CN212060517U - 一种电池模拟及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种电池模拟及检测装置，其包括电源电路，产生对外部被测试电路的电压输出以及对内部电路供电的电压输出；DAC变换器，将主控MCU的输出变换成分别供应给电压跟随器、限流控制电路以及恒流/恒压控制电路的三路电压；电压跟随电路，将DAC变换器供给的电压进行跟随放大并输出至被测试电路；电流采样电路，获取电压跟随电路输出端的电压并反馈至主控MCU以及限流控制电路；限流控制电路，将DAC变换器供给的电压及电流采样电路反馈的电压生成对电压跟随器的输入端的调整电压；恒流/恒压控制电路，对电压跟随电路的输出端进行恒流/恒压控制；检测电路，采集电池模拟及检测装置输出端的电参数，反馈至主控MCU。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池模拟及检测装置。
背景技术
在电子产品测试过程中都需要一个稳压电源接入以供测试,特别是带有电池供电的产品,这类产品一般需要测试工作电流、静态电流以及充电电流；其中，测量工作电流一般是mA级至A的,而静态电流一般是uA级的,由于涉及不同的量程，如若用现有的万用表等仪器来测量的话，就需要断开当前的测试回路并进行换档，不仅操作繁琐，而且稍有不慎就可能损坏测量仪器。在测量充电电流时，一般需要接上实际的电池或电子负载来测量，也是甚为麻烦。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提出一种电池模拟及检测装置，实现稳压电源及电子负载功能，其具体技术内容如下：
一种电池模拟及检测装置，包括用于数据处理及输入输出控制的主控MCU，以及用于显示检测数值的显示屏，其还包括
电源电路，用于产生对外部被测试电路的电压输出，以及对内部电路供电的电压输出；
DAC变换器，用于将主控MCU的输出变换成三路电压，分别供应给电压跟随器、限流控制电路，以及恒流/恒压控制电路；
电压跟随电路，用于将DAC变换器供给的电压进行跟随放大，并输出至被测试电路；
电流采样电路，用于获取电压跟随电路输出端的电压，并反馈至主控MCU 以及限流控制电路；
限流控制电路，用于将DAC变换器供给的电压及电流采样电路反馈的电压生成对电压跟随器的输入端的调整电压；
恒流/恒压控制电路，用于对电压跟随电路的输出端进行恒流/恒压控制；
检测电路，用于采集电池模拟及检测装置输出端的电参数，反馈至主控 MCU。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述电压跟随电路包括运算放大器U2A、三极管Q1、Q2和Q3，该运算放大器U2A的正相端连接DAC变换器的输出端，其负相端经电阻R10和电容C5接地，并经电容C6与运算放大器U2A的输出端连接，运算放大器U2A的输出端连接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接直流源，其发射极连接三极管Q2的基极；三极管Q2的集电极连接直流源，其发射极连接三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极连接直流源，其发射极连接至电压跟随电路的输出端。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述电流采样电路包括电流采样芯片U1、采样电阻R1、运算放大器U2B、以及电容C1和C2，所述采样电阻R1串接于电压跟随电路的输出端线路上，其两端分别连接该电容C1和C2，所述电流采样芯片U1的输入端连接该采样电阻R1,其输出端连接至运算放大器U2B的正相端，该运算放大器的负相端由电阻R23接地，且其正相端与负相端之间接有电容C8，其负相端与输出端之间接有电阻R19；运算放大器U2B的输出端连接主控MCU以及限流控制电路的输出端。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述限流控制电路包括运算放大器U2C、二极管D1、分压电阻R30和R31，该分压电阻R30和R31串联接于DAC变换器输出端与地端之间，二者的连接点与运算放大器U2C的正相端连接，运算放大器U2C的负相端连接电流采样电路的输出端；运算放大器U2C的输出端经二极管D1连接至电压跟随器的输入端，且其输出端与二极管D1的阴极相连；运算放大器U2C的负相端与输出端之间连接有电阻R27，该电阻R27两端并接有电容 C15。