一種適用于電流互感器校正的交流恒流源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及交流恒流源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電流互感器校正的交流恒流源。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的恒流源電路多數(shù)采用SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脈寬調(diào)制)波形控制逆變電路，其先將變壓器原側(cè)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將直流電經(jīng)SPWM波形控制逆變電路逆變成所需的交流電。這種恒流源的頻率和電流大小都難以控制，不僅價(jià)格昂貴，體積龐大，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且會(huì)產(chǎn)生大量諧波反饋到電網(wǎng)，容易干擾電子產(chǎn)品的正常工作，容易出現(xiàn)故障。
[0003]傳統(tǒng)恒流源一般為直流恒流源，不適用我們的應(yīng)用情況，交流恒流源一般都采用SPWM方式，諧波較大，電磁干擾較大，會(huì)影響互感器的測量精度。
[0004]現(xiàn)有的開口式電流互感器的測量精度不高，對(duì)于必須使用開口式電流互感器，并且要求測量精度高的場合，往往不能夠滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種電流精度高、幅頻可控、成本低且不易出故障的交流恒流源，并且能夠進(jìn)行電流互感器的校正與標(biāo)定。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種適用于電流互感器校正的交流恒流源，包括:單片機(jī)模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、幅值調(diào)整模塊、電流采集模塊和恒流源產(chǎn)生模塊；
[0008]所述單片機(jī)模塊與信號(hào)發(fā)生模塊、幅值調(diào)整模塊和電流采集模塊分別連接，所述幅值調(diào)整模塊與恒流源產(chǎn)生模塊連接，所述恒流源產(chǎn)生模塊連接負(fù)載后與電流采集模塊連接;
[0009]所述信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生交流電壓信號(hào)，通過幅值調(diào)整模塊調(diào)整交流電壓信號(hào)的幅值后，將交流電壓信號(hào)送入恒流源產(chǎn)生模塊，所述恒流源產(chǎn)生模塊產(chǎn)生與所述交流電壓信號(hào)相對(duì)應(yīng)的恒定電流；電流采集模塊采集恒流源產(chǎn)生模塊輸出的電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后送入單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊控制幅值調(diào)整模塊對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行步進(jìn)調(diào)整。
[0010]所述單片機(jī)模塊還與電源模塊、顯示模塊和串口模塊連接。
[0011]所述信號(hào)發(fā)生模塊包括:正弦信號(hào)發(fā)生模塊以及與其連接的運(yùn)算放大器；所述信號(hào)發(fā)生模塊與單片機(jī)模塊通過SPI通信方式進(jìn)行通信。
[0012]所述幅值調(diào)整模塊采用數(shù)字電位器調(diào)節(jié)信號(hào)的電壓，將信號(hào)發(fā)生模塊的輸出信號(hào)由數(shù)字電位器的非抽頭一端輸入，數(shù)字電位器另一端接地，抽頭作為信號(hào)輸出端，單片機(jī)通過通信接口對(duì)該電位器進(jìn)行控制，使得抽頭輸出的電壓滿足系統(tǒng)的要求。
[0013]所述恒流源產(chǎn)生模塊包括:
[0014]運(yùn)算放大器U12的正極輸入端和負(fù)極輸入端分別連接電阻R19和電阻R20，電阻R22串接在運(yùn)算放大器U12的負(fù)極輸入端和輸出端之間，運(yùn)算放大器U12的輸出端連接電阻R23，電阻R23的另一端依次串聯(lián)連接負(fù)載Z1和電阻R24后接地；
[0015]運(yùn)算放大器U13A的正極輸入端與電阻R23連接，運(yùn)算放大器U13A的負(fù)極輸入端與輸出端連接，運(yùn)算放大器U13A的輸出端串接電阻R21后與運(yùn)算放大器U12的正極輸入端連接。
[0016]所述電流采集模塊包括:依次連接的電流采樣電阻、電壓跟隨器和交/直流轉(zhuǎn)換電路。
[0017]所述電流采集模塊包括:依次連接的電流互感器、電壓跟隨器和交/直流轉(zhuǎn)換電路。
[0018]所述交/直流轉(zhuǎn)換電路包括:
[0019]電容C64和電阻R147串聯(lián)連接后接入運(yùn)算放大器U31的負(fù)極輸入端，運(yùn)算放大器U31的正極輸入端接地，運(yùn)算放大器U31的輸出端分別連接三極管Q33的發(fā)射極和三極管Q34的集電極，三極管Q33的發(fā)射極還與三極管Q34的基極，三極管Q33的集電極和基極連接后接至運(yùn)算放大器U31的負(fù)極輸入端;三級(jí)管Q34的基極與集電極連接；
[0020]電阻R149的一端連接運(yùn)算放大器U31的負(fù)極輸入端，另一端連接三級(jí)管Q34的發(fā)射極；三級(jí)管Q34的發(fā)射極串聯(lián)電阻R153后連接至運(yùn)算放大器U32的負(fù)極輸入端，運(yùn)算放大器U32的正極輸入端接地；
[0021]電阻R151的一端連接在電容C64和電阻R147之間，另一端串聯(lián)電阻R155后接至運(yùn)算放大器U32的輸出端；電解電容E46的正極端連接運(yùn)算放大器U32的輸出端，另一端連接運(yùn)算放大器U32的負(fù)極輸入端。
[0022]對(duì)電流互感器進(jìn)行校正時(shí)，交流恒流源的輸出導(dǎo)線接入電流互感器的一次側(cè)，并穿入電流互感器內(nèi)，為電流互感器提供給定電流值，測量電流互感器二次側(cè)的電流值，得到給定電流值與測量值之間的比例關(guān)系；在使用電流互感器進(jìn)行測量的時(shí)候，根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的比例關(guān)系，計(jì)算電流互感器一次側(cè)實(shí)際的電流值。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
