一种高兼容性的快充类产品老化测试系统的制作方法

本发明涉及电源性能测试技术领域，具体地，涉及可兼容快充充电器、快充移动电源及通用移动电源综合老化测试系统。

背景技术：

随着智能手机，平板电脑，数码相机等手持式数码产品的大量流行，这些耗电量大的智能设备催生了快充充电器、移动电源（即充电宝）、快充式移动电源等产品开始进入市场。快充技术和移动电源对智能设备的高耗电量、低续航力的缺点提供了较好的解决方案，它可以给手机、平板电脑、数码相机电池等快速充电，并且携带方便，随走随充，预计在短期内就会占领大部分市场。伴随着这些快充产品的应用，随之而来就带来了对快充充电器、移动电源、快充式移动电源等同类产品在生产中的老化测试问题，品质保障、低成本、高效率、可批量老化测试的设备被广泛需求。

目前市场上对这三类产品的老化测试却面临许多困局。

比如生产厂家利用直流恒压电源给产品充电，一台电源对应充电一台产品，这样的设备的缺点是：成本高、充电时间需要人为手动控制、充电数据无法方便实时记录、智能化程度低。

又比如利用功率电阻对产品进行放电老化测试，导致无法监控放电电流实际大小和放电功率大小，无法确定放电速度和效率，放电时间需要人工计时和手动停止。

又如利用电子负载仪对产品进行放电，这样单台负载仪对应单个产品进行放电老化，虽然可以确定放电老化电压电流的大小，但却面临老化众多产品时需要多台电子负载仪的高成本以及放电时间，放电容量需要人工控制和计算的低效率。

上述三种情况也都无法实现充电与放电，放电与充电之间的自动转换。

又如快充充电器和快充式移动电源只能使用专用仪器实现快充的升压降压的快充功能测试和老化测试，并且面对目前市场上的多种快充技术协议，需要使用多种测试仪器进行老化测试，成本高，兼容性低，效率低且极不方便。

技术实现要素：

针对现有技术对快充充电器、移动电源、快充式移动电源在生产过程中老化测试方法智能化程度极低、成本过高而效率低下、测试仪器和方法兼容性极低，不同产品需要不同测试仪器和方法来进行老化测试等缺陷，本发明提供一种高兼容性的快充类产品老化测试系统，具有智能化程度高，兼容性高，成本较低，效率高等优点。

本发明一种高兼容性的快充类产品老化测试系统包括：电网供电模块、上位机监控系统、主控单元MCU模块、充电控制模块、充电电压电流采集模块、快充控制模块、子控单元MCU模块、放电控制模块、放电电压电流采集模块、RS232转RS485通信模块、地址拨码开关 、散热系统。

主控单元MCU模块经过电源适配器与电网供电模块电性连接，电网供电模块提供的交流电压经过电源适配器转换成直流电压，供给主控单元MCU模块；并联连接后的充电控制模块、充电电压电流采集模块与主控单元MCU模块电性串联连接，充电控制模块、充电电压电流采集模块通过设置的充电接口与被测产品电性连接；

上位机监控系统电连接电网供电模块，同时通过RS232转RS485通信模块与主控单元MCU模块建立串行通信连接。

子控单元MCU模块经过经过电源适配器与电网供电模块电性连接，同时子控单元MCU模块通过光电隔离器与主控单元MCU模块建立串行通信连接，并联后的快充控制模块、放电控制模块、放电电压电流采集模块与子控单元MCU模块电性串联连接，快充控制模块通过快充接口与被测产品相连，放电控制模块、放电电压电流采集模块通过放电接口与被测产品电性连接。

所述电网供电模块，提供交流电压，电网供电模块提供的交流电压经过电源适配器后为主控单元MCU模块和子控单元MCU模块提供直流电压。

所述上位机监控系统通过RS232转RS485通信转换模块与主控单元MCU模块建立串行通信连接。

所述主控单元MCU模块用于向充电控制模块发出控制信息，并控制充电电压电流采集模块采集数据；主控单元MCU模块再将充电数据通过RS232转RS485通信模块传递给上位机，实现了最终的数据监控。