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述恒流/恒压控制电路包括运算放大器U3A、U3B、U3C和U3D，MOS管Q4，以及模拟电子开关U4；该运算放大器U3和U3D的输出端分别连接至模拟电子开关U4的输入端；电阻R33和R37串联接至DAC变换器的输出端与地端之间，且二者的连接点分别连接运算放大器U3A 的正相端、运算放大器U3D的负相端；该运算放大器U3A的负相端连接至运算放大器U3B的输出端，电阻R41和R42串联接至运算放大器U3C的输出端与地端之间，二者的连接点与运算放大器U3D的正相端连接；该运算放大器U3C的正相端连接电压跟随电路的输出端，其负相端接地；该MOS管Q4与电阻R32和R38串联接于电压跟随电路的输出端与地端之间，其栅极经电阻R96和R97接地，且该电阻R96和R97的连接点与模拟电子开关U4的输出端连接；该运算放大器U3B的正相端与MOS管Q4的源极连接，其负相端连接偏置电压。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述电源电路包括将输入电压调整为+5V电压输出的稳压降压芯片U6和U10，将+5V电压调整为3.3V电压输出的稳压降压芯片U9，所述稳压降压芯片U6产生对外部被测试电路的电压输出，所述稳压降压芯片U9和U10产生对内部电路供电的电压输出。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述检测电路包括对应不同量程的若干检测支路，对该些检测支路进行切换的开关器件，以及连接各检测支路进行电参数采集的检测芯片U16，所述检测芯片的输出端连接至主控MCU。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述检测电路包括受控于主控 MCU的继电器RY1和RY2，检测电阻R78、R82和R84，二极管D8、D9和D10；所述继电器RY1开关部的1脚由二极管D8接地，其2脚连接继电器RY2开关部的1脚，其3脚和6脚共内连接至检测电阻R84，其5脚连接继电器RY2开关部的4脚，其4 脚连接至电池模拟及检测装置的输出端；所述继电器RY2开关部的2和5脚共同连接至检测电阻R78，其3脚和6脚共同连接至检测电阻R82；所述二极管D9和D10 反向并联，所述二极管D9的阳极连接至继电器RY1开关部的4脚，其阴极与检测电阻R78、R82、R84共同连接至接地端；所述检测芯片U16的正采样端连接二极管D8的阴极，其负采样端连接上述接地端。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述检测支路与接地端之间设有通/断开关。
于本实用新型的一个或多个实施例当中，所述主控MCU设有若干接口，其中包括用于连接散热扇的NTC/风扇接口，用于连接内部IO口扩展的IO扩展接口、用于连接信号收发器的BLE串口，用于与上位机连通的USB接口，用于连接蜂鸣器的蜂鸣器接口。
本实用新型的有益效果是：通过电压跟随电路实现输出提供一个0到 9V/2A的低纹波可调电源，稳压电源及电子负载功能，其检测电路根据实际电流从uA到A,无缝切换,且无需断开负载，根据设计其电流显示精度高,可达 0.025uA，满足电子设备的工作电流、静态电流以及充电电流测试需求，并则显示屏实时显示，方便测试人员操作及读数；此外，还提供丰富的数据接口，如BLE串口、USB接口等，实现与上位***的对接及数据传输。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为DAC变换器电路原理图。
图3为电压跟随电路、电流采样电路和限流控制电路原理图。
图4为恒流/恒压控制电路原理图。
图5为检测电路原理图。
图6为电源电路原理图。
图7为隔离电源电路原理图。
具体实施方式
如下结合附图1至7，对本申请方案作进一步描述：
参见附图1，一种电池模拟及检测装置，包括用于数据处理及输入输出控制的主控MCU，以及用于显示检测数值的显示屏，其还包括
电源电路，用于产生对外部被测试电路的电压输出，以及对内部电路供电的电压输出；
DAC变换器，选用型号为MCP4728的DAC变换芯片，用于将主控MCU的输出变换成三路电压，分别供应给电压跟随器、限流控制电路，以及恒流/恒压控制电路；
电压跟随电路，用于将DAC变换器供给的电压进行跟随放大，并输出至被测试电路；
电流采样电路，用于获取电压跟随电路输出端的电压，并反馈至主控MCU 以及限流控制电路；
限流控制电路，用于将DAC变换器供给的电压及电流采样电路反馈的电压生成对电压跟随器的输入端的调整电压；
恒流/恒压控制电路，用于对电压跟随电路的输出端进行恒流/恒压控制；
检测电路，用于采集电池模拟及检测装置输出端的电参数，反馈至主控 MCU。
所述主控MCU设有若干接口，其中包括
NTC/风扇接口:检测散热器上的温度,当温度过高,打开风扇进行散热；
