直流電流信號輸出裝置製造方法
2023-05-16 08:54:16
直流電流信號輸出裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直流電流信號輸出裝置，包括：用於輸出恆流源電流信號的恆流源輸出電路；用於分別對所述恆流源電流信號進行採樣並將採樣電流值輸出的採樣電路；用於對目標電流值進行設定以及調整的第一電流調節電路；用於根據所述採樣電流值與所述目標電流值之間的偏差值產生控制信號的控制電路；用於對所述控制信號進行調整的第二電流調節電路；用於將所述控制信號進行放大處理並轉換為電壓控制信號的電流轉換電路；用於根據所述電壓控制信號對所述恆流源電流信號進行調整使其穩定在所設定的目標電流值內的閉環控制電路。上述直流電流信號輸出裝置輸出的恆流源電流信號具有高精度高穩定性的優點。
【專利說明】直流電流信號輸出裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及檢定裝置用直流電流信號【技術領域】，特別是涉及一種直流電流信號輸出裝置。
【背景技術】
[0002]配網終端(也稱配網自動化終端)等自動化設備需要採集交流、直流信號，其採樣精度高、輸入動態範圍大。傳統的直流電流源的精度以及穩定性難以達到配網終端對電流精度的要求，從而使得在研製期間滿足要求的檢定裝置很難獲取到符合要求的直流電流信號。而使用專業儀器則價格昂貴，且購買之後儀器的使用率低，經濟效率不高。
實用新型內容
[0003]基於此，有必要針對上述問題，提供一種可以提供高精度高穩定性直流電流信號的直流電流信號輸出裝置。
[0004]一種直流電流信號輸出裝置，包括:用於輸出恆流源電流信號的恆流源輸出電路；用於對所述恆流源電流信號進行採樣並將採樣電流值輸出的採樣電路；用於分別對目標電流值進行設定以及調整的第一電流調節電路；用於根據所述採樣電流值與所述目標電流值之間的偏差值產生控制信號的控制電路；用於對所述控制信號進行調整的第二電流調節電路；用於將所述控制信號進行放大處理並轉換為電壓控制信號的電流轉換電路；用於根據所述電壓控制信號對所述恆流源電流信號進行調整使其穩定在所設定的目標電流值內的閉環控制電路；所述恆流源輸出電路分別與所述閉環控制電路、所述採樣電路連接；所述控制電路分別與所述採樣電路、所述電流轉換電路以及所述第一電流調節電路連接；所述閉環控制電路還與所述電流轉換電路、所述採樣電路連接；所述第二電流調節電路與所述電流轉換電路連接。
[0005]在其中一個實施例中，所述恆流源輸出電路包括輸出接插件以及MOS管；所述採樣電路包括採樣電阻；所述輸出接插件連接於所述MOS管的源極和供電電源之間；所述MOS管的柵極與所述閉環控制電路連接；所述MOS管的漏極串聯所述採樣電阻後接地。
[0006]在其中一個實施例中，所述閉環控制電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一電阻、第二電阻以及第一電容；所述第一運算放大器的同相輸入端用於接收所述電流轉換電路輸出的電壓控制信號；所述第一運算放大器的輸出端與所述MOS管的柵極連接；所述第一運算放大器的反相輸入端分別串聯第一電阻、第一電容後與所述第二運算放大器的輸出端連接；所述第二運算放大器的同相輸入端連接於所述MOS管的漏極和所述採樣電阻之間；所述第二運算放大器的反相輸入端串聯第二電阻後接地。
[0007]在其中一個實施例中，所述閉環控制電路還包括第三電阻、第四電阻、第二電容以及第三電容；所述第一運算放大器的輸出端順次串聯第三電阻、第二電容後與所述第一運算放大器的反相輸入端連接；所述第二運算放大器的輸出端分別串聯第四電阻、第三電容後與所述第二運算放大器的反相輸入端連接。
[0008]在其中一個實施例中，所述控制電路包括主控晶片，所述控制信號為數字控制信號；所述直流電流信號輸出裝置還包括用於將所述數字控制信號轉換為模擬控制信號後輸出給所述電流轉換電路的控制信號轉換電路；所述控制信號轉換電路分別與所述控制電路和所述電流轉換電路連接。
