一種用於電源模塊埠的直流電阻快速測量電路的製作方法

2023-10-19 01:08:17 1

本發明專利涉及一種用於電源模塊埠的直流電阻快速測量電路。

背景技術：

直流電阻的概念廣泛存在於電子信息領域，電源模塊埠直流電阻是反映電源模塊性能的重要參數，包括輸入輸出埠正反向直流電阻、s端直流電阻等，這些參數都是判斷電路性能的重要依據。由於電源模塊輸入輸出埠存在大容量旁路電容和濾波電容，阻容並聯直流電阻成為電源模塊測量的重要對象。測直流電阻的一般方法為恆流測量法和恆壓電阻分壓法。恆流法電路一般較複雜，通常用於臺式萬用表中，通過採用一定的恆定電流對被測件進行測量，並檢測其兩端電壓計算得出測量結果，然而由於被測件的大電阻電容以及電流源充電慣性的影響，測量達到穩定的時間很長，過程緩慢，在大規模生產的大環境下，嚴重阻礙了生產效率的提高。此外，由於採用恆流測量，被測埠上的電壓不可控，對於低壓輸出的器件，可能會在測量過程中產生過壓損傷電路器件埠。恆壓法則通過電阻分壓方式進行測量，電路簡單，常用於手持式萬用表中，對於大電阻電容並聯情況下的測量依然存在測量時間很長，測量偏置電壓不可控的情況存在。該電源模塊埠直流電阻快速測量電路具有較高的創新性以及重要應用價值。

技術實現要素：

為了克服上述問題，本發明提供一種實用的電源模塊埠直流電阻快速測量電路。該電路測量快速穩定；測量效率不受被測埠差異的影響，適應各種被測對象；偏置電壓可調，可防止輸出過壓損傷低壓被測件；測量電路具有多個量程，提高了電路測量精度。具有測量速度快，測量穩定性好，測量精度好，適應性及抗幹擾能力強的優點。

本發明的目的通過如下技術方案來實現的：一種用於電源模塊埠的直流電阻快速測量電路，包括反饋調節電路、量程切換矩陣電路和電壓電流檢測電路；所述反饋調節電路的輸入端接一偏置電壓，輸出端與量程切換矩陣電路的輸入端連接，量程切換矩陣電路用於連接電壓電流檢測電路和被測器件埠，電壓電流檢測電路還與被測器件埠連接，所述電壓電流檢測電路與外部微控制器連接，偏置電壓由微處理器控制dac1輸出。

進一步，所述反饋調節電路包括集成運放u2、電容c1、電容c2、電阻r1和電阻r8，所述電阻r8和電容c2組成一階rc濾波電路，微控制器控制dac1的輸出通過一階rc濾波後作為偏置電壓接入集成運放u2的同相輸入端，集成運放u2的輸出端通過電阻r1連接到集成運放u2的反相輸入端，所述電容c1並聯於集成運放u2的輸出端與反相輸入端之間，電阻r1的一端用於連接被測器件埠。

進一步，所述量程切換矩陣電路包括電阻r2～r4、開關模塊i和開關模塊ii；所述電阻r4的一端與集成運放u2的輸出端連接，電阻r4、開關模塊i和開關模塊ii依次串聯連接，開關模塊ii與被測器件埠連接；所述電阻r2並聯於開關模塊i的兩端，電阻r3並聯於開關模塊ii的兩端。

進一步，所述開關模塊i包括繼電器k1、二極體d3、電阻r7、電阻r11和三極體q2，所述開關模塊ii包括繼電器k2、二極體d2、電阻r6、電阻r10和三極體q1；所述繼電器k1的觸點與電阻r3並聯，二極體d3並聯於繼電器k1的線圈兩端；三極體q2的集電極與二極體d3的正極連接，發射極接地，基極與電阻r7的一端連接，電阻r7的另一端與io口連接，電阻r10的一端與io端連接，電阻r10的另一端接地；所述繼電器k2的觸點與電阻r2並聯，二極體d2並聯於繼電器k1的線圈兩端；三極體q1的集電極與二極體d2的正極連接，發射極接地，基極與電阻r6的一端連接，電阻r6的另一端與io口連接，電阻r11的一端與io口連接，電阻r11的另一端接地；二極體d2的陰極與二極體d3的陰極連接後接電源vcc。

進一步，所述電壓電流檢測電路包括adcu1、電阻r5和電阻r9，所述電阻r5與電阻r9串聯並接地，所述adcu1的基準輸入端與運放u2的輸出端和電阻r4的公共端連接，adcu1的信號採集端用於連接被測件埠；所述電阻r5與電阻r9的公共端與adc0連接。

進一步，測量電路還包括二極體d1和二極體d4，所述二極體d4的正極接地，二極體d4的負極與二極體d1的正極連接，二極體d1的負極接電源vcc，二極體d1與二極體d4的公共端與運放u2的輸出端連接。

由於採用了以上技術方案，本發明具有以下有益技術效果：

本發明是一種簡單實用的電路，應用於快速直流電阻測量，對各種阻容並聯直流電阻的測量快速穩定，測量時間幾乎不受被測對象的電阻電容影響，可調偏置可防輸出過壓，採用標準電阻串聯的多量程結構，能夠測量比較大範圍的直流電阻，準確度高。該電路可以結合微控制單元進行控制以及數據處理，可擴展性好。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為實施例中電源模塊埠直流電阻快速測量電路示意框圖；

