一种具有测试功能的控制板的制作方法

本发明涉及电路测试技术领域，具体涉及一种具有测试功能的控制板。

背景技术：

变频器控制板是整个变频器的控制中心，也是变频器的核心单元，其可靠性直接决定了变频器工作的稳定性。为了提升控制板的可靠性，一般在出厂测试中进行电路板的fct测试(forwarderscertificateoftransport，功能测试)，fct测试需专门搭建测试台，配套电源、外部信号源、针床、plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)或工控机等设备。

目前，专门搭建的测试台不仅成本高昂、连接线路复杂，而且通用性不高，不同系列的控制板需配备不同的针床或信号源。因此，在变频器批量生产过程中，现有控制板生产测试的方法效率较低和测试难度较大。

此外，当控制板脱离了fct测试台就无法进行测试，如果控制板装配在变频器中出现故障，在运行前无法提前预知故障。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何提高变频器控制板的测试效率，还能对装配在变频器中的控制板进行测试。

为达到以上目的，本发明提供的一种具有测试功能的控制板，包括mcu、模拟量调理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、4-20ma输入电路和4-20ma输出电路，mcu分别与模拟量调理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、4-20ma输入电路和4-20ma输出电路电性连接，所述控制板还包括第一切换控制电路、第二切换控制电路、第三切换控制电路和参考电压电路，第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路的控制端均与mcu的控制信号输出端连接，参考电压电路用于生成正参考电压和负参考电压；

所述第一切换控制电路的输出端与模拟量调理电路的输入端连接，第一切换控制电路用于切换模拟量调理电路的输入信号为模拟量信号、或者参考电压电路生成的参考电压信号；

所述第二切换控制电路的输出端与开关量输入电路的输入端连接，第二切换控制电路用于切换开关量输入电路的输入信号为变频器外部反馈的开关量信号、或者开关量输出电路生成的开关量信号；

所述第三切换控制电路的输出端与4-20ma输入电路的输入端连接，第三切换控制电路用于切换4-20ma输入电路的输入信号为变频器外部反馈的4-20ma信号、或者4-20ma输出电路生成的模拟量输出信号。

在上述技术方案的基础上，所述第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路均包括选择信号接收端a0、选择信号接收端a1、非门u1a、非门u1b、非门u1c、非门u1d、与非门u2a、与非门u2b、与非门u2c、第一切换通道、第二切换通道和第三切换通道，选择信号接收端a0和选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号；

所述非门u1a的输入端与选择信号接收端a0连接，非门u1a的输出端连接非门u1b的输入端；非门u1c的输入端与选择信号接收端a1连接，非门u1c的输出端连接非门u1d的输入端；

所述与非门u2a的一个输入端连接非门u1a的输出端，与非门u2a的另一个输入端连接非门u1c的输出端，与非门u2a的输出端连接第一切换通道；

所述与非门u2b的一个输入端连接非门u1b的输出端，与非门u2b的另一个输入端连接非门u1c的输出端，与非门u2b的输出端连接第二切换通道；

所述与非门u2c的一个输入端连接非门u1a的输出端，与非门u2c的另一个输入端连接非门u1d的输出端，与非门u2c的输出端连接第三切换通道；

所述第一切换通道包括三极管q1和n沟道mosfet管q2，三极管q1的b极串联限流电阻r1后，连接与非门u2a的输出端，三极管q1的c极串联保护电阻r3后，与直流电源vdd连接，三极管q1的e极接地。n沟道mosfet管q2的栅极与三极管q1的c极连接，n沟道mosfet管q2的源极连接有第一信号输入端s1a，n沟道mosfet管q2的漏极连接有信号输出端da；

所述第二切换通道包括三极管q3和n沟道mosfet管q4，三极管q3的b极串联限流电阻r4后，连接与非门u2b的输出端，三极管q3的c极串联保护电阻r6后，与直流电源vdd连接，三极管q3的e极接地。n沟道mosfet管q4的栅极与三极管q3的c极连接，n沟道mosfet管q4的源极连接有第二信号输入端s2a，n沟道mosfet管q4的漏极与信号输出端da连接；

所述第三切换通道包括三极管q5和n沟道mosfet管q6，三极管q5的b极串联限流电阻r7后，连接与非门u2c的输出端，三极管q5的c极串联保护电阻r9后，与直流电源vdd连接，三极管q5的e极接地。n沟道mosfet管q6的栅极与三极管q5的c极连接，n沟道mosfet管q6的源极连接有第三信号输入端s3a，n沟道mosfet管q6的漏极与信号输出端da连接。

