基于單片機(jī)的車載超級電容測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.3 各主要模塊的實(shí)現(xiàn)

本測試系統(tǒng)分別采用四塊電路板，以實(shí)現(xiàn)三大功能模塊――采集模塊、中央處理模塊和電源管理模塊。即電壓采集與初調(diào)理板、中央處理板以及電源板，下邊著重介紹電壓、電流采集模塊和中央處理模塊的實(shí)現(xiàn)。

1.3.1 采集模塊的實(shí)現(xiàn)

采集模塊包括總線電流的采集、總線電壓的采集兩個(gè)部分，圖2即為電流采集原理圖，采用霍爾電流傳感器隔離被測系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的基于電阻采樣的電流分壓電路精度高，安全性能好，抗干擾能力強(qiáng)，本文選用Honywell公司的基于磁補(bǔ)償原理的霍爾閉環(huán)電流傳感器CSNK591，測量范圍1200A，線性精度達(dá)到0.1%，總體精度達(dá)到0.5%，響應(yīng)速度小于1μs，完全滿足了系統(tǒng)的要求。采集信號經(jīng)精密電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，再由儀用放大器放大為5V雙極性電壓信號，系統(tǒng)選用AD620BR儀用放大芯片，該芯片在增益較低時(shí)具有較大的共模抑制比（G=10時(shí)，共模抑制比最小為100dB），能較強(qiáng)地抑制由于溫度、電磁噪聲等因素引起的共模干擾，放大信號通過OP27GS芯片抬升至0-10V單極性信號，經(jīng)過射極跟隨器送至變送器XTR110KU，轉(zhuǎn)為4mA-20mA的電流信號送到中央處理模塊，之所以將采集信號轉(zhuǎn)變?yōu)?mA-20mA電流信號，是考慮到與工業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，并采用電流傳感抗干擾能力強(qiáng)。

總線電壓的采集同樣選用基于磁補(bǔ)償原理的閉環(huán)霍爾電壓傳感器VSM025A，實(shí)現(xiàn)原理與電流采集相同。

1.3.2 中央處理模塊實(shí)現(xiàn)

中央處理模塊是測試系統(tǒng)的核心部分，包括MCU和AD單元、模擬信號二次調(diào)理單元、故障輸出單元和CAN接口單元等，如圖3所示。

采集模塊輸入的4mA-20mA電流信號首先經(jīng)過模擬信號二次調(diào)理單元，進(jìn)行信號的變送、隔離、濾波和放大。模

實(shí)際系統(tǒng)有模擬15V，數(shù)字5V，模擬12V供電需求，電源管理模塊在提供系統(tǒng)各部分所需電壓的同時(shí)，進(jìn)行模擬、數(shù)字電路隔離，從而避免兩類電壓互相影響，各部分電源入口都增加了TVS保護(hù)，防止浪涌電壓對系統(tǒng)的損壞，同時(shí)在諸多電源入口處設(shè)置相應(yīng)的濾波電路，如在AD供電入口處增加了π形濾波電路，較好地消除電源信號對所供電路的干擾。

另外，外部連線均采用屏蔽線，能較強(qiáng)地屏蔽線路傳輸中的電磁干擾，所有電流板使用型材鋁盒包裝，采用標(biāo)準(zhǔn)航空接頭與外界聯(lián)線，這樣在保護(hù)電路板的同時(shí)隔離外界磁場。

2 測試系統(tǒng)實(shí)測結(jié)果對比及分析

2.1 測試內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)選定以70A和150A兩種模式對兩組串聯(lián)的超級電容組件進(jìn)行充放電測試，首先，對電容進(jìn)行恒流充電，當(dāng)總線電壓達(dá)到300V時(shí)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，當(dāng)總線電流降低到10A時(shí)進(jìn)行70A恒流放電，如此循環(huán)測試5個(gè)周期。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析