多通道電流採樣電路的製作方法

2023-05-25 20:25:11

專利名稱：多通道電流採樣電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種採樣電路，具體涉及一種多通道電流採樣電路，適用於工業
生產中對大批量產品的測試。
背景技術：
電流採樣電路是一些產品測試和控制系統中常用到的電路，如對汽車車燈生產的 測試系統中等，觀察和記錄在檢測過程中的電流值，以此判斷產品的各種特性是否滿足測 試標準。常見的採樣過程是一路待測電流輸入至採樣電路中，得到一輸出信號值，該信號 值經一 A/D轉換器與單片機連接，單片機將接收到的數位訊號根據預設於機內的對照表找 出對應的數值，並在與其連接的顯示裝置上顯示。上述採樣電路常以電流互感器或者大功 率的採樣電阻來實現，而此電路僅適用於對單個通路、小批量的產品測試，換句話說僅適用 於實驗室使用的階段，當用於工業生產中對大批量產品測試時，就必須採用多通路的輸入 方式，以適應生產效率的需要，而如此便存在成本高、體積大、發熱量大等問題，因而已不再 適合使用。 為解決上述問題，有出現採用康銅絲作為電流採樣電阻的採樣電路，以此減小體 積，降低成本。但在實際測試發現，由於採樣電阻的分流特性，康銅絲的阻值一般都比較小 ( 一般都在0. 001歐姆到1歐姆之間)，尤其在焊接後，焊盤內的那段電阻將被短路，電阻的 有效長度將變小而且不一致，從而導致測試結果不準確，這是由於電路板是有厚度的，康銅 絲穿過過孔的部分就被金屬化過孔短路，這一段的電阻值將變小，所以一般工程師在設計 康銅絲形成的取樣電阻，做單個樣品往往可以通過，但對批量產品就不穩定，經常發現電流 採樣值有偏差，如此便不能符合對批量產品測試必須保證的穩定性和準確性要求，亦不適 合使用。

發明內容本實用新型目的是提供一種多通道電流採樣電路，使用該電路，可大大提高測試 精度及測試效率，適用於工業生產中的批量產品測試。 為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是一種多通道電流採樣電路，包括 多通路輸入電路、採樣電路、多路選擇開關電路及輸出控制電路，還包括一預校正電流產生 電路及一切換控制電路，所述預校正電流產生電路包括一集成運放及一 電流控制及反饋電 路，所述集成運放的輸入端與所述輸出控制電路的校正信號輸出端連接，其輸出端接入所 述電流控制及反饋電路；所述切換控制電路由與所述多通路輸入電路輸入通道數對應個數 的繼電器構成，每一繼電器的一端與對應的輸入通道連接，另一端並接於所述電流控制及 反饋電路的輸出端上，所述切換控制電路的輸出端與所述採樣電路連接，其切換控制端與 所述輸出控制電路的校正選擇信號輸出端連接。 上述技術方案中，所述多通路輸入電路為一與外部待測電流接入的接口電路，待 測電流根據需要設置，從1 N路(1 16)通過接口電路進入切換控制電路，每一通路對應接入一切換控制電路中的一個繼電器，繼電器的兩個觸點分別對應正常的檢測輸入端及校 正電流輸入端，所述輸出控制電路可以採用以往由A/D轉換器與單片機組合構成的控制電 路，也可以採用數據採集卡與PC機組合構成的控制電路等，只要能給出2組選通信號分別 給多路選擇開關電路和切換控制電路，另外再有一路模擬信號輸入至預校正電流產生電路 中去就可以了 。其工作過程為正常檢測時，待測電流自多通路輸入電路輸入至切換控制電 路，再到電流採樣電路進行採樣，採樣得出的信號輸入到多路選擇開關電路中，多路選擇開 關電路根據輸出控制電路給出的選通信號選擇待測通道，並被輸入至輸出控制電路中去； 校正時由輸出控制電路給出一模擬信號至預校正電流產生電路中，輸出校正電流至切換 控制電路，同時輸出控制電路給出需要校正通路的信號給切換控制電路，使對應的繼電器 切換到與校正電流相連接觸點上，校正電流經切換控制電路輸入至採樣電路中，輸出採樣 信號經多路選擇開關電路到輸出控制電路中，該輸入信號為已知電流信號，用以進行校正 計算，得出該通路上採樣電路中康銅絲採樣電阻的實際值，在以後該通路輸入測試信號時， 便以校正的實際值來計算，這樣可以得到比較精確的電流採樣值。