用于检测含有超级电容的电源电路功耗的测试电路及方法

技术领域

本发明涉及仪表智能控制技术领域，具体涉及一种用于检测含有超级电容的电源电路功耗的测试电路及方法。

背景技术

静态功耗是指当主控板程序在正常模式下的最低功耗。当主控板系统中存在超级电容等拥有较大容性的器件时，测试其功耗需要花费较长时间。当前检测方法中，已有通过动态功耗曲线推定静态功耗的检测方法，但由于本领域中功耗方面一般是微安级，而动态功耗曲线为毫安级，容易产生误判。

比如公开号为CN111669202A的中国专利《一种通信模块的功耗测试装置及方法》公开的通信模块的功耗测试装置及方法中，检测一个含有超级电容的系统功耗，是通过采样超级电容充电曲线，对比主控板采样曲线，通过动态功耗计算获取静态功耗。由于是计算所得，超级电容的动态功耗在毫安级别，对静态功耗在微安级别的产品，精度达不到要求。又因为通信模块本身的特性，在上电功耗曲线有较好的一致性时才有可能使用该技术，因此该方法本身存在多种限制。

发明内容

基于上述背景，本发明提供了一种用于检测含有超级电容的电源电路功耗的测试电路，所述电源电路包括耦接于电路中的至少一个超级电容，以及耦接于超级电容两侧的两个二极管，所述测试电路包括：

隔断电路，其两个接线端分别用于耦接所述两个二极管远离超级电容的一端，信号输入端耦接控制电路，用于屏蔽所述超级电容；

放电及电压检测电路，其接线端用于耦接所述超级电容的非接地端，信号输入端和输出端耦接控制电路，用于对超级电容放电并采集电压信号；

电流检测电路，其接线端用于耦接电源电路，输出端耦接控制电路，用于检测电源电路中的电流；

控制电路，其用于发送控制电平信号，以及接收电流检测电路采集的电流信号并基于该电流信号计算电源电路功耗；

以及供电电路，用于为测试电路提供电源信号。

进一步的，所述隔断电路包括PMOS管Q2和三极管Q4，其中PMOS管Q2的源极和漏记分别作为两个接线端用于耦接超级电容两侧两个二极管远离超级电容的一端，栅极耦接三极管Q4的集电极；三极管Q4的基极作为信号输入端耦接控制电路，发射极接地。

进一步的，所述放电及电压检测电路包括开关放电电路和信号放大电路，所述开关放电电路用于在导通时对超级电容放电，所述信号放大电路用于检测超级电容的电压。

进一步的，所述开关放电电路包括三极管Q6，三极管Q6的集电极作为接线端用于耦接所述超级电容的非接地端，发射极耦接电源地，基于作为信号输入端耦接控制电路。

进一步的，所述信号放大电路包括比较器U4，其正向输入端耦接三极管Q6的集电极，反向输入端耦接输出端，输出端用于向控制电路输出放大后的电流信号。

进一步的，所述电流检测电路包括电流检测芯片U5，其信号输入端耦接所述供电电路的输出端和电源电路，输出端耦接控制电路，用于检测电源电路中的电流发送到控制电路。

进一步的，所述控制电路包括单片机及其周边电路。

进一步的，所述供电电路包括PMOS管Q1和三极管Q3，其中PMOS管Q1的源极耦接电源输入Vout，漏记作为输出端耦接电流检测电路，栅极耦接三极管Q3的集电极；三极管Q3的基极作为信号输入端耦接控制电路，发射极接地。

本发明还包括如上所述的测试电路的测试方法，包括如下步骤：

S1、初始化检测，将控制电路的所有控制端置于预设电位；

S2、控制放电及电压检测电路为超级电容放电；

S3、将隔断电路耦接于电源电路的相应接线位上；

S4、通过供电电路对被测电源电路及测试电路供电；

S5、检测超级电容电压，达到预设电压时调整供电电路的电压；

S6、通过电流检测电路检测电流进而获取电源电路功耗。

本发明的有益效果如下：

本发明的测试电路及方法，可在不破坏结构的方式下，使超级电容的检测与静态功耗的检测分离，从而可以较为准确的含有超级电容产品的静态功耗，具有测试精度更高，防止误报，且稳定性好的优点，能够提高生产效率，提升检测精度，且泛用性强。

附图说明

图1为本发明的检测电路实施例的电路组成及连接关系示意图。

图2为本发明实施例中含有超级电容的电源电路示意图。

图3为本发明实施例中隔断电路示意图。

图4为本发明实施例中放电及电压检测电路示意图。

图5为本发明实施例中电流检测电路示意图。

图6为本发明实施例中控制电路示意图。

图7为本发明实施例中供电电路示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

本发明第一种实施例提供了一种用于检测含有超级电容的电源电路功耗的测试电路。如图2所示的示出实例中，电源电路包括依次耦接的两个电压调节芯片U1和U2，以及耦接于电路中的两个超级电容C4、C6，超级电容的两侧分别耦接有两个二极管D1、D2，电路上标注的TP1-TP4为各接线点。

