一种微小电阻的测试装置的制作方法

本发明涉及新能源汽车测试技术领域，特别指一种微小电阻的测试装置。

背景技术：

随着新能源汽车的快速发展，锂电池的需求量也出现爆炸式增长，在新能源汽车出厂前，需要对锂电池组的等效内阻、电池管理系统(bms)里负责充放电的mosfet管的导通电阻、电流取样电阻等进行全面的测试，而这些电阻的阻值往往很小。

针对微小电阻的测试，传统上通常采用微电阻测量仪，但是微电阻测量仪存在体积大，占用过多的产线空间，且只能完成单点测试，无数据记录功能，需要人工处理数据工作量大的缺点。

经检索，申请日为2017.08.11，申请号为201721007896.1的中国发明专利公开了一种高精度交流微电阻测量仪，该专利使用信号发生模块产生两路同频同相的信号，供给后续使用测试，采集信号再次进行锁相比对处理，电路控制复杂，成本高，不利于小规模工厂推行使用；申请日为2011.11.29，申请号为201120484877.4的中国发明专利公开了一种锂电池组及其bms微电阻测量仪，该专利使用变压器有效隔离输入交流信号和输入采集信号，由于变压器的存在整体测试仪体积大，制作工艺复杂，不能合理有效的利用空间资源；申请日为2019.02.26，申请号为201910141073.5的中国发明专利公开了一种锂电池交流内阻测试方法，该专利采用软件相位补偿算法及变压器隔离，整体算法及控制方法复杂导致调试工艺复杂，及体积大不利于空间资源合理利用。

因此，如何提供一种微小电阻的测试装置，实现减小微小电阻测试装置的体积，提升测试效率，成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，在于提供一种微小电阻的测试装置，实现减小微小电阻测试装置的体积，提升测试效率。

本发明是这样实现的：一种微小电阻的测试装置，包括一输出基准电路、一方波产生增强电路、一交流恒流源控制电路、一继电器控制电路、一仪表差分放大电路、一带通滤波电路、一放大电路、一单电源全波整流电路以及一mcu；

所述方波产生增强电路的输入端与输出基准电路的输出端连接，输出端与所述交流恒流源控制电路的输入端连接；所述继电器控制电路的输入端与交流恒流源控制电路的输出端连接，输出端与所述仪表差分放大电路的输入端连接；所述带通滤波电路的输入端与仪表差分放大电路的输出端连接，输出端与所述放大电路的输入端连接；所述单电源全波整流电路的输入端与放大电路的输出端连接，输出端与所述mcu的输入端连接；所述方波产生增强电路以及继电器控制电路均分别与mcu连接。

进一步地，所述输出基准电路包括一高精密基准电压芯片u1、一电阻r1以及一运放u2a；

所述电阻r1的一端与高精密基准电压芯片u1的引脚6连接，另一端与所述运放u2a的引脚3连接；所述运放u2a的引脚1以及2均与方波产生增强电路连接。

进一步地，所述方波产生增强电路包括一模拟开关芯片u3、一运放u4a、一运放u4b、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r4、一电阻r5、一电阻r6、一电阻r7、一电阻r8、一电阻r9、一电阻r10以及一电容c1；

所述电阻r2的一端与模拟开关芯片u3的引脚2以及7连接，另一端与所述输出基准电路连接；所述电阻r3的一端与模拟开关芯片u3的引脚4以及8连接，另一端与所述mcu连接；所述电阻r4的一端与模拟开关芯片u3的引脚5以及10连接，另一端接地；所述模拟开关芯片u3的引脚6接地；所述电阻r5的一端与模拟开关芯片u3的引脚9连接，另一端与所述电阻r7以及运放u4a的引脚3连接；所述电阻r7接地；所述电阻r6的一端与模拟开关芯片u3的引脚3连接，另一端与所述电阻r8以及运放u4a的引脚2连接；所述电阻9的一端与电阻r8以及运放u4a的引脚1连接，另一端与所述运放u4b的引脚5连接；所述电阻r10的一端与运放u4b的引脚6连接，另一端与所述电容c1以及运放u4b的引脚7连接；所述电容c1与交流恒流源控制电路连接。

进一步地，所述交流恒流源控制电路包括一运放u5a、一运放u5b、一r11、一r12、一r13、一r14、一r15、一r16、一r17、一r18、一电容c2以及一电容c3；

