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[电工基础类] 转帖popkid网友的HH放电器基本原理和调试分析
老信 发表于:2009/12/24 8:39:06
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转帖popkid网友的HH放电器基本原理和调试分析

详情请看图文并茂的全文:

转帖popkid网友的HH放电器基本原理和调试分析.doc

HH放电器基本原理和调试分析

        HH放电器实质上是一个电压时间曲线记录仪。电压测量的原理是根据RC电路的充电电压和时间的关系,由测得的充电时间算出待测电压。

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2009-12-23 16:24


   
    图1HH放电器的RC充电电路,时间常数为RC3=2200msVcc是一个稳定电压,三极管Q3控制电容C3的充电放电。Q3导通时,C3通过Q3放电,放电时间由HH软件中的硬件选项参数设定中的COT决定。Q3截止时,稳定电压Vcc通过电阻R向电容C3充电。当C3两端的电压Vc3充电到待测电压Va时,运放LM324构成的比较器翻转,这时通过串口向计算机输出一个脉冲信号,由此得到C3两端的电压Vc3充电到待测电压Va的时间,再由这个时间算出这时电容C3两端的电压Vc3,相应就可以得到待测电压Va

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2009-12-23 16:24




    图2 HH放电器正常工作时,RC电路充放电的电压波形。双路HH放电器有2路待测电压。2路测试电路共用一个RC充电电路,每路有各自独立的比较器。当每路的比较器都翻转后,计算机通过串口输出一个信号使Q3导通,电容C3通过Q3放电。结束放电后,计算机通过串口输出一个信号使Q3截止,C3又开始充电,如此反复充电放电,从而得到待测电压Va的电压时间曲线。

        HH
测试软件只能从HH硬件电路实时测得一个测量值,就是电容C3充电到比较器翻转时的充电时间t,而电容C3两端的电压Vc3是由这个时间算出来的:

              Vc3=Vcc
1e-t /RC))

    公式中,e是自然常数,-t /RC是指数。RC=R*C3=2200ms,是时间常数,由手动输入到HH测试软件的硬件选项参数设定中。Vcc是稳定电压,也是手动输入到HH测试软件的硬件选项参数设定中。


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2009-12-23 16:24


    图3是根据上面公式画出的电压时间曲线,是RC充电电路在一个充电周期的电压时间曲线。注意,这个曲线在HH测试软件中是以公式的形式存在的,不是HH测试软件在显示器上画出的电压时间曲线。每个充电周期的电压时间曲线上有一个点的电压和待测电压相等,每个充电周期的这些点连起来,才是HH测试软件在显示器上画出的电压时间曲线。
    在HH测试软件中,为了提高实际测量精度,对上面RC充电电路的电压时间曲线公式作了一些修正,并且公式中各个参数可以在软件中调节改变,详细推导起来比较繁杂,这里只从测试调节的角度作一些说明,以便能对HH放电器的实际调试有所指导,避免盲目。

  在HH测试软件中,可以调节的参数有:VccRCCOTCODVpTp,为了直观,下面结合图形逐步说明。以后,把HH测试软件中以公式形式存在的充电电压曲线称为软件曲线,并用红色曲线画出。

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2009-12-23 16:30


    图4Vcc增大,软件曲线的右端向上移动;Vcc减小,软件曲线的右端向下移动。



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2009-12-23 16:30


    图5 ,RC增大,软件曲线的弯曲减小,RC减小,软件曲线的弯曲增大。
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2009-12-23 16:30


    图
6Vp增大,整个软件曲线向上移动,Vp减少,整个软件曲线向下移动。

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2009-12-23 17:23


    图
7Tp增大,整个软件曲线向左移动,Tp减少,整个软件曲线向右移动。



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2009-12-23 16:30


    图
8COD增大,软件曲线左端被切掉的部分增多,COD减小,软件曲线左端被切掉的部分减少。这里简单解释一下,软件曲线被切掉的部分,对应的电压为零,其他没有被切的部分,不受影响,软件曲线没有变化。COD这个参数是用来设定HH放电器的最小可测电压的。

