CN114414865A - 一种简易应用于采样电路的检测交直流源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种简易应用于采样电路的检测交直流源，包括可变基准源电路输出直流或者交流基准电源至交直流源电路；交直流电路输出应用于待测试采样电路的直流或交流电源；交直流源电路包括运放U1、运放U2及驱动推挽电路；驱动推挽电路包括管Q1、Q2、Q3、Q4；基准源的输入连接到R2,通过U1的2脚及R1构成负反馈电路，U1的1脚输出。输出口串联R3连接到U1的6脚，其3、5脚接地，7脚为串接R5作为推挽电路的驱动源。U2的的作用通过采集输出驱动电流值与运放U1的输入基准值形成闭环，使输出的电流不随负载阻值的变化而变化。本发明的电路实际测试值可以达到7V的电压值，所以针对板级采样电路的检测完全满载需求。

Description

一种简易应用于采样电路的检测交直流源
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种简易应用于采样电路的检测交直流源。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，对电力电子设备的控制和防护的快速响应和防护也逐步提高和完善，在控制单元中针对设备***中各级重要电压、电流、温度的监控成为设计的要求的重中之重。在控制单元中就有着多个相关电压、电流、温度的采样电路，而这些电路都为模拟电路，电路器件多而复杂。在焊接完成的控制单板故障中此相关电路故障频率居多，如果在不能确保这些电路完好，在设备中直接上电测试，出现异常情况下（采样电路多为设备启动后有电压、电流才会出现异常）很容易出现误动作，或者直接损坏设备关键器件及***中关联其它重要设备，后果不可估量。所以在控制板组装到设备中时，对控制板的各级采样电路都要确保无误，那么控制板在焊接完成之后第一个重要的任务就是单板各功能电路的检测。检测的必要源设备就需要可调电流源、电压源或其他可产生可调电流电压源的设备，目前常用的比较简单的设备就是采用可调稳压源，相关电压、电流、温度的采样电路都可以进行粗略的测试，还有更高要求的可产生交直流电压、电流的高端设备调试，如继保仪进行不同采用电路的针对性测试。
该两种检测方案在实际运用中也是必须的，但也有如下几个缺点：1）用可调稳压源，由于输出的只能是电压，针对交直流电流电路，采样的是电流信号，在采样电路中会有输入采样电阻，将电流信号转换为电压型号。而如果采样电阻参数异常，用可调稳压源输入电压参数就会把采样电阻忽略掉，导致采样电路异常而无法检测出故障；2）用高端设备测试，可以输出电压、电流信号，往往这些设备配置复杂、参数要根据不同采样电路不断的调整切换，工作量工序繁琐且易出错，而且这是设备都比较大、重不利于运输搬迁。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
针对上述技术问题，本发明提供一种简易应用于采样电路的检测交直流源，针对电力电子设备不同交直流电压、电流以及温度的采样电路的检测交直流源，该源体积小，精度高，可满足不同采样电路对输入源的模拟参数值的设定，调试。给控制板提供准确的检测参数，进一步提高控制板在单板检测流程中的工作效率。
2.技术方案：
一种简易应用于采样电路的检测交直流源，其特征在于：包括可变基准源电路、交直流源电路；所述可变基准源电路输出直流基准电源或者交流基准电源至交直流源电路；交直流电路输出应用于待测试采样电路的直流或交流电源。
