功率電感元件電感量及飽和電流測量電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電感元件測量儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種功率電感元件電感量及飽和電流測量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電感元件的飽和電流是電感元件正常工作時允許通過的最大電流，超過這個電流，電感元件磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度將飽和，電感量將迅速下降;這個參數(shù)在功率電感上尤其重要，在電子線路中，電感元件質(zhì)量的好壞直接影響到電子設(shè)備的可靠性。幾乎所有電源中，都存在磁性元器件身影，電感器或變壓器，變壓器的原邊和副邊可以等效看成電感。在電源設(shè)計中，經(jīng)常因為高頻變壓器設(shè)計的不合理性或者制作工藝不佳，導(dǎo)致高頻變壓器發(fā)生磁飽和損壞開關(guān)電源，而繞制的變壓器各種細(xì)微參數(shù)并不容易控制，需要測試儀器測量其是否合格。市場上所銷售的功率電感質(zhì)量參差不齊，參數(shù)經(jīng)常出現(xiàn)虛標(biāo)現(xiàn)象，對電子行業(yè)從業(yè)者很大的困擾。所以，準(zhǔn)確測試功率電感元件的電感量及磁飽和時的電流值對于電子設(shè)備的質(zhì)量至關(guān)重要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種功率電感元件電感量及飽和電流測量電路，以解決電子設(shè)備生產(chǎn)中由于電感元件的參數(shù)不準(zhǔn)確而造成質(zhì)量不符合要求的問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為:
[0005]—種功率電感元件電感量及飽和電流測量電路，它包括輔助電源電路、大功率電子開關(guān)電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、過流保護(hù)電路、四檔位量程選擇電路、MCU模塊電路;所述輔助電源電路與電感元件測試端子相連接，電感元件測試端子分別與大功率電子開關(guān)電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路相連接，所述大功率電子開關(guān)電路與MCU模塊電路的一個GP1端口相連接，所述大功率電子開關(guān)電路還與過流保護(hù)電路相連接，所述輔助電源電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路相連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路與四檔位量程選擇電路相連接，四檔位量程選擇電路與MCU模塊電路的另兩個GP1端口相連接，MCU模塊電路分別與工業(yè)顯示器和量程選擇按鍵相連接;輔助電源電路為各個電路及待測功率電感元件提供電源；當(dāng)待測功率電感元件連接到測試端子時，選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，按下相?yīng)的量程選擇按鍵，MCU模塊電路控制大功率電子開關(guān)電路中的場效應(yīng)管Q3導(dǎo)通，同時MCU模塊電路開啟定時器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，待測功率電感元件在電壓源的作用下，其內(nèi)部的電流按固定傾斜率上升，MCU模塊電路通過計算測得功率電感元件的電感量，并在工業(yè)顯示器中進(jìn)行顯示；當(dāng)待測功率電感元件內(nèi)的電流上升至臨界飽和處時，過流保護(hù)電路中的高速比較器U3驅(qū)動三極管Q5導(dǎo)通，使得場效應(yīng)管Q3柵極的電壓被拉低進(jìn)行截止，電流電壓轉(zhuǎn)換電路中的采樣電阻R2檢測待測功率電感元件上流過的電流，并將信號傳輸給運(yùn)算放大器Ul，運(yùn)算放大器Ul將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大器U2緩沖后進(jìn)入四檔位量程選擇電路，MCU模塊電路控制四檔位量程選擇電路中場效應(yīng)管Q6、Q1的關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)不同量程的選擇，計算出所檢測到的待測功率電感元件的飽和電流值，并在工業(yè)顯示器中進(jìn)行顯示。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輔助電源電路包含+12V，+3.3V兩種電源，+12V電源輸出端通過大功率小阻值的電阻Rl與超大電容量電容Cl相連接，電容Cl的另一端接地；電阻Rl緩沖電容Cl對+12V電源的影響，電容Cl用來存儲能量;輔助電源的+3.3V電源由輸入+12V電源的經(jīng)過低壓差線性穩(wěn)壓器降壓后獲得，用以給MCU模塊電路供電。
[0007]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述大功率電子開關(guān)電路由功率型N溝道場效應(yīng)管Q3及其驅(qū)動電路和關(guān)斷保護(hù)電路組成，驅(qū)動電路與場效應(yīng)管Q3的柵極相連接，所述驅(qū)動電路中相互并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管D2、電阻R8串聯(lián)電阻R7后，與三極管Q4的集電極相連接，三極管Q4的發(fā)射極接地，三極管Q4的基極通過電阻R9與所述M⑶模塊電路的一個GP1端口相連接;三極管Q4起到反相及電平轉(zhuǎn)換作用;關(guān)斷保護(hù)電路由相互串聯(lián)的電阻R3、二極管Dl組成，電阻R3的另一端與功率電感元件測試端子相連接，二極管Dl的另一端與場效應(yīng)管Q3的漏極相連接，關(guān)斷保護(hù)電路能夠防止場效應(yīng)管Q3關(guān)斷時，待測功率電感元件由于自感作用而生成的高壓進(jìn)而損壞場效應(yīng)管Q3。