所述主控MCU模块还担负控制散热系统模块的功能，包块采集模块温度，控制散热风扇启动和停止，检测温度传感器是否正常等功能。

所述充电控制模块包括开关三极管和开关MOS管。主控单元MCU模块接收到上位机监控系统的控制命令后，通过开关三极管驱动开关MOS管的开关，控制充电电压的接通与断开。

所述子控单元MCU模块通过光电隔离器与主控单元MCU模块建立串行通信连接，用于接收来自主控单元MCU转发的上位机发送的命令，子控单元MCU模块用于向快充控制模块和放电控制模块发出控制信息，并控制放电电压电流采集模块采集数据；子控单元MCU模块将放电电压电流采集模块采集到的数据通过光电隔离器传递给主控单元MCU模块，主控单元MCU模块再将放电数据通过RS232转RS485通信模块传递给上位机，实现了上位机监控系统的监测和控制。

所述充电电压电流采集模块，用于采集充电过程中的电压和电流数据。充电电压接入分压电路，经过分压后进入主控单元MCU模块的ADC转换模块进行数据采集；充电电流则经过电流信号取样电阻，获得电流信号后接入电流信号放大电路，经过信号放大后进入主控单元MCU模块的ADC转换模块进行数据采集。

所述放电控制模块，由电压比较器，功率MOS管，电流采集电路构成。其工作原理为，控制信号输入到电压比较器的同相端，电流信号输入电压比较器的反相端，子控单元MCU模块采集经过功率MOS管的电流，根据电流信号的大小，调节控制信号的大小，控制信号和电流信号经过电压比较器后输出控制信号到功率MOS管栅极，达到控制电流大小和恒流的效果。

所述放电电压电流检测模块包括电压分压电路，电流取样电路。其工作原理是，产品电压接入分压电路，经分压后输入到子控单元MCU模块的ADC转换单元进行电压采集；流取样电路包括在放电电流流经的通路中串联的取样电阻，该取样电阻获得电流信号，然后放大电路将获得的电流信号进行信号放大之后接入子控单元MCU模块的ADC转换模块进行电流信号的采集。

所述快充控制模块包括快充控制电压信号产生电路，用于支持快充通信协议QC2.0、QC3.0或MTK。其工作原理是由子控单元MCU模块控制器按照快充通信协议如QC2.0，QC3.0，MTK等，驱动快充控制信号产生电路生成快充通信信号，进而控制快充充电器，快充移动电源实现升压或者降压，进而实现快充测试和快充老化。

所述串行通信模块由一路独立供电电源，RS485通信驱动电路，RS232转RS485通信模块组成。主要功能是实现上位机监控系统与本发明老化测试系统上的主控单元MCU模块控制器之间的通信，实现命令下发功能和数据上传功能。

所述主控单元MCU模块与子控模块MCU模块之间由光电隔离器建立通信连接，实现了电气隔离。其担负的主要任务是将工作中的各种运行数据由子控单元MCU模块传递给主控单元MCU模块，并接收主控单元MCU模块的控制命令并按命令完成相应任务。

所述地址拨码开关用于在大量模块集成的设备中通过地址拨码开关来确定各个模块自身的地址，方便上位机监控系统批量监控各个子模块时准确确定要监控的每一个子模块。

散热系统由温度传感器，铝合金散热器，小型风扇组成。主控MCU通过温度传感器采集模块工作温度，通过铝合金散热器加上控制风扇的开关来达到散热的目的。

本发明的有益效果：

1、本发明提供了快充类充电器和快充类移动电源等新兴电源类产品的智能化测试和老化，同时兼顾普通充电类产品和普通移动电源的测试和老化。即本发明提供了快充充电器，快充类移动电源，及通用充电器和通用移动电源的一个兼容性的解决方案。

2、本发明智能化程度高，实现了充电电压和充电电流，放电电压，放电电流的数据采集，供设计者进行统计分析。

3、同时由于采用智能化上位机监控系统，自动进行放电与充电测试，充电与放电测试之间的转换，自动定时保存测试中的各个参数供测试人员查阅和统计分析。大大提高测试老化的效率和方便性，提高了生产效率，把操作人员从繁琐的测试工作中解放出来。