[0009]在其中一個實施例中，所述控制信號轉換電路包括數模轉換晶片以及電壓跟隨器；所述數模轉換晶片的串口時鐘輸入引腳以及串口數據輸入引腳分別與所述主控晶片連接；所述數模轉換晶片的電壓輸出引腳與所述電壓跟隨器的同相輸入端連接；所述電壓跟隨器的輸出端與所述電流轉換電路的輸入端連接。
[0010]在其中一個實施例中，所述恆流源輸出電路由交流供電；所述直流電流信號輸出裝置還包括用於將所述交流供電轉換成模擬供電電源以及數字供電電源後分別向各電路供電的電源轉換電路；所述電源轉換電路包括變壓器、全橋整流電路、至少一個輸出模擬供電電壓的三端穩壓管以及至少一個的輸出數字供電電壓的三端穩壓管；所述變壓器的主繞組側與交流供電連接，次繞組側與全橋整流電路連接；所述全橋整流電路的輸出端分別與所述至少一個輸出模擬供電電壓的三端穩壓管的電壓輸入端、所述至少一個的輸出數字供電電壓的三端穩壓管的電壓輸入端連接。
[0011 ] 在其中一個實施例中，所述採樣電路採集到的採樣電流值為模擬採樣電流值；所述直流電流信號輸出裝置還包括用於將所述模擬採樣電流值轉換為數字採樣電流值後輸出給所述控制電路的採樣轉換電路；所述採樣轉換電路分別與所述採樣電路以及所述控制電路連接。
[0012]在其中一個實施例中，所述直流電流信號輸出裝置還包括用於在所述控制電路的控制下對所述恆流源輸出電路的開啟和關斷進行控制的開關控制電路；所述開關控制電路分別與所述控制電路和所述恆流源輸出電路連接。
[0013]在其中一個實施例中，所述直流電流信號輸出裝置還包括用於對所述恆流源電流信號以及所述目標電流值進行顯示的顯示電路；所述顯示電路與所述控制電路連接。
[0014]上述直流電流信號輸出裝置，第一電流調節電路可以對目標電流值進行設定，控制電路則可以根據採樣電路獲得的採樣電流值與第一電流調節電路設定的目標電流值之間的偏差值生成控制信號。形成的控制信號經過第二電流調節電路的進一步調整後由電壓調整電路進行放大處理並轉換為電壓控制信號後輸出給閉環控制電路。閉環控制電路根據該電壓控制信號控制輸出恆流源輸出電路輸出的恆流源電流信號並將其穩定在所設定的目標電流值附近，提高了電流輸出的精度和穩定性，能夠滿足設備對輸入電流的高精度、高穩定性的需求。同時，通過閉環控制電路可以對恆流源輸出電路實現閉環控制，進一步提高了恆流源輸出電路輸出的恆流源電流信號的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為一實施例中的直流電流信號輸出裝置的原理框圖；
[0016]圖2為另一實施例中的直流電流信號輸出裝置的原理框圖；
[0017]圖3為圖2所示實施例中的直流電流信號輸出裝置中的電源轉換電路210的電路原理圖；
[0018]圖4為圖2所示實施例中的直流電流信號輸出裝置中的恆流源輸出電路210、採樣電路215、閉環控制電路250以及開關控制電路255的電路原理圖；
[0019]圖5為圖2所示實施例中的直流電流信號輸出裝置中的採樣轉換電路220、控制電路225以及第一電流調節電路230的電路原理圖；
[0020]圖6為圖2所示實施例中的直流電流信號輸出裝置中的控制信號轉換電路235、第二電流調節電路240以及電流轉換電路245的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0022]如圖1所示為一實施例中的直流電流信號輸出裝置的原理框圖，其可以用於向配網終端等自動化設備的檢定裝置提供高精度、高穩定性的直流電流信號。一種直流電流信號輸出裝置包括恆流源輸出電路110、採樣電路120、控制電路130、電流轉換電路140、閉環控制電路150、第一電流調節電路160以及第二電流調節電路170。其中，恆流源輸出電路110分別與採樣電路120、閉環控制電路150連接。控制電路130分別與採樣電路120、電流轉換電路140以及第一電流調節電路160連接。電流轉換電路140還分別與閉環控制電路150、採樣電路120連接以及第二電流調節電路170連接。閉環控制電路150還與採樣電路120連接。