所述电阻r12的一端与方波产生增强电路连接，另一端与所述运放u5a的引脚2以及电阻r18连接；所述电阻r11的一端与运放u5a的引脚3以及电阻r13连接，另一端接地；所述电阻r17的一端与运放u5a的引脚1以及电阻r18连接，另一端与所述电阻r15、电阻r16以及电容c2连接；所述电容c2与继电器控制电路连接；所述电容c3的一端与继电器控制电路连接，另一端接地；所述电阻r14的一端与电阻r13以及运放u5b的引脚7连接，另一端与所述运放u5b的引脚6连接；所述电阻r15与运放u5b的引脚5连接；所述电阻r16接地。

进一步地，所述继电器控制电路包括至少一继电器组、一二极管d1、一二极管d2、一电阻r41、一电阻r42、一高精密低温漂基准电阻r44以及一mos管q1；所述继电器组包括一继电器k1以及一继电器k2；

所述继电器k1的引脚acri-以及acri+均分别与仪表差分放大电路连接，引脚tiri+以及tiri-均分别与待测电阻连接，引脚ri+以及ri-分别与高精密低温漂基准电阻r44连接，引脚1与所述二极管d1的输出端连接，引脚2与所述二极管d1的输入端、mos管q1的漏极、二极管d2的输入端以及继电器k2的引脚2连接；所述电阻r42的一端与mos管q1的源极连接并接地，另一端与所述mos管q1的栅极以及电阻r41连接；所述电阻r41与mcu连接；所述二极管d2的输出端与继电器k2的引脚1连接；所述继电器k2的引脚ri+以及ri-分别与高精密低温漂基准电阻r44连接，引脚tiro+以及tiro-均分别与待测电阻连接，引脚acro-以及acro+均分别与交流恒流源控制电路连接。

进一步地，所述仪表差分放大电路包括一仪表放大芯片u6、一电阻r19、一电阻r20、一电阻r21以及一电阻r22；

所述电阻r19的一端与仪表放大芯片u6的引脚1连接，另一端与所述继电器控制电路连接；所述电阻r21的一端与仪表放大芯片u6的引脚4连接，另一端与所述继电器控制电路连接；所述电阻r20的一端与仪表放大芯片u6的引脚2连接，另一端与所述仪表放大芯片u6的引脚3连接；所述电阻r22的一端与仪表放大芯片u6的引脚6连接，另一端与所述仪表放大芯片u6的引脚7以及带通滤波电路连接。

进一步地，所述带通滤波电路包括一零漂移运放u7a、一零漂移运放u7b、一电阻r23、一电阻r24、一电阻r25、一电容c4、一电容c5、一电容c6以及一电容c7；

所述零漂移运放u7a的引脚1与电容c6、零漂移运放u7a的引脚2以及电容c5连接，引脚3与所述电容c4以及电阻r23连接；所述电容c4接地；所述电阻r23与电容c5以及仪表差分放大电路连接；

所述零漂移运放u7b的引脚5与电阻r25、电容c7连接，引脚6与所述电阻r24、零漂移运放u7b的引脚7以及放大电路连接；所述电阻r24与电容c6以及电容c7连接；所述电阻r25接地。

进一步地，所述放大电路包括一零漂移运放u8a、一零漂移运放u8b、一电阻r26、一电阻r27、一电阻r28、一电阻r29、一电阻r30、一电阻r31、一电阻r32、一电阻r33以及一电阻r34；

所述零漂移运放u8a的引脚1与电阻r29、电阻r30以及电阻r31连接，引脚2与所述电阻r28以及电阻r29连接，引脚3与所述电阻r26以及电阻r27连接；所述电阻r27、电阻r28、电阻r30、电阻r32以及电阻r34均接地；所述电阻r26与带通滤波电路连接；

所述零漂移运放u8b的引脚5与电阻r31以及电阻r32连接，引脚6与所述电阻r33以及电阻r34连接，引脚7与所述电阻r33以及单电源全波整流电路连接。

进一步地，所述单电源全波整流电路包括一零漂移运放u9a、一零漂移运放u9b、一电容c8、一电阻r35、一电阻r36、一电阻r37、一电阻r38、一电阻r39以及一电阻r43；

所述零漂移运放u9a的引脚1与零漂移运放u9b的引脚5、零漂移运放u9a的引脚2连接，引脚3与所述电阻r35以及电阻r36连接，引脚4接地；所述电阻r35、电阻r38以及电容c8均接地；所述零漂移运放u9b的引脚6与电阻r38、电阻r37以及电阻r39连接，引脚7与所述电阻r39以及电阻r43连接；所述电阻r43与电容c8以及mcu连接；所述电阻r36与电阻r37以及放大电路连接。