此功能根據用戶的需求 進行切換後進行校正，一般只需在電路元件(或環境)發生變化或經過測試規定的時間後 進行一次再校正，平時電路都處於測試功能。 上述技術方案中，所述電流控制及反饋電路為一場效應管及一組並聯調節電阻組 成的共漏極放大電路，所述場效應管的柵極輸入端與所述集成運放的輸出端連接，源極與 所述調節電阻連接，漏極輸出端與所述切換控制電路連接。 進一步的技術方案為，所述預校正電流產生電路中還包括由一電壓跟隨電路及一
隔離放大電路串聯構成的抗幹擾電路，所述輸出控制電路的校正信號輸出端與所述電壓跟
隨電路輸入端連接，所述隔離放大電路的輸出端與所述集成運放的輸入端連接。 上述技術方案中，所述輸出控制電路包括一數據採集卡及一帶有軟體程序的微處
理器，所述微處理器輸出的控制信號經所述數據採集卡輸入至所述多路選擇開關電路中，
而多路選擇開關電路的輸出信號經該數據採集卡輸入至所述微處理器中。帶有NI公司的
LabVIEW軟體程序的微處理器，作為數據處理和控制平臺，能記錄所有需要的數據，所以能
非常方便的實現實時數據的監控畫面，異常數據的匯總和所有歷史數據的匯總功能。 進一步的技術方案為，所述多路選擇開關電路與所述數據採集卡之間串接有一電
壓跟隨電路及一隔離放大電路串聯構成的抗幹擾電路，所述多路選擇開關電路輸出端與所
述電壓跟隨電路輸入端連接，所述隔離放大電路的輸出端與所述數據採集卡輸入端連接。 優選的技術方案為，所述數據採集卡經一光耦隔離器與所述多路選擇開關電路連
接。通過光耦隔離器，控制信號與待測採樣電流信號完全實現了電氣隔離，從而大大增加了
電路的可靠性及抗幹擾能力，工作穩定。 由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有的優點是 1 、由於本實用新型設置一預校正電流產生電路，通過切換控制電路在校正電流與
檢測電流間進行輸入切換，需要對指定通道採樣電路中採樣電阻值校正時，由輸出控制電
路發出校正選擇信號，切換至校正電流輸入信號，經採樣後得出實際校正值，在向後的所有
運算和放大電路中都使用校正後的值進行，這樣可以得到比較精確的電流採樣值，從而避
免康銅絲採樣電阻及相關電路的造成的偏差影響輸出採樣電流值的準確度，確保多通道、
批量產品檢測時檢測數據的高精度，實現工業化批量檢測；[0014] 2、採用數據採集卡與帶有軟體程序的微處理器組成的輸出控制電路，一方面採樣 速率得到提高，採樣電流範圍能從10mA IOA，滿足極大部分應用場所的使用，另一方面實 現電腦軟體對採樣電路數據的處理與控制，與以往單片機的控制方式比較，提高了功能性 與實用性； 3、數據採集卡與多路選擇開關電路之間設置光耦隔離器，進行輸入隔離，使系統 提高了共模抑制比，並使該電路有著極好的抗幹擾性能，能同時保護電子儀器設備和人身 安全，適合於工業環境下應用。

圖1是本實用新型實施例 圖2是本實用新型實施例 圖3是本實用新型實施例 圖4是本實用新型實施例 圖5是本實用新型實施例