4、本装置单位成本大大低于专用电子负载仪等专用测试仪器，适合批量购买和批量使用。可大大提高工厂生产效率并且节约设备成本和人力成本。

5、本发明充电模块与放电模块之间采用了电气隔离，产品充电接口和放电接口可同时连接到该装置充电测试和放电测试之间不受影响。

附图说明

图1为本发明一种高兼容性的快充类产品老化测试系统的原理框图。

图2为STM8S003F3控制芯片结构图。

图3为实施例中的分压电路原理图。

图4为实施例中的恒流电路原理图。

图5所示为一种应用本发明兼容性强的老化测试系统的装置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图说明本装置在具体实施例中的结构和工作方式，并详细介绍本装置的工作原理。需要说明的是以下介绍的实施例只是本装置在实际使用中的一种典型实施例。工作人员完全可以基于本装置的原理实现众多的其它实施例。

根据图1所示，本发明一种高兼容性的快充类产品老化测试系统包括：电网供电模块、上位机监控系统、主控单元MCU模块、充电控制模块、充电电压电流采集模块、快充控制模块、子控单元MCU模块、放电控制模块、放电电压电流采集模块、RS232转RS485通信模块、地址拨码开关 、散热系统。

主控单元MCU模块经过电源适配器与电网供电模块电性连接，电网供电模块提供的交流电压经过电源适配器转换成直流电压，供给主控单元MCU模块；充电控制模块、充电电压电流采集模块并联后与主控单元MCU模块电性串联连接，充电控制模块、充电电压电流采集模块通过设置的充电接口与被测产品电性连接；

上位机监控系统电连接电网供电模块，同时通过RS232转RS485通信模块与主控单元MCU模块建立串行通信连接。

子控单元MCU模块经过电源适配器与电网供电模块电性连接，同时子控单元MCU模块通过光电隔离器与主控单元MCU模块建立串行通信连接，快充控制模块、放电控制模块、放电电压电流采集模块并联后与子控单元MCU模块电性串联连接，快充控制模块通过快充接口与被测产品相连，放电控制模块、放电电压电流采集模块通过放电接口与被测产品电性连接。

所述电网供电模块，提供交流电压，电网供电模块提供的交流电压经过电源适配器后为主控单元MCU模块和子控单元MCU模块提供直流电压。

所述上位机监控系统通过RS232转RS485通信转换模块与主控单元MCU模块建立串行通信连接。

上述几个模块主要通过主控单元MCU模块和子控单元MCU模块的通信进行协调工作的，由主控单元MCU模块和子控单元MCU模块发送通信命令来协调各模块的动作。

所述主控单元MCU模块用于向充电控制模块发出控制信息，并控制充电电压电流采集模块采集数据；主控单元MCU模块再将充电数据通过RS232转RS485通信模块传递给上位机，实现了最终的数据监控。

所述主控MCU模块还担负控制散热系统模块的功能，包块采集模块温度，控制散热风扇启动和停止，检测温度传感器是否正常等功能。

所述充电控制模块包括开关三极管和开关MOS管。主控单元MCU模块接收到上位机监控系统的控制命令后，通过开关三极管驱动开关MOS管的开关，控制充电电压的接通与断开。开关MOS管优于由继电器类组成的开关电路，不存在继电器类开关电路容易出现机械损坏的风险。

所述子控单元MCU模块通过光电隔离器与主控单元MCU模块建立串行通信连接，用于接收来自主控单元MCU转发的上位机发送的命令，子控单元MCU模块用于向快充控制模块和放电控制模块发出控制信息，并控制放电电压电流采集模块采集数据；子控单元MCU模块将放电电压电流采集模块采集到的数据通过光电隔离器传递给主控单元MCU模块，主控单元MCU模块再将放电数据通过RS232转RS485通信模块传递给上位机，实现了上位机监控系统的监测和控制。

所述充电电压电流采集模块，用于采集充电过程中的电压和电流数据。充电电压接入分压电路，经过分压后进入主控单元MCU模块的ADC转换模块进行数据采集；充电电流则经过电流信号取样电阻，获得电流信号后接入电流信号放大电路，经过信号放大后进入主控单元MCU模块的ADC转换模块进行数据采集。

