專利名稱：直流電流穩(wěn)流源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別是指一種直流電流穩(wěn)流源。
背景技術(shù)：
電流量作為電能源的一個重要參數(shù)，也是電學(xué)計量研究的基本量。廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)、國防、科研等各個領(lǐng)域，例如電鍍、電冶、電機(jī)制造及檢修、電池、電氣機(jī)車、航空甚至航天等領(lǐng)域，其值計量準(zhǔn)確與否關(guān)系到安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能耗。直流電流源的穩(wěn)定度直接影響其結(jié)果的可靠性?？蒲泄ぷ髦行栌酶叻€(wěn)定的直流穩(wěn)流電源為實(shí)驗提供恒流電流，其結(jié)果的可靠性依賴于恒定電流的穩(wěn)定性。工業(yè)生產(chǎn)中需要直流恒流來為產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行賦值，其穩(wěn)定性影響的最終量值的可靠性。而現(xiàn)有技術(shù)中的直 流電流源穩(wěn)定性較好的，但其電流量程往往小，一般都小于20A ;而進(jìn)行擴(kuò)展量程，需要選取專門的電流放大器；并且負(fù)載效應(yīng)強(qiáng)，不能用于模擬式儀表。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種直流電流穩(wěn)流源，其能輸出穩(wěn)定的大電流和大功率。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種直流電流穩(wěn)流源，包括信號處理電路和與所述信號處理電路電性連接的幅值調(diào)節(jié)電路，所述幅值調(diào)節(jié)電路電性連接有二級放大電路，所述二級放大電路連接有與所述信號處理電路反饋連接的量程轉(zhuǎn)換電路，所述量程轉(zhuǎn)換電路連接有與所述二級放大電路電性連接的采樣輸出電路。本技術(shù)方案通過信號處理電路和幅值調(diào)節(jié)電路提供高穩(wěn)定的輸入電壓，輸入電壓通過二級放大電路實(shí)現(xiàn)大電流和大功率的輸出，量程轉(zhuǎn)換電路選擇所需要的電流輸出檔；通過采樣輸出電路對輸出電流進(jìn)行采樣，并將采樣電流轉(zhuǎn)化為電壓信號反饋到二級放大電路，進(jìn)一步與輸入電壓進(jìn)行比較以調(diào)節(jié)輸出電流，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)恒流。量程轉(zhuǎn)換電路與信號處理電路反饋連接，信號處理電路根據(jù)所需量程相應(yīng)得控制幅值調(diào)節(jié)電路以調(diào)節(jié)輸入電壓。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖；圖2為圖I所示兩級放大電路的前置放大模塊的結(jié)構(gòu)連接圖；圖3為圖I所示兩級放大電路的功率放大模塊的結(jié)構(gòu)連接圖；圖4為圖I所示量程轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)連接圖；圖5為圖I所示采樣輸出電路的結(jié)構(gòu)連接圖6為圖I所示幅值調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)連接圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。一種直流電流穩(wěn)流源，如圖I所示，包括信號處理電路I和與所述信號處理電路I電性連接的幅值調(diào)節(jié)電路2，所述幅值調(diào)節(jié)電路2電性連接有二級放大電路3，所述二級放大電路3連接有與所述信號處理電路I反饋連接的量程轉(zhuǎn)換電路4，所述量程轉(zhuǎn)換電路4連接有與所述二級放大電路3電性連接的采樣輸出電路5。在本技術(shù)方案中，通過信號處理電路I和幅值調(diào)節(jié)電路2提供高穩(wěn)定的輸入電壓， 輸入電壓通過二級放大電路3實(shí)現(xiàn)大電流和大功率的輸出，量程轉(zhuǎn)換電路4選擇所需要的電流輸出檔；通過采樣輸出電路5對輸出電流進(jìn)行采樣，并將采樣電流轉(zhuǎn)化為電壓信號反饋到二級放大電路3，進(jìn)一步與輸入電壓進(jìn)行比較以調(diào)節(jié)輸出電流，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)恒流。