一种用于电源模块端口的直流电阻快速测量电路的制作方法

本发明专利涉及一种用于电源模块端口的直流电阻快速测量电路。

背景技术：

直流电阻的概念广泛存在于电子信息领域，电源模块端口直流电阻是反映电源模块性能的重要参数，包括输入输出端口正反向直流电阻、s端直流电阻等，这些参数都是判断电路性能的重要依据。由于电源模块输入输出端口存在大容量旁路电容和滤波电容，阻容并联直流电阻成为电源模块测量的重要对象。测直流电阻的一般方法为恒流测量法和恒压电阻分压法。恒流法电路一般较复杂，通常用于台式万用表中，通过采用一定的恒定电流对被测件进行测量，并检测其两端电压计算得出测量结果，然而由于被测件的大电阻电容以及电流源充电惯性的影响，测量达到稳定的时间很长，过程缓慢，在大规模生产的大环境下，严重阻碍了生产效率的提高。此外，由于采用恒流测量，被测端口上的电压不可控，对于低压输出的器件，可能会在测量过程中产生过压损伤电路器件端口。恒压法则通过电阻分压方式进行测量，电路简单，常用于手持式万用表中，对于大电阻电容并联情况下的测量依然存在测量时间很长，测量偏置电压不可控的情况存在。该电源模块端口直流电阻快速测量电路具有较高的创新性以及重要应用价值。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提供一种实用的电源模块端口直流电阻快速测量电路。该电路测量快速稳定；测量效率不受被测端口差异的影响，适应各种被测对象；偏置电压可调，可防止输出过压损伤低压被测件；测量电路具有多个量程，提高了电路测量精度。具有测量速度快，测量稳定性好，测量精度好，适应性及抗干扰能力强的优点。

本发明的目的通过如下技术方案来实现的：一种用于电源模块端口的直流电阻快速测量电路，包括反馈调节电路、量程切换矩阵电路和电压电流检测电路；所述反馈调节电路的输入端接一偏置电压，输出端与量程切换矩阵电路的输入端连接，量程切换矩阵电路用于连接电压电流检测电路和被测器件端口，电压电流检测电路还与被测器件端口连接，所述电压电流检测电路与外部微控制器连接，偏置电压由微处理器控制dac1输出。

进一步，所述反馈调节电路包括集成运放u2、电容c1、电容c2、电阻r1和电阻r8，所述电阻r8和电容c2组成一阶rc滤波电路，微控制器控制dac1的输出通过一阶rc滤波后作为偏置电压接入集成运放u2的同相输入端，集成运放u2的输出端通过电阻r1连接到集成运放u2的反相输入端，所述电容c1并联于集成运放u2的输出端与反相输入端之间，电阻r1的一端用于连接被测器件端口。

进一步，所述量程切换矩阵电路包括电阻r2～r4、开关模块i和开关模块ii；所述电阻r4的一端与集成运放u2的输出端连接，电阻r4、开关模块i和开关模块ii依次串联连接，开关模块ii与被测器件端口连接；所述电阻r2并联于开关模块i的两端，电阻r3并联于开关模块ii的两端。

进一步，所述开关模块i包括继电器k1、二极管d3、电阻r7、电阻r11和三极管q2，所述开关模块ii包括继电器k2、二极管d2、电阻r6、电阻r10和三极管q1；所述继电器k1的触点与电阻r3并联，二极管d3并联于继电器k1的线圈两端；三极管q2的集电极与二极管d3的正极连接，发射极接地，基极与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与io口连接，电阻r10的一端与io端连接，电阻r10的另一端接地；所述继电器k2的触点与电阻r2并联，二极管d2并联于继电器k1的线圈两端；三极管q1的集电极与二极管d2的正极连接，发射极接地，基极与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端与io口连接，电阻r11的一端与io口连接，电阻r11的另一端接地；二极管d2的阴极与二极管d3的阴极连接后接电源vcc。

进一步，所述电压电流检测电路包括adcu1、电阻r5和电阻r9，所述电阻r5与电阻r9串联并接地，所述adcu1的基准输入端与运放u2的输出端和电阻r4的公共端连接，adcu1的信号采集端用于连接被测件端口；所述电阻r5与电阻r9的公共端与adc0连接。

进一步，测量电路还包括二极管d1和二极管d4，所述二极管d4的正极接地，二极管d4的负极与二极管d1的正极连接，二极管d1的负极接电源vcc，二极管d1与二极管d4的公共端与运放u2的输出端连接。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明是一种简单实用的电路，应用于快速直流电阻测量，对各种阻容并联直流电阻的测量快速稳定，测量时间几乎不受被测对象的电阻电容影响，可调偏置可防输出过压，采用标准电阻串联的多量程结构，能够测量比较大范围的直流电阻，准确度高。该电路可以结合微控制单元进行控制以及数据处理，可扩展性好。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例中电源模块端口直流电阻快速测量电路示意框图；

