一种电双层超级电容容量测量电路及其测量方法

一种电双层超级电容容量测量电路及其测量方法
【专利摘要】本发明涉及电容器的【技术领域】，更具体地，涉及一种电双层超级电容容量测量电路及其测量方法。一种电双层超级电容容量测量电路，其中，包括计时器、与计时器连接的第一电压比较器、第二电压比较器，还包括恒流源、恒流放电电路、开关，恒流源分别与第一电压比较器、第二电压比较器连接，待测电容器一端接地，另一端连接开关，开关的A端连接恒流源用于对待测电容器充电，开关的B端连接恒流放电电路用于对待测电容器放电。本发明其电路连接简单，成本较低，可大范围的广泛应用。进一步的，提供应用该电路的测量方法，其测量方法步骤简洁。
【专利说明】一种电双层超级电容容量测量电路及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电容器的【技术领域】，更具体地，涉及一种电双层超级电容容量测量电路及其测量方法。
【背景技术】 [0002]电容器通常简称其为电容，用字母C表示。定义1:电容器，顾名思义，是“装电的容器”，是一种容纳电荷的器件。英文名称:capacitor。电容是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应用于电路中的隔直通交，耦合，旁路，滤波，调谐回路，能量转换，控制等方面。定义2:电容器，任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体(包括导线)间都构成一个电容器。
[0003]但是，现有的测量电容器容量的电路结构复杂，其成本较高，不方便广泛应用。

【发明内容】

[0004]本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种电双层超级电容容量测量电路，其电路连接简单，成本较低，可大范围的广泛应用。进一步的，提供应用该电路的测量方法，其测量方法步骤简洁。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种电双层超级电容容量测量电路，其中，包括计时器、与计时器连接的第一电压比较器、第二电压比较器，还包括恒流源、恒流放电电路、开关，恒流源分别与第一电压比较器、第二电压比较器连接，待测电容器一端接地，另一端连接开关，开关的A端连接恒流源用于对待测电容器充电，开关的B端连接恒流放电电路用于对待测电容器放电。
[0006]本方案中，测量电路的电流连接结构简单，计时器可准确测量时间，所述的第一电压比较器的阈值电压为0.9 — 1.0V0所述的第二电压比较器的阈值电压为待测电容器额定耐压值的92% - 97%。上述阈值电压根据待测电容器来设定。
[0007]本方案中，恒流充电法，根琚电容器的定义，电容器的容量C与其储存的电量Q，和其电位U,有入下关系:
C=Q/U
在通常情况下，电容器是线性时不变元件，故对时间微分:
C=dQ/dt/dU/dt
根据电流的定义:I=dQ/dt,上式可变成:
C=I/ du/dt
=I/[ (U2-U1)/(t2 - ti)
对理想电容器进行恒流充(放)电，其上的电压和时间成线性关系，只要测出Ul, U2, Tl, T2就能得到待测电容器的容量C，对双电层电容器，漏电流近乎为零，虽有内阻，但对测试无影响，因为计算用到的都是变化值。在测式前，对待测电容器充分放电直到其两端电压为零，再充电，用示波器记录充电开关接通，直到待测电容器上的电压到阈值电压，再断开开关的全过程。
[0008]根据所述的电双层超级电容容量测量电路的测量方法，其中，包括以下步骤，
51.将待测电容器放电，使待测电容器两端的电压为O;
52.设定恒流源的充电电流为I，再分别设定第一电压比较器、第二电压比较器的阈值电压为V1、V2 ；
53.将计时器清零；
54.开关闭合，开关的A端连接恒流源，开始充电；
55.当待测电容器的电压分别达到第一电压比较器和第二电压比较器的阈值电压V1、V2时，计时器记录相应的时间T1、T2 ;
56.获得测量过程记录的数据1、V1、V2、Tl、Τ2，进行计算可得待测电容器容量为C=I*(T2-T1)/(V2-V1)。
[0009]所述的步骤S5之后，换下待测电容器，再装上另一个待测电容器，再重复进行步骤S3—步骤S5。所述的步骤S5之后，测量完毕，断开电源后再进行步骤S6。所述的恒流源的输出恒定电流为0.01400±0.00001A。
[0010]与现有技术相比，有益效果是:本发明开关的A端连接恒流源用于对待测电容器充电，开关的B端连接恒流放电电路用于对待测电容器放电。其电路连接简单，成本较低，可大范围的广泛应用。进一步的，提供应用该电路的测量方法，其测量方法步骤简洁。
【专利附图】

【附图说明】
[0011]图1是本发明的电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0012]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0013]如图1所示，一种电双层超级电容容量测量电路，其中，包括计时器1、与计时器I连接的第一电压比较器2、第二电压比较器3，还包括恒流源4、恒流放电电路5、开关6，恒流源4分别与第一电压比较器2、第二电压比较器3连接，待测电容器7 —端接地，另一端连接开关6，开关6的A端连接恒流源4用于对待测电容器7充电，开关6的B端连接恒流放电电路5用于对待测电容器7放电。
