专利名称：电源特性测试仪的制作方法
技术领域：
本发明提供一种测试仪，特别是一种电路的电源特性测试仪。
背景技术：
在信息发达的现代社会，诸如移动电话(mobile phone)、个人数字助理(PDA，Personal Data Assistant)、随身听(walkman)、便携式音像播放系统，如数字多功能光盘播放器(Digital Versatile Disc Player)、掌上型计算机(hand-held computer)、笔记型计算机(notebook computer)等等便携式电器，其方便携带的特性，让使用者随时随地就能交流信息、沟通人际、存取数据、累积知识，进一步提升使用者的生活品质与工作效率。随着这些便携式电器的体积、重量进一步的缩小，同一使用者随身携带两种以上功能不同的便携式电器，已经是常见的事。为了要方便使用者随身携带，一般便携式电器都会使用二次电池(rechargeable battery)来作为其工作时所需的电源，因为当电池的电力用尽时，只要对电池充电，便能继续延续便携式电器的有效工作，较经济也较符合环保的概念。
一般来说，常用的二次电池有镍电池和锂电池两种。镍电池分为镍镉电池和镍氢电池。镍镉电池电路简单，充电速度较快，能承载较大电流，其优点是结实、通话时间长，但缺点是记忆效应大，如果在充电之前不放电的话，电池会将前次没用完的电储存起来，使电不能充到饱和，此外，镍镉电池含有对环境有害的元素镉。由于镍镉电池重量大、污染性强，加之具有记忆效应，此类电池正逐步退出主流市场。镍氢电池不含镉金属，分解后对环境的污染很小，是一种安全可靠、有利于环保的电池。镍氢电池的贮能密度比镍镉电池高，储电量较大，不过这种电池也和镍镉电池一样，具有记忆效应，只是较不明显。
锂电池可分为三种，即锂聚合物电池、锂离子电池以及锂金属电池，而其中锂金属电池是最好的，它具有镍电池和另外两种锂电池没有的优点。锂金属电池的结构具有极好的安全性，几乎不受任何一种物理或电气的不良条件影响，包括内外部短路、过充放电、过热、挤压等，而且锂金属电池无记忆效应，自放电(selfdischarge)率为每月1％-2％，加上其放电曲线平坦，在连续供电时能提供更大的电流。锂离子电池也是一种高能量密度的电池，它没有记忆功能，储电量大，但是必须使用专用的充电器，否则锂离子电池就有可能无法充入电量或减少寿命周期。锂聚合物电池基本性能与锂离子电池相近，但值得注意的是在三种锂电池中，锂聚合物电池的自放电率是最高的，高达每月20％，所以如果想以锂聚合物电池来冒充锂金属电池或锂离子电池的话，只需测试它的参数就能识别真伪。
由上述可知，二次电池因为种类的不同，其电源的特性也有很大的差异，所以不同类型的二次电池必须使用其专属的充电器来充电，才不会对因为错误的充电方式而造成电池的损坏，例如镍电池在充电前必须先放电，而锂电池则可以直接充电，当然充电器的内部也要设置保护电路来防止充电器对电池过度放电或过度充电。然而电池在充电时，电压会不断地上升，所以要验证充电器的保护电路是否起作用，并不是一件容易的事，尤其在充电器接近量产时，就需要能对充电器作测试而又不会破坏充电器本身的测试仪器。此外，为防止电池过度放电，一般便携式电器以及二次电池的内部都会设置保护电路，这时也需要有测试仪器来验证其中的保护电路是否起作用。

发明内容
因此本发明的主要目的是提供一种电路的电源特性测试仪，以解决上述问题。
本发明的权利要求提供一种电路的电源特性测试仪，其包含电压测试电路及电流测试电路。该电压测试电路包含第运算放大器，其正输入端连接至电压源，第一组继电器，其第一端连接于该第运算放大器的负输入端，该第一组继电器的第二端连接于该第运算放大器的输出端，该第一组继电器的第三端经第一电阻接地，第二组继电器，其第一端连接于该第一组继电器的第三端，该第二组继电器的第二端接地，第三组继电器，其第一端连接于该第运算放大器的输出端，该第三组继电器的第二端连接于该电压测试电路的第一输出端，该第三组继电器的第三端连接于该第二组继电器的第三输出端，该第三组继电器的第四端连接于该电压测试电路的第二输出端。该电流测试电路包含第二运算放大器，其是以四个电阻连接成差动放大器，而连接于该第二运算放大器的负输入端与该第二运算放大器的输出端之间的电阻、及连接于该第二运算放大器的负输入端与该差动放大器的第一输入端之间的电阻的比值相等且等于连接于接地端与该第二运算放大器的正输入端之间的电阻、及连接于该第二运算放大器的正输入端与该差动放大器的第二输入端之间的电阻的比值，第二电阻，连接于该差动放大器的第一输入端与第二输入端之间。


