一种基于电容的微电流采集电路及方法

技术领域

本发明涉及锂电池组保护板测试技术领域，特别指一种基于电容的微电流采集电路及方法。

背景技术

锂电池组在生产完成后，需要利用测试设备对其保护板进行测试，随着科技的进步，保护板的测试设备也朝便捷化、小型化发展，由于需要对大批量的保护板进行测试，免不了对测试设备进行频繁的充电。

为了延长测试设备的使用时长，存在增加测试设备电池容量和降低功耗两种方法，增加电池容量无疑与便捷化、小型化的发展方向相背，因此一般采用降低功耗的方法。

降低功耗即降低工作电流、静态电流、休眠电流以及掉电电流，为了更好的降低功耗，首先需要精确的对电流进行采集。针对电流的采集，传统上采用如下方法：采集电流流经采样电容Cs时，在单位时间T内的电容电压变化量，进而计算出对应电流，计算公式如下：

由上式可知，最终计算的电流I

因此，如何提供一种基于电容的微电流采集电路及方法，实现提升微电流采集的精度，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于电容的微电流采集电路及方法，实现提升微电流采集的精度。

第一方面，本发明提供了一种基于电容的微电流采集电路，包括一微控制单元U1、一模数转换芯片U2、一电流采集模块、一开关切换模块以及一恒流源V；

所述模数转换芯片U2的一端与微控制单元U1连接，另一端与电流采集模块连接；所述开关切换模块的一端与电流采集模块连接，另一端与恒流源V连接；所述微控制单元U1分别与电流采集模块以及开关切换模块连接。

进一步地，所述电流采集模块包括一运放U3、一开关K3以及一采样电容Cs；

所述运放U3的引脚1与开关K3、采样电容Cs以及模数转换芯片U2连接，引脚2与开关K3、采样电容Cs以及开关K2连接，引脚3接地；所述开关K3的控制端与微控制单元U1连接。

进一步地，所述开关切换模块包括一单刀双掷开关K1以及一开关K2；

所述单刀双掷开关K1的引脚1与恒流源V连接，引脚2与开关K2的一端连接；所述开关K2的另一端与电流采集模块连接；所述单刀双掷开关K1以及开关K2的控制端均与微控制单元U1连接。

第二方面，本发明提供了一种基于电容的微电流采集方法，包括如下步骤：

步骤S10、微控制单元U1控制采样电容Cs将存储的电量放空；

步骤S20、微控制单元U1控制恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电；

步骤S30、微控制单元U1通过模数转换芯片U2采集T1时刻电流采集模块输出的电压Vo1，基于所述T1、Vo1以及I_cc计算采样电容Cs的实际电容容量Cs1；

步骤S40、微控制单元U1控制采样电容Cs将存储的电量放空；

步骤S50、微控制单元U1控制单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电；

步骤S60、微控制单元U1通过模数转换芯片U2采集T1时刻电流采集模块输出的电压Vo2，基于所述T1、Vo2以及Cs1计算电流I_in的电流值。

进一步地，所述步骤S10具体为：

微控制单元U1闭合开关K3，断开开关K2，进而控制采样电容Cs将存储的电量放空。

进一步地，所述步骤S20具体为：

微控制单元U1断开开关K3、闭合开关K2，并让单刀双掷开关K1的引脚1、3导通，进而控制恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电。

进一步地，所述步骤S30中，所述实际电容容量Cs1的计算公式为：

Cs1＝-I_cc*T1/Vo1。

进一步地，所述步骤S40具体为：

微控制单元U1闭合开关K3，断开开关K2，进而控制采样电容Cs将存储的电量放空。

进一步地，所述步骤S50具体为：

微控制单元U1断开开关K3、闭合开关K2，并让单刀双掷开关K1的引脚2、3导通，进而控制单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电。

进一步地，所述步骤S60中，所述电流I_in的电流值的计算公式为：

I_in＝-Cs1*Vo2/T1。

本发明的优点在于：

通过设置单刀双掷开关K1、开关K2、开关K3以及恒流源V，微控制单元U1先放空采样电容Cs存储的电量，再通过单刀双掷开关K1、开关K2以及开关K3控制恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电，以计算采样电容Cs的实际电容容量Cs1；再放空采样电容Cs存储的电量，通过单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电，基于实际电容容量Cs1计算电流I_in的电流值，而非利用初始标定的Cs进行计算，克服了因环境因素导致采样电容Cs的电容容量产生变化的问题，最终极大的提升了微电流采集的精度。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种基于电容的微电流采集电路的电路图。

图2是本发明一种基于电容的微电流采集方法的流程图。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：通过恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电，以计算采样电容Cs的实际电容容量Cs1；再通过单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电，基于实际电容容量Cs1计算电流I_in的电流值，以提升微电流采集的精度。