[0023]恆流源輸出電路110用於產生恆流源電流信號並向輸出。採樣電路120用於對恆流源輸出電路110輸出的恆流源電流信號進行採樣，並將採樣電流值輸出給控制電路130。第一電流調節電路160用於分別對目標電流值進行設定以及調整。控制電路130根據採樣電流值與第一電流調節電路160設定的目標電流值之間的偏差值產生相應的控制信號輸出。第二電流調節電路170用於對控制電路130輸出的控制信號進行調整後輸出給電流轉換電路140。電流轉換電路140根據該控制信號產生相應的電壓控制信號後輸出給閉環控制電路150。閉環控制電路150在根據電壓控制信號對恆流源輸出電路110輸出的恆流源電流信號進行調整使其維持在所設定的目標電流值附近。同時，閉環控制電路150與恆流源輸出電路110形成閉環控制，能夠將恆流源輸出電路110輸出的恆流源電流信號反饋到恆流源輸出電路110的輸入端，從而穩定其輸出的恆流源電流信號。
[0024]上述直流電流信號輸出裝置，第一電流調節電路160可以對目標電流值進行設定，控制電路130則可以根據採樣電路120獲得的採樣電流值與目標電流值之間的偏差值生成控制信號。形成的控制信號經過第二電流調節電路170的進一步調整後由電壓調整電路140進行放大處理並轉換為電壓控制信號後輸出給閉環控制電路150。閉環控制電路150根據該電壓控制信號對恆流源輸出電路110輸出的恆流源電流信號進行控制使其穩定在所設定的目標電流值附近，提高了電流輸出的精度和穩定性。同時，通過閉環控制電路150可以對恆流源輸出電路110實現閉環控制，進一步提高了恆流源輸出電路110輸出的恆流源電流信號的穩定性。
[0025]圖2所示為另一實施例中的直流電流信號輸出裝置，其包括電源轉換電路205、恆流源輸出電路210、採樣電路215、採樣轉換電路220、控制電路225、第一電流調節電路230、控制信號轉換電路235、第二電流調節電路240、電流轉換電路245、閉環控制電路250、開關控制電路255以及顯示電路260。其中，電源轉換電路260用於向各個電路供電。恆流源輸出電路210分別與採樣電路215、閉環控制電路250連接。閉環控制電路250還分別與採樣電路215、電流轉換電路245連接。採樣轉換電路220分別與採樣電路215和控制電路225連接。第一電流調節電路230與控制電路255連接。控制信號轉換電路235分別與控制電路225、電流轉換電路245連接。電流轉換電路245還與第二電流調節電路240連接。開關控制電路255則分別與控制電路225、恆流源輸出電路210連接。顯示電路260與控制電路225連接。
[0026]電源轉換電路205用於將交流供電轉換成模擬供電電源以及數字供電電源後向各電路供電。在本實施例中，電源轉換電路205可以將110-220V的交流電源轉換成正負12伏的模擬供電電源和5V的數字供電電源後向各電路供電。電源轉換電路205的電路原理如圖3所示。在本實施例中，電源轉換電路205包括變壓器T3、全橋整流電路D8、輸出數字供電電壓的三端穩壓管U35、輸出模擬供電電壓的三端穩壓管U36以及U39。其中，變壓器T3的主繞組側與110?220V的交流供電連接，次繞組側與全橋整流電路D8連接。全橋整流電路D8的輸出端分別與三端穩壓管U35、U36以及U39的電壓輸入端連接。三端穩壓管U35的電壓輸出端輸出5V數字供電電壓向各電路提供數字供電電源。三端穩壓管U36的電壓輸出端輸出+12V模擬供電電壓向各電路提供模擬供電電源，而三端穩壓管U39的電壓輸出端輸出-12V模擬供電電壓向各電路提供模擬供電電源。三端穩壓管U35、U36以及U39的接地端接地。電源轉換電路205可以向電路提供5V數字電源以及正負12V的模擬電源以滿足電路工作的需求。在其他的實施例中，電源轉換電路205也可以根據實際需要進行相應的轉換。