参考附图1，本实施例的测试电路包括：

隔断电路，其两个接线端分别用于耦接所述两个二极管远离超级电容的一端，信号输入端耦接控制电路，用于屏蔽所述超级电容；

放电及电压检测电路，其接线端用于耦接所述超级电容的非接地端，信号输入端和输出端耦接控制电路，用于对超级电容放电并采集电压信号；

电流检测电路，其接线端用于耦接电源电路，输出端耦接控制电路，用于检测电源电路中的电流；

控制电路，其用于发送控制电平信号，以及接收电流检测电路采集的电流信号并基于该电流信号计算电源电路功耗；

以及供电电路，用于为测试电路提供电源信号。

具体的，参考附图3，本实施例示出的隔断电路包括PMOS管Q2和三极管Q4，其中PMOS管Q2的源极和漏记分别作为两个接线端用于耦接超级电容两侧两个二极管远离超级电容的一端，栅极耦接三极管Q4的集电极；三极管Q4的基极作为信号输入端耦接控制电路，发射极接地。

参考附图4，本实施例示出的放电及电压检测电路包括开关放电电路和信号放大电路，开关放电电路用于在导通时对超级电容放电，信号放大电路用于检测超级电容的电压。

其中，开关放电电路包括三极管Q6，三极管Q6的集电极作为接线端用于耦接超级电容的非接地端，发射极耦接电源地，基于作为信号输入端耦接控制电路。

信号放大电路包括比较器U4，其正向输入端耦接三极管Q6的集电极，反向输入端耦接输出端，输出端用于向控制电路输出放大后的电流信号。

参考附图5，本实施例示出的电流检测电路包括电流检测芯片U5(INA219)，其信号输入端耦接供电电路的输出端和电源电路，输出端耦接控制电路，用于检测电源电路中的电流发送到控制电路。

参考附图6，本实施例示出的控制电路包括单片机及其周边电路。

参考附图7，本实施例示出的供电电路包括PMOS管Q1和三极管Q3，其中PMOS管Q1的源极耦接电源输入Vout，漏记作为输出端耦接电流检测电路，栅极耦接三极管Q3的集电极；三极管Q3的基极作为信号输入端耦接控制电路，发射极接地。

实施例2

本发明第二种实施例为实施例1中所述的测试电路的测试方法，包括如下步骤：

1)初始化检测，将控制电路的所有控制端置于预设电位；

2)控制放电及电压检测电路为超级电容放电；

3)将隔断电路耦接于电源电路的相应接线位上；

4)通过供电电路对被测电源电路及测试电路供电；

5)检测超级电容电压，达到预设电压时调整供电电路的电压；

6)通过电流检测电路检测电流进而获取电源电路功耗。

下面结合附图2-7进一步说明本发明的测试电路及方法的工作原理。

参见附图2，被测电源电路上的关键器件为二极管D1与D2，为防反二极管，是检测成立的前提。TP开头的测试点在测试时，与测试电路相应的TP测试点相连接。目的是测试静态功耗，但超级电容会对测试产生影响。通常超级电容对功耗的影响是mA级别(100mA左右)，而待测板的静态功耗是uA级别(10μA左右)时，数量级相差10000倍，如果不屏蔽进行检测的话，会带来极大的误差(现有高精度的检测模块无法检测较大电流，低精度的检测模块无法检测到μA)。

本实施例中，由于二极管存在压降，即反向不导通，正向导通电压在0.3-0.7V之间。那么，通过跳线，使TP1和TP3的电压一致(V1)，TP2的电压低于TP1电压0.2V左右，此时D1压差低于0.3V不导通，D2负极电压高于正极电压不导通，此时超级电容C4，C5相当于屏蔽状态，以此来排除超级电容对检测的干扰。

具体测试流程为：

第一步，初始化检测。在检测初始阶段，需要将所有控制端置位。设置根据图一，YI_CHK置为低电平，jump_CAP置为低电平，CAP_CTL置为高电平。

第二步，为超级电容放电。CAP_CTL置为低电平，直到电压低于VOut电压1-2V，CAP_CTL置为高电平。

第三步，连接TP1与TP3。将jump_CAP置为高电平，将TP1与TP3连接起来。

第四步，VI_CHK置为高电平，通过VOut对被测板供电。

第五步，将VOut输出电压调整为4V，将VI_CHK引脚置为高电平，等待5-7秒。

第六步，检测超级电容电压，电压应该在3.4-3.7V之间。

第七步，将VOut输出电压调整为3.6V。

第八步，检测电流进而计算功耗。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。