[0008]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述過流保護(hù)電路包括高速比較器U3、電位器VR1、電容C3、三極管Q5、電阻R16、電阻R17，相互并聯(lián)的電位器VRl和電容C3的一端與高速比較器U3的反相輸入端相連接，另一端通過電阻R17與輔助電源電路的+12V電源相連接，高速比較器U3的同相輸入端與運(yùn)算放大器U2的輸出端相連接，高速比較器U3的輸出端與三極管Q5的基極相連接，三極管Q5的發(fā)射極接地，三極管Q5的集電極通過電阻R7與場效應(yīng)管Q3的柵極相連接;高速比較器U3構(gòu)成電壓比較器，電位器VRl及電阻R17設(shè)置過流保護(hù)的閾值，電容C3起到濾波作用，當(dāng)大功率電子開關(guān)電路過流時，高速比較器U3輸出高電平驅(qū)動三極管Q5導(dǎo)通，使得場效應(yīng)管Q3柵極的電壓被拉低進(jìn)而截止。
[0009]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括運(yùn)算放大器U1、運(yùn)算放大器U2、采樣電阻R2、電阻R4、電阻R5、電阻Rl O、場效應(yīng)管Q2，采樣電阻R2的一端與輔助電源電路相連接，采樣電阻R2的另一端與運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端相連接，運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端通過電阻R4與所述電容Cl相連接，運(yùn)算放大器Ul的輸出端與場效應(yīng)管Q2的柵極相連接，場效應(yīng)管Q2的柵極通過電阻R5與輔助電源電路相連接，場效應(yīng)管Q2的源極與運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端相連接，場效應(yīng)管Q2的漏極通過電阻RlO接地，場效應(yīng)管Q2的漏極還與運(yùn)算放大器U2的同相輸入端相連接，運(yùn)算放大器U2的反相輸入端與過流保護(hù)電路中高速比較器U3的同相輸入端相連接，運(yùn)算放大器U2的輸出端與四檔位量程選擇電路相連接；電流電壓轉(zhuǎn)換電路通過采樣電阻R2檢測待測功率電感元件上流過的電流，并將信號傳輸給運(yùn)算放大器Ul，運(yùn)算放大器Ul將流過的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大器U2緩沖后進(jìn)入四檔位量程選擇電路。
[0010]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述運(yùn)算放大器Ul選用軌到軌輸入輸出、單電源供電，高共模抑制比、低輸入失調(diào)電壓的高精度運(yùn)算放大器，其型號為0P184;所述采樣電阻R2選用大功率高精密電阻。
[0011]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述四檔位量程選擇電路由電阻R12、電阻R14、電阻R15、電阻R13、電容C2、二極管D3、二極管D4、場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q6組成，電阻R12的一端與運(yùn)算放大器U2的輸出端相連接，電阻12的另一端與電阻R14、電阻R15、電阻R13的一端相連接，電阻R14的另一端與場效應(yīng)管Q6的漏極相連接，電阻R15的另一端與場效應(yīng)管Ql的漏極相連接，電阻Rl 3的另一端與電容C2的一端、二極管D3的陽極、二極管D4的陰極相連接，電容C2的另一端分別與場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q6的源極連接后接地，所述場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q6的柵極分別連接至MCU模塊電路的另2個GP1端口，二極管D3的陰極與輔助電源電路的+3.3V電源端相連接，二極管D3的陽極與MCU模塊電路的ADC輸入端相連接，二極管D4的陽極接地；四檔位量程選擇電路利用分壓器原理將電路設(shè)置為四檔，電阻R13和電容C2起到低通濾波作用，二極管D3、二極管D4起到限幅保護(hù)作用；當(dāng)場效應(yīng)管Q6、場效應(yīng)管Ql都關(guān)閉時，未能起到分壓作用，當(dāng)場效應(yīng)管Q6開啟、場效應(yīng)管QI關(guān)閉時，分壓比為I/3，當(dāng)場效應(yīng)管Q6關(guān)閉、場效應(yīng)管Ql開啟時，分壓比為1/4，當(dāng)場效應(yīng)管Q6、場效應(yīng)管Ql都開啟時，分壓比為1/6，MCU模塊電路所對應(yīng)的2個GP1端口相應(yīng)的輸出高高電平、高低電平、低高電平、低低電平四種檔位。
[0012]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q6分別采用低開啟電壓、低導(dǎo)通內(nèi)阻的N溝道場效應(yīng)管。
[0013]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述MCU模塊電路包括MCU模塊，MCU模塊電路的另四個GP1端口分別與按鍵開關(guān)S1、按鍵開關(guān)S2、按鍵開關(guān)S3、按鍵開關(guān)S4相連接，MCU模塊采用串行模式與工業(yè)顯示器相連接，所述MCU模塊由內(nèi)部集成定時器和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器功能的單片機(jī)構(gòu)成，且要求單片機(jī)抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)應(yīng)用，運(yùn)算速度快，ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)至少為12位。
[0014]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述M⑶模塊的型號為PIC18F2423。
[0015]當(dāng)待測功率電感元件連接到測試端子時，待測功率電感元件在電壓源的作用下，其內(nèi)部的電流按固定傾斜率上升，MCU模塊電路計算出定時器一定間隔內(nèi)電流量的變化量，然后根據(jù)公式U=L* (di/dt)，(式中di為電流的變化量，dt為時間變化量)計算出L，即電感量。
[0016]當(dāng)待測功率電感元件內(nèi)的電流上升至臨界飽和處時，其上電流的變化率會由原先的固定斜率即電流線性上升的狀態(tài)變?yōu)樾甭拭黠@增大，即此時電流上升的速度明顯加快，此時的電流強(qiáng)度即為電感的飽和電流。當(dāng)采樣電阻R2檢測到明顯電流變化后，MCU模塊電路立刻關(guān)斷功率場效應(yīng)管Q3，此時加上相應(yīng)的濾波算法提取出飽和電流值，采樣電阻R2檢測電感上流過的電流，