所述交直流源电路包括运放U1、运放U2以及驱动推挽电路；所述运放U1与运放U2均为型号为OPA2188的运放芯片；所述驱动推挽电路包括管Q1、Q2、Q3、Q4；其中管Q1、Q2为NPN管；管Q3、Q4为PNP管；所述交直流源电路具体的连接方式为：可变基准源电路输出的基准源REF-IN连接至电阻R2一端，电阻R2另一端连接至运放U1的2脚，运放U1的2脚与1脚之间并联电阻R1；运放U1的1脚串联电阻R3后连接至运放U1的6脚；运放U1的7脚串联电阻R5后连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；运放U1的3脚、5脚均接地；所述电阻R3与运放U1的连接处经过电容C1后也连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；待测试采样电路的输入端RL1与电流采样电阻R8相连；电流采样电阻R8的一端连接电阻R11后连接至运放U2的5脚；运放U2的6脚与7脚短接；运放U2的6脚串联电阻R10后连接至运放U2的2脚；运放U2的2脚与运放U2的1脚两端并联电阻R9；所述运放U2的2脚串联电阻R4后连接至运放U2的6脚；运放U2的3脚串联电阻R6后连接至运放U1的5脚；电流采样电阻R8另一端连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极后连接电阻R7后连接至电阻R6与运放U2的连接处；所述驱动推挽电路的管Q1、Q3串联与Q2、Q4串联后的两条支路并联；管Q1与Q2的集电极连接至电源的正极；管Q3与Q4的集电极连接至电源的负极。
进一步地，所述运放U1、运放U2的8脚均连接至电源的正极、4脚均连接至电源的负极。
进一步地，运放U1、运放U2以及驱动推挽电路的电源均为15V。
进一步地，所述管Q1、Q2的型号均为MJD122；所述管Q3、Q4的型号均为MJD127。
3.有益效果：
（1）本发明提供的一种简易应用于采样电路的检测交直流源，由可变基准源电路、交直流源电路两部分实现其功能；由于可变基准源电路为常规的电路，因此没有进行详细的描述。本发明的交直流源电路部分，主要是运用到运放闭环回路的特性，通过运放的“虚短”“虚断”原理，匹配合适的电阻参数，得到一个电流值不随负载电阻变化而变化，电路的输入值为直流基准电压时，输出的电流源为恒定的直流电流，当输入值为交流基准电压时，输出的电流为恒定的交流电流。输入的基准值由主控芯片通过DA芯片等到0~5V的直流或者交流基准值。根据不同的电力电子设备控制板中采样电路所需不同的电流源配置固定的输入基准源。输出电流可达到5A，完全可达到控制板级较大电流交流CT5A级别的输入，采用的霍尔、PT传感器输入到板级的电流值就更小，基本都为mA等级的输出值。为了安全可靠的运行，本电路使用设计有个电压设计限制，采样电路的采样电阻经过电流转换的电压值都不超过5V。主要原因控制板的采样及主控芯片能够处理的最大电压值也就是5V，本专利电路实际测试值可以达到7V的电压值，所以针对板级采样电路的检测完全满载需求。
（2）本发明的一种简易应用于采样电路的检测交直流源，可以针对设备***中控制板级的电压、电流、温度的采样电路的焊接无误提供高效的检测手段，根据不同的采样电路，设定不同的输入源，过压、过流、过温动作阈值源。都可以有效采用该电路，电路简单，只需要再搭建一个主控芯片获取基准源，体积小、成本低，设备移动便利，大大提高了控制板在单板检测流程中的工作效率，特别是量产阶段测试的使用，效率更加明显。
附图说明
图1为本发明中的交直流源电路的具体实施例的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体的说明。
如附图1所示2，一种简易应用于采样电路的检测交直流源，其特征在于：包括可变基准源电路、交直流源电路；所述可变基准源电路输出直流基准电源或者交流基准电源至交直流源电路；交直流电路输出应用于待测试采样电路的直流或交流电源。
