高精度大動態(tài)電流采集裝置及其恒壓/恒流供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電流采集技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種高精度大動態(tài)電流采集裝置及其恒壓/恒流供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電流采集裝置廣泛應(yīng)用于電流測量儀表及恒壓/恒流源等設(shè)備中，一般情況下，外部電流的范圍較大，這樣經(jīng)過電流采集裝置的電流信號范圍也較大；現(xiàn)有的電流采集裝置改變電流采集量程的方法主要有兩種:一是改變電流采樣電阻，保持采樣電阻的電壓增益不變；二、保持采樣電阻不變，調(diào)節(jié)采樣電阻的電壓增益。方法一通常用于電流測量儀表中，由于電流采集電路沒有改變，僅改變采樣電阻，從而可以使各個量程的電流采集相對誤差保持恒定。但現(xiàn)有的通過改變采樣電阻保持采樣電阻電壓增益不變的電流采集裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致成本較高，且系統(tǒng)沒有反饋電路或反饋電路的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性較低。方法二通常用在恒壓/恒流源，由于負(fù)載動態(tài)范圍較大，恒壓源通過改變采樣電阻的電壓增益實現(xiàn)恒壓源的多量程輸出，會導(dǎo)致恒壓源輸出的每個電壓值的誤差都不一致，造成電壓輸出值的精度降低，恒流源也是如此。因此，單獨(dú)通過上述任意一種方法實現(xiàn)的電流采集裝置，都無法滿足同時應(yīng)用在電流采集儀表和恒壓恒流源等需要使用電流采集裝置的系統(tǒng)里。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實用新型首先提供一種高精度大動態(tài)電流采集裝置，實現(xiàn)電流采集裝置同時應(yīng)用在電流采集儀表及恒壓/恒流源內(nèi)，且能滿足高精度的需求。
[0004]具體技術(shù)方案如下:
[0005]—種尚精度大動態(tài)電流米集裝置，其關(guān)鍵在于:
[0006]包括微控制器、電阻選通網(wǎng)絡(luò)、電壓放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和輸入/輸出設(shè)備；所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)用于接入需要采集電流的電流回路中，其阻值可調(diào)節(jié)，該電阻選通網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有電流輸入端Ιιη、電流輸出端1_以及阻值調(diào)控端Con ;所述電壓放大器的輸入端連接在所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸入端Ιιη，用于采集所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸入端Ιιη的電壓信號并實現(xiàn)信號放大；所述電壓放大器的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接所述微控制器的輸入端，所述微控制器的一個輸出端連接在所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的阻值調(diào)控端Con上，用于改變所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的阻值；在所述微控制器上還連接所述輸入/輸出設(shè)備，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和外部控制。
[0007]其中，所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)中包括多個電阻和多個開關(guān)組合形成的可調(diào)電阻模塊R2，通過所述微控制器控制多個開關(guān)的組合狀態(tài)來改變電阻選通網(wǎng)絡(luò)接入電流回路的阻值。
[0008]本實用新型在應(yīng)用時，電阻選通網(wǎng)絡(luò)作為電流采集裝置的采樣電阻，電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸入端Ιιη和電流輸出端I _連接在需要采集電流的電流回路中，微控制器根據(jù)電壓放大器采集來的電壓信號的大小，給電阻選通網(wǎng)絡(luò)的阻值調(diào)控端Con發(fā)送開關(guān)切換信號，控制可調(diào)電阻模塊R2接入電流回路中的阻值，使得電流采集裝置能夠采集不同電流范圍的電流值，實現(xiàn)電流采集裝置的電流采集量程的自動切換。
[0009]進(jìn)一步地，在所述可調(diào)電阻模塊R2的兩端還并行連接有旁路二極管D1和旁路二極管D2，用于實現(xiàn)雙向過流保護(hù)，保證電流采集裝置在采集較大的電流值時，不會被燒壞；旁路二極管D1和旁路二極管D2都采用大功率二極管，正向?qū)娏鞑恍∮陔娏鞑杉b置可采集的最大電流；二極管D1或D2可采用單個或多個二極管串聯(lián)的方式實現(xiàn)，實現(xiàn)小范圍調(diào)整電流測量量程。
[0010]再進(jìn)一步地，所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)還設(shè)置有與所述可調(diào)電阻模塊R2串聯(lián)的反饋電阻R1，其中:可調(diào)電阻模塊R2的一端作為電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸入端Ιιη，反饋電阻R1的一端作為電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸出端1_，反饋電阻R1和可調(diào)電阻模塊R2的公共端作為電阻選通網(wǎng)絡(luò)的反饋端Ref，可調(diào)電阻模塊R2中的開關(guān)切換控制端作為所述阻值調(diào)控端Con。反饋電阻R1使得電流采集裝置具有電流反饋回路，且反饋電阻R1與可調(diào)電阻模塊R2 —起作為電流采集裝置的采樣電阻，增加了采樣電阻所在電流回路的魯棒性。