图1为本发明电路的电源特性测试仪的方块示意图。
图2为电压测试电路的电路图。
图3为电压测试电路作为仿真电池的电路图。
图4为电压测试电路作为充电器的电路图。
图5为电流测试电路的电路图。
附图符号说明10 电源特性测试仪 12 电压测试电路14 电流测试电路 16 电源管理器18 保险丝 20 继电器22 散热器 24 转接头30 第运算放大器 32、48、50可变电阻34 第三电阻 36 第一电阻38 第一组继电器 40 第二组继电器42 第三组继电器 46 第二运算放大器52 第四组继电器 54 第二电阻具体实施方式
请参考图1，图1为本发明电路的电源特性测试仪10的方块示意图。电源特性测试仪10包含电压测试电路12、电流测试电路14、电源管理器(powermanagement)16、保险丝(fuse)18、多个继电器(relay)20、散热器(radiator)22以及转接头(adapter)24。电压测试电路12与电流测试电路14分别为独立的电路系统，也就是说电源特性测试仪10中的电压测试电路12或电流测试电路14皆可单独使用，或者是两者同时使用。电压测试电路12与电流测试电路14中皆包含运算放大器(operation amplifier)，在本实施例中，电压测试电路12中所使用的运算放大器是OP TDA2030，而电流测试电路14所使用的运算放大器则是OP MC1741C。电源管理器16用来提供电压测试电路12与电流测试电路14所需的电压值，并且连接保险丝18在电源管理器16上，用来保护电压测试电路12与电流测试电路14。多个继电器20分别连接于电压测试电路12与电流测试电路14的输出端，继电器20的开启及关闭依据使用者所选择的功能而定，用来切换电压测试电路12与电流测试电路14的输出。转接头24连接到电流测试电路14，由于测量电流时需将电线断路，所以连接转接头24到电流测试电路14之上，以方便测量充电器的输出电流。
请参考图2，图2为电压测试电路12的电路图。电压测试电路12主要是使用一颗OP TDA2030运算放大器30所组成，由电源管理器16提供正负12V的电压，加上第一组继电器38、第二组继器40及第三组继电器42，用来切换电压测试电路12的输出功能，此外，还在运算放大器30的各个端点连接上适当大小的电容来稳定电压。运算放大器30的正输入端经可变电阻32连接至电压源，使用者可直接调整电压源的大小或者通过调整可变电阻32的大小来控制输入电压。运算放大器30的负输入端经第三电阻34连接至第一组继电器38的第一端，第一组继电器38的第二端连接至运算放大器30的输出端，而第一组继电器38的第三端则经第一电阻36接地。第二组继电器40的第一端连接至第一组继电器38的第三端，第二组继电器40的第二端接地，而第二组继电器40的第三端则连接至第三组继电器42的第三端。第三组继电器42的第一端连接至运算放大器30的输出端，而第三组继电器42的第二端及第四端则分别为电压测试电路12的第一输出端及第二输出端。由于运算放大器30的正输入端与负输入端皆没有电流流入，而且正输入端与负输入端为虚短路(virtual short)，也就是正输入端与负输入端的电压可视为相等，利用这样的电路结构使得电压测试电路12可以作为仿真电池(dummybattery)、充电器(charger)或放电器(discharger)，使用者可以控制第一、二、三组继电器38、40、42来切换上述的功能。
请参考图3，图3为电压测试电路12作为仿真电池的电路图。当使用者选择电压测试电路12的仿真电池功能时，图2中的电压测试电路12的第一组继电器38的第1、2端会导通，第3端关闭，第二组继电器40的第2、3端会导通，第1端关闭，第三组继电器42的1、2端导通，第3、4端导通，电压测试电路12便会形成如图3所示的电路图，此时电压测试电路12中第三组继电器42的第2端就是模拟电池的正极，而第三组继电器42的第4端就是模拟电池的负极，仿真电池的电压可直接调整电压源或者是通过调整可变电阻32的大小来控制仿真电池的电压值。由于仿真电池的电压可以调整，故通过控制仿真电池的电压值，将仿真电池视为可变的仿真负载(dummyload)，可用来测试充电器内部的保护电路是否起作用，而不会破坏充电器。
