專利名稱：便攜式工頻恒流源裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種便攜式工頻恒流源裝置，屬于恒流源技術領域，適用于電力系統
檢修。
背景技術：
電力系統檢修工作中，常需要穩(wěn)定可靠的恒流源。目前恒流裝置應用最多的為手 動式或數字式的交流恒流調節(jié)設備，通常采用一個自耦調壓器，通過人數或數字控制調節(jié) 電壓來控制輸出電流。目前的數字式恒流源雖然較手動式恒流源的體積已經較小，但是不 便于攜帶，況且需要外接電源。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種體積小、重量輕、使用方便的便攜式工頻 恒流源裝置。 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案 本發(fā)明包括有控制電路、帶觸摸屏的LCD、恒流輸出電路、輸出電流采樣電路、鋰 電池和DC-DC轉換電路；所述帶觸摸屏的LCD與控制電路雙向連接，所述控制電路的輸出 端接恒流輸出電路的輸入端，所述輸出電流采樣電路與負載串聯后接在所述恒流輸出電路 的輸出端；所述輸出電流采樣電路的輸出端分別接所述控制電路和恒流輸出電路的相應輸 入端；所述鋰電池分別為所述控制電路、恒流輸出電路和DC-DC轉換電路提供電源，所述 DC-DC轉換電路分別為所述控制電路和帶觸摸屏的LCD提供電源。
本發(fā)明還包括有充電器。 本發(fā)明的有益效果是體積小、重量輕、便于攜帶，可靈活設定輸出電流幅值和頻 率，為電力子系統檢修工作提供了方便。
圖1為本發(fā)明的原理框圖。
圖2為控制電路的電路原理圖。 圖3為恒流輸出電路和輸出電流采樣電路的電路原理圖。
圖4為DC-DC轉換電路的電路原理圖。
具體實施例方式
由圖l-4所示的實施例可知，它包括有控制電路、帶觸摸屏的LCD、恒流輸出電路、 輸出電流采樣電路、鋰電池和DC-DC轉換電路；所述帶觸摸屏的LCD與控制電路雙向連接， 所述控制電路的輸出端接恒流輸出電路的輸入端，所述輸出電流采樣電路與負載串聯后接 在所述恒流輸出電路的輸出端；所述輸出電流采樣電路的輸出端分別接所述控制電路和恒 流輸出電路的相應輸入端；所述鋰電池分別為所述控制電路、恒流輸出電路和DC-DC轉換電路提供電源，所述DC-DC轉換電路分別為所述控制電路和帶觸摸屏的LCD提供電源。
本實施例還包括有充電器。 所述鋰電池由第一鋰電池E1至第三鋰電池E3組成；所述第一鋰電池E1的正極端 為VB，其負極接地；所述第二鋰電池E2由兩塊鋰電池串聯組成正、負電壓源，其正電壓端為 VP+，其負電壓端為VP-，所述串聯的兩塊鋰電池的節(jié)點接地；所述第三鋰電池E3為單片機 Ul的后備電池。 所述控制電路由單片機U1及其外圍元件、恒流輸出驅動信號處理電路、輸出電流 采樣信號處理電路、鋰電池電壓監(jiān)測電路組成； 所述單片機U1采用混合信號單片機，其型號為C8051F410，所述單片機U1的外圍 元件由晶體Yl-Y2、電容Cl-C7、電阻Rl、電感Ll、插座Jl和跳線開關JP1組成；所述插座 Jl為單片機U1與帶觸摸屏的LCD的連接插座，電感L1與電容C2組成的串聯濾波電路接在 +5V與地之間，電感Ll與電容C2的節(jié)點接單片機Ul的1腳和8腳；第三鋰電池E3接在單 片機Ul的3腳與地之間；晶體Yl通過跳線開關JP1接在單片機Ul的4腳與5腳之間；
所述恒流輸出驅動信號處理電路由二階有源低通濾波器和數字電位器U3組成； 所述二階有源低通濾波器由電阻R2-R4、電容C8-C10、集成塊U2B組成；所述單片機U1的輸 出端17腳依次經電阻R3、電阻R4接集成塊U2B的正輸入端5腳，所述集成塊U2B的輸出端 7腳接數字電位器U3的輸入端5腳，集成塊U2B的7腳與6腳相連接；所述數字電位器U3 的輸出端6腳即A點接恒流輸出電路的輸入端A'，所述數字電位器U3的l-3腳分別接單 片機U1的15腳、12腳、14腳； 所述輸出電流采樣信號處理電路由程控增益放大器U4和兩個加法電路組成；第 