一种通过电容交流充放电测量电容值的电路及方法与流程

本发明涉及电路领域，具体来说，涉及一种通过电容交流充放电测量电容值的电路及方法。

背景技术：

电容作为电子电路中一种必不可少的元器件，广泛应用于电路中的耦合、调谐、旁路、隔直通交等场景。在日常的电路设计中，要使用电容则通常需要对电容值进行测量。目前较为常用的测量方法是通过自制一个正弦波发生器激励被测电容，然后测量电容两端的电压和电流的相位、幅值等等，还原电压和电流的波形，代入傅里叶变换后可计算出电容值。然而，此方法较为复杂，需要做一个波形发生器，一套高速高精度的电压和电流采集电路，高性能的cpu做傅里叶运算，其方案复杂，成本较高。

目前有很多电容测试的应用场合，而对于测量设备的体积，成本的要求也是越来越高。且现有的常规方法无论是电路的复杂程度还是软件的复杂程度都大很多。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种通过电容交流充放电测量电容值的电路，能够利用较为简单的电路测量出电容的容值，解决电容测量设备的体积较大，电路和软件较为复杂，成本较高的技术问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种通过电容交流充放电测量电容值的电路，其特征在于，包括恒压电源、单刀双掷开关sw、待测量电容cx、iv转换电路、rc滤波电路、adc采集模块和mcu，其中所述恒压电源连接至所述单刀双掷开关sw的一端；所述待测量电容cx的上极板连接至所述单刀双掷开关sw的另一端，下极板连接至二极管d1、d2，所述二极管d2的输出端接地，所述二极管d1的输出端连接至所述iv转换电路；所述iv转换电路的输出端连接至所述rc滤波电路，用于将电流信号转换为电压信号；所述rc滤波电路的输出端经由所述adc采集模块连接至所述mcu。

进一步地，所述恒压电源包括一个正10v恒压源和一个负10v恒压源。

进一步地，所述iv转换电路由参考电阻ref和运算放大器op组成，其中参考电阻ref的一端连接至所述运算放大器op的反向输入端，参考电阻ref的另一端连接至所述运算放大器op的输出端，所述运算放大器op的同向输入端接地。

进一步地，所述rc滤波电路由一个电阻r和一个电容c组成，其中所述电阻r的一端连接至所述运算放大器op的输出端，另一端连接至所述电容c的上极板和所述adc采集模块，所述电容c的下极板接地。

进一步地，所述电路还包括显示模块和通信模块，所述mcu连接至显示模块和通信模块。

利用上述电路，本发明还提供了一种通过电容交流充放电测量电容值的方法，包括以下步骤：

s1、所述恒压电源通过所述单刀双掷开关sw产生一个正负10v不停翻转的激励电压；

s2、将所述激励电压施加到待测量电容cx上，产生正负翻转的电流；

s3、所述电流经由所述iv转换电路、所述rc滤波电路，将电流信号转换为电压信号并进行低通滤波，得到直流电压信号uadc；

s4、根据所采集的直流电压信号uadc计算得到待测量电容cx的电容值。

进一步地，所述步骤s2之后还包括：所述正负翻转的电流通过待测量电容cx上极板的二极管d1、d2进行整流。

进一步地，所述步骤s3之后还包括：将所述直流电压信号uadc送入所述adc采集模块进行采集。

本发明的有益效果：本发明的通过电容交流充放电测量电容值的电路结构简单，实现容易，通过本发明的电路及方法，不需要复杂的波形发生器，通过两个正负高稳定度的恒压电源和一个单刀双掷开关实现激励电压，不需要快速高精度adc，adc采集只需要慢速的直流电压信号uadc就可以，而且不需要对电压电流波形进行傅里叶运算，较传统方案有了大幅度成本提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的通过电容交流充放电测量电容值的电路的原理图；

图2是根据本发明实施例所述的通过电容交流充放电测量电容值的方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体实施方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

