专利名称：电容量测装置及其方法
技术领域：
本发明有关一种量测装置及其方法，尤其是指一种电容量测装置及其方法。
背景技术：
电容是非常常见的电子零件；几乎所有的电子产品都会使用到电容；因此，电子工程师在设计或校正电子电路时，总是需要知道电路板上使用的电容的容值，才能将设计或校正电子电路的工作进行完善。一个良好的万用电表应该具有量测电容的容值的功能， 这是不可或缺的重要部分。然而，目前公知量测电容的容值的技术通常需要耗费较长的时间；而量测电容的容值耗费时间较短的技术却又需要使用到例如多个反向放大器等复杂设计，如此并不符合低成本的要求。因此，如何能快速量测电容的容值且量测电路简单不复杂，实为当前的重要课题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电容量测装置，其使用的电路结构简单却能快速量测电容的容值。本发明的另一主要目的在于提供一种电容量测方法，其使用的电路结构简单却能快速量测电容的容值。为达到上述目的，本发明提供一种电容量测装置，应用于充电电源及待测电容。该电容量测装置包含微控制器单元；模拟数字转换器单元，该模拟数字转换器单元电连接至该微控制器单元及该待测电容；充电端开关单元，该充电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电电源；充电端电阻单元，该充电端电阻单元电连接至该充电端开关单元；放电端开关单元，该放电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电端电阻单元；及放电端电阻单元，该放电端电阻单元电连接至该放电端开关单元、该充电端电阻单元、该模拟数字转换器单元及该待测电容。该微控制器单元控制该充电端开关单元及该放电端开关单元对该待测电容充电及放电；该模拟数字转换器单元量测该待测电容充电及放电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容的电容值。该装置还包含可程式比较器，该可程式比较器电连接至所述模拟数字转换器单元、所述放电端电阻单元、所述待测电容及所述微控制器单元；及切换开关，该切换开关电连接至该可程式比较器。该装置还包含电容端电阻单元，该电容端电阻单元电连接至所述放电端电阻单元、所述可程式比较器及所述待测电容；及显示单元，该显示单元电连接至所述微控制器单元。该装置还包含内存单元，该内存单元电连接至所述微控制器单元。所述模拟数字转换器单元为快速高分辨率模拟数字转换器。为达到上述目的，本发明还提供一种电容量测方法，应用于充电电源及待测电容。该电容量测方法包含设置微控制器单元；设置模拟数字转换器单元，该模拟数字转换器单元电连接至该微控制器单元及该待测电容；设置充电端开关单元，该充电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电电源；设置充电端电阻单元，该充电端电阻单元电连接至该充电端开关单元；设置放电端开关单元，该放电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电端电阻单元；设置放电端电阻单元，该放电端电阻单元电连接至该放电端开关单元、 该充电端电阻单元、该模拟数字转换器单元及该待测电容；该微控制器单元控制该充电端开关单元及该放电端开关单元以对该待测电容充电；及该模拟数字转换器单元量测该待测电容充电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容的电容值。该方法还包含所述微控制器单元控制所述充电端开关单元及所述放电端开关单元以对所述待测电容放电；及所述模拟数字转换器单元量测所述待测电容放电时的电压与时间变化，借此得知所述待测电容的电容值。该方法还包含设置可程式比较器，该可程式比较器电连接至所述模拟数字转换器单元、所述放电端电阻单元、所述待测电容及所述微控制器单元；及设置切换开关，该切换开关电连接至该可程式比较器。该方法还包含设置电容端电阻单元，该电容端电阻单元电连接至所述放电端电阻单元、所述可程式比较器及所述待测电容；及设置显示单元，该显示单元电连接至所述微控制器单元。该方法还包含设置内存单元，该内存单元电连接至所述微控制器单元。与现有技术相比，本发明的电容量测装置及方法，不但电路构造简单，而且量测电容的时间短。
图1为本发明的电容量测装置方框图2为本发明的电容量测方法流程图3为电容充放电电路图4为本发明的电容量测装置的另一实施例方框图5为本发明的电容量测方法的另一实施例流程图。
附图标记说明
充电电源VDD待测电容Cx
电容量测装置10微控制器单元12
模拟数字转换器单元14显示单元16
内存单元18充电端开关单元SWl
放电端开关单元SW2充电端电阻单元Rref
放电端电阻单元Rl电容端电阻单元R2
步骤S02 S26输入端电阻R
输出端电容C输入电压Vin
输出电压Vout可程式比较器20
切换开关22参考电压Vref
具体实施例方式有关本发明技术内容及详细说明，现配合