此外，模拟电池所提供的是一个稳定的电压，可视为理想电池，故对模拟电池充电时，电池的电压并不会因为充电而上升，而是藉由运算放大器30将能量调整，所以运算放大器30上必须装设散热片及散热器22来帮助散热，以免运算放大器30被烧毁。通过调整仿真电池的电压来验证便携式电器的硬件或软件的转态电压及充电电流大小变化，而模拟电池所提供的稳定电压可用来测试便携式电器充电的时间及电流值。
请参考图4，图4为电压测试电路12作为充电器的电路图。当使用者选择电压测试电路12的充电器功能时，图2中的电压测试电路12的第一组继电器38的第1、2端关闭但第1、3端会导通，第二组继电器40的第1、2端关闭但第1、3会导通，第三组继电器42的第1、2端导通，第3、4端导通，电压测试电路12便会形成如图4所示的电路图，此时电压测试电路12中第三组继电器42的第2端就是充电器的正极，连接于电池的正极，而第三组继电器42的第4端就是充电器的负极，连接于电池的负极。当电压测试电路12作为充电器时，充电器的负极会经第一电阻36接地，用来配合运算放大器30的输出电压而提供一个固定电流，在本实施例中，采用的第一电阻36其值为2瓦1欧姆，因为运算放大器30的负反馈电路使得其输入电压等于输出电压，通过直接调整电压源的大小或者调整可变电阻32的大小来控制输入电压，再配合第一电阻36，可以得到一个固定的电流对电池充电，如此便能验证电池本身的保护电路是否启动。当使用者选择电压测试电路12的放电器功能时，图2中的电压测试电路12的第一组继电器38及第二组继电器40维持不变，而第三组继电器42切换成第1、4端导通，第2、3端导通，也就是当电压测试电路12作为放电器时，只是利用第三组继电器42将输出端的正负极交换，利用继电器来作切换，使用者只要将电池依指示摆放，再选择使用电压测试电路12的充电器或放电器功能，而不用考虑充电时及放电时电池摆放的极性。利用放电器对电池放电，可得知电池的电容量。
请参考图5，图5为电流测试电路14的电路图。电流测试电路14主要是使用一颗OP MC1741C运算放大器46所组成，由电源管理器16提供正负9V的电压，并连接适当大小的电容以维持电压稳定，运算放大器46使用R1电阻、R2电阻、R3电阻以及R4电阻等四颗电阻构成一个差动放大器(differential amplifier)的形式，差动放大器具有第一输入端V2、第二输入端V1以及输出端V，若R2/R1＝R4/R3，则V＝R2/R1(V2-V1)，为了使电阻的匹配，R2电阻及R4电阻分别再串联上可变电阻48、50以维持电阻的比例。在本实施例中，R1、R3为1k欧姆，R3、R4为10k欧姆，R2/R1的比值为10，所以选择2瓦0.1欧姆的第二电阻54连接于V1、V2之间，使得输出电压的数值会等于流过第二电阻54的电流的数值，故将电压值读成电流值即测得待测电器的电流值。由于测量电流时需将电线断路，所以连接转接头24于电流测试电路14之上，并利用第四组继电器52来作切换，以方便测量各种充电器的输出电流与输出电压，验证充电器IV变化的曲线。
由上述可知，本发明电路的电源特性测试仪10使用二个运算放大器30、46组成电压测试电路12及电流测试电路14，利用这个电源特性测试仪10的单一制具可以做多项的测试，包含有充电、放电、模拟电池及电流测试等，提供了方便，省时的测试条件。电源特性测试仪10可作为任何需要使用直流(DC)电源产品的电池，可验证软件保护撰写的正确性，可测知硬件本身的充电特性，可自行设定电流，快速地对电池充电，也可对电池放电，测知电池的电容量，通过对电池充电及放电，验证电池的保护电路是否起作用，同时，能确保产品在设计完成初期和后段，在不伤害及拆卸下，完成所有的特性测试。
相比于已知技术，本发明提供了一个方便而有效率的电源特性测试仪，可以作为模拟电池、充电器、放电器及电流测试器，可以快速地测试出电器产品的电流、电压曲线，验证二次电池的保护电路及电容量，亦可测试电器产品对电池的保护电路是否起作用，并且在测试时不会对电器产品及二次电池造成破坏，降低成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡根据本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，都应属本发明专利的覆盖范围。