进一步地，所述mcu的引脚mcu-comⅰ与方波产生增强电路连接，引脚mcu-comⅱ与所述继电器控制电路连接，引脚ad-ir与所述单电源全波整流电路连接。

本发明的优点在于：

1、由于未使用变压器对输入交流信号和输入采集信号进行隔离，极大的减小了微小电阻测试电路的体积，有效的解决了占用过多的产线空间的问题。

2、通过所述继电器控制电路设置至少一继电器组，即可通过控制多组的继电器组同时对多个待测电阻进行测试，而测试结果由所述mcu自动保存，不要人工进行数据的记录、计算等繁琐操作，极大的提升了测试效率。

3、通过所述继电器控制电路对待测电阻的输入信号以及输出信号进行分开采集，即输出信号由所述继电器k2的引脚tiro+以及tiro-进行输出，输入信号由所述继电器k1的引脚tiri+以及tiri-进行输入，避免了导线阻抗对测试结果产生影响，极大的提升了测试精度。

4、通过设置所述带通滤波电路，使得所述测试装置干扰小，进一步提升了测试精度。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种微小电阻的测试装置的电路原理框图。

图2是本发明输出基准电路的电路图。

图3是本发明方波产生增强电路的电路图。

图4是本发明交流恒流源控制电路的电路图。

图5是本发明继电器控制电路的电路图。

图6是本发明仪表差分放大电路的电路图。

图7是本发明带通滤波电路的电路图。

图8是本发明放大电路的电路图。

图9是本发明单电源全波整流电路的电路图。

图10是本发明mcu的电路图。

具体实施方式

请参照图1至图10所示，本发明一种微小电阻的测试装置的较佳实施例，包括一输出基准电路、一方波产生增强电路、一交流恒流源控制电路、一继电器控制电路、一仪表差分放大电路、一带通滤波电路、一放大电路、一单电源全波整流电路以及一mcu；所述输出基准电路用于向方波产生增强电路输出基准电压；所述方波产生增强电路用于产生方波；所述交流恒流源控制电路用于依据接收的方波输出恒流的交流电；所述继电器控制电路用于选择测试被测电阻或者高精密低温漂基准电阻r44；所述仪表差分放大电路用于实时采集继电器控制电路测试点的交流电压值；所述带通滤波电路用于对仪表差分放大电路采集的交流电压值进行滤波；所述放大电路用于对滤波后的交流电压值进行放大；所述单电源全波整流电路用于向mcu输出直流电压值；所述mcu用于控制方波产生增强电路输出方波的频率、控制继电器控制电路选择被测电阻，接收单电源全波整流电路发送的直流电压值，并进行被测电阻阻值的实时计算以及存储。

所述方波产生增强电路的输入端与输出基准电路的输出端连接，输出端与所述交流恒流源控制电路的输入端连接；所述继电器控制电路的输入端与交流恒流源控制电路的输出端连接，输出端与所述仪表差分放大电路的输入端连接；所述带通滤波电路的输入端与仪表差分放大电路的输出端连接，输出端与所述放大电路的输入端连接；所述单电源全波整流电路的输入端与放大电路的输出端连接，输出端与所述mcu的输入端连接；所述方波产生增强电路以及继电器控制电路均分别与mcu连接。

所述输出基准电路包括一高精密基准电压芯片u1、一电阻r1以及一运放u2a；所述高精密基准电压芯片u1的型号为adr431b；所述运放u2a的型号为opa2188；

所述电阻r1的一端与高精密基准电压芯片u1的引脚6连接，另一端与所述运放u2a的引脚3连接；所述运放u2a的引脚1以及2均与方波产生增强电路连接。

所述方波产生增强电路包括一模拟开关芯片u3、一运放u4a、一运放u4b、一电阻r2、一电阻r3、一电阻r4、一电阻r5、一电阻r6、一电阻r7、一电阻r8、一电阻r9、一电阻r10以及一电容c1；所述模拟开关芯片u3的型号为sgm3005；所述运放u4a以及运放u4b的型号均为opa2188；

所述电阻r2的一端与模拟开关芯片u3的引脚2以及7连接，另一端与所述输出基准电路连接；所述电阻r3的一端与模拟开关芯片u3的引脚4以及8连接，另一端与所述mcu连接；所述电阻r4的一端与模拟开关芯片u3的引脚5以及10连接，另一端接地；所述模拟开关芯片u3的引脚6接地；所述电阻r5的一端与模拟开关芯片u3的引脚9连接，另一端与所述电阻r7以及运放u4a的引脚3连接；所述电阻r7接地；所述电阻r6的一端与模拟开关芯片u3的引脚3连接，另一端与所述电阻r8以及运放u4a的引脚2连接；所述电阻9的一端与电阻r8以及运放u4a的引脚1连接，另一端与所述运放u4b的引脚5连接；所述电阻r10的一端与运放u4b的引脚6连接，另一端与所述电容c1以及运放u4b的引脚7连接；所述电容c1与交流恒流源控制电路连接。