[0011]結(jié)合上述高精度大動態(tài)電流采集裝置，本實用新型的另一目的在于提供一種基于高精度大動態(tài)電流采集裝置的恒壓/恒流供電系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于:在上述高精度大動態(tài)電流采集裝置的基礎(chǔ)上，還設(shè)置有直流電源和負(fù)載接口，所述直流電源的正極連接所述負(fù)載接口的高電平輸出端，所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸入端Ijt所述負(fù)載接口的低電平輸出端，所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電流輸出端1_接所述直流電源的負(fù)極，所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)的反饋端Ref還與所述直流電源的反饋端ref相連。
[0012]使用時，將負(fù)載的電源接口接在上述供電系統(tǒng)的負(fù)載接口上，微控制器根據(jù)電壓放大器采集來的電壓信號判斷當(dāng)前負(fù)載的大小，并根據(jù)負(fù)載所需電壓/電流值調(diào)節(jié)可調(diào)電阻模塊R2接入電流回路中的阻值，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的輸出電壓/電流的改變。由于負(fù)載動態(tài)范圍較大，恒流供電系統(tǒng)可通過反饋電阻R1形成的電流負(fù)反饋回路，確保輸出電流值保持恒定；恒壓供電系統(tǒng)在出現(xiàn)過流時，同樣可通過反饋電阻R1形成的電壓反饋回路，確保輸出電壓值保持恒定。
[0013]有益效果:(1)僅改變采樣電阻，使各個量程的電流采集相對誤差保持恒定；(2)使用采樣電阻的一部分作為反饋電阻，形成電壓/電流的反饋回路，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
(3)能夠在保證輸出誤差恒定的前提下，實現(xiàn)恒壓/恒流供電系統(tǒng)能夠輸出不同的恒壓/恒流值。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的電路原理圖；
[0015]圖2為圖1中電壓放大器的電路原理圖；
[0016]圖3為圖1中電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電阻并聯(lián)選通方式；
[0017]圖4為圖1中電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電阻串聯(lián)選通方式；
[0018]圖5為圖1中電阻選通網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖；
[0019]圖6為基于本實用新型的恒壓恒流供電系統(tǒng)的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1所不的一種尚精度大動態(tài)電流米集裝置，其關(guān)鍵在于:
[0022]包括微控制器1、電阻選通網(wǎng)絡(luò)2、電壓放大器3、A/D轉(zhuǎn)換器4和輸入/輸出設(shè)備5;所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)2用于接入需要采集電流的電流回路中，其阻值可調(diào)節(jié)，該電阻選通網(wǎng)絡(luò)2設(shè)置有電流輸入端Ιιη、電流輸出端1_以及阻值調(diào)控端Con ;所述電壓放大器3的輸入端連接在所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)2的電流輸入端Ιιη，用于采集所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)2的電流輸入端Ιιη的電壓信號并實現(xiàn)信號放大，如圖2所示，電壓放大器3的電壓放大倍數(shù)可由電阻R3和R4調(diào)節(jié)；所述電壓放大器3的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換器4的輸入端相連，所述A/D轉(zhuǎn)換器4的輸出端接所述微控制器1的輸入端，所述微控制器1的一個輸出端連接在所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)2的阻值調(diào)控端Con上，用于改變所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)2的阻值；在所述微控制器1上還連接所述輸入/輸出設(shè)備5，用于實現(xiàn)將電流采集裝置采集的電流/電壓數(shù)據(jù)傳輸給外界，外界也可經(jīng)過輸入/輸出設(shè)備5向微控制器1發(fā)送控制信號。在本實施例中，上述電壓放大器3采用高輸入阻抗、低偏置電流的CMOS運(yùn)算放大器，電阻R3、R4采用低溫漂、高精度電阻；所述A/D轉(zhuǎn)換器4采用雙極性輸入型A/D轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)雙極性電壓的采集。
[0023]為實現(xiàn)大動態(tài)范圍的電流采集，所述電阻選通網(wǎng)絡(luò)2采用多個電阻和多個開關(guān)組合形成的可調(diào)電阻模塊R2，通過所述微控制器1控制多個開關(guān)的組合狀態(tài)來改變電阻選通網(wǎng)絡(luò)2接入電流回路的阻值，即改變電流采集裝置的電流量程?？烧{(diào)電阻模