一种低功耗高精度数字绝缘电阻表电路的制作方法

本实用新型涉及一种低功耗高精度数字绝缘电阻表电路，属于数字绝缘电阻表技术领域。

背景技术：

数字绝缘电阻表适用于测量各种电器设备、变压器、电机、开关、电缆及绝缘材料的绝缘电阻，因其不需人力作功（即不需要用到手摇发电机），由电池供电，使得测量十分方便和迅捷，已经逐渐取代传统的“摇表”，成为当今测量绝缘电阻最常用的仪表，但目前市面上常用的数字绝缘电阻表，都存在功耗较大和准确度较差的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种低功耗高精度数字绝缘电阻表电路，其不仅低功耗，而且大大提高了测量稳定性和测量精度。

本实用新型的技术方案如下：

一种低功耗高精度数字绝缘电阻表电路，包括顺次电连接的输出电压控制电路、直流电压变换电路、取样及基准电压电路、MCU以及一显示器，所述MCU还连接所述输出电压控制电路。

更优地，所述输出电压控制电路包括一三极管Q1，所述三极管Q1的C极连接直流电压变换电路中控制芯片的供电端，三极管Q1的E极连接电源正极VT+，三极管Q1的B极通过电阻R63连接三极管Q2的C极，三极管Q2的B极通过电阻R64连接三极管Q6的C极，三极管Q2的E极连接电源负极V-，所述三极管Q6的C极还通过电阻R65连接电源负极V-，三极管Q6的B极连接所述MCU，三极管Q6的E极连接电源供电端，所述三极管Q6的B极和E极间设置一偏置电阻R66。

更优地，所述取样及基准电压电路，包括一电阻R76，其一端连接所述直流电压变换电路的输出端，另一端分别连接测试孔INS+和电阻R11，所述电阻R11串联电阻R2后接地，所述电阻R11和电阻R2的公共端点REFI为基准电压输出端，所述公共端点REFI连接所述MCU，测试孔INS-连接一电阻R9后接地，所述测试孔INS-还连接至所述MCU，将所述电阻R9上的压降作为取样电压输入所述MCU，一被测电阻RX连接在测试孔INS+与测试孔INS-之间。

更优地，所述电阻R2由相互串联电阻R33和变阻器VR5组成，所述电阻R33和电阻R11的公共端REFI为基准电压输出端。

更优地，所述直流电压变换电路由脉宽调制电路和倍压整流电路组成，所述脉宽调制电路包括一脉宽调制IC，所述脉宽调制IC的VCC连接所述输出电压控制电路，所述脉宽调制IC输出脉宽调制信号至倍压整流电路的升压变压器TR，经升压变压器TR转化为高压脉冲，所述升压变压器TR的输出连接所述倍压整流电路的整流电路，由所述整流电路将所述高压脉冲整流平滑成直流高压，该直流高压作为测试电压输入至所述取样及基准电压电路。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型一种低功耗高精度数字绝缘电阻表电路，由MCU控制输出电压控制电路的工作状态，只有当输出电压控制电路得电时，直流电压变换电路才开始工作，输出直流高压作为测试电压，完成绝缘电阻测试，否则，直流电压变换电路停止工作，大大降低了功耗。同时，在测量绝缘电阻时，当测试电压变化较大时，取样电压和基准电压同步进行改变，测量电压的变化对测量结果基本没有影响，从而较大程度地提高了测量稳定性和测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构示意图；

图2为本实用新型的输出电压控制电路的电原理图；

图3为本实用新型的取样及基准电压电路的电原理图；

图4为本实用新型的直流电压变换电路的电原理图；

图5为本实用新型的MCU的电原理图；

图6为本实用新型的系统供电电路的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

请参阅图1，一种低功耗高精度数字绝缘电阻表电路，包括顺次电连接的输出电压控制电路10、直流电压变换电路20、取样及基准电压电路30、MCU以及一显示器40，所述MCU还连接所述输出电压控制电路10。

请参阅图2，所述输出电压控制电路10包括一三极管Q1，所述三极管Q1的C极连接所述直流电压变换电路20中控制芯片的供电端，三极管Q1的E极连接电源正极VT+,三极管Q1的B极通过电阻R63连接三极管Q2的C极，三极管Q2的B极通过电阻R64连接三极管Q6的C极，三极管Q2的E极连接电源负极V-，所述三极管Q6的C极还通过电阻R65连接电源负极V-，三极管Q6的B极连接所述MCU，三极管Q6的E极连接电源供电端（一般为5V电源），所述三极管Q6的B极和E极间设置一偏置电阻R66。