在上述技术方案的基础上，所述三极管q1的b极与e极之间连接有分压电阻r2，三极管q3的b极与e极之间连接有分压电阻r5，三极管q5的b极与e极之间连接有分压电阻r8。

在上述技术方案的基础上，所述第一切换通道、第二切换通道和第三切换通道的数量均为两个，两个第一切换通道均连接与非门u2a的输出端，两个第二切换通道均连接与非门u2b的输出端，两个第三切换通道均连接与非门u2c的输出端。

在上述技术方案的基础上，所述第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路均还包括与非门u2d和第四切换通道，非门u2d的一个输入端连接非门u1b的输入端，另一个输入端连接非门u1d的输入端，非门u2d的输出端第四切换通道；

所述第四切换通道包括三极管q7和n沟道mosfet管q8，三极管q7的b极串联限流电阻r1后，连接与非门u2d的输出端，三极管q7的c极串联保护电阻r12后，与直流电源vdd连接，三极管q1的e极接地。n沟道mosfet管q8的栅极与三极管q7的c极连接，n沟道mosfet管q8的源极连接有第四信号输入端s4a，n沟道mosfet管q8的漏极与信号输出端da连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一切换控制电路中，选择信号接收端a0用于接收mcu发送的通道选择信号acs0，选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号acs1；第一信号输入端s1a用于接收模拟量信号ai1s，第二信号输入端s2a用于接收参考电压电路生成的正参考电压,第三信号输入端s3a用于接收参考电压电路生成的负参考电压。

在上述技术方案的基础上，所述第二切换控制电路中，选择信号接收端a0用于接收mcu发送的通道选择信号dcs0，选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号dcs1；第一信号输入端s1a用于接收变频器反馈的开关量信号di1s，第二信号输入端s2a用于接收开关量输出电路生成的开关量信号dox，mcu发出第x通道的开关量输出信号，经开关量输出电路处理后，生成开关量信号dox。

在上述技术方案的基础上，所述第三切换控制电路中，选择信号接收端a0用于接收mcu发送的通道选择信号aics0，选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号aics1；第一信号输入端s1a用于接收变频器外部反馈的4-20ma信号aima1s，第二信号输入端s2a用于接收4-20ma输出电路生成的模拟量输出信号aox，mcu发出第x通道的模拟量输出信号，经4-20ma输出电路处理后，生成模拟量输出信号aox。

在上述技术方案的基础上，所述参考电压电路包括基准电压源和运算放大器u3，基准电压源的阳极接地，基准电压源的阴极通过电容c1接地，基准电压源的阴极通过电阻r25与直流电源vdd连接，基准电压源的阴极连接有正参考电压的输出端；基准电压源的参考极串联电阻r26后，与其阴极连接；基准电压源的参考极串联电阻r27后，与其阳极连接；

所述基准电压源的阴极串联电阻r28后，与运算放大器u3的反向输入端连接，运算放大器u3的正向输入端通过电阻r30接地，运算放大器u3的反向输入端与其输出端连接有电阻r29，运算放大器u3的输出端通过电容c3接地，运算放大器u3的输出端连接有负参考电压的输出端。

在上述技术方案的基础上，所述参考电压电路还包括电容c2，电容c2一侧连接基准电压源的阳极，另一侧连接基准电压源的阴极。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)通过增设三个切换控制电路，并利用mcu发送控制信号，使变频器的控制板兼具测试功能，不仅能提高变频器控制板的测试效率，降低测试难度，还能对装配在变频器中的控制板进行测试，在变频器运行前能测试控制板是否存在故障隐患，有利于变频器的安全运行；

2)采用基准电压源和运算放大器进行组合，产生正参考电压和负参考电压，利用正负两个参考电压，既可以完全模拟双极性的交流采样信号，对模拟量调理电路进行测试；同时，根据两个标准正负参考电压得到的采样值，又可以对ad采样通道进行校准，消除电路噪声信号及芯片ad转换通道自身零漂。

附图说明

图1为本发明的电路原理示意图。

图2为本发明中切换控制电路的结构示意图。

图3为本发明中切换控制电路的示意图。

图4为本发明中第一切换控制电路的示意图。

图5为本发明中第二切换控制电路的示意图。

图6为本发明中第三切换控制电路的示意图。

图7为本发明中参考电压电路的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例中mcu(microcontrollerunit，微处理器)、模拟量调理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、4-20ma输入电路、4-20ma输出电路、n沟道mosfet管和基准电压源均为现有技术，以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