圖2為實施例中電源模塊埠直流電阻快速測量電路的原理圖；

圖3為實施例中快速測量電路與其他直流電阻測量方式的測量結果輸出穩定對比；

圖4為實施例中標準電阻的典型值與量程範圍關係。

具體實施方式

以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。

本實施例的電路示意框圖如圖1所示，微控制器通過總線通訊設定偏置電壓，通過反饋調節電路穩定輸出固定的低偏置電壓，運放輸出端穩定後，微控制器通過外部adc採集運放輸出端的電壓，並根據檢測結果調整合適量程，最後通過內部高位adc檢測標準電阻和被測埠的電壓比例計算出直流電阻值。

電源模塊埠直流電阻快速測量電路原理圖如圖1所示，一種用於電源模塊埠的直流電阻快速測量電路，包括反饋調節電路、量程切換矩陣電路和電壓電流檢測電路；所述反饋調節電路的輸入端接一偏置電壓，輸出端與量程切換矩陣電路的輸入端連接，量程切換矩陣電路用於連接電壓電流檢測電路和被測器件埠，電壓電流檢測電路還與被測器件埠連接，所述電壓電流檢測電路與外部微控制器連接，偏置電壓由微處理器控制dac1輸出。

所述反饋調節電路包括集成運放u2、電容c1、電容c2、電阻r1和電阻r8，所述電阻r8和電容c2組成一階rc濾波電路，微控制器控制dac1的輸出通過一階rc濾波後作為偏置電壓接入集成運放u2的同相輸入端，集成運放u2的輸出端通過電阻r1連接到集成運放u2的反相輸入端，所述電容c1並聯於集成運放u2的輸出端與反相輸入端之間，電阻r1的一端用於連接被測器件埠。

所述量程切換矩陣電路包括電阻r2～r4、開關模塊i和開關模塊ii；所述電阻r4的一端與集成運放u2的輸出端連接，電阻r4、開關模塊i和開關模塊ii依次串聯連接，開關模塊ii與被測器件埠連接；所述電阻r2並聯於開關模塊i的兩端，電阻r3並聯於開關模塊ii的兩端。

所述開關模塊i包括繼電器k1、二極體d3、電阻r7、電阻r11和三極體q2，所述開關模塊ii包括繼電器k2、二極體d2、電阻r6、電阻r10和三極體q1；所述繼電器k1的觸點與電阻r3並聯，二極體d3並聯於繼電器k1的線圈兩端；三極體q2的集電極與二極體d3的正極連接，發射極接地，基極與電阻r7的一端連接，電阻r7的另一端與io口連接，電阻r10的一端與io端連接，電阻r10的另一端接地；所述繼電器k2的觸點與電阻r2並聯，二極體d2並聯於繼電器k1的線圈兩端；三極體q1的集電極與二極體d2的正極連接，發射極接地，基極與電阻r6的一端連接，電阻r6的另一端與io口連接，電阻r11的一端與io口連接，電阻r11的另一端接地；二極體d2的陰極與二極體d3的陰極連接後接電源vcc。

所述電壓電流檢測電路包括adcu1、電阻r5和電阻r9，所述電阻r5與電阻r9串聯並接地，所述adcu1的基準輸入端與運放u2的輸出端和電阻r4的公共端連接，adcu1的信號採集端用於連接被測件埠；所述電阻r5與電阻r9的公共端與adc0連接。

測量電路還包括二極體d1和二極體d4，所述二極體d4的正極接地，二極體d4的負極與二極體d1的正極連接，二極體d1的負極接電源vcc，二極體d1與二極體d4的公共端與運放u2的輸出端連接。

微控制器控制dac1輸出通過一階rc濾波後作為測量偏置電壓接入集成運放u2的同相輸入端，集成運放u2輸出端通過電阻r1連接到運放的反相輸入端構成電壓負反饋。量程切換矩陣電路使用串聯分檔的方式，微控制器控制io控制埠驅動繼電器完成電阻測量量程的切換。微控制器通過spi總線與高位adc電路u1通訊測量標準電阻與被測埠的電壓比例。使用二極體d1、d4構成異常輸入電壓保護的鉗位電路。通過電阻r5、r9分壓經過adc0測量集成運放u2的輸出端電壓，實時調整測量量程，提高測量精度。

在本發明中，被測埠阻值的計算公式為：

式中：rx為被測埠阻值，單位為ω；

n為adc電路u1的轉換位數，無單位；

d為u1讀出的轉換結果，無單位；

rref為所選量程對應的標準電阻值，單位為ω。

實施例中由於測量電路使用的偏置電壓測量，u1採用浮動的參考基準電壓，參考電壓與被測埠電壓成比例，這樣能充分利用adc的位數，提高直流電阻測量的精度。

實施例中快速測量電路與其他直流電阻測量方式的測量輸出穩定對比如圖3所示，設定被測埠為10kω電阻與4700uf電容並聯，快速測量電路標準電阻為300歐姆，另外兩種方式為偏置電壓為3v的分壓法測量以及100ua的恆流法測量。可以看到電源模塊直流電阻快速測量電路的直流電阻測量穩定速度很快，相比其他兩種電阻測量方式幾十秒的穩定時間大幅減少，從而使得直流電阻的測量效率提高了數十倍以上。

實施例中選用的標準電阻與直流電阻測量範圍的關係如圖4所示，標準電阻採用串聯切換的方式形成矩陣，避免電阻短路的情況。實施例中使用3個標準電阻r4、r2和r3，分別為3ω、297ω(27ω與270ω串聯得到)和29.7kω(2.7kω與27kω串聯得到)，使用繼電器k1和k2進行電流測量的分檔，直流電阻的測量範圍分別為1ω～150ω、100ω～15kω和10kω～1.5mω。各量程都設置了超量程範圍，避免了在臨界電阻測量時繼電器的不穩定反覆跳變，提高了測量穩定性。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。