[0027]恆流源輸出電路210用於提供穩定高精度的恆流源電流信號。閉環控制電路250則用於與恆流源輸出電路210形成閉環控制以穩定恆流源輸出電路210輸出的恆流源電流信號。同時，閉環控制電路250還用於根據電流轉換電路245輸出的電壓控制信號對恆流源輸出電路210輸出的恆流源電流信號進行調整使其穩定在目標電流值附近。開關控制電路255則用於根據控制電路225的輸出的開關信號對恆流源輸出電路210的開啟和關斷進行控制。
[0028]圖4為恆流源輸出電路210、採樣電路215、閉環控制電路250以及開關控制電路255的電路原理圖。在本實施例中，恆流源輸出電路210由12V模擬電源供電。恆流源輸出電路210包括輸出接插件TERM2以及MOS管Q4。採樣電路215包括採樣電阻R72。閉環控制電路250則包括第一運算放大器U37以及第二運算放大器U38。
[0029]輸出接插件TERM2用於與輸出埠連接，向外輸出恆流源電流信號。輸出接插件TERM2連接於MOS管Q4的源極和12V模擬電源供電端之間。MOS管Q4的柵極與第一運算放大器U37的輸出端連接。MOS管Q4的漏極串聯採樣電阻R72後接地。第一運算放大器U37的同相輸入端用於接收電流轉換電路245輸出的電壓控制信號Vb。第一運算放大器U37的反相輸入端分別串聯第一電阻R78、第一電容C63後與第二運算放大器U38的輸出端連接。第一運算放大器U37的輸出端還串聯第三電阻R70、第二電容C58後與第一運算放大器U37的反相輸入端連接。第二運算放大器U38的同相輸入端連接於MOS管Q4的漏極和採樣電阻R72之間。第二運算放大器U38的反相輸入端串聯第二電阻R77後接地。第二運算放大器U38的輸出端還分別串聯第四電阻R75、第三電容C61後與第二運算放大器U38的反相輸入端連接。具體地，運算放大器U37的同相輸入端接收電流轉換電路245產生的電壓控制信號Vb，並根據該電壓控制信號Vb對恆流源輸出電路210輸出的恆流源電流信號進行控制。閉環控制電路250還可以將恆流源輸出電路210輸出的恆流源電流信號反饋到恆流源輸出電路210的輸入端形成閉環反饋，使得輸出的恆流源電流信號具有較好的穩定性能。
[0030]開關控制電路255包括三極體Q5、電阻R76以及電容C62。三極體Q5的基極與控制電路連接，集電極與MOS管Q4的柵極連接，發射極接地。三極體Q5的基極還分別串聯電阻R76、電容C62後接地。三極體Q5根據控制電路225輸出的信號0UTPUT_CL0SE對MOS管Q4的導通與關斷進行控制，從而對恆流源輸出電路210的輸出進行控制。當用戶需要關斷恆流源輸出電路210的輸出時，通過控制電路225發送信號0UTPUT_CL0SE給開關控制電路255即可實現。
[0031]採樣轉換電路220用於將採樣電路215獲得的採樣電流值進行轉換後輸出給控制電路225。在本實施例中，控制電路225包括主控晶片。因此採樣轉換電路220需要將採樣電路215採集到的模擬採樣電流信號轉換為主控晶片可以讀取的數字採樣電流信號後輸出給主控晶片。第一電流調節電路230用於對目標電流值進行設定以及調整。即用戶可以通過第一電流調節電路230向控制電路225輸入目標電流值或者對已設定的目標電流值進行調整。採樣轉換電路220、控制電路225以及第一電流調節電路230的電路原理如圖5所示。