的電路原理框圖； 中的切換電路； 中一個通道的採樣電路； 中多路選擇開關和隔離放大電路； 中的預校正電流產生電路。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述 實施例一 參見圖1至圖5所示，一種多通道電流採樣電路，包括多通路輸入電 路、切換控制電路、採樣電路、多路選擇開關電路、預校正電流產生電路及輸出控制電路，所 述預校正電流產生電路包括一集成運放AD711及一電流控制及反饋電路，所述集成運放 AD711的正向輸入端與所述輸出控制電路的校正信號輸出端連接，其電流反饋端與集成運 放反向輸入端相連接其輸出端接入所述電流控制及反饋電路，該電流控制及反饋電路的輸 出端並接於切換控制電路中；所述輸出控制電路包括一數據採集卡PCI6251M及一帶有軟 件程序的微處理器，所述微處理器輸出的控制信號經所述數據採集卡PCI6251M輸入至所 述多路選擇開關電路中，而多路選擇開關電路的輸出信號經該數據採集卡PCI6251M輸入 至所述微處理器中。 如圖2所示，所述切換控制電路由與所述多通路輸入電路輸入通道數對應個數的 繼電器構成，每一繼電器的2腳、9腳觸點與對應的輸入通道連接，4腳觸點並接於所述預校 正電流產生電路的輸出端上，7腳與地連接，3腳、8腳輸出端與對應的採樣電路連接，切換 控制端與數據採集卡PCI6251M的校正選擇信號輸出端D4 D7腳連接。這部分電路是利 用繼電器完成對測試和校正功能進行切換控制的功能，通道選擇信號D4 D7由數據採集 卡PCI6251M的數字10 口輸出，通過解碼器進行解碼選擇，正常輸出的就是高電平，此時繼 電器的常閉功能為測試功能(輸入為經輸入通道輸入的信號)。本實施例中採用了 10路信 號CurrentOl CurrentlO，此時有在選中的通道才出現低電平，此時可以看到圖2中的繼 電器發生跳轉，切換為校正功能，此時的輸入是有預校正電流產生電路產生的已知電流信 號，用以進行校正功能的計算。 如圖3所示，其中一個通道的採樣電路，實際需要的通道數和輸入通道數相同。使 用康銅絲為原材料的採樣電阻R1， Cl作為濾波電容，採樣電流通過AD621儀表放大器進行 差分放大成為放大後的電壓信號，這個電壓信號是後繼電路多路選擇開關和隔離放大電路的輸入信號。將AD621的引腳1和8進行短接，將增益精確設置到100，當採用0. 01歐姆的
採樣電阻時，這樣輸入的電壓就是U = R^I*G = 0. 01*1*100 = I (V)，如果此時輸入電流為
2. 5A，那麼AD621的輸出信號就是2. 5V。這個可根據實際應用進行變更。 如圖4所示，所述多路選擇開關電路與所述數據採集卡PCI6251M之間串接有一電
壓跟隨電路及一隔離放大電路串聯構成的抗幹擾電路，所述多路選擇開關電路輸出端與所
述電壓跟隨電路輸入端連接，所述隔離放大電路的輸出端與所述數據採集卡PCI6251M輸
入端連接。本電路的功能就是把多路輸入信號通過16路切換開關轉換為1路輸出信號，然
後通過電壓跟隨輸出，再經過隔離運放後輸出到數據採集卡PCI6251M去。通過光耦隔離器
進行隔離，輸出信號對輸入端無影響，由數據採集卡D0 D3輸出選通信號經光耦隔離器輸
入至切換開關的AO A3腳，Sl S10為採樣電路輸入信號，D腳為輸出，經一級運放進行
跟隨再經隔離放大電路後輸入數據採集卡PCI6251M中，隔離放大器應用於高共模電壓環
境下的小信號測量，對被測對象和數據採集系統予以隔離，從而提高共模抑制比，同時保護
了電子儀器設備和人身安全。 如圖5所示，所述電流控制及反饋電路為一場效應管Q1及一組並聯的調節電 阻R25、 R24組成的共漏極放大電路，所述場效應管Q1的柵極輸入端2腳與所述集成運放 AD711的輸出端6腳連接，源極3腳與所述調節電阻連接，漏極輸出端1腳與所述切換控制 電路中繼電器4腳連接。集成運放的輸入端3腳經一電壓跟隨電路及一隔離放大電路串 聯構成的抗幹擾電路與數據採集卡PCI6251M連接，由數據採集卡PCI6251M提供的一路模 擬信號(-iov IOV)，可根據需要產生的校正電流的大小由用戶定義，信號通過電壓跟隨 輸出，再經過隔離運放器後輸出到集成運放AD711中去，集成運放AD711的輸出經過P溝道 FET管Q1，產生的預校正電流信號輸出到切換控制電路中去。根據運放的特點，我們可以計