量程轉(zhuǎn)換電路4與信號處理電路I反饋連接，信號處理電路I根據(jù)所需量程相應(yīng)得控制幅值調(diào)節(jié)電路2以調(diào)節(jié)輸入電壓。恒流電流源以高穩(wěn)定輸入電壓控制輸出電流達(dá)到恒流目的，相應(yīng)地，信號處理電路I可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)選擇單片機(jī)8031最小系統(tǒng)及外圍電路組成。如圖6所示，幅值調(diào)節(jié)電路2中可選用BB公司生產(chǎn)的十六位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC702KH作為主控調(diào)節(jié)直流基準(zhǔn)電壓，保證調(diào)節(jié)細(xì)度優(yōu)于O. 001%。圖6中R1、R2采用具有低溫度系數(shù)，低噪聲的精密電阻。電位器Rp并聯(lián)于Rl上調(diào)節(jié)，保證細(xì)度，穩(wěn)定性，且可以將Rp通過電纜外接，置于外控調(diào)節(jié)器中，當(dāng)不接外控器時，也無需將其短路，使用十分方便。直流基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性直接影響到源輸出的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上，電流源輸出的穩(wěn)定性才能夠得以保證。進(jìn)一步的，所述二級放大電路3包括與所述幅值調(diào)節(jié)電路2輸出端依次連接的前置放大模塊31和功率放大模塊32，所述采樣輸出電路5的輸出端反饋連接至所述前置放大模塊31。所述前置放大模塊31包括依次通過電阻串聯(lián)的第一放大器IC1、第二放大器IC2和第三放大器IC3，所述幅值調(diào)節(jié)電路2的輸出信號Vs接入第一放大器ICl的正輸入端，所述第三放大器IC3的輸出端接入所述功率放大模塊32,所述第一放大器ICl的輸出端與第三放大器IC3的負(fù)極間連接有第五放大器IC5，所述第五放大器IC5的負(fù)極連接有第四放大器IC4，所述采樣輸出電路5的輸出端與第四放大器IC4的負(fù)極連接，所述第二、第三、第四和第五放大器IC5的正極接地。前置放大模塊31可如圖2所示進(jìn)行具體設(shè)置，ICl的正輸入端極為基準(zhǔn)電壓Vs的輸入端，ICl的負(fù)輸入端與IC2負(fù)輸入端通過5. IkQ連接。IC2的負(fù)輸入端與輸出端通過5. IkQ的電阻連接，IC2的輸出端與IC3的負(fù)輸入端通過5. IkQ的電阻連接。IC3的負(fù)輸入端和輸出端間串聯(lián)一個301 Ω的電阻，在該30kΩ的電阻的兩端并聯(lián)一條由一個250Ω和一個2uF電容串聯(lián)而成的支路，IC3的負(fù)輸入端與IC5輸出端連接的電阻為5. IkQ。IC5的負(fù)輸入端與ICl的負(fù)輸入端通過5. IkQ的電阻連接,IC5的負(fù)輸入端與輸出端間連接的電阻為IOOk Ω，在該IOOkQ的電阻兩端并聯(lián)一條由一個250 Ω和一個2uF電容串聯(lián)而成的支路。IC4的輸出端與IC5的負(fù)輸入端間連接的電阻為5. IkQ，IC4的輸出端與負(fù)輸入端間的連接電阻為5. IkQ。 對應(yīng)上述前置放大模塊31，所述功率放大模塊32包括基極與第三放大器IC3的輸出端電阻連接的NPN型第一三極管，該第一三極管的發(fā)射極電阻接地，該第一三極管的集電極依次串聯(lián)有PNP型的第二三極管和NPN型的第三三極管，所述第二三極管的發(fā)射極與第三三極管的集電極連接后電阻連接第二三極管的基極，所述第三三極管的發(fā)射極電阻依次連接有第一整流二極管，在第一整流二極管的負(fù)極與第三三極管的發(fā)射極間并聯(lián)有多個NPN型大功率三極管，所述大功率三極管的集電極均與第三三極管的發(fā)射極電容連接，所述大功率三極管的發(fā)射極與所述第一整流二極管的負(fù)極電阻連接。功率放大環(huán)節(jié)由多個三極管并聯(lián)射極連接而成，其放大倍數(shù)高，輸出電流大，可有效提供大電流的輸出。功率放大模塊32可如圖3所示進(jìn)行具體設(shè)置，第一、第二和第三三極管依次選用 型號為C3347、A1061和C3997的三極管。第一三極管的基極通過5. IkQ的電阻連接IC3的輸出端，其集電極與第二三極管的發(fā)射極間連接的電阻的值為5. IkQ。第一整流二極管的型號為IN4004，其與第三三極管的發(fā)射極間連接的電阻為5. IkQ。