     HH放电器的硬件电路焊接安装完成后,硬件电路的RC充电放电电路参数就固定不变了。HH测试软件的硬件选项参数设定中,COT变化时,硬件RC电路的放电时间会改变,相应的会影响硬件RC电路的充电电压的初始值。COT减小时,放电时间减小,电容放电量减少,充电时的电压初始值增大,硬件RC电路的充电电压曲线的左端起始点向上移动。COT增大时,放电时间增大,电容放电量增多,充电时的电压初始值减小,硬件RC电路的充电电压曲线的左端起始点向下移动。HH测试软件中的其他参数变化时,对硬件RC电路的充电曲线没有影响。只要COT参数不变,HH硬件电路正常工作后,硬件RC电路的充电曲线是不变的。以后,把硬件RC电路的充电曲线称为硬件曲线,并用兰色曲线画出,见图9

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2009-12-23 16:33


        HH放电器的硬件电路中,元件的实际值和标称值总有一些误差,运放的输入等效电阻不能准确的知道,实际三极管截止时并不是一个完全断开的理想开关,Vcc也会有误差,充电的初始电压不能确定,所有这些,使得把硬件电路参数输入HH测试软件后,由公式算出的HH测试软件中的软件曲线,和实际硬件电路的硬件曲线可能不是重合的,需要经过调试后才能重合。

    软件曲线和硬件曲线重合时,
HH测试软件中的软件测试电压和硬件电路的实际测量电压才能相等,没有误差。HH硬件电路正常工作时,硬件曲线是不变的。软件曲线可以通过调节HH测试软件中的参数VccRCVpTp等来改变。Vcc变化,曲线的右端上下移动;RC变化,曲线的弯曲改变;Vp变化,曲线上下移动;Tp变化,曲线左右移动。这样,通过软件曲线的变化,可以使软件曲线和硬件曲线重合。从而使HH测试软件中的软件测试电压读数,即显示器上的电压读数,和用万用表实际测量的电压读数相等。

        HH放电器调试的过程,就是通过调节HH测试软件中的参数使软件曲线和硬件曲线重合的过程。下面用一些简单的示意图介绍一下调试方法。图中,红色曲线表示HH测试软件中,由RC充电电压公式算出的软件曲线,兰色曲线表示HH硬件电路中,RC充电实际电压波形的硬件曲线。



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2009-12-23 16:38


    图10,HH测试软件中的参数RC大,实际HH放电器硬件电路的RC时间常数小,硬件曲线比软件曲线更弯曲,应该减小HH测试软件中的参数RC,使软件曲线的弯曲增大。


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2009-12-23 16:38


    图
11,减小RC,增大软件曲线的弯曲,VccVp也可能要作一些调整,使软件曲线和硬件曲线逐步重合。



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2009-12-23 16:38


    图
12,对应这种图形,当HH放电器的待测电压比较低时,万用表的电压读数小于显示器的电压读数相差较小。当待测电压比较高时,万用表的电压读数不但小于显示器上的电压读数,而且相差更大。



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2009-12-23 16:38


    图
13,先减小Vcc,软件曲线右端向下移动。软件曲线移动后,万用表的电压读数在左端和右端都小于显示器的电压读数,在中间基本相等,应减小RC,增大软件曲线的弯曲。


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2009-12-23 16:38


    图
14,再减小Vp,使软件曲线向下移动,和硬件曲线逐步重合。或者减小RC和减小Vp交替进行,使软件曲线和硬件曲线逐步重合。


    这样分析可能还太容易理解。下面用一个
HH放电器调试实例,具体看一看实际调试过程。



    在调试的过程中,需要一个0~5V的可调直流电压作为待测电压,这可用一个直流稳压电源或电池并联一个几k的电位器分压得到。HH放电器是一个电压时间曲线测试仪,和电流没有关系。在调节测试HH放电器时,把放电电流回路断开,或把放电电流调节为零。为了方便调节测试,可按图16所示,在PCB的底面CUT处断开电路,在PCB正面焊上跳线针,调节测试HH测试软件的参数时取掉跳线帽。

