充電電路、MCU模塊電路、輔助電源電路；所述電壓比較器觸發(fā)電路與MCU模塊電路中的中斷端口相連接，MCU模塊通過(guò)譯碼器Ul與四檔位充電電路相連接，四檔位充電電路與待測(cè)電容測(cè)試端子相連接，測(cè)試端子還與所述電容泄放電電路相連接，所述輔助電源電路為MCU模塊及待測(cè)電容提供電源，MCU模塊通過(guò)串行模式與工業(yè)顯示器相連接；當(dāng)待測(cè)電容連接到測(cè)試端子時(shí)，電容泄放電電路先將待測(cè)電容放電，待測(cè)電容中的電荷放光之后，MCU模塊通過(guò)譯碼器Ul選擇適當(dāng)?shù)乃臋n位充電電路中的一個(gè)充電通道給待測(cè)電容進(jìn)行充電，MCU模塊同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)電容充電達(dá)到電壓比較器觸發(fā)電路所設(shè)定的電壓閾值時(shí)，電壓比較器觸發(fā)電路中的比較器U2翻轉(zhuǎn)，發(fā)出充電完成信號(hào)輸送至MCU模塊的中斷端口，MCU模塊做出響應(yīng)停止計(jì)數(shù)，同時(shí)關(guān)閉四檔位充電電路，接通電容泄放電電路對(duì)待測(cè)電容再次進(jìn)行放電，MCU模塊將待測(cè)電容的電容量傳輸給工業(yè)顯示器進(jìn)行數(shù)值顯示。
[0005]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述電壓比較器觸發(fā)電路包括電壓比較器U2、電阻Rl、電阻R2、電阻R3、可調(diào)電阻VRl、電容C2、電容C3、三極管Q4，電阻R3和可調(diào)電阻VRl構(gòu)成電壓比較器U2的分壓器，并聯(lián)電容C3以濾除干擾信號(hào)；電壓比較器U2的輸出與三極管Q4的基極相連接，三極管Q4的集電極與MCU模塊的中斷端口相連接；通過(guò)可調(diào)電阻VRl阻值的調(diào)控，可以調(diào)整電壓比較器同相輸入端的基準(zhǔn)電壓為待測(cè)電容充電電壓的0.632倍，當(dāng)待測(cè)電容上的電壓充電至充電電壓的0.632倍時(shí)，比較器U2輸出下降沿跳變，然后經(jīng)過(guò)三極管Q4的倒相和電平轉(zhuǎn)換作用，輸出上升沿跳變至MCU的中斷端口，作為充電完成的信號(hào)。
[0006]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述電容泄放電電路由大功率放電電阻R4、場(chǎng)效應(yīng)管Q6、倒相三極管Q7、電阻R5、電阻R6組成，大功率放電電阻R4的一端與測(cè)試端子相連接，大功率放電電阻R4的另一端與場(chǎng)效應(yīng)管Q6的漏極相連接，場(chǎng)效應(yīng)管Q6的柵極與倒相三極管Q7的集電極相連接，倒相三極管Q7的基極串聯(lián)電阻R7后與譯碼器Ul的一個(gè)輸出管腳相連接，所述MCU模塊通過(guò)譯碼器Ul控制場(chǎng)效應(yīng)管Q6的導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管Q6導(dǎo)通后將待測(cè)電容上的電荷進(jìn)行放電。
[0007]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q6為低開(kāi)啟電壓，低導(dǎo)通壓降的N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管。
[0008]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述四檔位充電電路分別由場(chǎng)效應(yīng)管Ql與電阻Rll串聯(lián)、場(chǎng)效應(yīng)管Q2與電阻RlO串聯(lián)、場(chǎng)效應(yīng)管Q3與電阻R9串聯(lián)、場(chǎng)效應(yīng)管Q5與電阻R8串聯(lián)后組成，場(chǎng)效應(yīng)管Q1、場(chǎng)效應(yīng)管Q2、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、場(chǎng)效應(yīng)管Q5均為低開(kāi)啟電壓，低導(dǎo)通壓降的P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管Q1、場(chǎng)效應(yīng)管Q2、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、場(chǎng)效應(yīng)管Q5的柵極分別與譯碼器Ul的四個(gè)輸出管腳相連接，場(chǎng)效應(yīng)管Q1、場(chǎng)效應(yīng)管Q2、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、場(chǎng)效應(yīng)管Q5的源極分別與輔助電源電路相連接，電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻Rll均為大功率充電電阻，每一組換擋電路均與測(cè)試端子相連接，代表不同檔位的電容量程，每一組換擋電路均由譯碼器Ul的譯碼輸出管腳驅(qū)動(dòng)，譯碼器Ul被選通的管腳輸出低電平，其余管腳均輸出高電平，譯碼器Ul的地址輸入端接至MCU模塊，檔位選擇由按鍵開(kāi)關(guān)S1、按鍵開(kāi)關(guān)S2、按鍵開(kāi)關(guān)S3、按鍵開(kāi)關(guān)S4組成，分別對(duì)應(yīng)不同的電容量程。
[0009]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述輔助電源電路輸出+5V，+3.3V兩種電壓，+5V電壓具有較大功率輸出能力，其與地兩端并聯(lián)超級(jí)法拉電容Cl，超級(jí)法拉電容Cl的容量大于最大待測(cè)電容的容量10倍以上；+3.3V電壓由輸入+5V電壓經(jīng)過(guò)低壓差線性穩(wěn)壓器降壓后獲得，用以給MCU模塊供電。