如下请参考图1，为本发明的电容量测装置方框图。本发明的电容量测装置10用于充电电源VDD及待测电容Cx;该电容量测装置10包含微控制器单元12、模拟数字转换器单元 14、显示单元16、内存单元18、充电端开关单元SW1、放电端开关单元SW2、充电端电阻单元 Rref、放电端电阻单元Rl及电容端电阻单元R2。该微控制器单元12电连接至该模拟数字转换器单元14、该显示单元16、该内存单元18、该充电端开关单元SWl及该放电端开关单元SW2 ；该电容端电阻单元R2电连接至该模拟数字转换器单元14、该待测电容Cx及该放电端电阻单元Rl ；该充电端开关单元SWl更电连接至该充电电源VDD及该充电端电阻单元Rref ；该放电端开关单元SW2更电连接至该充电端电阻单元Rref及该放电端电阻单元Rl ；该放电端电阻单元Rl更电连接至该充电端电阻单元Rref及该待测电容Cx。该微控制器单元12控制该充电端开关单元SWl及该放电端开关单元SW2对该待测电容Cx充电及放电；该模拟数字转换器单元14量测该待测电容Cx充电及放电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容Cx的电容值(容后详述)。该显示单元16可为液晶显示器(LCD)；该内存单元18可为电子可抹除可规划只读存储器(EEPROM)；该模拟数字转换器单元14可为快速高分辨率模拟数字转换器。本发明另一种达成方式，是该放电端开关单元SW2并不接地，但是该充电电源VDD 具有两种电源；当充电时，该充电电源VDD输出正电压，而在放电时，该充电电源VDD输出负电压。请参考图2，为本发明的电容量测方法流程图；并请同时参考图1。本发明的电容量测方法应用于充电电源VDD及待测电容Cx ；该电容量测方法包含下列步骤S02 S26 步骤S02 设置微控制器单元12 ；步骤S04 设置模拟数字转换器单元14，该模拟数字转换器单元14电连接至该微控制器单元12及该待测电容Cx ；步骤S06 设置充电端开关单元SW1，该充电端开关单元SWl电连接至该微控制器单元12及该充电电源VDD ；步骤S08 设置充电端电阻单元Rref，该充电端电阻单元Rref电连接至该充电端开关单元SWl ；步骤SlO 设置放电端开关单元SW2，该放电端开关单元SW2电连接至该微控制器单元12及该充电端电阻单元Rref ；步骤S12 设置放电端电阻单元R1，该放电端电阻单元Rl电连接至该放电端开关单元SW2、该充电端电阻单元Rref、该模拟数字转换器单元14及该待测电容Cx ；步骤S14 设置电容端电阻单元R2，该电容端电阻单元R2电连接至该放电端电阻单元Rl、该模拟数字转换器单元14及该待测电容Cx ；步骤S16 设置显示单元16，该显示单元16电连接至该微控制器单元12 ；步骤S18 设置内存单元18，该内存单元18电连接至该微控制器单元12 ；步骤S20 该微控制器单元12控制该充电端开关单元SWl及该放电端开关单元 SW2对该待测电容Cx充电；
步骤S22 该模拟数字转换器单元14量测该待测电容Cx充电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容Cx的电容值(容后详述)；步骤S24 该微控制器单元12控制该充电端开关单元SWl及该放电端开关单元 SW2对该待测电容Cx放电；步骤S26 该模拟数字转换器单元14量测该待测电容Cx放电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容Cx的电容值(容后详述)。请参考图3，为电容充放电电路图。输入端电阻R的一端电连接至输入电压Vin， 该输入端电阻R的另一端电连接至输出电压Vout及输出端电容C的一端；该输出端电容C 的另一端接地。为方便解说，以下数学运算将仅列出组件符号；其中，e为尤拉常数 (Eulerconstant)，而In是以e为底数的对数函数。该输出电压Vout与该输入电压Vin、该输入端电阻R及该输出端电容C的关系式为Vout = Vin(l_e 省)经推导如下Vout/Vin = l_e 省e-t/Ec = !-(Vout/Vin)lne_t/EC = In [1-(Vout/Vin)]-t/RC = In [1-(Vout/Vin)]t = -RC*ln[1-(Vout/Vin)]1/C = -R*ln[l_(Vout/Vin)]/tC = -t/{R*ln[1-(Vout/Vin)]}请再次参考图1，故Cx = -Tchg/{(Rref+Rl)*ln[1_( ΔV/VDD)]}其中Tchg为充电时间，Δ V为充电电压差。类似地，放电时为Tdisc = -Rl*Cx*ln[1-(V2/V1)]所以Cx = -Tdisc/ {Rl*ln [1- (V2/V1) ]}其中，Tdisc为放电时间，V2为放电后电压，Vl为放电前电压。充电时，该充电端开关单元SWl将该充电电源VDD电连接至该充电端电阻单元Rref，该放电端开关单元SW2 不接地；放电时，该充电端开关单元SWl将该充电电源VDD与该充电端电阻单元Rref切开断路，该放电端开关单元SW2接地。请参考图4，为本发明的电容量测装置的另一实施例方框图。图4与图1相同之处不再赘述；图4与图1的不同之处在于多了一个可程式比较器20及切换开关22。该可程式比较器20电连接至该模拟数字转换器单元14、该电容端电阻单元R2、该微控制器单元 12及该切换开关22 ；该切换开关22更电连接于参考电压Vref及接地之间。贝IJ，与前述公式推导类似地 Cx = -Tchg/{(Rref+Rl)*ln[(VDD-VD)/(VDD-VC)]}其中，VD代表充好电的电压，VC代表充电前的电压。该切换开关22可控制该可程式比较器20设定在不同的电压位准监控电容电压的变化；该可程式比较器20实时通知该微控制器单元12进行换档并且精准又快速地切入正确档位；因为充电时间与放电时间均可实时监控，因而量测速度及效率可大幅提升，不管电容值大小都可轻易测量。