WALF504制作的HH放电器基本原理和调试分析

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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。

   
    图1是HH放电器的RC充电电路，时间常数为R3C3=2200ms。Vcc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R3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。



    图2 是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（1—e（-t /RC））

    公式中，e是自然常数，-t /RC是指数。RC=R3*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。




    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。

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    在HH测试软件中，可以调节的参数有：Vcc，RC，COT，COD，Vp，Tp，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。


    图4，Vcc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。




    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。



    图6，Vp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。




    图7，Tp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。




    图8，COD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。



        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Vcc，RC，Vp，Tp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。

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2# popkid

        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。




    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。



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




    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。




    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。



    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。


    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Vcc为6V时，最大共模输入电压小于Vcc约1.5V~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。

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3# popkid

    HH测试试软件的使用已经有很多文章介绍了，这里不再多讲。
    运行HHHH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。



    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900mV、950mV、1000mV、1050mV、1100mV，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。这个调试实例的结果是：镍电池测试端在0.1V~4.5V的范围内，VC9806+万用表直流20V档的电压读数和显示器的HH测试软件电压读数，相差在1mV以内。












    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。C3容量变化，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。为了减小温度变化对RC电路的影响，可以考虑在电阻R3的支路中串联一个温度补偿电阻，使RC时间常数基本不随温度变化。

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walf504

好专业~~~~~~

zkguest

不简单

圣龙

技术文章，占个位慢慢看

国望堂

明白了，收藏！

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jhnewboy

好文章，记号，慢慢研究

hulaoxia

学习了，，，，

xidinke

看不懂，我是来顶贴的

prince_15

还没看完，标个书签

whli

很好的资料，谢谢楼主提供。收藏来学习。

cylaoshu

电压测量的原理是根据RC电路的充电电压和时间的关系

放电测量我以为是电流积分。如此也就仅供参考。

实在不明白

确实厉害，我们都是门外的，这里出来个门里的

myxzone

字够多的
看的头都晕了