检测仪器蓄电池测试装置的研制与应用

以及两者的相位差，从而计算出电池内阻。首先产生一个1kHz的恒定交流激励信号，交流法通过对电池注入一个交流信号Is，测量出电池两端的电压响应信号Vo，以及两者的相位差θ，Z=Vo/Is,R=Zcosθ，即可计算出电池的阻抗，进而反映出蓄电池的性能。

由于正常情况下的电池内阻是MΩ级的，电路采样到的电压和电流信号的相位差也很小，对交流恒流源的要求非常高，纹波稍大或者信号输入回路有干扰，就会造成电池内阻的测量误差。因此，设计稳定标准的正弦交流恒流源尤为重要，同时要对输入信号进行滤波和信号处理，并使用专用鉴相芯片对电压和电流的相位差进行计算，才能达到设计的技术指标和预期的使用效果。

AD9833是ADI公司生产的一款低功耗、可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波和方波输出。波形发生器广泛应用于各种测量、激励和时域响应领域。 AD9833无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节。频率寄存器是28位的，主频时钟为25 MHz时，精度为0.1 Hz;主频时钟为1 MHz时，精度可以达到0.004 Hz。

可以通过3个串行接口将数据写入AD9833，这3个串口的最高工作频率可以达到40MHz，易于与DSP和各种主流微控制器兼容。AD9833的工作电压范围为2.3 V~5.5 V。AD9833还具有休眠功能，可使没被使用的部分休眠，减少该部分的电流损耗。例如，若利用AD9833输出作为时钟源，就可以让DAC休眠，以减小功耗。该电路采用10引脚MSOP型表面贴片封装，体积很小。如图3所示，设计中采用AD9833产生1kHz的标准正弦波信号源，芯片通过AD9833-FSYNC、AD9833-SCLK和AD9833-SDATA与控制器相连，芯片的第5脚输入时钟源，第10脚输出有直流偏量的交流正弦波信号^[3]。

2.4 交流恒流源：

测量所需的交流恒流源至少要输出50mA的电流，才能对MΩ级的电池内阻进行测量。而普通运放的输出电流都不超过10mA，因此设计选用了BB公司(编者注：已被TI公司收购)的OPA541大功率运放，该运放可以在±10～±40V电压下工作，可连续输出高达5A的电流，具有编程限流的功能，内部电流限定电路能使用户仅用一个外接电阻来限定电流，保护运放和免受损坏。如图4所示，电阻R5组成了限流电路，电阻R8为电流取样电阻，取样电阻两端的电压输入运放的负端，形成负反馈电路，保持输出电流的恒定，如图4所示。

AD8302是ADI公司用于RF/IF幅度和相位测量的单片集成电路，主要由精密匹配的两个带宽对数检波器、一个相位检波器、输出放大器组、一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等部分组成，能同时测量从低频到2.7GHz频率范围内的两输入信号之间的幅度比和相位差，可应用于RF/IF功率放大器线性比的测量、RF功率的精确控制、驻波比测量及远程系统的监视和诊断等。当芯片输出引脚VMAG和VPHS直接跟芯片反馈设置输入引脚MSET和PSET相连时，芯片的测量模式将工作在默认的斜率和中心点上(精确幅度测量比例系数为30mV/dB，精确相位测量比例系数为10mV/度，中心点为900mV)。另外测量模式下，工作斜率和中心点可以通过引脚MSET和PSET的分压加以修改。在中心点900mV处其增益是0dB，-30dB-+30dB的增益范围对应于0-1.8V的输出电压范围;在中心点900mV处其相位为90度，0-180度的相位范围对应于1.8-0V的输出电压范围。如图5所示，输入的电压BV和电流BI信号，经过AD8302所构成的幅相检测电路之后，输出的BBV就反映了BV与BI的增益比，输出的BBI则反映了BV与BI的相位差。使用专用的幅相检测芯片，可以避免分立电路产生的器件不一致以及失调等问题。其输出信号只需用普通A/D进行采样，即可按公式计算出电池内阻^[4]。

2.5 电池电量与电压的对应关系：

测量电池的负载电压，再根据如图6曲线，可以计算出电池的剩余容量。

3 装置实物图

根据上述设计思路，研制出检测仪器电池电量测试仪。实物如图7所示。

整机内部包含辅助开关电源、主线路板、按键板、测试端子、液晶屏等,如图9、图10所示。

4 检测仪器蓄电池测试装置图的应用

检测仪器蓄电池测试装置，对兆欧表电量的测试如图11所示。

首先，兆欧表与检测仪器电池电量检测装置相连，四根连线，其中两根是测试线，两根信号线。开机，设置相关参数，进入测试，按确定键，装置自动将电池的几个参数顺序测试完成后，给出电池的运行状况^[5]。

检测仪器电池检测仪界面显示：图12所示。

5 推广应用

鉴于本文研制的检测仪器—电池电量的测试装置，在国网嘉兴供电公司、恒兴电力建设有限公司、嘉兴市恒欣电建有限公司实际生产应用过程中，使用方便、安全可靠、效果显著，本项目获2014年全国优秀质量管理小组，目前已