[0024]本發(fā)明通過利用電流反饋和數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)了交流恒流源的設(shè)計(jì)，交流恒流源輸出為標(biāo)準(zhǔn)電流值，相當(dāng)于一個(gè)精準(zhǔn)的儀表，在其他設(shè)備或電路中，用它作為標(biāo)準(zhǔn)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)，解決了溫漂、干擾等因素影響系統(tǒng)精度的問題。
[0025]單片機(jī)實(shí)時(shí)采集負(fù)載的電流值，并利用數(shù)字電位器調(diào)整信號(hào)源的電壓，使電流值恒定在設(shè)定值。電流采集部分的采樣電阻可以替換為電流互感器，通過輸出電流的反饋，實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒定。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0027]圖2是本發(fā)明信號(hào)發(fā)生模塊電路圖；
[0028]圖3是本發(fā)明恒流源產(chǎn)生電路圖；
[0029]圖4是本發(fā)明電流采集模塊中的交直流轉(zhuǎn)換電路圖；
[0030]圖5是本發(fā)明恒流源機(jī)箱前面板設(shè)計(jì)圖?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0031]下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0032]—種適用于電流互感器校正的交流恒流源，如圖1所示，包括:單片機(jī)模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、幅值調(diào)整模塊、電流采集模塊和恒流源產(chǎn)生模塊；
[0033]單片機(jī)模塊與信號(hào)發(fā)生模塊、幅值調(diào)整模塊和電流采集模塊分別連接，幅值調(diào)整模塊與恒流源產(chǎn)生模塊連接，恒流源產(chǎn)生模塊連接負(fù)載后與電流采集模塊連接；單片機(jī)模塊還與電源模塊、顯示模塊和串口模塊連接。
[0034]信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生交流電壓信號(hào)，通過幅值調(diào)整模塊調(diào)整交流信號(hào)的幅值后，將交流信號(hào)送入恒流源產(chǎn)生模塊，恒流源產(chǎn)生模塊產(chǎn)生與所述交流信號(hào)相對(duì)應(yīng)的恒定電流；電流采集模塊采集恒流源產(chǎn)生模塊輸出的電流信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)后送入單片機(jī)模塊，所述單片機(jī)模塊控制幅值調(diào)整模塊對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行步進(jìn)調(diào)整。
[0035]其中，電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電源，單片機(jī)模塊作為控制單元，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生交流信號(hào)，幅值調(diào)整模塊控制信號(hào)的幅度，將幅頻已調(diào)的信號(hào)送入恒流源產(chǎn)生模塊，使其產(chǎn)生相應(yīng)的恒定電流。為了確保系統(tǒng)的輸出電流值為設(shè)定值，在輸出端加入了電流采集模塊，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)模塊的A/D采集功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，并通過幅值調(diào)整模塊完成對(duì)電流輸出值的步進(jìn)控制。
[0036]電源模塊采用開關(guān)電源，能夠直接將交流220V裝換為直流12V，然后根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行進(jìn)一步穩(wěn)壓，產(chǎn)生3.3V、±5V、±9V的電源；或者直接采用12V電池供電。
[0037]單片機(jī)模塊。采用MSP430F149芯片，提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，豐富的I/O 口資源，以及靈活的控制命令，低電壓、超低功耗。主要功能是完成人機(jī)交互功能、實(shí)時(shí)采集電流值，并通過調(diào)整數(shù)字電位器的抽頭使系統(tǒng)滿足恒流的要求。
[0038]信號(hào)發(fā)生模塊如圖2所示，采用AD9850正弦信號(hào)發(fā)生模塊，單片機(jī)通過SPI通信方式對(duì)該模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行控制，該模塊可產(chǎn)生峰峰值為2Vpp的交流信號(hào)。
[0039]幅值調(diào)整模塊。采用數(shù)字電位器X9313調(diào)節(jié)信號(hào)的電壓，將AD9850的輸出信號(hào)由數(shù)字電位器的非抽頭一端輸入，另一端接地，抽頭作為信號(hào)輸出端，單片機(jī)通過通信接口對(duì)該電位器進(jìn)行控制，使得抽頭輸出的電壓滿足系統(tǒng)的要求。
[0040]恒流源產(chǎn)生模塊中，大功率運(yùn)放芯片優(yōu)先選用LM1875，該芯片具有高輸出電流(能達(dá)到4A)、低噪聲、輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。利用該模塊可以產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定性的恒流源信號(hào)。
[0041]如圖3所示，電流采集模塊包括:依次連接的電流采樣電阻、電壓跟隨器、濾波模塊和交/直流轉(zhuǎn)換電路。電流采集方案為在負(fù)載回路中串入采樣電阻，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的采樣。為了增加恒流源的帶載能力，降低系統(tǒng)的熱損耗，采