[0014]本实施例中，测量电路的电流连接结构简单，计时器可I准确测量时间，所述的第一电压比较器2的阈值电压为0.9 — 1.0V0所述的第二电压比较器3的阈值电压为待测电容器7额定耐压值的92% - 97%。上述阈值电压根据待测电容器7来设定。
[0015]根据所述的电双层超级电容容量测量电路的测量方法，其中，包括以下步骤，
51.将待测电容器7放电，使待测电容器7两端的电压为O;
52.设定恒流源4的充电电流为I，再分别设定第一电压比较器2、第二电压比较器3的阈值电压为V1、V2 ；
53.将计时器I清零；
54.开关6闭合，开关6的A端连接恒流源4，开始充电；55.当待测电容器7的电压分别达到第一电压比较器2和第二电压比较器3的阈值电压V1、V2时，计时器I记录相应的时间T1、T2 ;
56.获得测量过程记录的数据1、V1、V2、Tl、Τ2，进行计算可得待测电容器7容量为C=I*(T2-T1)/(V2-V1)。
[0016]所述的步骤S5之后，换下待测电容器7，再装上另一个待测电容器7，再重复进行步骤S3—步骤S5。所述的步骤S5之后，测量完毕，断开电源后再进行步骤S6。所述的恒流源的输出恒定电流为0.01400±0.00001A。
[0017]具体的，对A样品，其充电过程电压随时间的变化如下:
恒流源4的输出恒定电流为0.01400±0.00001A。
[0018]第一次测试:AU= 2.74V, Δ t = 60.0Os C=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U =14.00Χ10_3Χ60.00/2.74
=306.57 Χ10-3 (F) 第二次测试:Δ t = 62.00s, Λ U = 2.82V C=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U =14.00Χ10_3Χ62.00/2.82 =307.80 Χ10-3 (F)
第三次测试:Λ t = 67.20s，AU = 2.94V C=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U =14.00Χ10-3Χ67.20/2.94 =320.00 Χ10-3 (F)
C 平均值:(320.00+307.80+306.57)=311.46 Χ10-3 (F)
A 样品容量:320.00±7.42Χ10-3 (F)
对B样品，其充电过程电压随时间的变化如下:
第一次测试:Λ t = 68.40s，AU = 2.82V C=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U =14.00Χ10_3Χ68.40/2.82 =339.57 Χ10-3 (F)
第二次测试:Δ U = 2.80V, Δ t = 64.40s C=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U =14.00Χ10_3Χ64.40/2.80 =322.00 Χ10-3 (F)
第三次测试:Λ U = 3.04V, At = 69.0Os C==I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U =14.00Χ10_3Χ69.00/3.04 =317.76 Χ10-3 (F)
C 平均值:(317.76+322.00+339.57) Χ10-3=326.44Χ10-3 (F)
B 样品容量:(326.44± 11.56) ΧΙΟ—3 (F)
对C样品，其充电过程电压随时间的变化如下:第一次测试:Δ t = 68.40s, Δ U = 3.1OVC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.00Χ10_3Χ68.40/3.10=308.90 Χ10-3 (F)
第二次测试:Δ U = 3.08V, At = 66.0OsC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.00Χ10_3Χ66.00/3.08=300.00 Χ10-3 (F)
第三次测试:Λ t = 61.80s，AU = 2.94VC==I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.0OX10?1.80/2.94=294.29 Χ10-3 (F) C 平均值:(294.29+300.00+308.90)=301.11 Χ10-3 (F)
C 样品容量:(301.11 ±6.01) XlO^3 (F)
对D样品，其充电过程电压随时间的变化如下:
第一次测试:Λ t = 63.20s，AU = 2.64VC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.00Χ10-3Χ63.20/2.64=335.15 Χ10-3 (F)
