基于移動電源電容測試電路的設計

渠海榮

（江蘇聯合職業技術學院徐州經貿分院,江蘇徐州,221004）

基于移動電源電容測試電路的設計

渠海榮

（江蘇聯合職業技術學院徐州經貿分院,江蘇徐州,221004）

本文針對目前市場一些無量商家虛假標示移動電源容量的現象，利用C8051F410單片機控制系統設計了測量移動電源容量的電路。電路通過C8051F410的數據采集功能對移動電源放電過程中的電流、時間、電壓進行采集，再積算出放電的電量并通過顯示電路顯示。能夠幫助消費者有效的評價商品，防止上當受騙。

容量測試;C8051控制系統;取樣電路;存儲電路;顯示電路

0 引言

智能手機已經是我們生活中離不開的裝備，但是其電池電量有限，使得我們經常需要充電。由于我國統一了充電器的標準，USB接口輸出電壓5V。這使得專門服務于旅途中的手機充電器即移動電源成為比較受到歡迎的產品。在家時我們對移動電源充電，在旅途中我們使用移動電源對手機充電。移動電源中鋰電池容量較大，可以對手機充電幾次。 但是也有無良商家，采用較小容量的鋰電池，而標稱產品的容量很大，以虛假的標示獲取利潤。因此設計出一電路可以對移動電源的容量進行測試，從而可以評價產品。

1 移動電源電容測量原理

如圖1-1所示移動電源的內部一般是由存儲電量的電芯、升壓系統和充電管理系統三部分組成。存儲器電量的電芯是移動電源的核心，常用的有聚合物鋰電池、18650鋰電池，標準電壓（恒定電壓）為3.7V。

圖1-1 移動電源結構框圖

手機電池與移動電源一樣內部也是鋰電池組成，標準電壓也是3.7V，放電終止電壓為3.0V，額定充電電壓為4.2V。電池的充放電與同水的流動原理一樣，移動電源能夠對手機電池充電的條件是輸出電壓必須提升到4.2V以上。因此移動電源內設升壓電路，國標設定輸出電壓為+5V。目前升壓主流技術基本采用DC-DC的升壓方式。國內技術轉換效率一般在50-70。臺灣的在75-80%。美國的相對會高些。國標（GB/T 18287 2000規范）中也規定了電池的充電要求為恒流或恒壓充電。目前國內充電管理系統比較成熟，智能IC監控整個充電過程, 主流管理IC有ZS6366、PX40等。

移動電源的電量指的是能夠容納或釋放多少電荷。電量的單位為安培小時（Ah）或毫安小時（mAh）進行表示。以某品牌移動電源為例，內部設置了優質鋰電池電芯恒定電壓為3.7V，電池容量為5000mAh，意思是如果100毫安放電，50小時放電完畢。因此電容容量的測量可以直接根據充放電時間判斷電容值，這種電容測量方法主要利用電容的充放電特性：其中U為電池的電壓，C為電池的容量，Q移動電源的能量。移動電源充電時，若在完全轉換，無損耗的情況下，3.7V升壓至5V，則

以上面產品為為例，其輸出容量為3.7V*5000mAh*100%/5V=3700mAh。若轉換率為85%，則實際輸出容量=（移動電源容量5000mAhx3.7Vx轉化率85%）/5V=3145mAh,即放電電流為100毫安可持續放電31.45小時。因此移動電源容量測試電路的基本原理是測量放電回路中的電流，及放電時間并進行積算移動電源的電量。本文是采用C8051設計的電容測試電路。

2 電容測試電路的設計

2.1 C8051F410單片機控制系統

測量電路選取混合信號 ISP FLASH 微控制器 C8051F410，該單片機是完全集成的低功耗混合信號片上系統型MCU。如圖2-1所示具有片內上電復位、VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器，是真正能獨立工作的片上系統。

圖2-1 C8051F410結構框圖

C8051F410的12位模/數轉換器ADC0子系統集成了一個27通道的模擬多路選擇器（AMUX0）和一個200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測器和硬件累加器。經過單片機采樣，得到電流數值。單片機定時采集電流數值，并乘以時間，折算成 3600秒一個小時，就可以積算出移動電源對電池進行充電的電量，當輸入電壓小于 4伏的時候，表明移動電源的電已經耗盡，此時，積算下來的電量，就是移動電源的容量。

2.2 電流取樣電路的設計

如圖所示JP1為移動電源+5V輸出接口，JP2為充電負載接口，JP1 的輸出電流通過0.015Ω的電阻取樣電壓，經由集成運放LMV321進行放大，將放大后的信號輸送到MCU的模擬輸入端ADC0。

2.3 顯示電路的設計

在測試電路中，四位數碼管分別顯示電流A(0.00A)、電壓U(0.00V)、電量 C(000mAh)、電能 P(0.00Wh),采用兩個按鍵，K1選擇四種顯示內容，K2選擇存儲電量記錄。K2短按，顯示當前記錄號碼，L0-L9；長按，改變記錄號碼，L0-L9.顯示時間 5秒鐘，以后恢復顯示前面四種顯示內容之一。測試電路在沒有連接負載的情況下，同時按住 K1和 K2兩個按鍵，四位數碼管滅，10秒鐘，其自動完成調零操作。 串口發送數據，每秒中發送一組，包括以上四種參數，以及當前的記錄號碼，當前顯示的內容。

2.4 存儲電路

存儲電路選用FM24C64，該存儲器是用先進的鐵電技術制造的64K位的非易失性的記憶體。采用兩線串行協議總線速度，寫數據無延時，讀寫速度高達1MHZ，讀寫壽命為100億次，掉電數據保存10年。對移動電源容量的信息采集對寫入數據的頻率要求高即速度要求非常快，FM24C64使得系統可以更可靠的實時采集數據。

2.5 模擬放電負載

在測試移動電源的電量時，需要外部有耗電的裝備，如手機充電或其他裝備。圖3-1所示電路可以用作負載，模擬放電的過程。這個放電負載可以通過兩個電位器調節放電電流，通過單片機及數碼管顯示當前放電電流。兩個電位器，分別調節兩位數碼管的一位，從 0-9，結果是 00—99，00電流最小。兩個按鍵，K1打開數碼顯示， K2關閉數碼顯示，最右邊小數點表示有無電流，有電流亮。

圖2-4 存儲電路

圖2-2 電流取樣電路

3 結論

利用C8051F410單片機控制系統設計的測量移動電源容量的電路通過單片機的數據采集功能對移動電源放電過程中的電流、時間、電壓進行采集，再積算出放電的電量并通過顯示電路顯示，能夠幫助消費者有效的判別商品的好劣，防止上當受騙。

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Design of capacitance measurement circuit based on mobile power supply

Qu Hairong

（Xuzhou economic and trade branch of Jiangsu Lianhe Technical Institute，Xuzhou Jiangsu,221004）

This article in view of the current market some of the phenomenon of the volume of business false indication of mobile power supply,the use of C8051F410 single-chip microcomputer control system designed to measure the capacity of the mobile power supply circuit.The circuit through the data acquisition function of C8051F410,the current mobile power supply during the discharge time,voltage acquisition, and integrating a charge and discharge through the display circuit.Can help consumers to effectively evaluate the goods,to prevent being cheated.

capacity test;C8051 control system;sampling circuit;storage circuit;display circuit

圖2-3 測量顯示電路

圖2-5 模擬放電負載