请参考图5，为本发明的电容量测方法的另一实施例流程图；并请同时参考图4。 图5与图2相同之处不再赘述；图5与图2的不同之处在于步骤S12及步骤S14之间增加了步骤S13_l及步骤S13_2 步骤S13_l 设置可程式比较器20，该可程式比较器20电连接至该模拟数字转换器单元14、该放电端电阻单元R1、该待测电容Cx及该微控制器单元12 ；步骤S13_2 设置切换开关22，该切换开关22电连接至该可程式比较器20。本发明的电容量测装置10不但电路构造简单，而且量测电容的时间短；例如该待测电容Cx的容值为lOOOOuF，该充电端电阻单元Rref与该放电端电阻单元Rl的阻值和为 6. 2K欧姆，则仅需约2秒即可完成量测。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。即凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，均为本发明专利范围所涵盖。
权利要求
1.一种电容量测装置，应用于充电电源及待测电容，其特征在于，该电容量测装置包含微控制器单元；模拟数字转换器单元，该模拟数字转换器单元电连接至该微控制器单元及该待测电容；充电端开关单元，该充电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电电源； 充电端电阻单元，该充电端电阻单元电连接至该充电端开关单元； 放电端开关单元，该放电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电端电阻单元；及放电端电阻单元，该放电端电阻单元电连接至该放电端开关单元、该充电端电阻单元、 该模拟数字转换器单元及该待测电容，其中，该微控制器单元控制该充电端开关单元及该放电端开关单元对该待测电容充电及放电；该模拟数字转换器单元量测该待测电容充电及放电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容的电容值。
2.如权利要求1所述的电容量测装置，其特征在于，该装置还包含可程式比较器，该可程式比较器电连接至所述模拟数字转换器单元、所述放电端电阻单元、所述待测电容及所述微控制器单元；及切换开关，该切换开关电连接至该可程式比较器。
3.如权利要求2所述的电容量测装置，其特征在于，该装置还包含电容端电阻单元，该电容端电阻单元电连接至所述放电端电阻单元、所述可程式比较器及所述待测电容；及显示单元，该显示单元电连接至所述微控制器单元。
4.如权利要求3所述的电容量测装置，其特征在于，该装置还包含内存单元，该内存单元电连接至所述微控制器单元。
5.如权利要求4所述的电容量测装置，其特征在于，所述模拟数字转换器单元为快速高分辨率模拟数字转换器。
6.一种电容量测方法，应用于充电电源及待测电容，其特征在于，该电容量测方法包含a 设置微控制器单元；b 设置模拟数字转换器单元，该模拟数字转换器单元电连接至该微控制器单元及该待测电容；c 设置充电端开关单元，该充电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电电源； d 设置充电端电阻单元，该充电端电阻单元电连接至该充电端开关单元； e 设置放电端开关单元，该放电端开关单元电连接至该微控制器单元及该充电端电阻单元；f:设置放电端电阻单元，该放电端电阻单元电连接至该放电端开关单元、该充电端电阻单元、该模拟数字转换器单元及该待测电容；g 该微控制器单元控制该充电端开关单元及该放电端开关单元对该待测电容充电；及h:该模拟数字转换器单元量测该待测电容充电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容的电容值。
7.如权利要求6所述的电容量测方法，其特征在于，该方法还包含i 所述微控制器单元控制所述充电端开关单元及所述放电端开关单元对所述待测电容放电；及j 所述模拟数字转换器单元量测所述待测电容放电时的电压与时间变化，借此得知所述待测电容的电容值。
8.如权利要求7所述的电容量测方法，其特征在于，该方法还包含k:设置可程式比较器，该可程式比较器电连接至该所述模拟数字转换器单元、所述放电端电阻单元、所述待测电容及所述微控制器单元；及1 设置切换开关，该切换开关电连接至该可程式比较器。
9.如权利要求8所述的电容量测方法，其特征在于，该方法还包含m:设置电容端电阻单元，该电容端电阻单元电连接至所述放电端电阻单元、所述可程式比较器及所述待测电容；及η 设置显示单元，该显示单元电连接至所述微控制器单元。
10.如权利要求9所述的电容量测方法，其特征在于，该方法还包含 ο 设置内存单元，该内存单元电连接至所述微控制器单元。
全文摘要
本发明公开了一种电容量测装置，应用于充电电源及待测电容。该电容量测装置包含微控制器单元、模拟数字转换器单元、充电端开关单元、充电端电阻单元、放电端开关单元及放电端电阻单元。该微控制器单元控制该充电端开关单元及该放电端开关单元对该待测电容充电及放电；该模拟数字转换器单元量测该待测电容充电及放电时的电压与时间变化，借此得知该待测电容的电容值。
文档编号G01R27/26GK102385009SQ20101027197
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者谭博超 申请人:錞镱科技股份有限公司