权利要求
1.一种电路的电源特性测试仪，其包含电压测试电路，其包含第运算放大器(operation amplifier)，其正输入端连接至电压源；第一组继电器(relay)，其第一端连接于该第运算放大器的负输入端，该第一组继电器的第二端连接于该第运算放大器的输出端，该第一组继电器的第三端经第一电阻接地；第二组继电器，其第一端连接于该第一组继电器的第三端，该第二组继电器的第二端接地，该第二组继电器具有第三端；第三组继电器，其第一端连接于该第运算放大器的输出端，该第三组继电器的第二端连接于该电压测试电路的第一输出端，该第三组继电器的第三端连接于该第二组继电器的第三输出端，该第三组继电器的第四端连接于该电压测试电路的第二输出端；电流测试电路，其包含第二运算放大器，其是以四个电阻连接成差动放大器(differentialamplifier)，而连接于该第二运算放大器的负输入端与该第二运算放大器的输出端之间的电阻及连接于该第二运算放大器的负输入端与该差动放大器的第一输入端之间的电阻的比值相等且等于连接于接地端与该第二运算放大器的正输入端之间的电阻及连接于该第二运算放大器的正输入端与该差动放大器的第二输入端之间的电阻的比值；第二电阻，连接于该差动放大器的第一输入端与第二输入端之间；其中该第一组继电器可被切换来导通其第一端及第二端、或导通该第一组继电器的第一端及第三端，该第二组继电器可被切换来导通其第一端及第三端、或导通该第二组继电器的第二端及第三端，该第三组继电器可被切换来导通其第一端及第二端、并导通该第三组继电器的第三端及第四端、或被切换来导通该第三组继电器的第一端及第四端、并导通该第三组继电器的第二端及第三端。
2.如权利要求1的测试仪，其中该第运算放大器的正输入端经可变电阻连接于该电压源。
3.如权利要求1的测试仪，其中该第运算放大器的负输入端经第三电阻连接于该第一组继电器的第一端。
4.如权利要求1的测试仪，其中该第二电阻的电阻值为连接于该第二运算放大器的负输入端与该第二运算放大器的输出端之间的电阻及连接于该第二运算放大器的负输入端与该差动放大器的第一输入端之间的电阻的比值的倒数。
5.如权利要求1的测试仪，其中该电压源为电源管理器(powermanagement)，用来提供电压测试电路与电流测试电路所需的电压值。
6.如权利要求1的测试仪，其另包含至少散热片(heat sink)安装于该第运算放大器及该第二运算放大器的上。
7.如权利要求6的测试仪，其另包含散热器(radiator)，用来帮助该散热片散热。
8.如权利要求1的测试仪，其另包含保险丝(fuse)，连接于该电压源，用来保护该测试仪。
9.如权利要求1的测试仪，其中当该第一组继电器的第一端及第二端被导通，该第二组继电器的第二端及第三端被导通，该第三组继电器的第一端及第二端被导通，且该第三组继电器的第三端及第四端被导通时，该电压测试电路可用作模拟电池(dummy battery)。
10.如权利要求1的测试仪，其中当该第一组继电器的第一端及第三端被导通，该第二组继电器的第一端及第三端被导通，该第三组继电器的第一端及第二端被导通，且该第三组继电器的第三端及第四端被导通时，该电压测试电路可用作充电器(charger)。
11.如权利要求1的测试仪，其中当该第一组继电器的第一端及第三端被导通，该第二组继电器的第一端及第三端被导通，该第三组继电器的第一端及第四端被导通，且该第三组继电器的第二端及第三端被导通时，该电压测试电路可用作放电器(discharger)。
全文摘要
一种电路的电源特性测试仪，其包含电压测试电路以及电流测试电路。该电压测试电路包含第运算放大器，其正输入端连接至电压源，第一组继电器、第二组继电器以及第三组继电器，用来切换该电压测试电路成为仿真电池、充电器或放电器。该电流测试电路另包含第二运算放大器，其是以四个电阻连接成差动放大器，以及第二电阻，连接于该差动放大器的第一输入端与第二输入端之间。
文档编号G01R31/36GK1548977SQ03130670
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月7日 优先权日2003年5月7日
发明者蓝宗祥, 陈文暐 申请人:明基电通股份有限公司