一加法電路由電阻R5-R7、電容C12組成，電阻R6與電阻R7串聯后接在+5V與地之間，電 阻R5的一端B'接所述輸出電流采樣電路的輸出端B，電阻R5的另一端接所述程控增益放 大器U4的輸入端2腳，電阻R6與電阻R7的節(jié)點接程控增益放大器U4的輸入端2腳，電容 C12與電阻R7并聯；產生參考信號的第二加法電路由電阻R8-R10、緩沖器U2A組成，電阻R8 與電阻R9串聯后接在+5V與地之間，電阻R8與電阻R9的節(jié)點接緩沖器U2A的正輸入端3 腳，緩沖器U2A的輸出端1腳接程控增益放大器U4的另一個輸入端3腳，緩沖器U2A的1 腳與2腳相連接；電阻R10與電阻R9并聯；程控增益放大器U4的控制輸入端5-7腳分別接 單片機U1的16腳、14腳、12腳； 所述鋰電池電壓監(jiān)測電路由第一至第三監(jiān)測電路組成，所述第一監(jiān)測電路監(jiān)測VB 的電壓，它由電阻R12-R13、電容C14組成；電阻R12與電阻R13串聯后接在VB與地之間， 電阻R12與電阻R13的節(jié)點接單片機Ul的20腳，電容C14與電阻R13并聯；所述第二監(jiān) 測電路監(jiān)測VP-和+5V的電壓，它由電阻R27-R29、電容C24組成；電阻R27-R29為星型連 接，其節(jié)點接單片機Ul的21腳，電阻R27的另一端接+5V，電阻R28的另一端接VP-，電阻 R29的另一端接地，電容C24與電阻R29并聯；所述第三監(jiān)測電路監(jiān)測VP+的電壓，它由電 阻R30-R31、電容C25組成；電阻R30與電阻R31串聯后接在VP+與地之間，電阻R30與電 阻R31的節(jié)點接單片機Ul的22腳，電容C25與電阻R31并聯。 所述恒流輸出電路由大電流運算放大器U5及其外圍元件電阻R14-R17、電容 C15-C19、二極管D1-D2、第二鋰電池E2、開關K2-K3組成，所述大電流運算放大器U5的輸入 端4腳經電容C15接數字電位器U3的輸出端6腳即A點，大電流運算放大器U5的輸出端
5l腳與2腳連接后為恒流電流輸出端；大電流運算放大器U5的V+端經開關K2接第二鋰電
池E2的VP+端，大電流運算放大器U5的V-端經開關K3接第二鋰電池E2的VP-端；電容
C17接在大電流運算放大器U5的V-端與地之間，電容C18接在大電流運算放大器U5的V+
端與地之間；電阻R17與電容C19串聯組成的輸出補償支路接在大電流運算放大器U5的輸
出端1腳與地之間，二極管Dl接在大電流運算放大器U5的1腳與5腳之間；二極管D2接
在大電流運算放大器U5的l腳與IO腳之間；電阻R14的一端接地，其另一端與電容C15和
大電流運算放大器U5的4腳的節(jié)點相連接；電阻R15與電容C16并聯后組成的輸出過流保
護閾值電路接在大電流運算放大器U5的6腳與8腳之間； 所述大電流運算放大器U5的6腳接第二鋰電池E2的VP-端。 所述輸出電流采樣電路由采樣電阻R18組成；采樣電阻R18與負載RL串聯后接在
大電流運算放大器U5的輸出端1腳與地之間，采樣電阻R18與負載RL的節(jié)點B的一路接
第一加法電路的輸入端B'，其另一路接大電流運算放大器U5的3腳。 所述DC-DC轉換電路由DC-DC轉換控制芯片U6及其外圍元件電阻R19_R21、電容
C21-C22、第一鋰電池E1、開關K1、輸入濾波電路、輸出濾波電路、電源指示電路、反饋電路
組成；所述輸入濾波電路由電感L2、電容C20組成，第一鋰電池El的負極接地；開關Kl、電
感L2、電容C20依次串聯后接在第一鋰電池El的兩端，電感L2與電容C20的節(jié)點接DC-DC
轉換芯片U6的輸入端7腳； 所述輸出濾波電路由二極管D3、電感L3、電容C23組成；電感L3與電容C23串聯 后接在DC-DC轉換芯片U6的輸出端14腳與地之間，二極管D3接在DC-DC轉換芯片U6的 14腳與地之間；DC-DC轉換芯片U6的輸出端14腳與15腳相連； 所述電源指示電路由電阻R22-R23、發(fā)光二極管LED1組成；電阻R22、電阻R23、發(fā) 光二極管LED1依次串聯后與電容C23并聯，電阻R22與電阻R23的節(jié)點為+5V的輸出端；