第二次测试:Δ U = 2.58V, At = 61.20sC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.0OX10?1.20/2.58=332.15 Χ10-3 (F)
第三次测试:Λ U = 2.86V, At = 68.60sC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.00Χ10_3Χ68.60/2.86=335.80 Χ10-3 (F)
C 平均值:(335.80+332.15+335.15)=334.37 Χ10-3 (F)D 样品容量:(334.37 ±3.79)Χ10-3 (F)
对E样品，其充电过程电压随时间的变化如下:
第一次测试:Λ t = 61.60s，AU = 2.86VC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.0OX10?1.60/2.86=301.54 Χ10-3 (F)
第二次测试:Δ U = 2.90V, At = 62.0OsC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U=14.00Χ10_3Χ62.00/2.90=299.31 Χ10-3 (F)
第三次测试:Λ U = 2.96V, At = 63.20sC=I/ [ (U2-U1) / (t2 - =1/ Δ U/ Δ t=IX Δ t/ Δ U
=14.00Χ10_3Χ63.20/2.96
=298.92 Χ10-3 (F)
C 平均值:(298.92+299.31+301.54)=299.92 Χ10-3 (F)
E 样品容量:(299.92± 1.35) Χ10_3 (F)
对F样品
该样品按14mA的电流无法充电，故没有测试。
[0019]相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0020]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对发明的技术方案可以做若干适合实际情况的改进。因此，本发明的保护范围不限于 此，本领域中的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变更均包括在本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电双层超级电容容量测量电路，其特征在于，包括计时器(I)、与计时器(I)连接的第一电压比较器(2)、第二电压比较器(3)，还包括恒流源(4)、恒流放电电路(5)、开关(6)，恒流源(4)分别与第一电压比较器(2)、第二电压比较器(3)连接，待测电容器(7)—端接地，另一端连接开关(6)，开关(6)的A端连接恒流源(4)用于对待测电容器(7)充电，开关(6 )的B端连接恒流放电电路(5 )用于对待测电容器(7 )放电。
2.根据权利要求1所述的一种电双层超级电容容量测量电路，其特征在于:所述的第一电压比较器(2)的阈值电压为0.9 — 1.0V。
3.根据权利要求2所述的一种电双层超级电容容量测量电路，其特征在于:所述的第二电压比较器(3)的阈值电压为待测电容器(7)额定耐压值的92% - 97%。
4.根据权利要求3所述的电双层超级电容容量测量电路的测量方法，其特征在于，包括以下步骤， s1.将待测电容器(7)放电，使待测电容器(7 )两端的电压为O ; s2.设定恒流源(4)的充电电流为I，再分别设定第一电压比较器(2)、第二电压比较器(3)的阈值电压为V1、V2 ； s3.将计时器(I)清零； s4.开关(6)闭合，开关(6)的A端连接恒流源(4)，开始充电； s5.当待测电容器(7)的电压分别达到第一电压比较器(2)和第二电压比较器(3)的阈值电压V1、V2时，计时器(I)记录相应的时间T1、T2 ； s6.获得测量过程记录的数据1、Vl、V2、Tl、Τ2，进行计算可得待测电容器(7)容量为C=I*(T2-T1)/(V2-V1)。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于:所述的步骤S5之后，换下待测电容器(7 )，再装上另一个待测电容器(7 )，再重复进行步骤S3 -步骤S5。
6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于:所述的步骤S5之后，测量完毕，断开电源后再进行步骤S6。
7.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于:所述的恒流源(4)的输出恒定电流为`0.01400±0.0OOOIAo
【文档编号】G01R27/26GK103941102SQ201410173875
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】刘泳澎, 马彦斌, 赵振宇, 罗伟 申请人:肇庆绿宝石电子有限公司