在第一整流二極管的負(fù)極與第三三極管的發(fā)射極間并聯(lián)的NPN型大功率三極管有14個，其發(fā)射極端均通過O. 3 Ω的電阻與第一整流二極管的負(fù)極連接，此NPN型大功率三極管達(dá)林頓三極管MJl 1032。所述量程轉(zhuǎn)換電路4包括與采樣輸出電路的電流輸出低端連接的第一繞組Wl，所述第一繞組Wl通過連接多個檔位開關(guān)輸出，可連接至電流標(biāo)準(zhǔn)表以監(jiān)控。檔位開關(guān)可以由繼電器和按觸器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)鍵控轉(zhuǎn)換，切換過量自動減下輸出信號。如圖4所示，檔位開關(guān)為 Jll 至 J71。采樣輸出反饋環(huán)節(jié)主要由采樣輸出電路5實(shí)現(xiàn)，所述采樣輸出電路5包括有激勵模塊51和峰差檢波模塊52，所述峰差檢波模塊52設(shè)置有與第一繞組Wl電磁感應(yīng)連接的第二繞組W2以及與所述激勵模塊51電磁電性連接的第三繞組W3。采樣輸出電路5將各檔電流變換成歸一化的小電流進(jìn)行采樣，采樣信號幅值高，信噪比高，溫度漂移小，能夠做到大電流檔和小電流檔具有相同的穩(wěn)定度。其電路的具體設(shè)置可按圖5所示進(jìn)行設(shè)置，激勵模塊51包括型號為NE555和⑶4013的兩個芯片、兩個三極管以及感應(yīng)繞組，兩芯片的管腳3對應(yīng)連接。NE555的管腳2和6通過電容接地，管腳6、7間通過5. IkQ的電阻連接，管腳7、8間串聯(lián)一個5. IkQ和一個量程IOkQ的可調(diào)電阻，且管腳8、4連接與感應(yīng)繞組連接。⑶4013的管腳I依次通過3. 6k Ω的電阻和型號為BU806的三極管與感應(yīng)繞組連接，管腳2、5連接也通過3. 6k Ω的電阻和型號為BU806的三極管與感應(yīng)繞組連接。峰差檢波模塊52由放大器、開關(guān)二極管、開關(guān)、第二繞組W2和第三繞組W3構(gòu)成，放大器的輸出端接入第二繞組W2，放大器的負(fù)輸入端通過IOOkQ的電阻與輸出端連接，且分別通過IkQ的電阻和有極性電容接地，該有極性電容兩端設(shè)置短路開關(guān)。放大器的正輸入端連接有串聯(lián)IuF的電容和開關(guān)二極管的兩條支路，其中一條支路中的開關(guān)二極管負(fù)極接入第三繞組W3，另一條支路中的開關(guān)二極管正極接入第三繞組W3，兩個IuF的電容間串聯(lián)接入兩個IOkQ的電阻，開關(guān)二極管的型號可以是IN4148。所述采樣輸出電路5還包括有失衡檢測模塊53，所述失衡檢測模塊53包括PNP型第四三極管，該第四三極管的基極依次通過可變電阻、第二整流二極管與所述第三繞組W3連接，該第四三極管的的發(fā)射極接供電電源，該第四三極管的集電極依次通過發(fā)光二級管和電感器Jl接地，所述可變電阻連接第三繞組W3的一端通過第一有極性電容接地，該可變電阻的另一端分別通過一電阻和第二有極性電容接地。當(dāng)線路電流失衡，發(fā)光二級管閃亮進(jìn)行報警。具體的，失衡檢測模塊53中的第四三極管發(fā)射極接15V的電壓，第二整流二極管為兩只，型號為IN4007。可變電阻的最大電阻值為30kQ，其通過一 IOkQ的電阻接地。第一有極性電容的電容為470uF，第二有極性電容100uF。為避免第二繞組W2和第三繞組W3相互干擾，在所述第二繞組W2和第三繞組W3間設(shè)置有屏蔽層。所述第二繞組W2的輸出端電阻連接有第六放大器IC6，所述第六放大器IC6的輸出端接入輸出監(jiān)視電路6。該輸出監(jiān)示環(huán)節(jié)由數(shù)字面板表構(gòu)成，輸入信號來自輸出采樣信號，具有較高精度。 按上述各電路中元器件的具體設(shè)置，本技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)輸出量程為O. IA至200A的恒定電流，其穩(wěn)定度高(可達(dá)O. 005%/limn)和輸出功率大(可達(dá)200VA)，且具有輸出監(jiān)示功能，同時具有電流電壓ΙΛ轉(zhuǎn)換輸出，可通過數(shù)字電壓表來測量其輸出電流值，無需使用標(biāo)準(zhǔn)電阻。