图2为实施例中电源模块端口直流电阻快速测量电路的原理图；

图3为实施例中快速测量电路与其他直流电阻测量方式的测量结果输出稳定对比；

图4为实施例中标准电阻的典型值与量程范围关系。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本实施例的电路示意框图如图1所示，微控制器通过总线通讯设定偏置电压，通过反馈调节电路稳定输出固定的低偏置电压，运放输出端稳定后，微控制器通过外部adc采集运放输出端的电压，并根据检测结果调整合适量程，最后通过内部高位adc检测标准电阻和被测端口的电压比例计算出直流电阻值。

电源模块端口直流电阻快速测量电路原理图如图1所示，一种用于电源模块端口的直流电阻快速测量电路，包括反馈调节电路、量程切换矩阵电路和电压电流检测电路；所述反馈调节电路的输入端接一偏置电压，输出端与量程切换矩阵电路的输入端连接，量程切换矩阵电路用于连接电压电流检测电路和被测器件端口，电压电流检测电路还与被测器件端口连接，所述电压电流检测电路与外部微控制器连接，偏置电压由微处理器控制dac1输出。

所述反馈调节电路包括集成运放u2、电容c1、电容c2、电阻r1和电阻r8，所述电阻r8和电容c2组成一阶rc滤波电路，微控制器控制dac1的输出通过一阶rc滤波后作为偏置电压接入集成运放u2的同相输入端，集成运放u2的输出端通过电阻r1连接到集成运放u2的反相输入端，所述电容c1并联于集成运放u2的输出端与反相输入端之间，电阻r1的一端用于连接被测器件端口。

所述量程切换矩阵电路包括电阻r2～r4、开关模块i和开关模块ii；所述电阻r4的一端与集成运放u2的输出端连接，电阻r4、开关模块i和开关模块ii依次串联连接，开关模块ii与被测器件端口连接；所述电阻r2并联于开关模块i的两端，电阻r3并联于开关模块ii的两端。

所述开关模块i包括继电器k1、二极管d3、电阻r7、电阻r11和三极管q2，所述开关模块ii包括继电器k2、二极管d2、电阻r6、电阻r10和三极管q1；所述继电器k1的触点与电阻r3并联，二极管d3并联于继电器k1的线圈两端；三极管q2的集电极与二极管d3的正极连接，发射极接地，基极与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与io口连接，电阻r10的一端与io端连接，电阻r10的另一端接地；所述继电器k2的触点与电阻r2并联，二极管d2并联于继电器k1的线圈两端；三极管q1的集电极与二极管d2的正极连接，发射极接地，基极与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端与io口连接，电阻r11的一端与io口连接，电阻r11的另一端接地；二极管d2的阴极与二极管d3的阴极连接后接电源vcc。

所述电压电流检测电路包括adcu1、电阻r5和电阻r9，所述电阻r5与电阻r9串联并接地，所述adcu1的基准输入端与运放u2的输出端和电阻r4的公共端连接，adcu1的信号采集端用于连接被测件端口；所述电阻r5与电阻r9的公共端与adc0连接。

测量电路还包括二极管d1和二极管d4，所述二极管d4的正极接地，二极管d4的负极与二极管d1的正极连接，二极管d1的负极接电源vcc，二极管d1与二极管d4的公共端与运放u2的输出端连接。

微控制器控制dac1输出通过一阶rc滤波后作为测量偏置电压接入集成运放u2的同相输入端，集成运放u2输出端通过电阻r1连接到运放的反相输入端构成电压负反馈。量程切换矩阵电路使用串联分档的方式，微控制器控制io控制端口驱动继电器完成电阻测量量程的切换。微控制器通过spi总线与高位adc电路u1通讯测量标准电阻与被测端口的电压比例。使用二极管d1、d4构成异常输入电压保护的钳位电路。通过电阻r5、r9分压经过adc0测量集成运放u2的输出端电压，实时调整测量量程，提高测量精度。

在本发明中，被测端口阻值的计算公式为：

式中：rx为被测端口阻值，单位为ω；

n为adc电路u1的转换位数，无单位；

d为u1读出的转换结果，无单位；

rref为所选量程对应的标准电阻值，单位为ω。

实施例中由于测量电路使用的偏置电压测量，u1采用浮动的参考基准电压，参考电压与被测端口电压成比例，这样能充分利用adc的位数，提高直流电阻测量的精度。

实施例中快速测量电路与其他直流电阻测量方式的测量输出稳定对比如图3所示，设定被测端口为10kω电阻与4700uf电容并联，快速测量电路标准电阻为300欧姆，另外两种方式为偏置电压为3v的分压法测量以及100ua的恒流法测量。可以看到电源模块直流电阻快速测量电路的直流电阻测量稳定速度很快，相比其他两种电阻测量方式几十秒的稳定时间大幅减少，从而使得直流电阻的测量效率提高了数十倍以上。

实施例中选用的标准电阻与直流电阻测量范围的关系如图4所示，标准电阻采用串联切换的方式形成矩阵，避免电阻短路的情况。实施例中使用3个标准电阻r4、r2和r3，分别为3ω、297ω(27ω与270ω串联得到)和29.7kω(2.7kω与27kω串联得到)，使用继电器k1和k2进行电流测量的分档，直流电阻的测量范围分别为1ω～150ω、100ω～15kω和10kω～1.5mω。各量程都设置了超量程范围，避免了在临界电阻测量时继电器的不稳定反复跳变，提高了测量稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。