所述放电控制模块，由电压比较器，功率MOS管，电流采集电路构成。其工作原理为，控制信号输入到电压比较器的同相端，电流信号输入电压比较器的反相端，子控单元MCU模块采集经过功率MOS管的电流，根据电流信号的大小，调节控制信号的大小，控制信号和电流信号经过电压比较器后输出控制信号到功率MOS管栅极，达到控制电流大小和恒流的效果。

所述放电电压电流检测模块由电压分压电路，电流取样电路组成。其工作原理是，产品电压接入分压电路，经分压后输入到子控单元MCU模块的ADC转换单元进行电压采集；在产品放电电流流经的通路串联取样电阻获得电流信号，然后将电流信号接入放大电路进行信号放大之后接入子控单元MCU模块的ADC转换模块进行电流信号的采集。

所述快充控制模块由快充控制电压信号产生电路构成。其工作原理是由子控单元MCU模块控制器按照快充通信协议如QC2.0，QC3.0，MTK等，驱动快充控制信号产生电路生成快充通信信号，进而控制快充充电器的电压值分别达到0V、0.6V、3.3V，快充移动电源实现升压或者降压，进而实现快充测试和快充老化。

QC2.0，QC3.0快充控制信号产生电路包括如图2所示的STM8S003F3控制芯片和如图3所示的分压电路，所述STM8S003F3控制芯片的PD4引脚和PD5引脚与分压电路电连接，具体地：STM8S003F3控制芯片的PD4和PD5引脚分别经过电阻R136、R137后连接到三极管Q107和三极管Q108的基极，三极管Q107的集电极D-CH1连接到充电负载；三极管Q107和三极管Q108的发射极接地，同时三极管Q108的发射极串联电阻R140和R139后连接到并联的三极管Q107的集电极和电阻R138。

STM8S003F3控制芯片的PA3引脚和CH2引脚分别经过R141和R142后连接到三极管Q109和三极管Q110的基极，三极管Q109的集电极D+CH1连接到充电负载；三极管Q109和三极管Q110的发射极接地，同时三极管Q110的发射极串联电阻R145和R144后连接到并联的三极管Q109的集电极和电阻R143。

所述R136的电阻值为4.7k，R137的电阻值为4.7k，R140的电阻值为13.6k，R139的电阻值为1k，R138的电阻值为7.5k。

所述R141的电阻值为4.7k，R142的电阻值为4.7k，R145的电阻值为13.6k，R144的电阻值为1k，R143的电阻值为7.5k。

QC2.0，QC3.0快充控制模块的工作原理是：STM8S003F3控制芯片控制Q107,Q108Q109,Q110,可以在D-CH1和D+CH1上分别产生0V,0.6V,3.3V电压。控制芯片内部程序按QC2.0和QC3.0的通信协议来控制这些电压变化即实现快充功能。

其中，D1-CH1输出高电平，Q107将导通，D-CH1将输出0V；D1-CH1输出低电平，D2-CH1输出高电平，D-CH1将输出0.6V；D1-CH1输出低电平，D2-CH1输出低电平，D-CH1将输出3.3V；

D1+CH1输出高电平， D+CH1将输出0V；D1+CH1输出低电平，D2+CH1输出高电平，D+CH1将输出0.6V；D1+CH1输出低电平，D2+CH1输出低电平，D+CH1将输出3.3V；

这些电平只要按QC2.0或QC3.0的协议要求输出形成快充命令，就可使快充产品工作在快充状态。

MTK快充控制电路包括如图2所示的STM8S003F3控制芯片和如图4所示的恒流电路，通过STM8S003F3控制芯片控制恒流电路的电流按MTK技术协议变化进而实现MTK快充功能。具体来说，PWM-A信号是一个大小可以由子控单元MCU模块调节的电压控制信号，MOS管上的电流会随着PWM-A信号的加大而加大，而电流信号通过FDI-CHI连接到子控单元MCU模块，子控单元MCU模块进行数据采集进而使子控单元MCU模块能够实时得知电流的大小。子控单元MCU模块先从0逐渐加大PWM-A的电压控制信号，直到MOS管Q101上产生500mA的电流，将此时的PWM-A控制信号的大小记录下来，假定为xV电压。然后，子控单元MCU模块控制PWM-A在0V和xV两种电压之间切换，就可以在MOS管上产生高低变化的电流信号，高电流信号为500mA，低电流为0mA。这个高低变化的电流信号只要按照MTK协议变化，就可以产生MTK快充控制命令，使MTK类产品工作在快充模式。