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直流電流穩(wěn)流源，包括信號處理電路和與所述信號處理電路電性連接的幅值調(diào)節(jié)電路，其特征在于所述幅值調(diào)節(jié)電路電性連接有二級放大電路，所述二級放大電路連接有與所述信號處理電路反饋連接的量程轉(zhuǎn)換電路，所述量程轉(zhuǎn)換電路連接有與所述二級放大電路電性連接的采樣輸出電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述二級放大電路包括與所述幅值調(diào)節(jié)電路輸出端依次連接的前置放大模塊和功率放大模塊，所述采樣輸出電路的輸出端反饋連接至所述前置放大模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述采樣輸出電路的輸出端連接有輸出監(jiān)視電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述前置放大模塊包括依次通過電阻串聯(lián)的第一放大器、第二放大器和第三放大器，所述幅值調(diào)節(jié)電路的輸出信號接入第一放大器的正輸入端，所述第三放大器的輸出端接入所述功率放大模塊，所述第一放大器的輸出端與第三放大器的負(fù)極間連接有第五放大器，所述第五放大器的負(fù)極連接有第四放大器，所述采樣輸出電路的輸出端與第四放大器的負(fù)極連接，所述第二、第三、第四和第五放大器的正極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述功率放大模塊包括基極與第三放大器的輸出端電阻連接的NPN型第一三極管，該第一三極管的發(fā)射極電阻接地，該第一三極管的集電極依次串聯(lián)有PNP型的第二三極管和NPN型的第三三極管，所述第二三極管的發(fā)射極與第三三極管的集電極連接后電阻連接第二三極管的基極，所述第三三極管的發(fā)射極電阻依次連接有第一整流二極管，在第一整流二極管的負(fù)極與第三三極管的發(fā)射極間并聯(lián)有多個NPN型大功率三極管，所述大功率三極管的集電極均與第三三極管的發(fā)射極電容連接，所述大功率三極管的發(fā)射極與所述第一整流二極管的負(fù)極電阻連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述量程轉(zhuǎn)換電路包括與采樣輸出電路的電流輸出低端連接的第一繞組，所述第一繞組連接有多個檔位開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述采樣輸出電路包括有激勵模塊和峰差檢波模塊，所述峰差檢波模塊設(shè)置有與第一繞組電磁感應(yīng)連接的第二繞組以及與所述激勵模塊電磁電性連接的第三繞組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述采樣輸出電路還包括有失衡檢測模塊，所述失衡檢測模塊包括PNP型第四三極管，該第四三極管的基極依次通過可變電阻、第二整流二極管與所述第三繞組連接，該第四三極管的的發(fā)射極接供電電源，該第四三極管的集電極依次通過發(fā)光二級管和電感接地，所述可變電阻連接第三繞組的一端通過第一有極性電容接地，該可變電阻的另一端分別通過一電阻和第二有極性電容接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于在所述第二繞組和第三繞組間設(shè)置有屏蔽層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電流穩(wěn)流源，其特征在于所述第二繞組的輸出端電阻連接有第六放大器，所述第六放大器的輸出端接入輸出監(jiān)視電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，特別是指一種直流電流穩(wěn)流源，包括信號處理電路和與所述信號處理電路電性連接的幅值調(diào)節(jié)電路，所述幅值調(diào)節(jié)電路電性連接有二級放大電路，所述二級放大電路連接有與所述信號處理電路反饋連接的量程轉(zhuǎn)換電路，所述量程轉(zhuǎn)換電路連接有與所述二級放大電路電性連接的采樣輸出電路。通過信號處理電路和幅值調(diào)節(jié)電路提供高穩(wěn)定的輸入電壓，輸入電壓通過二級放大電路實(shí)現(xiàn)大電流和大功率的輸出，量程轉(zhuǎn)換電路選擇所需要的電流輸出檔；通過采樣輸出電路對輸出電流進(jìn)行采樣，并將采樣電流轉(zhuǎn)化為電壓信號反饋到二級放大電路，進(jìn)一步與輸入電壓進(jìn)行比較以調(diào)節(jié)輸出電流，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)恒流。
文檔編號G05F1/565GK102968152SQ20121049876
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者陳萬才, 張自長, 朱自科, 曾舒帆, 李亞娟, 蘇紅, 牛躍宏, 何洪偉, 廖杰 申請人:云南省計量測試技術(shù)研究院