实施例1：一种具有测试功能的控制板，参见图1所示，包括mcu、模拟量调理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、4-20ma输入电路和4-20ma输出电路，mcu分别与模拟量调理电路、开关量输入电路、开关量输出电路、4-20ma输入电路和4-20ma输出电路电性连接，模拟量调理电路用于输入的模拟量信号处理后，向mcu输出0-3v的电压信号；所述控制板还包括第一切换控制电路、第二切换控制电路、第三切换控制电路和参考电压电路，第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路的输入端均与mcu的控制信号输出端连接，参考电压电路用于生成正参考电压vref+和负参考电压vref-。

第一切换控制电路的输出端与模拟量调理电路的输入端连接，第一切换控制电路用于切换模拟量调理电路的输入信号为模拟量信号，还是参考电压电路生成的参考电压信号。当第一切换控制电路接收到mcu的工作信号时，第一切换控制电路将接收的模拟量信号传输到模拟量调理电路的输入端；当第一切换控制电路接收到mcu的测试信号时，第一切换控制电路将接收的参考电压信号传输到模拟量调理电路的输入端。

第二切换控制电路的输出端与开关量输入电路的输入端连接，第二切换控制电路用于切换开关量输入电路的输入信号为变频器外部反馈的开关量信号，还是开关量输出电路生成的开关量信号。当第二切换控制电路接收到mcu的工作信号时，第二切换控制电路将变频器反馈的开关量信号传输到开关量输入电路的输入端；当第二切换控制电路接收到mcu的测试信号时，第二切换控制电路将开关量输出电路生成的开关量信号传输到开关量输入电路的输入端。

第三切换控制电路的输出端与4-20ma输入电路的输入端连接，第三切换控制电路用于切换4-20ma输入电路的输入信号为变频器外部反馈的4-20ma信号，还是4-20ma输出电路生成的模拟量输出信号。当第三切换控制电路接收到mcu的工作信号时，第三切换控制电路将变频器外部反馈的4-20ma信号传输到4-20ma输入电路的输入端；当第三切换控制电路接收到mcu的测试信号时，第三切换控制电路将4-20ma输出电路生成的模拟量输出信号传输到4-20ma输入电路的输入端。

在本发明实施例中，通过mcu向第一切换控制电路发送测试信号，第一切换控制电路将模拟量调理电路的输入信号，由模拟量信号切换为已知的参考电压信号，参考电压信号经模拟量调理电路处理后，输入mcu进行计算比对，从而检测模拟量调理电路是否工作正常。基于相同的原理，利用第二切换控制电路、第三切换控制电路分别切换开关量输入电路和4-20ma输入电路的输入信号，来检测开关量输入电路和4-20ma输入电路是否工作正常。

本发明在控制板中增设三个切换控制电路，并通过mcu发送控制信号，使变频器的控制板兼具测试功能，不仅能提高变频器控制板的测试效率，降低测试难度，还能对装配在变频器中的控制板进行测试，在变频器运行前能测试控制板是否存在故障隐患，有利于变频器的安全运行。

实施例2：在实施例1的基础上，参见图2所示，所述第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路均包括选择信号接收端a0、选择信号接收端a1、非门u1a、非门u1b、非门u1c、非门u1d、与非门u2a、与非门u2b、与非门u2c、第一切换通道、第二切换通道和第三切换通道，选择信号接收端a0和选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号。

所述非门u1a的输入端与选择信号接收端a0连接，非门u1a的输出端连接非门u1b的输入端；非门u1c的输入端与选择信号接收端a1连接，非门u1c的输出端连接非门u1d的输入端。

所述与非门u2a的一个输入端连接非门u1a的输出端，与非门u2a的另一个输入端连接非门u1c的输出端，与非门u2a的输出端连接第一切换通道。

所述与非门u2b的一个输入端连接非门u1b的输出端，与非门u2b的另一个输入端连接非门u1c的输出端，与非门u2b的输出端连接第二切换通道。

所述与非门u2c的一个输入端连接非门u1a的输出端，与非门u2c的另一个输入端连接非门u1d的输出端，与非门u2c的输出端连接第三切换通道。

所述第一切换通道包括三极管q1和n沟道mosfet管q2，三极管q1的b极串联限流电阻r1后，连接与非门u2a的输出端，三极管q1的c极串联保护电阻r3后，与直流电源vdd连接，三极管q1的e极接地。n沟道mosfet管q2的栅极与三极管q1的c极连接，n沟道mosfet管q2的源极连接有第一信号输入端s1a，n沟道mosfet管q2的漏极连接有信号输出端da。

