合作设计基于mcu的数字式电容ESR表

天天爱玛丽

abbey_tom 发表于 2023-4-21 11:55
我提出的另一个问题，
你还没有回答，
500次过采样行不行？

过采样次数为4^n,500次不行

xjw01

小鬼头 发表于 2023-4-21 12:48
这些涉及到量程这一块，与mcu编程有关，我还没有去仔细考虑。之前列的数据是根据可测到的电阻/阻抗，按理 ...

但现在是恒流源驱动，直接按R、C各自的模来算电压分配比例即可，不需取平方根来计算。
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编程时，不做开方运算的。费力也不讨好。这里只是做误差分析。
我看到你的电路中，R＝5欧，与被测电容（Cx+ESR）是串联的。检波测量的是R+ESR和Cx上合成的电压，这两个电压是正交的。
当Cx电压足够小（比如小于(R+ESR)/5），那么将测得R+ESR，精度为2%，即误差至少为R*2%=0.1欧

小鬼头

xjw01 发表于 2023-4-21 13:27
但现在是恒流源驱动，直接按R、C各自的模来算电压分配比例即可，不需取平方根来计算。
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1、有关测电容esr时，因为串有电容而引致esr值测得不够准的问题。我原来就有准备，10年前我在专题文章里也曾做过简单分析。而且，根据我使用esr表的经验，像我在本帖子早期说的，即使有10%的误差也不怎么影响他的实际使用效果。

所以，我不是很关注esr测得够不够准，更关心的是L、C测得够不够准。

2、你说的下面这句话提醒了我，原型电路很可能留有测L、C上的大bug。

“检波测量的是R+ESR和Cx上合成的电压，这两个电压是正交的。”

我之前一直留意的是，被测器件与基准电阻之间的电压比例问题，因为设计电路时保护二极管的限幅跟他有关。你说的这个关系没留意到，谢谢你的提醒。

之前我误把合成电压当成是2个电压的简单相加。如果是简单的相加，那么，检测出的合成电压，扣减掉基准电阻的电压，即可得到被测器件的电压。这样一来，里面的关系是线性的，直接用数字表头就可以显示（电容容量、或电感量）。所参考的原型电路，号称是能测电容容量、电感量。他的电路也按这样来做。

3、现在看，原型电路测电感电容这部分，原理上存在问题。到我们esr表这里，在检测到“信号”电压后，不能只做简单变换就得到L/C的测量结果，还需要做更复杂的运算才行。幸好现在选型的mcu运算能力强，不过，该怎么计算，还要找时间研究一下。至于编程的事，由abbey负责，呵呵。

xjw01

小鬼头 发表于 2023-4-21 17:11
1、有关测电容esr时，因为串有电容而引致esr值测得不够准的问题。我原来就有准备，10年前我在专题文章 ...

ESR的误差为 d ＝ X*X / [2(R+r)]，当X<R+r时成立，所以，电路中存在R，可以提升ESR测量的下降值。但不利于测量电抗值
测量1uF的电容，电抗X=1.6欧，设r约为1欧左右
则 d = 1.6*1.6/(2*6)=0.2欧，即误差约为20%
更小的电容，误差变大。如0.1uF，X=16欧，测值表示电抗，不再表示ESR，无法有效提取ESR了
因此，小于0.5uF的电容，是无法测量ESR
那么，测得16欧的结果，表示电容合格还是不合格，程序无法判别的。还是要人工判断。

那么程序将变复杂，难以完善。abbey就需要直接ADC转换，分离出Cx和ESR更方便。但分离出这两项，程序也不太容易实现。与做电桥相似。所以我与abbey谈到了方波，以简化电路和程序。

往事已去

小鬼头 发表于 2023-4-21 11:05
测电池内阻、遇到外接高压或误测带高压电的大电解时，tvs相关的工作过程是这样的——下面只说外来高压的 ...

哦，试一下的好，看C9充电过程中是不是可恢复保险丝能动作不会烧TVS

shuzhi

不懂这些，别的论坛看到的，发过来看看有没有用。

毛毛脚

技术交流可以用共享文档，腾讯文档去修改。

往事已去

小鬼头 发表于 2023-4-21 11:05
测电池内阻、遇到外接高压或误测带高压电的大电解时，tvs相关的工作过程是这样的——下面只说外来高压的 ...

