转帖popkid网友的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。
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2009-12-23 16:24
   
   图1是hh放电器的rc充电电路，时间常数为rc3=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 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=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：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。
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2009-12-23 16:30
   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。
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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。
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2009-12-23 17:23
   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。
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2009-12-23 16:30
   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。
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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。
       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，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。
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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。

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   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。
       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。
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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。
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