综上所述本发明一种兼容性强的老化测试装置，能兼容多种快充技术协议如QC2.0，QC3.0，MTK，适用性更强。

所述串行通信模块由一路独立供电电源，RS485通信驱动电路，RS232转RS485通信模块组成。主要功能是实现上位机监控系统与本发明老化测试系统的主控单元MCU控制器之间的通信，实现命令下发功能和数据上传功能。

所述主控单元MCU模块与子控模块MCU模块之间由光电隔离器建立通信连接，实现了电气隔离。光电隔离器担负的主要任务是将工作中的各种运行数据由子控单元MCU模块传递给主控单元MCU模块，并接收主控单元MCU模块的控制命令并按命令完成相应任务。

本发明一种兼容性强的老化测试装置，充电模块和放电模块完全电气隔离，这样具有更高的适应性，可以适用于绝大部分移动电源。

所述地址拨码开关用于在大量模块集成的设备中通过地址拨码开关来确定各个模块自身的地址，方便上位机监控系统批量监控各个子模块时准确确定要监控的每一个子模块。

散热系统由温度传感器，铝合金散热器，小型风扇组成。主控MCU通过温度传感器采集模块工作温度，通过铝合金散热器加上控制风扇的开关来达到散热的目的。

附图5所示为一种应用本发明兼容性强的老化测试系统的装置结构示意图。在附图5中电网供电模块给上位机监控系统提供AC工作电压。电网供电模块还通过控制单元MCU模块给被测试产品提供AC供电。控制单元MCU模块包括通过光电隔离器建立串行通信连接的主控单元MCU模块和子控单元MCU模块。

控制单元MCU模块可在不同的AC电压之间切换，控制单元MCU模块包括一个PLC控制板和一套变压器系统，PLC控制板带有通信功能，它能接收上位机控制系统的控制命令，然后去控制变压器切换到控制命令所指定的AC电压，提供给被测试产品不同需求的AC电压，并可控制AC电压的接通和断开，给被测试产品提供冲击测试功能。

电网供电模块通过电源适配器模块将交流即AC电压转换为直流即DC电压，给快充测试装置1到快充测试装置N提供直流工作电压。所述的每个快充装置包括充电控制模块、充电电压电流采集模块、快充控制模块、放电控制模块、放电电压电流采集模块。

上位机监控系统则通过RS485串行通行总线与快充测试装置1到快充测试装置N以及控制单元MCU模块系统建立通信连接，实现命令的下发和数据的上传。

快充测试装置1到快充装置N通过充电接口、放电接口、快充接口与被测试产品连接，在上位机监控系统的控制下对被测试产品进行恒压充电测试、恒流放电测试和快充功能测试。

上位机监控系统将各个测试数据从快充测试装置1到快充装置N轮流扫描读回到上位机监控系统，并将各个测试数据如充电电压，充电电流，放电电压，放电电流，充电容量，放电容量，转换效率等处理后通过人机交互界面显示给用户，供用户查看和使用，并通过不同颜色显示产品的运行状态，如红色显示产品工作异常，绿色显示产品工作正常，灰色显示通信状态异常等，用户可一目了然监控数百个产品的工作状态并迅速定位异常产品，使用起来高效便捷。

上位机监控系统还通过串行通信总线控制着子控单元MCU模块，子控单元MCU模块则控制着报警系统和加热排风系统。报警系统主要实现产品异常报警，测试完成报警，超温报警，烟雾报警等报警功能，方便用户对设备工作状态的监控，也提高设备安全性。加热排风系统主要由温度传感器，发热管，排风机和排风管道等组成，温度检测模块检测产品工作的环境温度，配合加热和排风系统，进行产品的高温测试，低温测试等，检测产品在比较恶劣环境下的工作可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。