基于移动电源电容测试电路的设计

渠海荣

（江苏联合职业技术学院徐州经贸分院,江苏徐州,221004）

基于移动电源电容测试电路的设计

渠海荣

（江苏联合职业技术学院徐州经贸分院,江苏徐州,221004）

本文针对目前市场一些无量商家虚假标示移动电源容量的现象，利用C8051F410单片机控制系统设计了测量移动电源容量的电路。电路通过C8051F410的数据采集功能对移动电源放电过程中的电流、时间、电压进行采集，再积算出放电的电量并通过显示电路显示。能够帮助消费者有效的评价商品，防止上当受骗。

容量测试;C8051控制系统;取样电路;存储电路;显示电路

0 引言

智能手机已经是我们生活中离不开的装备，但是其电池电量有限，使得我们经常需要充电。由于我国统一了充电器的标准，USB接口输出电压5V。这使得专门服务于旅途中的手机充电器即移动电源成为比较受到欢迎的产品。在家时我们对移动电源充电，在旅途中我们使用移动电源对手机充电。移动电源中锂电池容量较大，可以对手机充电几次。 但是也有无良商家，采用较小容量的锂电池，而标称产品的容量很大，以虚假的标示获取利润。因此设计出一电路可以对移动电源的容量进行测试，从而可以评价产品。

1 移动电源电容测量原理

如图1-1所示移动电源的内部一般是由存储电量的电芯、升压系统和充电管理系统三部分组成。存储器电量的电芯是移动电源的核心，常用的有聚合物锂电池、18650锂电池，标准电压（恒定电压）为3.7V。

图1-1 移动电源结构框图

手机电池与移动电源一样内部也是锂电池组成，标准电压也是3.7V，放电终止电压为3.0V，额定充电电压为4.2V。电池的充放电与同水的流动原理一样，移动电源能够对手机电池充电的条件是输出电压必须提升到4.2V以上。因此移动电源内设升压电路，国标设定输出电压为+5V。目前升压主流技术基本采用DC-DC的升压方式。国内技术转换效率一般在50-70。台湾的在75-80%。美国的相对会高些。国标（GB/T 18287 2000规范）中也规定了电池的充电要求为恒流或恒压充电。目前国内充电管理系统比较成熟，智能IC监控整个充电过程, 主流管理IC有ZS6366、PX40等。

移动电源的电量指的是能够容纳或释放多少电荷。电量的单位为安培小时（Ah）或毫安小时（mAh）进行表示。以某品牌移动电源为例，内部设置了优质锂电池电芯恒定电压为3.7V，电池容量为5000mAh，意思是如果100毫安放电，50小时放电完毕。因此电容容量的测量可以直接根据充放电时间判断电容值，这种电容测量方法主要利用电容的充放电特性：其中U为电池的电压，C为电池的容量，Q移动电源的能量。移动电源充电时，若在完全转换，无损耗的情况下，3.7V升压至5V，则

以上面产品为为例，其输出容量为3.7V*5000mAh*100%/5V=3700mAh。若转换率为85%，则实际输出容量=（移动电源容量5000mAhx3.7Vx转化率85%）/5V=3145mAh,即放电电流为100毫安可持续放电31.45小时。因此移动电源容量测试电路的基本原理是测量放电回路中的电流，及放电时间并进行积算移动电源的电量。本文是采用C8051设计的电容测试电路。

2 电容测试电路的设计

2.1 C8051F410单片机控制系统

测量电路选取混合信号 ISP FLASH 微控制器 C8051F410，该单片机是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。如图2-1所示具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，是真正能独立工作的片上系统。

图2-1 C8051F410结构框图

C8051F410的12位模/数转换器ADC0子系统集成了一个27通道的模拟多路选择器（AMUX0）和一个200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路、可编程窗口检测器和硬件累加器。经过单片机采样，得到电流数值。单片机定时采集电流数值，并乘以时间，折算成 3600秒一个小时，就可以积算出移动电源对电池进行充电的电量，当输入电压小于 4伏的时候，表明移动电源的电已经耗尽，此时，积算下来的电量，就是移动电源的容量。

2.2 电流取样电路的设计

如图所示JP1为移动电源+5V输出接口，JP2为充电负载接口，JP1 的输出电流通过0.015Ω的电阻取样电压，经由集成运放LMV321进行放大，将放大后的信号输送到MCU的模拟输入端ADC0。

2.3 显示电路的设计

在测试电路中，四位数码管分别显示电流A(0.00A)、电压U(0.00V)、电量 C(000mAh)、电能 P(0.00Wh),采用两个按键，K1选择四种显示内容，K2选择存储电量记录。K2短按，显示当前记录号码，L0-L9；长按，改变记录号码，L0-L9.显示时间 5秒钟，以后恢复显示前面四种显示内容之一。测试电路在没有连接负载的情况下，同时按住 K1和 K2两个按键，四位数码管灭，10秒钟，其自动完成调零操作。 串口发送数据，每秒中发送一组，包括以上四种参数，以及当前的记录号码，当前显示的内容。

2.4 存储电路

存储电路选用FM24C64，该存储器是用先进的铁电技术制造的64K位的非易失性的记忆体。采用两线串行协议总线速度，写数据无延时，读写速度高达1MHZ，读写寿命为100亿次，掉电数据保存10年。对移动电源容量的信息采集对写入数据的频率要求高即速度要求非常快，FM24C64使得系统可以更可靠的实时采集数据。

2.5 模拟放电负载

在测试移动电源的电量时，需要外部有耗电的装备，如手机充电或其他装备。图3-1所示电路可以用作负载，模拟放电的过程。这个放电负载可以通过两个电位器调节放电电流，通过单片机及数码管显示当前放电电流。两个电位器，分别调节两位数码管的一位，从 0-9，结果是 00—99，00电流最小。两个按键，K1打开数码显示， K2关闭数码显示，最右边小数点表示有无电流，有电流亮。

图2-4 存储电路

图2-2 电流取样电路

3 结论

利用C8051F410单片机控制系统设计的测量移动电源容量的电路通过单片机的数据采集功能对移动电源放电过程中的电流、时间、电压进行采集，再积算出放电的电量并通过显示电路显示，能够帮助消费者有效的判别商品的好劣，防止上当受骗。

[1] 程志冉.移动电源起火原因分析及使用中应注意的几个问题[J]. 武警学院学报, 2014, 30(12):67-69.

[2] 邱元阳.走进电池世界[J].中国信息技术教育, 2015(5):60-65.

[3] 胡军.超级电容器电极材料及相关技术的研究[D]. 西华大学, 2006.

[4] 寇伟,尤丽华, 张美娟.低功耗数显含气量测定仪设计[J]. 机电一体化, 2008(3):84-86.

[5] 王影,刘麒,董亚春.储罐液位仿真系统物料流量模拟装置的设计[J].吉林化工学院学报, 2012, 29(3):55-58.

[6] 刘丽伟, 张瑶, 宋永霞.C8051F的示波器监控程序设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2010(11):29-31.

[7] 李鑫,杨桢.新型高压真空断路器智能控制装置的研究[C].电器装备及其智能化学术会议. 2007.

[8] 王咏萍.远程自动抄表系统设计[D].南京航空航天大学,2008..

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

图2-3 测量显示电路

图2-5 模拟放电负载