所述反饋電路由電阻R24-R26組成，電阻R24-R26依次串聯后接在電感L3與電容 C23的節(jié)點與地之間，電阻R25與電阻R26的節(jié)點接DC-DC轉換芯片U6的2腳；
電阻R21與電容C22串聯組成的自舉支路接在DC-DC轉換芯片U6的15腳與16 腳之間； 電阻R20與電容C21并聯后組成的頻率設定回路接在DC-DC轉換芯片U6的3腳
與6腳之間，DC-DC轉換芯片U6的3-5腳互相連接。 本實施例的工作過程 1、控制電路的工作過程(見圖2): 圖2所示的控制電路以混合信號單片機U1(C8051F410)為核心，利用其內置的DAC 和ADC分別實現波形產生和測量功能。DAC產生的正弦信號以電流形式從U1的PO.O(第 17腳)輸出，經電阻R2轉換為正弦電壓信號，然后由R3、 R4、 C9、 C10和U2B組成的二階有 源低通濾波器濾除噪聲得到干凈的正弦電壓信號。此信號經數字電位器U3(MCP41010)分 壓得到恒流源驅動信號，分壓比由Ul通過SPI接口控制，實現調整驅動信號幅度，從而控制 恒流源輸出電流幅度的目的。來自采樣電阻R18的交流信號經R5-R7組成的第一加法電路 與+5V混合后被遷移至IV的直流電平。由R5-R10組成的第二加法電路產生IV的直流電 壓經運算放大器U2A緩沖后連接至程控增益放大器U4的第3腳作為參考信號。這樣，電流 檢測信號經U4放大后由Rl 1和C13濾波，最后送到Ul內置ADC的輸入端AIN1 (第19腳)。由AD轉換結果可計算出電流值并送到LCD顯示。第一鋰電池El的電壓VB經R12、 R13分 壓后連接到Ull內置ADC的AIN2輸入端，單片機U1可以監(jiān)測第一鋰電池E1的電壓，給出 低電量提示。Jl為連接帶觸摸屏的LCD的接口插座，包括SPI接口信號和5V供電。
2、恒流輸出電路及輸出電流采樣電路的工作過程(見圖3): 在圖3中，由大電流運算放大器U5(0PA549S)加上外圍器件構成。輸入的電壓信號 經C15和R14構成的高通濾波器去掉直流信號后加到U5的正輸入端(第4腳)。U5的輸出 向負載RL提供電流，此電流通過采樣電阻R18到地。R18上端連接到U5的負輸入端(第3 腳)，實現恒流源功能。R18上端同時連接至輸出電流采樣信號處理電路的輸入端B' ，R15 和C16設定U5的輸出過流保護閾值。Dl和D2用作輸出端口保護，R17和C19為輸出補償 電路。C17-C18為電源旁路電容。
3、 DC-DC轉換電路的工作過程(見圖4): DC-DC轉換電路將第一鋰電池El的電壓轉換為適合控制電路和帶觸摸屏的LCD使 用的5V電壓，圖4所示的電路以DC-DC轉換控制芯片U6 (NCP3173PW)為核心，工作于BUCK 模式。第一鋰電池E1電壓經開關K1加到由L2、C20構成的輸入濾波電路，然后連接至U6 的輸入端(第7腳)。U6輸出的P麗開關信號經由D3、 L3、 C23構成的輸出濾波電路后得 到直流5V電源，輸出電壓值由反饋支路R24-R26的參數決定。R26設定過流保護閾值，R20 和C21設定振蕩頻率，R21和C22構成自舉支路。R22的作用是為了方便調試，R23和LED1 組成電源指示電路。
權利要求
一種便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述裝置包括有控制電路、帶觸摸屏的LCD、恒流輸出電路、輸出電流采樣電路、鋰電池和DC-DC轉換電路；所述帶觸摸屏的LCD與控制電路雙向連接，所述控制電路的輸出端接恒流輸出電路的輸入端，所述輸出電流采樣電路與負載串聯后接在所述恒流輸出電路的輸出端；所述輸出電流采樣電路的輸出端分別接所述控制電路和恒流輸出電路的相應輸入端；所述鋰電池分別為所述控制電路、恒流輸出電路和DC-DC轉換電路提供電源，所述DC-DC轉換電路分別為所述控制電路和帶觸摸屏的LCD提供電源。
2. 根據權利要求1所述的便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述裝置還包括有充電器。
