基于PSoC的防高壓電容測量設(shè)計與實現(xiàn)(08-100)

　　電容容量參數(shù)測量方法

　　從數(shù)字化與自動化測量角度來講，電容容量參數(shù)測量通常有三種方法：容抗法,振蕩法和充電法。

　　容抗法是指利用電容對交流信號源所表現(xiàn)出的阻抗特性，通過測量電容在某一頻率下的容抗值，再利用z=1/wc(w為角頻率)關(guān)系式根據(jù)已知信號源的角頻率w計算出待測電容容量的方法。這種方法能較好地反映出電容元件交流頻率特性，可用來測量電容元件的多方面參數(shù)特性，例如容量，介質(zhì)損耗等，是當前電容測試儀產(chǎn)品應(yīng)用最廣的一種方法。但是，它有一個缺點：電容的充電和放電同處于一個回路之中，要做到既能保證測量精度又能防高壓設(shè)計比較困難。

　　振蕩法是指利用由電阻、電容或電感無源元器件構(gòu)成的振蕩電路，通過測量振蕩信號的頻率，再利用w=1/RC或w2=/LC關(guān)系式，根據(jù)已知其它無源元器件參數(shù)值計算出待測電容容量的方法。這種方法測量精度一般比較差，而且對振蕩電路所需的元件精度與穩(wěn)定性都要求都很高，因此它主要應(yīng)用在一些精度要求不高的產(chǎn)品或領(lǐng)域 里。

　　充電法是指利用恒流源對待測電容進行充電，通過測量電容電壓達到參考電壓所需的時間，再利用i=c×dUc/dt關(guān)系式算出待測電容容量的方法，如圖2所示。由于電流i是恒流源，所以i=c×dUc/dt可以演變?yōu)閏=i×⊿t/⊿u關(guān)系式，這樣電容容量c與充電時間就有嚴格的線性比例關(guān)系。測量時只要將最終的計數(shù)結(jié)果讀出來并進行一定的換算就可知道待測電容的容量值。

　　圖2 充電法測量電路圖

　　相比容抗與振蕩測量方法相比，這種方法具有如下一些特點：一、放電回路與充電回路可以分開。如圖2所示，電容充滿電后，控制器的放電控制信號置高，N溝道場管導(dǎo)通，CX上的電荷即通過放電電阻R，場管的源漏極對地實現(xiàn)泄放。這種充放電回路分開的拓樸結(jié)構(gòu)對防高壓設(shè)計是非常有好處的。因為微控制器或外部硬件電路一旦檢測到待測電容上存在高壓電荷，放電回路就可以打開，實現(xiàn)電容的高壓電荷泄放之后再測量，從而對由集成電路構(gòu)成的高精度測量充電電路元件實行保護。二、成本低，精度高。如圖2所示，充電測量電路主要由計數(shù)器，比較器和恒流源組成，放電測量電路由一個電阻和NMOS管構(gòu)成，這種電路結(jié)構(gòu)可使得除了放電電阻和NMOS管不易集成到常用的單芯片系統(tǒng)之外，其它部分都可以集成進去，從而確保整個電路結(jié)構(gòu)簡單，外圍元器件少。如果系統(tǒng)時鐘頻率加快，計數(shù)器的位數(shù)增加，將可以保證整個電容測量電路寬量程，高精度。三、這種電路主要適用于電容容量參數(shù)，其它方面的參數(shù)測量實現(xiàn)起來是比較困難的;同時如上所述，這種測量電路需要一個比較穩(wěn)定的恒流源，而且為了實現(xiàn)寬量程，高精度的電容測量功能，這個恒流源還要求具有可編程性，范圍寬，以實現(xiàn)在小電容時使用恒定的小電流信號測量來確保測量精度，而大電容使用恒定的大電流信號測量來確保測量速度的要求。