所述交流恒流源控制电路包括一运放u5a、一运放u5b、一r11、一r12、一r13、一r14、一r15、一r16、一r17、一r18、一电容c2以及一电容c3；所述运放u5a以及运放u5b的型号均为opa1612；

所述电阻r12的一端与方波产生增强电路连接，另一端与所述运放u5a的引脚2以及电阻r18连接；所述电阻r11的一端与运放u5a的引脚3以及电阻r13连接，另一端接地；所述电阻r17的一端与运放u5a的引脚1以及电阻r18连接，另一端与所述电阻r15、电阻r16以及电容c2连接；所述电容c2与继电器控制电路连接；所述电容c3的一端与继电器控制电路连接，另一端接地；所述电阻r14的一端与电阻r13以及运放u5b的引脚7连接，另一端与所述运放u5b的引脚6连接；所述电阻r15与运放u5b的引脚5连接；所述电阻r16接地。

所述继电器控制电路包括至少一继电器组、一二极管d1、一二极管d2、一电阻r41、一电阻r42、一高精密低温漂基准电阻r44以及一mos管q1；所述继电器组包括一继电器k1以及一继电器k2；所述mos管q1的型号为nce2312；

所述继电器k1的引脚acri-以及acri+均分别与仪表差分放大电路连接，引脚tiri+以及tiri-均分别与待测电阻连接，引脚ri+以及ri-分别与高精密低温漂基准电阻r44连接，引脚1与所述二极管d1的输出端连接，引脚2与所述二极管d1的输入端、mos管q1的漏极、二极管d2的输入端以及继电器k2的引脚2连接；所述电阻r42的一端与mos管q1的源极连接并接地，另一端与所述mos管q1的栅极以及电阻r41连接；所述电阻r41与mcu连接；所述二极管d2的输出端与继电器k2的引脚1连接；所述继电器k2的引脚ri+以及ri-分别与高精密低温漂基准电阻r44连接，引脚tiro+以及tiro-均分别与待测电阻连接，引脚acro-以及acro+均分别与交流恒流源控制电路连接。

所述仪表差分放大电路包括一仪表放大芯片u6、一电阻r19、一电阻r20、一电阻r21以及一电阻r22；所述仪表放大芯片u6的型号为ad8421b；

所述电阻r19的一端与仪表放大芯片u6的引脚1连接，另一端与所述继电器控制电路连接；所述电阻r21的一端与仪表放大芯片u6的引脚4连接，另一端与所述继电器控制电路连接；所述电阻r20的一端与仪表放大芯片u6的引脚2连接，另一端与所述仪表放大芯片u6的引脚3连接；所述电阻r22的一端与仪表放大芯片u6的引脚6连接，另一端与所述仪表放大芯片u6的引脚7以及带通滤波电路连接。

所述带通滤波电路包括一零漂移运放u7a、一零漂移运放u7b、一电阻r23、一电阻r24、一电阻r25、一电容c4、一电容c5、一电容c6以及一电容c7；所述零漂移运放u7a以及零漂移运放u7b的型号均为ada4522；

所述零漂移运放u7a的引脚1与电容c6、零漂移运放u7a的引脚2以及电容c5连接，引脚3与所述电容c4以及电阻r23连接；所述电容c4接地；所述电阻r23与电容c5以及仪表差分放大电路连接；

所述零漂移运放u7b的引脚5与电阻r25、电容c7连接，引脚6与所述电阻r24、零漂移运放u7b的引脚7以及放大电路连接；所述电阻r24与电容c6以及电容c7连接；所述电阻r25接地。

所述放大电路包括一零漂移运放u8a、一零漂移运放u8b、一电阻r26、一电阻r27、一电阻r28、一电阻r29、一电阻r30、一电阻r31、一电阻r32、一电阻r33以及一电阻r34；所述零漂移运放u8a以及零漂移运放u8b的型号均为ada4522；

所述零漂移运放u8a的引脚1与电阻r29、电阻r30以及电阻r31连接，引脚2与所述电阻r28以及电阻r29连接，引脚3与所述电阻r26以及电阻r27连接；所述电阻r27、电阻r28、电阻r30、电阻r32以及电阻r34均接地；所述电阻r26与带通滤波电路连接；