3. 根據權利要求2所述的便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述鋰電池由第一鋰電 池El至第三鋰電池E3組成；所述第一鋰電池El的正極端為VB，其負極接地；所述第二鋰 電池E2由兩塊鋰電池串聯組成正、負電壓源，其正電壓端為VP+，其負電壓端為VP-，所述串 聯的兩塊鋰電池的節(jié)點接地；所述第三鋰電池E3為單片機Ul的后備電池。
4. 根據權利要求3所述的便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述控制電路由單片機 Ul及其外圍元件、恒流輸出驅動信號處理電路、輸出電流采樣信號處理電路、鋰電池電壓監(jiān) 測電路組成；所述單片機U1采用混合信號單片機，其型號為C8051F410，所述單片機U1的外圍元件 由晶體Y1-Y2、電容C1-C7、電阻R1、電感L1、插座Jl和跳線開關JP1組成；所述插座Jl為 單片機Ul與帶觸摸屏的LCD的連接插座，電感Ll與電容C2組成的串聯濾波電路接在+5V 與地之間，電感Ll與電容C2的節(jié)點接單片機Ul的1腳和8腳；第三鋰電池E3接在單片機 Ul的3腳與地之間；晶體Yl通過跳線開關JP1接在單片機Ul的4腳與5腳之間；所述恒流輸出驅動信號處理電路由二階有源低通濾波器和數字電位器U3組成；所述 二階有源低通濾波器由電阻R2-R4、電容C8-C10、集成塊U2B組成；所述單片機U1的輸出 端17腳依次經電阻R 3、電阻R4接集成塊U2B的正輸入端5腳，所述集成塊U2B的輸出端 7腳接數字電位器U3的輸入端5腳，集成塊U2B的7腳與6腳相連接；所述數字電位器U3 的輸出端6腳即A點接恒流輸出電路的輸入端A'，所述數字電位器U3的l-3腳分別接單 片機U1的15腳、12腳、14腳；所述輸出電流采樣信號處理電路由程控增益放大器U4和兩個加法電路組成；第一加 法電路由電阻R5-R7、電容C12組成，電阻R6與電阻R7串聯后接在+5V與地之間，電阻R5 的一端B'接所述輸出電流采樣電路的輸出端B，電阻R5的另一端接所述程控增益放大器 U4的輸入端2腳，電阻R6與電阻R7的節(jié)點接程控增益放大器U4的輸入端2腳，電容C12 與電阻R7并聯；產生參考信號的第二加法電路由電阻R8-R10、緩沖器U2A組成，電阻R8與 電阻R9串聯后接在+5V與地之間，電阻R8與電阻R9的節(jié)點接緩沖器U2A的正輸入端3腳， 緩沖器U2A的輸出端1腳接程控增益放大器U4的另一個輸入端3腳，緩沖器U2A的1腳與 2腳相連接；電阻R10與電阻R9并聯；程控增益放大器U4的控制輸入端5-7腳分別接單片 機U1的16腳、14腳、12腳；所述鋰電池電壓監(jiān)測電路由第一至第三監(jiān)測電路組成，所述第一監(jiān)測電路監(jiān)測VB的 電壓，它由電阻R12-R13、電容C14組成；電阻R12與電阻R13串聯后接在VB與地之間，電阻 R12與電阻R13的節(jié)點接單片機U1的20腳，電容C14與電阻R13并聯；所述第二監(jiān)測電路監(jiān)測VP-和+5V的電壓，它由電阻R27-R29、電容C24組成；電阻R27-R29為星型連接，其節(jié)點 接單片機Ul的21腳，電阻R27的另一端接+5V，電阻R28的另一端接VP-，電阻R29的另一 端接地，電容C24與電阻R29并聯；所述第三監(jiān)測電路監(jiān)測VP+的電壓，它由電阻R30-R31 、 電容C25組成；電阻R30與電阻R31串聯后接在VP+與地之間，電阻R30與電阻R31的節(jié)點 接單片機U1的22腳，電容C25與電阻R31并聯。