所述交直流源电路包括运放U1、运放U2以及驱动推挽电路；所述运放U1与运放U2均为型号为OPA2188的运放芯片；所述驱动推挽电路包括管Q1、Q2、Q3、Q4；其中管Q1、Q2为NPN管；管Q3、Q4为PNP管；所述交直流源电路具体的连接方式为：可变基准源电路输出的基准源REF-IN连接至电阻R2一端，电阻R2另一端连接至运放U1的2脚，运放U1的2脚与1脚之间并联电阻R1；运放U1的1脚串联电阻R3后连接至运放U1的6脚；运放U1的7脚串联电阻R5后连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；运放U1的3脚、5脚均接地；所述电阻R3与运放U1的连接处经过电容C1后也连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；待测试采样电路的输入端RL1与电流采样电阻R8相连；电流采样电阻R8的一端连接电阻R11后连接至运放U2的5脚；运放U2的6脚与7脚短接；运放U2的6脚串联电阻R10后连接至运放U2的2脚；运放U2的2脚与运放U2的1脚两端并联电阻R9；所述运放U2的2脚串联电阻R4后连接至运放U2的6脚；运放U2的3脚串联电阻R6后连接至运放U1的5脚；电流采样电阻R8另一端连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极后连接电阻R7后连接至电阻R6与运放U2的连接处；所述驱动推挽电路的管Q1、Q3串联与Q2、Q4串联后的两条支路并联；管Q1与Q2的集电极连接至电源的正极；管Q3与Q4的集电极连接至电源的负极。
进一步地，所述运放U1、运放U2的8脚均连接至电源的正极、4脚均连接至电源的负极。
进一步地，运放U1、运放U2以及驱动推挽电路的电源均为15V。
进一步地，所述管Q1、Q2的型号均为MJD122；所述管Q3、Q4的型号均为MJD127。
电路原理：
如附图1所示，本电路需要两个直流电源，+15V和-15V及AGND为运放、输出源提供供电电源，电源的功率根据输出电流值进行选定，基准源REF_IN是一个可变基准源。可变基准源为根据采样电路的需求能够提供0~5V的直流电压源，也可以通过调理运放产生偏置输出最大值5V的交流电压。常见的可变基准源电路通常通过主控如DSP输出脉冲调制，经过DA芯片转换形成的直流基准电源或者交流基准电源。本发明中交直流电路输入可变基准源电路输出的直流基准电源或者交流基准电源，经过运放电路及驱动推挽电路得到较大的所需要的应用于待测试采样电路的直流或交流电源。
如图1 所示为本发明中的交直流源电路的具体实施例图，该电路由运放电路、驱动输出电路组成。
如图所示为了得到精度较高的输出源电路，电路中的电阻都采用精度0.1%的高精密电阻。运放规格型号为OPA2188，其精度高、抗干扰能力强、零漂移仅0.03uV/℃、低噪声、低静态电流放大器提供高输入阻抗和摆幅为电源轨 15mV 之内的轨到轨输出，有出色的交直流调整精度。本电路中的驱动推挽管采用NPN管MJD122和PNP管MJD127。单管驱动电流8A，采用双管并联可以使输出大电流参数稳定，且发热不高，不需要外加散热处理。
电路中net点REN_IN为基准源的输入，连接到R2,通过运放U1的2脚及电阻R1构成负反馈电路，运放U1的1脚输出。输出口串联电阻R3连接到运放U1的6脚，运放的3脚、5脚接地，运放的7脚为输出串接电阻R5作为推挽电路的驱动源，连接到4个驱动管Q1、Q2、Q3、Q4的基极。电容C1作为滤波处理使输出交直流驱动信号更加的平滑，减少毛刺的不稳定输出。运放U1的4脚接电源-15V，8脚接电源+15V。
运放U2的的作用通过采集输出驱动电流值与运放U1的输入基准值形成闭环，使输出的电流不随负载阻值的变化而变化。电阻R8为电流的采样电阻，一端输出接到待测试采样电路的输入端RL1（该负载不在此电路中），同时连接到电阻R11，电阻R11的另外一端连接到运放U2的5脚，U2的6脚和7脚相连构成跟随器，形成高的阻抗输入。运放U2的7脚输出连接到电阻R10，R10再连接到运放U2的2脚与电阻R9形成负反馈。R8的另一端接到驱动管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极，同时连接到电阻R7，电阻R7再连接到运放U2的3脚及电阻R6。运放U2的1脚输出串接电阻R4再连接到运放U1的6脚。运放U2的4脚接电源-15V，8脚接电源+15V。这样一个由运放组成的闭环电流源电路就通过简单的器件搭建完成。