数据存储:连接存储模块，用于存储程序的参数；
按键/编码器/蜂鸣器:用于连接按键、编码器及蜂鸣器；
按键板接口:用于连接按键板；
IO扩展:用于内部的IO口扩展；
BLE串口收发器:用于通过无线网络与手机APP连接，反馈相关检测数据；
USB接口:用于与上位***的对接及数据传输。
参见附图2和3，所述电压跟随电路包括运算放大器U2A、三极管Q1、Q2和 Q3，该运算放大器U2A的正相端连接DAC变换器的输出端，其负相端经电阻R10 和电容C5接地，并经电容C6与运算放大器U2A的输出端连接，运算放大器U2A的输出端连接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接直流源，其发射极连接三极管Q2的基极；三极管Q2的集电极连接直流源，其发射极连接三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极连接直流源，其发射极连接至电压跟随电路的输出端。 DA变换器的输出经由三极管Q1、Q2和Q3三级放大后进行输出，也可以考虑输出电压的范围需求，增加或减少放大级数，实现0-9V稳压输出。
所述电流采样电路包括电流采样芯片U1、采样电阻R1、运算放大器U2B、以及电容C1和C2，所述采样电阻R1串接于电压跟随电路的输出端线路上，其两端分别连接该电容C1和C2，所述电流采样芯片U1的输入端连接该采样电阻R1, 其输出端连接至运算放大器U2B的正相端，该运算放大器的负相端由电阻R23接地，且其正相端与负相端之间接有电容C8，其负相端与输出端之间接有电阻 R19；运算放大器U2B的输出端连接主控MCU以及限流控制电路的输出端；本实施例中选用型号为INA199的高精度电流采样芯片，通过将输出端的电流采集并反馈至限流控制电中，实现对电压跟随电路的限流控制；所述主控MCU根据电流采样数据，判断装置运行是否正常，在电流异常时进行报警或断开连接。
所述限流控制电路包括运算放大器U2C、二极管D1、分压电阻R30和R31，该分压电阻R30和R31串联接于DAC变换器输出端与地端之间，二者的连接点与运算放大器U2C的正相端连接，运算放大器U2C的负相端连接电流采样电路的输出端；运算放大器U2C的输出端经二极管D1连接至电压跟随器的输入端，且其输出端与二极管D1的阴极相连；运算放大器U2C的负相端与输出端之间连接有电阻R27，该电阻R27两端并接有电容C15。所述限流电路会根据输出电流进行对电压跟随电路的输入端电压进行调整,从而使输出电流与DAC变换器输出的电压形成一致,其中，二极管D1是十分关键的,因为运算放大器U2C的供电采用双电源供电,所以二极管D1可以使运算放大器U2A的3脚最低电压到0V,即实现关断电压跟随电路。
参见附图4，所述恒流/恒压控制电路包括运算放大器U3A、U3B、U3C和U3D， MOS管Q4，以及模拟电子开关U4；该运算放大器U3和U3D的输出端分别连接至模拟电子开关U4的输入端；电阻R33和R37串联接至DAC变换器的输出端与地端之间，且二者的连接点分别连接运算放大器U3A的正相端、运算放大器U3D的负相端；该运算放大器U3A的负相端连接至运算放大器U3B的输出端，电阻R41和R42 串联接至运算放大器U3C的输出端与地端之间，二者的连接点与运算放大器U3D 的正相端连接；该运算放大器U3C的正相端连接电压跟随电路的输出端，其负相端接地；该MOS管Q4与电阻R32和R38串联接于电压跟随电路的输出端与地端之间，其栅极经电阻R96和R97接地，且该电阻R96和R97的连接点与模拟电子开关U4的输出端连接；该运算放大器U3B的正相端与MOS管Q4的源极连接，其负相端连接偏置电压。所述运算放大器U3A、电阻R96、R97、R32和R38、MOS管Q4组成一个恒流负载,所述运算放大器U3D、电阻R41、R42、R96、R97、R32和R38、 MOS管Q4则组成一个恒压负载,所述模拟电子开关U4(型号为4503)用来切换MOS 管Q4的恒压/恒流模式,当电路在正常工作时,例如电压跟随器输出5V,此时, 恒流/恒压控制电路的输出为5.01V,即比电压跟随器输出高0.01V,此时如果从电压跟随器的输出端输入一个高于5.01V的电压时,恒流/恒压控制电路就会把这外部的电压恒定在5.01V,相当于一个可调电压的大功率稳压管，以对输入的电压进行钳位和放电。实际上，所述运算放大器U3C实现物理线损补偿，以保证到负载端的电压为实际输出电压，最大限度地克服连接线的电阻，其输出端既连接至运算放大器U3D的正相端，也连接至电压跟随电路的运算放大器U2A的负相端。