算出預校正電流的大小為這裡Vi就是數據採集卡PCI6251M提供的模擬信
號，通過電壓跟隨和隔離運放，到集成運放AD711的輸入時仍舊是相同的幅度。R24和R25 作為調節電阻，可以在需要變更預校正電流的大小時，和K配合變更，這樣可以實現更大範 圍的變化值。 本實施例中，微處理器為帶有LabVIEW軟體的PC機，作為數據處理和控制平臺，能 記錄所有需要的數據，非常方便的實現實時數據的監控，異常數據的匯總和所有歷史數據 的匯總功能。
權利要求一種多通道電流採樣電路，包括多通路輸入電路、採樣電路、多路選擇開關電路及輸出控制電路，其特徵在於還包括一預校正電流產生電路及一切換控制電路，所述預校正電流產生電路包括一集成運放及一電流控制及反饋電路，所述集成運放的正向輸入端與所述輸出控制電路的校正信號輸出端連接，其輸出端接入所述電流控制及反饋電路；其電流反饋端與集成運放反向輸入端相連接；所述切換控制電路由與所述多通路輸入電路輸入通道數對應個數的繼電器構成，每一繼電器的一端與對應的輸入通道連接，另一端並接於所述電流控制及反饋電路的輸出端上，所述切換控制電路的輸出端與所述採樣電路連接，其切換控制端與所述輸出控制電路的校正選擇信號輸出端連接。
2. 根據權利要求1所述的多通道電流採樣電路，其特徵在於所述電流控制及反饋電 路為一場效應管及一組並聯調節電阻組成的共漏極放大電路，所述場效應管的柵極輸入端 與所述集成運放的輸出端連接，源極與所述調節電阻連接，漏極輸出端與所述切換控制電 路連接。
3. 根據權利要求1或2所述的多通道電流採樣電路，其特徵在於所述預校正電流產 生電路中還包括由一電壓跟隨電路及一隔離放大電路串聯構成的抗幹擾電 路，所述輸出控 制電路的校正信號輸出端與所述電壓跟隨電路輸入端連接，所述隔離放大電路的輸出端與 所述集成運放的輸入端連接。
4. 根據權利要求1所述的多通道電流採樣電路，其特徵在於所述輸出控制電路包括 一數據採集卡及一帶有軟體程序的微處理器，所述微處理器輸出的控制信號經所述數據採 集卡輸入至所述多路選擇開關電路中，而多路選擇開關電路的輸出信號經該數據採集卡輸 入至所述微處理器中。
5. 根據權利要求4所述的多通道電流採樣電路，其特徵在於所述多路選擇開關電路 與所述數據採集卡之間串接有一電壓跟隨電路及一隔離放大電路串聯構成的抗幹擾電路， 所述多路選擇開關電路輸出端與所述電壓跟隨電路輸入端連接，所述隔離放大電路的輸出 端與所述數據採集卡輸入端連接。
6. 根據權利要求4或5所述的多通道電流採樣電路，其特徵在於所述數據採集卡經 一光耦隔離器與所述多路選擇開關電路連接。
專利摘要本實用新型公開了一種多通道電流採樣電路，包括多通路輸入電路、採樣電路、多路選擇開關電路及輸出控制電路，其特徵在於還包括一預校正電流產生電路及一切換控制電路，所述預校正電流產生電路中的集成運放輸入端與所述輸出控制電路的輸出端連接，其輸出端接入電流控制及反饋電路，其電流反饋端與集成運放相連接；所述切換控制電路由多個繼電器構成，每一繼電器的一端與對應的輸入通道連接，另一端並接於所述預校正電流產生電路的輸出端上，其輸出端與所述採樣電路連接，其切換控制端與所述輸出控制電路的輸出端連接。本實用新型通過增設預校正電流產生電路，計算出採樣電阻的實際接入值，避免誤差，實現多通道、批量產品精確檢測。
文檔編號G01R19/00GK201449411SQ20092004755
公開日2010年5月5日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者劉正, 王倢婷, 羅倫, 蔣常炯, 陳堂敏 申請人:蘇州經貿職業技術學院