5. 根據權利要求4所述的便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述恒流輸出電路由大 電流運算放大器U5及其外圍元件電阻R14-R17、電容C15-C19、二極管Dl-D2、第二鋰電池 E2、開關K2-K3組成，所述大電流運算放大器U5的輸入端4腳經電容C15接數字電位器U3 的輸出端6腳即A點，大電流運算放大器U5的輸出端1腳與2腳連接后為恒流電流輸出端； 大電流運算放大器U5的V+端經開關K2接第二鋰電池E2的VP+端，大電流運算放大器U5 的V-端經開關K3接第二鋰電池E2的VP-端；電容C17接在大電流運算放大器U5的V-端 與地之間，電容C18接在大電流運算放大器U5的V+端與地之間；電阻R17與電容C19串聯 組成的輸出補償支路接在大電流運算放大器U5的輸出端1腳與地之間，二極管D1接在大 電流運算放大器U5的1腳與5腳之間；二極管D2接在大電流運算放大器U5的1腳與10 腳之間；電阻R14的一端接地，其另一端與電容C15和大電流運算放大器U5的4腳的節(jié)點 相連接；電阻R15與電容C16并聯后組成的輸出過流保護閾值電路接在大電流運算放大器 U5的6腳與8腳之間；所述大電流運算放大器U5的6腳接第二鋰電池E2的VP-端。
6. 根據權利要求5所述的便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述輸出電流采樣電路 由采樣電阻R18組成；采樣電阻R18與負載RL串聯后接在大電流運算放大器U5的輸出端 1腳與地之間，采樣電阻R18與負載RL的節(jié)點B的一路接第一加法電路的輸入端B'，其另 一路接大電流運算放大器U5的3腳。
7. 根據權利要求6所述的便攜式工頻恒流源裝置，其特征在于所述DC-DC轉換電路 由DC-DC轉換控制芯片U6及其外圍元件電阻R19-R21、電容C21-C22、第一鋰電池El、開關 Kl、輸入濾波電路、輸出濾波電路、電源指示電路、反饋電路組成；所述輸入濾波電路由電感 L2、電容C20組成，第一鋰電池El的負極接地；開關Kl、電感L2、電容C20依次串聯后接在 第一鋰電池El的兩端，電感L2與電容C20的節(jié)點接DC-DC轉換芯片U6的輸入端7腳；所述輸出濾波電路由二極管D3、電感L3、電容C23組成；電感L3與電容C23串聯后接 在DC-DC轉換芯片U6的輸出端14腳與地之間，二極管D3接在DC-DC轉換芯片U6的14腳 與地之間；DC-DC轉換芯片U6的輸出端14腳與15腳相連；所述電源指示電路由電阻R22-R23、發(fā)光二極管LED1組成；電阻R22、電阻R23、發(fā)光二 極管LED1依次串聯后與電容C23并聯，電阻R22與電阻R23的節(jié)點為+5V的輸出端；所述反饋電路由電阻R24-R26組成，電阻R24-R26依次串聯后接在電感L3與電容C23 的節(jié)點與地之間，電阻R25與電阻R26的節(jié)點接DC-DC轉換芯片U6的2腳；電阻R21與電容C22串聯組成的自舉支路接在DC-DC轉換芯片U6的15腳與16腳之間；電阻R20與電容C21并聯后組成的頻率設定回路接在DC-DC轉換芯片U6的3腳與6 腳之間，DC-DC轉換芯片U6的3-5腳互相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式工頻恒流源裝置，它包括有控制電路、帶觸摸屏的LCD、恒流輸出電路、輸出電流采樣電路、鋰電池和DC-DC轉換電路；所述帶觸摸屏的LCD與控制電路雙向連接，所述控制電路的輸出端接恒流輸出電路的輸入端，所述輸出電流采樣電路與負載串聯后接在所述恒流輸出電路的輸出端；所述輸出電流采樣電路的輸出端分別接所述控制電路和恒流輸出電路的相應輸入端；所述鋰電池分別為所述控制電路、恒流輸出電路和DC-DC轉換電路提供電源，所述DC-DC轉換電路分別為所述控制電路和帶觸摸屏的LCD提供電源。本發(fā)明的有益效果是體積小、重量輕、便于攜帶，可靈活設置輸出電流幅值和頻率，為電力子系統檢修工作提供了方便。
文檔編號H02J7/00GK101770247SQ20101003331
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權日2010年1月7日
發(fā)明者杜彥巍, 楊博超, 王建民, 羅衛(wèi)東, 臧謙, 趙立剛, 魏文勝 申請人:石家莊供電公司