[0010]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述MCU模塊電路包括MCU模塊、譯碼器U1、按鍵開(kāi)關(guān)S1、按鍵開(kāi)關(guān)S2、按鍵開(kāi)關(guān)S3、按鍵開(kāi)關(guān)S4組成，數(shù)據(jù)的顯示由MCU模塊采用串行模式與工業(yè)顯示器相連接。
[0011]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述譯碼器Ul的型號(hào)為74HC138。
[0012]作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述MCU模塊的型號(hào)為PIC16f690。
[0013]本發(fā)明所述的電壓比較器觸發(fā)電路中，比較器的同相輸入端電位通過(guò)可調(diào)電阻VRl設(shè)置為0.632*5V=3.16V，因?yàn)楦鶕?jù)電容充電公式
Uc=U*[l-e'(-t/T)](I)
式中:U為充電電壓，Uc為電容電壓，τ為時(shí)間常數(shù)，t=R*C，
當(dāng)通過(guò)充電電阻對(duì)電容充電時(shí)間為τ時(shí)，
Uc= (1-1/e) *U ?0.632*U(2)
通過(guò)MCU模塊的定時(shí)器功能可以測(cè)量出時(shí)間常數(shù)τ。
[0014]在所述電壓比較器觸發(fā)電路中待測(cè)電容上的剩余電荷通過(guò)放電電阻R4放電時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證放電時(shí)間，以使電荷放光。
[0015]本發(fā)明所述的四檔位充電電路中，電阻R8、電阻R9、電阻RlO、電阻Rl I均為大功率充電電阻，其電阻值分別為:R8=1歐姆，R9=5.1歐姆，R10=24歐姆，Rll=10歐姆，分別對(duì)應(yīng)電容的量程為:5-100F，0.25-5F，12.5_250mF，0.625-12.5mF。
[0016]檔位選擇由按鍵開(kāi)關(guān)S1、按鍵開(kāi)關(guān)S2、按鍵開(kāi)關(guān)S3、按鍵開(kāi)關(guān)S4組成，分別對(duì)應(yīng)的電容量程為:5-100F，0.25-5F，12.5_250mF，0.625-12.5mF。按鍵開(kāi)關(guān) S1、按鍵開(kāi)關(guān) S2、按鍵開(kāi)關(guān)S3、按鍵開(kāi)關(guān)S4均為非自鎖型按鍵。
[0017]本發(fā)明所述的MCU模塊，為單片機(jī)集成終端，具有定時(shí)器功能，數(shù)值校正通過(guò)時(shí)間測(cè)算得各檔位校正系數(shù)，并且通過(guò)MCU模塊自身所集成的軟件可以修正場(chǎng)效應(yīng)管Q1、場(chǎng)效應(yīng)管Q2、場(chǎng)效應(yīng)管Q3、場(chǎng)效應(yīng)管Q5的導(dǎo)通電阻對(duì)充電電阻的影響，修正后的數(shù)值通過(guò)與MCU模塊相連接的工業(yè)顯示器顯示，所述的工業(yè)顯示器為低功耗的工業(yè)型字符液晶顯示器。
[0018]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明采用四檔位充電電路對(duì)待檢測(cè)電容進(jìn)行充電，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)不同的電容容量量程，保證了測(cè)量結(jié)果的精確性和快速性；
(2)測(cè)量方法穩(wěn)定可靠，由于本發(fā)明采用硬件比較器，由MCU模塊定時(shí)，大大提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性；
(3)測(cè)量方法安全性高，本發(fā)明采用低電壓相對(duì)大電流的電源對(duì)待測(cè)電容充電，避免了高壓對(duì)待測(cè)電容帶來(lái)的安全隱患，且譯碼器任何時(shí)刻最多僅有一個(gè)輸出管腳為低電平，確保了測(cè)量電路的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]如圖1所示的一種大容量電容容量測(cè)量電路，它包括電壓比較器觸發(fā)電路、電容泄放電電路、四檔位充電電路、MCU模塊電路、輔助電源電路；電壓比較器觸發(fā)電路與MCU模塊電路中的中斷端口相連接，MCU模塊通過(guò)譯碼器Ul與四檔位充電電路相連接，四檔位充電電路與待測(cè)電容測(cè)試端子相連接，測(cè)試端子還與電容泄放電電路相連接，輔助電源電路為MCU模塊及待測(cè)電容提供電源，MCU模塊通過(guò)串行模式與工業(yè)顯示器相連接；當(dāng)待測(cè)電容連接到測(cè)試端子時(shí)，電容泄放電電路先將待測(cè)電容放電，待測(cè)電容中的電荷放光之后，MCU模塊通過(guò)譯碼器Ul選擇適當(dāng)?shù)乃臋n位充電電路中的一個(gè)充電通道給待測(cè)電容進(jìn)行充電，MCU模塊同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)電容充電達(dá)到電壓比較器觸發(fā)電路所設(shè)定的電壓閾值時(shí)，電壓比較器觸發(fā)電路中的比較器U2翻轉(zhuǎn)，發(fā)出充電完成信號(hào)輸送至MCU模塊的中斷端口，MCU模塊做出響應(yīng)停止計(jì)數(shù)，同時(shí)關(guān)閉四檔位充電電路，接通電容泄放電電路對(duì)待測(cè)電容再次進(jìn)行放電，MCU模塊將待測(cè)電容的電容量傳輸給工業(yè)顯示器進(jìn)行數(shù)值顯示。
[0022]電壓比較器觸發(fā)電路包括電壓比較器U2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、可調(diào)電阻VRl、電容C2