参见附图5，所述检测电路包括对应不同量程的若干检测支路，对该些检测支路进行切换的开关器件，以及连接各检测支路进行电参数采集的检测芯片 U16，所述检测芯片的输出端连接至主控MCU。具体的，所述检测电路包括受控于主控MCU的继电器RY1和RY2，检测电阻R78、R82和R84，二极管D8、D9和D10；所述继电器RY1开关部的1脚由二极管D8接地，其2脚连接继电器RY2开关部的1 脚，其3脚和6脚共内连接至检测电阻R84，其5脚连接继电器RY2开关部的4脚，其4脚连接至电池模拟及检测装置的输出端；所述继电器RY2开关部的2和5脚共同连接至检测电阻R78，其3脚和6脚共同连接至检测电阻R82；所述二极管D9和 D10反向并联，所述二极管D9的阳极连接至继电器RY1开关部的4脚，其阴极与检测电阻R78、R82、R84共同连接至接地端；所述检测芯片U16的正采样端连接二极管D8的阴极，其负采样端连接上述接地端。考虑到装置的安装，于所述检测支路与接地端之间设有通/断开关，于电流异常时由主控MCU通过该通/断开关来切断采样通路，该通/断开关为继电器RY3。
参见附图6，所述电池电路包括将输入电压调整为+5V电压输出的稳压降压芯片U6和U10，将+5V电压调整为3.3V电压输出的稳压降压芯片U9，所述稳压降压芯片U6(型号为MP2303A)产生对外部被测试电路的电压输出，所述稳压降压芯片U9(型号为LM1117)和U10(型号为SY8120B1)产生对内部电路供电的电压输出。
参见附图7，还包括对检测电路供电的隔离电源电路，其包括型号为BS0505 的隔离电源模块M3，以及型号为RT9167的低功耗降压芯片U12，将+5V电压降压至3.3V。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种电池模拟及检测装置，包括用于数据处理及输入输出控制的主控MCU，以及用于显示检测数值的显示屏，其特征在于：还包括
电源电路，用于产生对外部被测试电路的电压输出，以及对内部电路供电的电压输出；
DAC变换器，用于将主控MCU的输出变换成三路电压，分别供应给电压跟随器、限流控制电路，以及恒流/恒压控制电路；
电压跟随电路，用于将DAC变换器供给的电压进行跟随放大，并输出至被测试电路；
电流采样电路，用于获取电压跟随电路输出端的电压，并反馈至主控MCU以及限流控制电路；
限流控制电路，用于将DAC变换器供给的电压及电流采样电路反馈的电压生成对电压跟随器的输入端的调整电压；
恒流/恒压控制电路，用于对电压跟随电路的输出端进行恒流/恒压控制；
检测电路，用于采集电池模拟及检测装置输出端的电参数，反馈至主控MCU。
2.根据权利要求1所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述电压跟随电路包括运算放大器U2A、三极管Q1、Q2和Q3，该运算放大器U2A的正相端连接DAC变换器的输出端，其负相端经电阻R10和电容C5接地，并经电容C6与运算放大器U2A的输出端连接，运算放大器U2A的输出端连接三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接直流源，其发射极连接三极管Q2的基极；三极管Q2的集电极连接直流源，其发射极连接三极管Q1的基极；三极管Q1的集电极连接直流源，其发射极连接至电压跟随电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述电流采样电路包括电流采样芯片U1、采样电阻R1、运算放大器U2B、以及电容C1和C2，所述采样电阻R1串接于电压跟随电路的输出端线路上，其两端分别连接该电容C1和C2，所述电流采样芯片U1的输入端连接该采样电阻R1,其输出端连接至运算放大器U2B的正相端，该运算放大器的负相端由电阻R23接地，且其正相端与负相端之间接有电容C8，其负相端与输出端之间接有电阻R19；运算放大器U2B的输出端连接主控MCU以及限流控制电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述限流控制电路包括运算放大器U2C、二极管D1、分压电阻R30和R31，该分压电阻R30和R31串联接于DAC变换器输出端与地端之间，二者的连接点与运算放大器U2C的正相端连接，运算放大器U2C的负相端连接电流采样电路的输出端；运算放大器U2C的输出端经二极管D1连接至电压跟随器的输入端，且其输出端与二极管D1的阴极相连；运算放大器U2C的负相端与输出端之间连接有电阻R27，该电阻R27两端并接有电容C15。