仿真一下假定可恢复保险丝电阻为10Ω不变，电源电压300V，给47uF电容充电到100V仅需0.2mS，这么短的时间可恢复保险丝能响应吗？悬，实际试验吧。不如改成400V的省事，但是体积大了。或者更大功率的瞬态二极管、稳压管，不知道压敏电阻怎么样？

小鬼头

abbey_tom 发表于 2023-4-21 12:19
实际做法当然是整型累加最后才用浮点乘除，
但与先浮点累加的结果应该无差，
物理意义可当做将每次采 ...

致abbey：

我简单分析了一下，测L//C需要做平方根运算（以及乘法运算）。也查了一下，stm32f103可以做平方根运算。

你的air32在这里的编程应该没问题吧？

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-4-22 21:12
致abbey：

我简单分析了一下，测L//C需要做平方根运算（以及乘法运算）。也查了一下，stm32f103可以做 ...

小事儿一桩，
STM32在运算能力方面不用怀疑。

xjw01

小鬼头 发表于 2023-4-22 21:12
致abbey：

我简单分析了一下，测L//C需要做平方根运算（以及乘法运算）。也查了一下，stm32f103可以做 ...

我觉得，你现在参考的电路，对于单片机的话，基本上用不上。要实现现有的功能，以下草图就可以了。
adc采样后，作DFT计算，就可以得到信号大小。
如果采样点能与DAC频率对齐，那么相当于加了矩形窗，且完整采样了整数倍周期
如果不末算对齐，那么建议加个余弦窗。

xjw01

小鬼头 发表于 2023-4-22 21:12
致abbey：

我简单分析了一下，测L//C需要做平方根运算（以及乘法运算）。也查了一下，stm32f103可以做 ...

做开方运算，造成计算过程不再是简单的比例运算，那么，恒流源的意义不复存在。
原电路5欧的作用，是把电阻部分变成主参数，大大扩展了ESR的测量下限。1uF时，还可以测量到ESR
由于5欧的存在，电容量的测量限受到影响。用开方运算，可以改善一些(扩展5倍)，但也很有限。
即使作开方运算，还是估算。原因有两点：
1.分辨率问题
2.由于R和X串联，至少需要知道其中1个，才能算另一个，但时R和X都是未知的，其中一个只能事先预估。如高频下测得R，低频测X时所须的R用高频R代替。

小鬼头

xjw01 发表于 2023-4-22 22:49
我觉得，你现在参考的电路，对于单片机的话，基本上用不上。要实现现有的功能，以下草图就可以了。
ad ...

你的意思我明白，跟washu当初建议abbey搞tt方案差不多。

现在情况是，主要依靠mcu来承担测量的大部分功能，abbey还搞不定。所以，我的模拟电路设计方向是，在成本增加不多的情况下，尽量让模拟电路里多做一些工作，并且把里面的变换关系弄清楚并交代好，然后交给他编程。这样才容易完成整机的设计。

你现在这个图里，没有恒流驱动，基准电阻所产生的偏移不是固定的，变换关系会更复杂了一些。

之前没留意到原电路的那个bug，还以为简单简单扣减偏移就行。现在还要推导一下测L/C时的计算公式，尤其是怎么安排进行校准，以便把基准电阻带来的偏移、运放失调、增益偏差这几项负面因素逐一清除出来。

washu

小鬼头 发表于 2023-4-23 09:31
你的意思我明白，跟washu当初建议abbey搞tt方案差不多。

现在情况是，主要依靠mcu来承担测量的大部分 ...

徐老师这个方案和 TT 差远了 倒是更接近我前些天提出来的方案，但 AVR 机能太低，我提出的方案在 AVR 上基本不可行（除非只做 1kHZ 且做 DFT），但 STM32 性能足够，其实可以考虑我那个方案的

xjw01

小鬼头 发表于 2023-4-23 09:31
你的意思我明白，跟washu当初建议abbey搞tt方案差不多。

现在情况是，主要依靠mcu来承担测量的大部分 ...

测电感和电容时，电路还是接近于恒流的.除非ESR比较大，如3欧以上。3欧时，电流小了2%