所述零漂移运放u8b的引脚5与电阻r31以及电阻r32连接，引脚6与所述电阻r33以及电阻r34连接，引脚7与所述电阻r33以及单电源全波整流电路连接。

所述单电源全波整流电路包括一零漂移运放u9a、一零漂移运放u9b、一电容c8、一电阻r35、一电阻r36、一电阻r37、一电阻r38、一电阻r39以及一电阻r43；所述零漂移运放u9a以及零漂移运放u9b的型号均为ada4522；

所述零漂移运放u9a的引脚1与零漂移运放u9b的引脚5、零漂移运放u9a的引脚2连接，引脚3与所述电阻r35以及电阻r36连接，引脚4接地；所述电阻r35、电阻r38以及电容c8均接地；所述零漂移运放u9b的引脚6与电阻r38、电阻r37以及电阻r39连接，引脚7与所述电阻r39以及电阻r43连接；所述电阻r43与电容c8以及mcu连接；所述电阻r36与电阻r37以及放大电路连接。

所述mcu的引脚mcu-comⅰ与方波产生增强电路连接，引脚mcu-comⅱ与所述继电器控制电路连接，引脚ad-ir与所述单电源全波整流电路连接；所述mcu的型号为stm32f405rgt6。

本发明工作原理包括如下步骤：

步骤s1、输出基准电路的高精密基准电压芯片u1通过运放u2a，向模拟开关芯片u3输出2.5v基准电压；

步骤s2、方波产生增强电路的模拟开关芯片u3接收2.5v基准电压以及mcu的控制信号mcu-comⅰ后，通过引脚3以及9组合输出频率为1khz、幅值为2.5v的方波，并经运放u4a以及运放u4b的放大后向交流恒流源控制电路输出稳定的方波信号ac-v；

步骤s3、方波信号ac-v经过电阻r12输入至运放u5a，由于运放工作特性使能运放u5a的引脚2和3的电压相等，间接使能控制电阻r17两端电压为稳定值，从而使能输出频率为1khz、电流为10ma的稳定交流电流信号ac-i，并经过电容c2以及电容c3的隔直作用后输出至继电器控制电路，进而加载在被测电阻上，而电流信号ac-i的电流大小调节由电阻r17控制；

步骤s4、继电器控制电路的继电器k1以及继电器k2默认吸合引脚ri+以及ri-对高精密低温漂基准电阻r44进行测试，需要测试被测电阻时，mcu向继电器控制电路使能输出mcu-comⅱ信号触发继电器k1吸合至引脚tiri+以及tiri-，触发继电器k2吸合至引脚tiro+以及tiro-，即输入信号和输出信号分开采集；

步骤s5、仪表差分放大电路通过继电器控制电路采集电阻两端的交流电压信号ac-iro，并传输给带通滤波电路进行滤波，去除干扰，输出交流电压信号ac-ir1；

步骤s6、交流电压信号ac-ir1经过放大电路放大后向单电源全波整流电路输出交流电压信号ac-ir2，单电源全波整流电路向mcu输出稳定的电压值ad-ir；

步骤s7、mcu实时采集单电源全波整流电路输出的电压值ad-ir，并对被测电阻的阻值进行实时计算以及保存：

由于加载在被测电阻以及高精密低温漂基准电阻r44上的电流均为交流恒流源，因此二者的电流相等，根据v＝i*r定理可推导出r44/rx＝v0/v1，其中rx表示被测电阻的阻值，v0表示加载在高精密低温漂基准电阻r44两端的电压，v1表示加载在被测电阻两端的电压；由于mcu实时采集v0以及v1，而高精密低温漂基准电阻r44是参考电阻，即阻值为已知的，通过式r44/rx＝v0/v1即可算出被测电阻的阻值。由于在较短的时间内，电流、温度以及电路的各参数相对一致，则测量的精度以及温度稳定性趋近于高精密低温漂基准电阻r44的精度以及温度稳定性。

综上所述，本发明的优点在于：

1、由于未使用变压器对输入交流信号和输入采集信号进行隔离，极大的减小了微小电阻测试电路的体积，有效的解决了占用过多的产线空间的问题。

2、通过所述继电器控制电路设置至少一继电器组，即可通过控制多组的继电器组同时对多个待测电阻进行测试，而测试结果由所述mcu自动保存，不要人工进行数据的记录、计算等繁琐操作，极大的提升了测试效率。

3、通过所述继电器控制电路对待测电阻的输入信号以及输出信号进行分开采集，即输出信号由所述继电器k2的引脚tiro+以及tiro-进行输出，输入信号由所述继电器k1的引脚tiri+以及tiri-进行输入，避免了导线阻抗对测试结果产生影响，极大的提升了测试精度。

4、通过设置所述带通滤波电路，使得所述测试装置干扰小，进一步提升了测试精度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。