5.根据权利要求1所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述恒流/恒压控制电路包括运算放大器U3A、U3B、U3C和U3D，MOS管Q4，以及模拟电子开关U4；该运算放大器U3和U3D的输出端分别连接至模拟电子开关U4的输入端；电阻R33和R37串联接至DAC变换器的输出端与地端之间，且二者的连接点分别连接运算放大器U3A的正相端、运算放大器U3D的负相端；该运算放大器U3A的负相端连接至运算放大器U3B的输出端，电阻R41和R42串联接至运算放大器U3C的输出端与地端之间，二者的连接点与运算放大器U3D的正相端连接；该运算放大器U3C的正相端连接电压跟随电路的输出端，其负相端接地；该MOS管Q4与电阻R32和R38串联接于电压跟随电路的输出端与地端之间，其栅极经电阻R96和R97接地，且该电阻R96和R97的连接点与模拟电子开关U4的输出端连接；该运算放大器U3B的正相端与MOS管Q4的源极连接，其负相端连接偏置电压。
6.根据权利要求1所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述电源电路包括将输入电压调整为+5V电压输出的稳压降压芯片U6和U10，将+5V电压调整为3.3V电压输出的稳压降压芯片U9，所述稳压降压芯片U6产生对外部被测试电路的电压输出，所述稳压降压芯片U9和U10产生对内部电路供电的电压输出。
7.根据权利要求1所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述检测电路包括对应不同量程的若干检测支路，对该些检测支路进行切换的开关器件，以及连接各检测支路进行电参数采集的检测芯片U16，所述检测芯片的输出端连接至主控MCU。
8.根据权利要求7所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述检测电路包括受控于主控MCU的继电器RY1和RY2，检测电阻R78、R82和R84，二极管D8、D9和D10；所述继电器RY1开关部的1脚由二极管D8接地，其2脚连接继电器RY2开关部的1脚，其3脚和6脚共内连接至检测电阻R84，其5脚连接继电器RY2开关部的4脚，其4脚连接至电池模拟及检测装置的输出端；所述继电器RY2开关部的2和5脚共同连接至检测电阻R78，其3脚和6脚共同连接至检测电阻R82；所述二极管D9和D10反向并联，所述二极管D9的阳极连接至继电器RY1开关部的4脚，其阴极与检测电阻R78、R82、R84共同连接至接地端；所述检测芯片U16的正采样端连接二极管D8的阴极，其负采样端连接上述接地端。
9.根据权利要求8所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述检测支路与接地端之间设有通/断开关。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电池模拟及检测装置，其特征在于：所述主控MCU设有若干接口，其中包括用于连接散热扇的NTC/风扇接口，用于连接内部IO口扩展的IO扩展接口、用于连接信号收发器的BLE串口，用于与上位机连通的USB接口，用于连接蜂鸣器的蜂鸣器接口。
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| CN202020604426.9U CN212060517U (zh) | 2020-04-21 | 2020-04-21 | 一种电池模拟及检测装置 |
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| CN202020604426.9U CN212060517U (zh) | 2020-04-21 | 2020-04-21 | 一种电池模拟及检测装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114414865A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-29 | 南京亚派科技股份有限公司 | 一种简易应用于采样电路的检测交直流源 |
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- 2020-04-21 CN CN202020604426.9U patent/CN212060517U/zh active Active
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| CN114414865A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-29 | 南京亚派科技股份有限公司 | 一种简易应用于采样电路的检测交直流源 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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