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2009-12-23 16:45




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2009-12-23 16:45


    按照图17连接好可调直流电压和电压表就可以开始调试HH放电器了。在这个调试实例中,电压表用的是胜利VC9806+的直流20V档。万用表的电压读数是HH硬件的实际电压,对应前面的兰色曲线。HH测试软件在显示器的电压读数是公式算出的测试电压,对应前面的红色曲线。通过调试,要让万用表的电压读数和显示器的电压读数,在可测试的电压范围内尽量相等。LM324在供电电压Vcc6V时,最大共模输入电压小于Vcc1.5V~2V,即4.5V~4V。这里最大可测电压是指镍电池测试端的最大可测电压。HH放电器只直接测量镍电池测试端的电压,不直接测量锂电池测试端的电压。在放电电流调节设置为1A时,锂电池测试端是经过2.2欧电阻上约2.2V的降压后,才接到镍电池测试端进行测量的。HH测试软件中显示的锂电池电压,实际上是镍电池测试端的测试电压加上2.2V压降后算出的。
        HH放电器正常工作时,锂电池测试端电压为4V左右时的实际放电电流略大于3V左右时的实际放电电流。HH测试软件在显示器上的锂电池电压读数,是镍电池测试端的实际电压加上2.2V左右的固定值算出的。这样,当镍电池测试端的电压调试准确后,改变2.2欧电阻的HH测试软件参数值,不能消除锂电池的测量误差。当4V左右的电压调试准确后,3V左右的实际电压小于HH测试软件的电压读数,或者3V左右的电压准确后,4V左右的实际电压大于HH测试软件的电压读数。HH测试软件的调节参数,不能同时兼顾镍电池测试端和锂电池测试端的电压测量精度。

HH测试软件的使用已经有很多文章介绍了,这里不再多讲。
    运行HH放电器软件,在硬件选项的参数设定中,把所有参数都设定为缺省值。
    为了使HH测试软件能测试较低的电压,在调试过程中可把参数COD设定为10
    打开设置电池名称,选定1.2V镍电,并设定中止于10mV
    点击电压表,把所有参数设定为缺省值。
    点击选择端口,打开连接HH放电器硬件的串口。
    点击放电曲线显示窗口,点击开始按钮,HH软件的电压表开始显示电压读数。

    调节可调直流电压,待测电压变化,万用表的电压读数和显示器的电压读数都跟着变化。这时就可以开始记录数据,调节HH软件参数了。可以画一个表格,便于记录比较数据。表格分为上下两部分。抬头看显示器,上部分记录显示器的电压读数。低头看万用表,下部分记录万用表的电压读数。

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2009-12-23 16:54



    最后微调参数,可利用HH测试软件的电压检测校准程序进行。点击HH测试软件的电压表,显示电压检测校准窗口。把可调直流电压连接在镍电池测试端作为待测电压,按照电压检测校准程序的要求,把实际电压,也就是万用表的电压读数,分别调整为900mV950mV1000mV1050mV1100mV,并相应的点击电压检测校准窗口内的实际电压对应按钮。HH测试软件根据对应各个实际电压测得的积分时间,算出测试电压,也就是显示器的电压读数。通过调整HH测试软件的参数,使实际电压和测试电压相等。

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2009-12-23 16:54


        HH放电器的测试电压,对温度比较敏感。可能是放电电容C3随温度变化引起的。特别是测试电压比较高时更是如此。测试电压高时,RC电路充放电的能量增大,C3的温度变化增大,容量变化也增大,使得充电到同一个电压的时间变化,最后HH测试软件根据测得的时间算出的测试电压发生变化。


 



回复:转帖popkid网友的HH放电器基本原理和调试分析
(匿名游客) 发表于:2014/3/2 7:06:35
谢谢老师。

 






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