本实施例中的电路各级参数都在电路图中呈现，通过电路图中各级参数计算如下：根据运放的“虚短”、“虚断”特性，假设流过采样电阻R8的电流为I，输入基准源REN_IN的电压值为Vref。运放U1的1脚输出电压值：Vu1_1 = -Vref*R1/R2 = -Vref。运放U1的6脚电压同步U1的5脚电压，即为0V，那么运放U2的1脚输出电压值：Vu2_1 = Vref*R4/R3 = Vref。假设采样电阻R8的上端电压为Vr8_1，下端电压为Vr8_2，则运放U2的3脚电压值：Vu2_3 =Vr8_1*R6/（R6+R7）= 5*Vr8_1/6；运放U2的2脚电压值：Vu2_2 = （Vr8_2*R9+Vref*10）*/（R9+R10）= （5*Vr8_2+Vref）/6。由于Vu2_3 = Vu2_2，那么换算得到：5*Vr8_1 = 5*Vr8_2+Vref。流过采样电阻R8的电流为I = （Vr8_1-Vr8_2）/0.2 得到最终换算结果：即I= Vref 。可以看出流过电阻R8的电流只与输入基准电压相关，且相等。而电阻R11连接到U2的5脚，根据“虚断”，此处电流为零，流过采样电阻R8的电流就全部流到负载RL1上，最终整个交直流源电流输出电路完成。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (4)

1.一种简易应用于采样电路的检测交直流源，其特征在于：包括可变基准源电路、交直流源电路；所述可变基准源电路输出直流基准电源或者交流基准电源至交直流源电路；交直流电路输出应用于待测试采样电路的直流或交流电源；
所述交直流源电路包括运放U1、运放U2以及驱动推挽电路；所述运放U1与运放U2均为型号为OPA2188的运放芯片；所述驱动推挽电路包括管Q1、Q2、Q3、Q4；其中管Q1、Q2为NPN管；管Q3、Q4为PNP管；所述交直流源电路具体的连接方式为：可变基准源电路输出的基准源REF-IN连接至电阻R2一端，电阻R2另一端连接至运放U1的2脚，运放U1的2脚与1脚之间并联电阻R1；运放U1的1脚串联电阻R3后连接至运放U1的6脚；运放U1的7脚串联电阻R5后连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；运放U1的3脚、5脚均接地；所述电阻R3与运放U1的连接处经过电容C1后也连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的基极；待测试采样电路的输入端RL1与电流采样电阻R8相连；电流采样电阻R8的一端连接电阻R11后连接至运放U2的5脚；运放U2的6脚与7脚短接；运放U2的6脚串联电阻R10后连接至运放U2的2脚；运放U2的2脚与运放U2的1脚两端并联电阻R9；所述运放U2的2脚串联电阻R4后连接至运放U2的6脚；运放U2的3脚串联电阻R6后连接至运放U1的5脚；电流采样电阻R8另一端连接至管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极后连接电阻R7后连接至电阻R6与运放U2的连接处；所述驱动推挽电路的管Q1、Q3串联与Q2、Q4串联后的两条支路并联；管Q1与Q2的集电极连接至电源的正极；管Q3与Q4的集电极连接至电源的负极。
2.根据权利要求1所述的一种简易应用于采样电路的检测交直流源，其特征在于：所述运放U1、运放U2的8脚均连接至电源的正极、4脚均连接至电源的负极。
3.根据权利要求1所述的一种简易应用于采样电路的检测交直流源，其特征在于：运放U1、运放U2以及驱动推挽电路的电源均为15V.。
4.根据权利要求1所述的一种简易应用于采样电路的检测交直流源，其特征在于：所述管Q1、Q2的型号均为MJD122；所述管Q3、Q4的型号均为MJD127。
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