[0032]採樣轉換電路220接收來自採樣電路215的模擬採樣電流信號Va並進行轉換。具體地，採樣轉換電路220包括運算放大器U44以及模數轉換晶片U43。運算放大器U44的反相輸入端接收模擬採樣電流信號Va，運算放大器U44的同相輸入端串聯電阻R88後接地。運算放大器U44的輸出端與模數轉換晶片U43連接。模數轉換晶片U43的輸出引腳則與主控晶片連接。在本實施例中，模擬採樣電流信號Va經由運算放大器U44的處理後送入到模數轉換晶片U43進行模數轉換形成數字採樣電流信號後輸出給主控晶片。主控晶片通過SPI接口讀取模數轉換晶片U43輸出的數字採樣電流信號獲得當前恆流源電流信號的電流值大小。第一電流調節電路230則包括粗調按鈕以及與所述粗調按鈕連接的調節電路。用戶可以通過粗調按鈕對目標電流值進行設定以及調整，從而實現目標電流值的可調節性以及寬調節範圍。控制電路225將讀取到的當前輸出的電流值與目標電流值進行比較，並根據二者之間的差值形成控制信號後輸出給控制信號轉換電路。
[0033]由於控制電路225包括主控晶片，其輸出的控制信號為數字控制信號。控制信號轉換電路235用於將控制電路225輸出的控制信號進行轉換後輸出給電流轉換電路245。第二電流調節電路240用於對控制信號轉換電路235輸出的控制信號進行細微調整，以提高控制信號的精度。電流轉換電路245則根據該控制信號產生電壓控制信號後輸出給閉環控制電路250。控制信號轉換電路235、第二電流調節電路240以及電流轉換電路245的電路原理如圖6所示。如圖6，控制信號轉換電路235包括數模轉換晶片U46以及電壓跟隨器U45。電流轉換電路245則包括一等比例放大器U47。模數轉換晶片U46的串口時鐘輸入引腳SDI和串口數據輸入引腳SCLK分別與主控晶片連接，用於接收主控晶片輸出的控制信號。模數轉換晶片U46的電壓輸出端Vout與電壓跟隨器U45的同相輸入端連接。電壓跟隨器U45的輸出端與等比例放大器U47的同相輸入端連接。模數轉換晶片U45將主控晶片輸出的控制信號轉換為模擬控制信號後經由電壓跟隨器U46輸出給電流轉換電路245中的等比例放大器U47。
[0034]第二電流調節電路240包括細調按鈕以及與之連接的調節電路，其輸出端與等比例放大器U47的同相輸入端連接。用戶可以通過細調按鈕對控制信號轉換電路235輸出的模擬控制信號的大小進行細微的調整從而實現對恆流源電流信號的調節。在本實施例中，通過第一電流調節電路230以及第二電流調節電路240可以實現對恆流源電流信號的精細調節，提高了恆流源電流信號的精度。
[0035]顯示電路260用於對恆流源輸出電路210的恆流源電流信號以及所設定的目標電流值進彳丁顯不。在本實施例中，顯不電路260為液晶顯不電路。
[0036]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，包括: 用於輸出恆流源電流信號的恆流源輸出電路； 用於對所述恆流源電流信號進行採樣並將採樣電流值輸出的採樣電路； 用於分別對目標電流值進行設定以及調整的第一電流調節電路； 用於根據所述採樣電流值與所述目標電流值之間的偏差值產生控制信號的控制電路； 用於對所述控制信號進行調整的第二電流調節電路； 用於將所述控制信號進行放大處理並轉換為電壓控制信號的電流轉換電路； 用於根據所述電壓控制信號對所述恆流源電流信號進行調整使其穩定在所設定的目標電流值內的閉環控制電路； 所述恆流源輸出電路分別與所述閉環控制電路、所述採樣電路連接；所述控制電路分別與所述採樣電路、所述電流轉換電路以及所述第一電流調節電路連接；所述閉環控制電路還與所述電流轉換電路、所述採樣電路連接；所述第二電流調節電路與所述電流轉換電路連接。
2.根據權利要求1所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述恆流源輸出電路包括輸出接插件以及MOS管；所述採樣電路包括採樣電阻；所述輸出接插件連接於所述MOS管的源極和供電電源之間；所述MOS管的柵極與所述閉環控制電路連接；所述MOS管的漏極串聯所述採樣電阻後接地。