所述第二切换通道包括三极管q3和n沟道mosfet管q4，三极管q3的b极串联限流电阻r4后，连接与非门u2b的输出端，三极管q3的c极串联保护电阻r6后，与直流电源vdd连接，三极管q3的e极接地。n沟道mosfet管q4的栅极与三极管q3的c极连接，n沟道mosfet管q4的源极连接有第二信号输入端s2a，n沟道mosfet管q4的漏极与信号输出端da连接。

所述第三切换通道包括三极管q5和n沟道mosfet管q6，三极管q5的b极串联限流电阻r7后，连接与非门u2c的输出端，三极管q5的c极串联保护电阻r9后，与直流电源vdd连接，三极管q5的e极接地。n沟道mosfet管q6的栅极与三极管q5的c极连接，n沟道mosfet管q6的源极连接有第三信号输入端s3a，n沟道mosfet管q6的漏极与信号输出端da连接。

在本发明实施例中，当选择信号接收端a0＝0、选择信号接收端a1＝0时，与非门u2a的输出电压为低电平，与非门u2b和与非门u2c的输出电压均为高电平，三极管q1截至，n沟道mosfet管q2导通，n沟道mosfet管q4和n沟道mosfet管q6关断；此时切换控制电路的输出端da的信号为第一信号输入端s1a的信号，即da＝s1a。

基于相同的原理，当选择信号接收端a0＝1、选择信号接收端a1＝0时，切换控制电路的输出端da的信号为第二信号输入端s2a的信号，即da＝s2a；当选择信号接收端a0＝0、选择信号接收端a1＝1时，切换控制电路的输出端da的信号为第三信号输入端s3a的信号，即da＝s3a。

由此可见，参见图3所示，利用三极管和n沟道mosfet管构成三个不同的信号切换通道，并采用mcu发送通道选择信号，使得第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路都可选择不同的信号通道进行信号输出，进而实现变频器控制板兼具工作状态和检测状态的两种模式，使变频器的控制板兼具测试功能，大大提高变频器控制板的测试效率，降低测试难度。

实施例3：在实施例2的基础上，参见图2所示，所述三极管q1的b极与e极之间连接有分压电阻r2，用于稳定三极管q1的b极与e极之间的压差(约为0.7v)，确保三极管q1可靠导通。

基于相同的原理，三极管q3的b极与e极之间连接有分压电阻r5，三极管q5的b极与e极之间连接有分压电阻r8，用于分别稳定三极管q3和q5的b极与e极之间的压差。

实施例4：在实施例2的基础上，参见图2所示，所述第一切换通道、第二切换通道和第三切换通道的数量均为两个，两个第一切换通道均连接与非门u2a的输出端；两个第二切换通道均连接与非门u2b的输出端；两个第三切换通道均连接与非门u2c的输出端。

在本发明实施例中，与非门u2a、u2b和u2c的输出端均连接有两个相同的切换通道，能同时输出两种不同的信号，可实现双极性信号的同时切换，大大提高控制板的工作效率。

实施例5：在实施例2的基础上，参见图2所示，所述第一切换控制电路、第二切换控制电路和第三切换控制电路均还包括与非门u2d和第四切换通道，非门u2d的一个输入端连接非门u1b的输入端，另一个输入端连接非门u1d的输入端，非门u2d的输出端第四切换通道。

所述第四切换通道包括三极管q7和n沟道mosfet管q8，三极管q7的b极串联限流电阻r1后，连接与非门u2d的输出端，三极管q7的c极串联保护电阻r12后，与直流电源vdd连接，三极管q1的e极接地。n沟道mosfet管q8的栅极与三极管q7的c极连接，n沟道mosfet管q8的源极连接有第四信号输入端s4a，n沟道mosfet管q8的漏极与信号输出端da连接。

在本发明实施例中，当选择信号接收端a0＝1、选择信号接收端a1＝1时，切换控制电路的输出端da的信号为第四信号输入端s2a的信号，即da＝s4a。采用相同的电子元件结构，在电路结构的基础上增加一个切换通道，不仅结构简单可靠，而且提升控制板的工作效能约1/3。