图1示出了本发明实施例所述的一种通过电容交流充放电测量电容值的电路的原理图。根据本发明实施例所述的一种通过电容交流充放电测量电容值的电路，包括恒压电源、单刀双掷开关sw、待测量电容cx、iv转换电路、rc滤波电路、adc采集模块和mcu，其中所述恒压电源连接至所述单刀双掷开关sw的一端；所述待测量电容cx的上极板连接至所述单刀双掷开关sw的另一端，下极板连接至二极管d1、d2，所述二极管d2的输出端接地，所述二极管d1的输出端连接至所述iv转换电路；所述iv转换电路的输出端连接至所述rc滤波电路，用于将电流信号转换为电压信号；所述rc滤波电路的输出端经由所述adc采集模块连接至所述mcu。

优选地，所述恒压电源包括一个正10v恒压源和一个负10v恒压源。正负10v恒压源通过所述单刀双掷开关sw产生一个正负10v不停翻转的激励电压，激励电压经由电路施加到待测量电容cx上，产生正负翻转的电流，使得待测量电容cx进行电容交流充放电。

在本实施例中，采用两个正负高稳定度的恒压源作为激励，在被测电容容值较大的时候，激励电源的输出电流就会比较大，这时候对于驱动电源以及切换的开关都需要比较高的要求，但是在如被测电容的容值小于1uf则这些要求都会降低许多。单刀双掷开关sw为一个高速开关，能够使得正负10v恒压源通过高速开关产生一个正负10v不停翻转的激励电压。

优选地，所述iv转换电路由参考电阻ref和运算放大器op组成，其中参考电阻ref的一端连接至所述运算放大器op的反向输入端，参考电阻ref的另一端连接至所述运算放大器op的输出端，所述运算放大器op的同向输入端接地。

激励电压施加到待测量电容cx上，产生正负翻转的电流，该电流通过待测量电容cx上极板的二极管d1、d2进行整流。整流后的电流信号经由所述iv转换电路转换为电压信号。为了得到更精确的信号，滤除正负翻转所带来的信号干扰，需要对iv转换电路所输出的电压信号进行滤波。

优选地，所述rc滤波电路由一个电阻r和一个电容c组成，其中所述电阻r的一端连接至所述运算放大器op的输出端，另一端连接至所述电容c的上极板和所述adc采集模块，所述电容c的下极板接地。

rc滤波电路结构简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件易得，是工程测试领域中常用到的。iv转换电路所输出的电压信号通过rc滤波电路进行低通滤波，在信号频率很小的时候，电压信号不受衰减地通过；在信号频率很大的时候，电压信号会被阻挡而无法通过。rc滤波电路最后将一个直流电压送入adc采集模块。

优选地，所述电路还包括显示模块和通信模块，所述mcu连接至显示模块和通信模块。显示模块和通信模块属于人机交互界面，可以实现相应的人机通讯设置以及将采集的信号进行显示等。

利用上述电路，本发明的实施例还提供了一种通过电容交流充放电测量电容值的方法。具体如图2所示，根据本发明实施例所述的通过电容交流充放电测量电容值的方法包括以下步骤：

s1、所述恒压电源通过所述单刀双掷开关sw产生一个正负10v不停翻转的激励电压；

s2、将所述激励电压施加到待测量电容cx上，产生正负翻转的电流；

s3、所述电流经由所述iv转换电路、所述rc滤波电路，将电流信号转换为电压信号并进行低通滤波，得到直流电压信号uadc；

s4、根据所采集的直流电压信号uadc计算得到待测量电容cx的电容值。

优选地，所述步骤s2之后还包括：所述正负翻转的电流通过待测量电容cx上极板的二极管d1、d2进行整流。

优选地，所述步骤s3之后还包括：将所述直流电压信号uadc送入所述adc采集模块进行采集。

电流信号i通过后级的iv转换电路再滤波后得到直流电压信号uadc，uadc＝i×ref，其中i为流过电容的电流，ref为参考电阻ref的阻值。

通过采集uadc可计算出待测量电容cx的值：

cx＝it/u＝i/fu

其中cx为待测量电容容值，i为流过电容的电流，f为电压翻转的频率，本实施例采用的是10khz，u为正负翻转的电压差20v。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过本发明的电路及方法，能够通过电容交流充放电测量电容值，电路结构简单，实现容易，不需要复杂的波形发生器，通过两个正负高稳定度的恒压电源和一个单刀双掷开关实现激励电压，不需要快速高精度adc，adc采集只需要慢速的直流电压信号uadc就可以，而且不需要对电压电流波形进行傅里叶运算，较传统方案有了大幅度成本提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。