3.根據權利要求2所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述閉環控制電路包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一電阻、第二電阻以及第一電容；所述第一運算放大器的同相輸入端用於接收所述電流轉換電路輸出的電壓控制信號；所述第一運算放大器的輸出端與所述MOS管的柵極連接；所述第一運算放大器的反相輸入端分別串聯第一電阻、第一電容後與所述第二運算放大器的輸出端連接；所述第二運算放大器的同相輸入端連接於所述MOS管的漏極和所述採樣電阻之間；所述第二運算放大器的反相輸入端串聯第二電阻後接地。
4.根據權利要求3所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述閉環控制電路還包括第三電阻、第四電阻、第二電容以及第三電容；所述第一運算放大器的輸出端順次串聯第三電阻、第二電容後與所述第一運算放大器的反相輸入端連接；所述第二運算放大器的輸出端分別串聯第四電阻、第三電容後與所述第二運算放大器的反相輸入端連接。
5.根據權利要求1所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述控制電路包括主控晶片，所述控制信號為數字控制信號；所述直流電流信號輸出裝置還包括用於將所述數字控制信號轉換為模擬控制信號後輸出給所述電流轉換電路的控制信號轉換電路；所述控制信號轉換電路分別與所述控制電路和所述電流轉換電路連接。
6.根據權利要求5所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述控制信號轉換電路包括數模轉換晶片以及電壓跟隨器；所述數模轉換晶片的串口時鐘輸入引腳以及串口數據輸入引腳分別與所述主控晶片連接；所述數模轉換晶片的電壓輸出引腳與所述電壓跟隨器的同相輸入端連接；所述電壓跟隨器的輸出端與所述電流轉換電路的輸入端連接。
7.根據權利要求1所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述恆流源輸出電路由交流供電；所述直流電流信號輸出裝置還包括用於將所述交流供電轉換成模擬供電電源以及數字供電電源後分別向各電路供電的電源轉換電路； 所述電源轉換電路包括變壓器、全橋整流電路、至少一個輸出模擬供電電壓的三端穩壓管以及至少一個的輸出數字供電電壓的三端穩壓管；所述變壓器的主繞組側與交流供電連接，次繞組側與全橋整流電路連接；所述全橋整流電路的輸出端分別與所述至少一個輸出模擬供電電壓的三端穩壓管的電壓輸入端、所述至少一個的輸出數字供電電壓的三端穩壓管的電壓輸入端連接。
8.根據權利要求1所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述採樣電路採集到的採樣電流值為模擬採樣電流值；所述直流電流信號輸出裝置還包括用於將所述模擬採樣電流值轉換為數字採樣電流值後輸出給所述控制電路的採樣轉換電路；所述採樣轉換電路分別與所述採樣電路以及所述控制電路連接。
9.根據權利要求1所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述直流電流信號輸出裝置還包括用於在所述控制電路的控制下對所述恆流源輸出電路的開啟和關斷進行控制的開關控制電路；所述開關控制電路分別與所述控制電路和所述恆流源輸出電路連接。
10.根據權利要求1所述的直流電流信號輸出裝置，其特徵在於，所述直流電流信號輸出裝置還包括用於對所述恆流源電流信號以及所述目標電流值進行顯示的顯示電路；所述顯示電路與所述控制電路連接。
【文檔編號】H03K17/687GK204244207SQ201420687462
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】肖遠超, 廖令 申請人:航天科工深圳（集團）有限公司