实施例6：在实施例2的基础上，参见图4所示，所述第一切换控制电路中，选择信号接收端a0用于接收mcu发送的通道选择信号acs0，选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号acs1。

第一信号输入端s1a用于接收模拟量信号ai1s，第二信号输入端s2a用于接收参考电压电路生成的正参考电压vref+,第三信号输入端s3a用于接收参考电压电路生成的负参考电压vref-。

在本发明实施例中，当第一切换控制电路接收到mcu的测试信号时，模拟量调理电路的输入信号分别为vref+和vref-(参考电压已知)，经模拟量调理电路处理后，传输至mcu，由mcu进行计算比对，从而检测模拟量调理电路是否工作正常。

本发明采用正负两个参考电压，既可以完全模拟双极性的交流采样信号，对模拟量调理电路进行测试；同时，根据两个标准正负参考电压得到的采样值，又可以对ad采样通道进行校准，消除电路噪声信号及芯片ad转换通道自身零漂。

实施例7：在实施例2的基础上，参见图5所示，所述第二切换控制电路中，选择信号接收端a0用于接收mcu发送的通道选择信号dcs0，选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号dcs1。

第一信号输入端s1a用于接收变频器反馈的开关量信号di1s，第二信号输入端s2a用于接收开关量输出电路生成的开关量信号dox(x＝1,2,i)，mcu发出第x通道的开关量输出信号，经开关量输出电路处理后，生成开关量信号dox。

在本发明实施例中，当第二切换控制电路接收到mcu的测试信号时，mcu发出第x通道的开关量输出信号，经开关量输出电路处理后，将生成的开关量信号dox传输至开关量输入电路，开关量输入电路将信号调理后返回mcu，mcu将发出的开关量输出信号和返回的开关量输入信号进行比对，从而检测该通道中开关量输入电路和开关量输出电路是否工作正常。如果两个信号相差超过一定的范围，则认为该通道中开关量输入电路或者开关量输出电路存在故障。

实施例8：在实施例2的基础上，参见图6所示，所述第三切换控制电路中，选择信号接收端a0用于接收mcu发送的通道选择信号aics0，选择信号接收端a1用于接收mcu发送的通道选择信号aics1。

第一信号输入端s1a用于接收变频器外部反馈的4-20ma信号aima1s，第二信号输入端s2a用于接收4-20ma输出电路生成的模拟量输出信号aox(x＝1,2,i)，mcu发出第x通道的模拟量输出信号，经4-20ma输出电路处理后，生成模拟量输出信号aox。

在本发明实施例中，当第三切换控制电路接收到mcu的测试信号时，mcu发出第x通道的模拟量输出信号，经4-20ma输出电路处理后，将生成的模拟量输出信号aox传输至4-20ma输入电路，4-20ma输入电路将信号调理后返回mcu，mcu将发出的模拟量输出信号和返回的模拟量输入信号进行比对，从而检测该通道中4-20ma输出电路和4-20ma输入电路是否工作正常。如果两个信号相差超过一定的范围，则认为该通道中4-20ma输出电路或者4-20ma输入电路存在故障。

实施例9：在实施例1的基础上，参见图7所示，所述参考电压电路包括基准电压源和运算放大器u3，基准电压源的阳极接地，基准电压源的阴极通过电容c1接地，基准电压源的阴极通过电阻r25与直流电源vdd连接，基准电压源的阴极连接有正参考电压(vref+)输出端；基准电压源的参考极串联电阻r26后，与其阴极连接；基准电压源的参考极串联电阻r27后，与其阳极连接。

所述基准电压源的阴极串联电阻r28后，与运算放大器u3的反向输入端连接，运算放大器u3的正向输入端通过电阻r30接地，运算放大器u3的反向输入端与其输出端连接有电阻r29，运算放大器u3的输出端通过电容c3接地，运算放大器u3的输出端连接有负参考电压(vref-)输出端。

在本发明实施例中，利用基准电压源(型号为tl431)和运算放大器进行组合来产生正参考电压vref+和负参考电压vref-，不仅稳定性好、价格低，而且可根据控制板的检测需要，产生不同的电压组。

实施例10：在实施例9的基础上，参见图7所示，所述参考电压电路还包括电容c2，电容c2一侧连接基准电压源的阳极，另一侧连接基准电压源的阴极。

在本发明实施例中，通过在基准电压源的阳极和阴极并联电容c2，用于滤除基准电压源的纹波和电路中的噪声，有利于稳定正(负)参考电压输出端的电压信号，提高参考电压电路的可靠性。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。