请参照图1至图2所示，本发明一种基于电容的微电流采集电路的较佳实施例，包括一微控制单元(MCU)U1、一模数转换芯片(A/D芯片)U2、一电流采集模块、一开关切换模块以及一恒流源V；

所述微控制单元U1用于控制单刀双掷开关K1、开关K2以及开关K3的通断，接收所述模数转换芯片U2输出的电压信号，并计算所述采样电容Cs的实际电容容量Cs1以及电流I_in的电流值，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的微控制单元即可，并不限于何种型号，例如ST公司的STM32F103系列的MCU，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；所述模数转换芯片U2用于对电流采集模块输出的电压信号进行模数转换，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的模数转换芯片即可，并不限于何种型号，例如AD9280，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；所述电流采集模块用于对输入的电流进行放大和采集；所述开关切换模块用于切换输入的是I_cc还是I_in，并通断电流输入通道；所述恒流源V用于输出高精度且固定的电流I_cc。

所述模数转换芯片U2的一端与微控制单元U1连接，另一端与电流采集模块连接；所述开关切换模块的一端与电流采集模块连接，另一端与恒流源V连接；所述微控制单元U1分别与电流采集模块以及开关切换模块连接。

所述电流采集模块包括一运放U3、一开关K3以及一采样电容Cs；所述运放U3用于对输入的电流进行放大，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的运放即可，并不限于何种型号，例如TL082，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；

所述运放U3的引脚1与开关K3、采样电容Cs以及模数转换芯片U2连接，引脚2与开关K3、采样电容Cs以及开关K2连接，引脚3接地；所述开关K3的控制端与微控制单元U1连接。

所述开关切换模块包括一单刀双掷开关K1以及一开关K2；所述单刀双掷开关K1由微控制单元U1进行控制，可按需导通引脚1、3或者2、3，待测电流从引脚2进行输入；

所述单刀双掷开关K1的引脚1与恒流源V连接，引脚2与开关K2的一端连接；所述开关K2的另一端与电流采集模块连接；所述单刀双掷开关K1以及开关K2的控制端均与微控制单元U1连接。

本发明一种基于电容的微电流采集方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤S10、微控制单元U1控制采样电容Cs将存储的电量放空；

步骤S20、微控制单元U1控制恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电；所述电流I_cc的电流值为已知的；

步骤S30、微控制单元U1通过模数转换芯片U2采集T1时刻电流采集模块输出的电压Vo1，基于所述T1、Vo1以及I_cc计算采样电容Cs的实际电容容量Cs1；即通过高精度的恒流源V对采样电容Cs的电容容量进行重新标定，以提升电流采集精度；

步骤S40、微控制单元U1控制采样电容Cs将存储的电量放空；通过在计算实际电容容量Cs1以及电流采集前放空采样电容Cs存储的电量，保障了电流采集精度；

步骤S50、微控制单元U1控制单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电；所述电流I_in的电流值为未知的，为待测的电流值；

步骤S60、微控制单元U1通过模数转换芯片U2采集T1时刻电流采集模块输出的电压Vo2，基于所述T1、Vo2以及Cs1计算电流I_in的电流值。所述T1时刻的时长可按需设置，若所述采样电容Cs的充电时长还未达到T1时刻，需要持续对其进行充电直至所述T1时刻。

所述步骤S10具体为：

微控制单元U1闭合开关K3，断开开关K2，进而控制采样电容Cs将存储的电量放空。

所述步骤S20具体为：

微控制单元U1断开开关K3、闭合开关K2，并让单刀双掷开关K1的引脚1、3导通，进而控制恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电。

进一步地，所述步骤S30中，所述实际电容容量Cs1的计算公式为：

Cs1＝-I_cc*T1/Vo1。

所述步骤S40具体为：

微控制单元U1闭合开关K3，断开开关K2，进而控制采样电容Cs将存储的电量放空。

所述步骤S50具体为：

微控制单元U1断开开关K3、闭合开关K2，并让单刀双掷开关K1的引脚2、3导通，进而控制单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电。

所述步骤S60中，所述电流I_in的电流值的计算公式为：

I_in＝-Cs1*Vo2/T1。

综上所述，本发明的优点在于：

通过设置单刀双掷开关K1、开关K2、开关K3以及恒流源V，微控制单元U1先放空采样电容Cs存储的电量，再通过单刀双掷开关K1、开关K2以及开关K3控制恒流源V输入电流I_cc对采样电容Cs进行充电，以计算采样电容Cs的实际电容容量Cs1；再放空采样电容Cs存储的电量，通过单刀双掷开关K1的引脚2输入电流I_in对采样电容Cs进行充电，基于实际电容容量Cs1计算电流I_in的电流值，而非利用初始标定的Cs进行计算，克服了因环境因素导致采样电容Cs的电容容量产生变化的问题，最终极大的提升了微电流采集的精度。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。