所述输出电压控制电路10的工作原理如下：

通过MCU的输出电平控制输出电压控制电路10的输出电压，进行绝缘电阻测试时，由MCU输出低电平，使三极管Q6、三极管Q2、三极管Q1均导通，正电源通过Q1给所述直流电压变换电路20中控制芯片（请参阅图2，控制芯片为芯片U3）供电，使直流电压变化电路将电池电压转换为直流高压作为测试电压并加载在被测物Rx上完成绝缘电阻测试，退出绝缘电阻测试状态，或不进行绝缘电阻测试时，MCU输出高电平，使三极管Q6、三极管Q2、三极管Q1均截止，所述直流电压变换电路20中控制芯片失电，直流电压变换电路20停止工作，从而达到节省功耗的目的。

请参阅图3，所述取样及基准电压电路30，包括一电阻R76，其一端连接所述直流电压变换电路20的输出端，另一端分别连接测试孔INS+和电阻R11，所述电阻R11串联电阻2后接地，较优地，所述电阻R2由相互串联电阻R33和变阻器VR5组成，加入变阻器VR5实现精度可调。所述电阻R2和R11(若采用变阻器的电路，则为R11和电阻R33)的公共端点REFI为基准电压输出端，所述公共端点REFI连接所述MCU，测试孔INS-连接一电阻R9后接地，所述测试孔INS-还连接至所述MCU，将所述电阻R9上的压降作为取样电压输入所述MCU，一被测电阻连接在测试孔INS+与测试孔INS-之间。

所述取样及基准电压电路30的工作原理如下：

将被测电阻通过测试孔接入电路中，设测试孔INS+到地的电阻为R，来自直流电压变换电路20的输出测试电压为Ui，则

R=(RX+R9)∥(R11+R33+VR5)

测试孔INS+处的电压U1=[Ui/( R76+R)]*R

测试孔INS1处的电压，即取样电压U2=[U1/(RX+R9)]*R9

同理基准电压值R33上的压降

Vrefi=[U1/(R11 +R33+VR5)]* (R33+VR5)

简化后：RX=R9*R11/(R33+VR5)*(Vrefi/U2)-R9≈K* (Vrefi/U2)，其中K= R11/(R33+VR5)，K为一个固定的常数，调整VR5以调整测量精确度。若采用精度不可调的方案，其实施方式如图1所示的取样及基准电压电路30，采用固定阻值的电阻R2替代。

因此，被测电阻的绝缘电阻与取样电压存在反比例关系，与基准电压为正比较关系。经MCU进行比例运算后即可实现对被测电阻的绝缘电阻测试。

因本电路基准电压与取样电压都和测试电压有关，当测试电压变化较大时，取样电压和基准电压同步进行改变，测量电压的变化对测量结果基本没有影响，因此，采用所述取样及基准电压电路30进行绝缘电阻测试可较大程度提高测量稳定性和测量精度。

需要说明的是，本实用新型所采用的MCU内部具有A/D转换功能，基准电压和取样电压的模拟量由MCU完成模数转换。若采用不具备A/D转换功能的MCU，将基准电压和取样电压输入一ADC转换器，将ADC转换器的输出作为MCU的输入，该技术方案为本实用新型的等同替换，均落在本实用新型的保护范围之内。

请参阅图4，所述直流电压变换电路20由脉宽调制电路和倍压整流电路组成，所述脉宽调制电路包括一脉宽调制IC，所述脉宽调制IC的VCC连接所述输出电压控制电路10，所述脉宽调制IC输出脉宽调制信号至倍压整流电路的升压变压器TR，经升压变压器TR转化为高压脉冲，所述升压变压器TR的输出连接所述倍压整流电路的整流电路，由所述整流电路将所述高压脉冲整流平滑成直流高压，该直流高压作为测试电压输入至所述取样及基准电压电路30。

具体地，所述的直流电压变换电路20由集成芯片U3（芯片型号TL494）组成脉宽调制控制电路，U3集成芯片U3第1脚分别接电阻R56及电阻R55,电阻R56另一端接电源负极V-,电阻R55的另一端分别接所述电阻R76、二极管D13的阴极和电容C22，电阻R76的另一端作为绝缘电阻测试时的电压输入端接到被测电阻RX上，二极管D13的阳极分别接二极管D14的阴极和升压变压器TR次级的第3脚，二极管D14的阳极接电源负极V-,电容C22的另一端分别接电容C21和升压变压器TR次级的第4脚，电容C21的另一端接电源负极V-,集成芯片U3的第2脚分别接电容C27,电容C28及电阻R57,电阻R58,电阻R62,电容C28及电阻R58的另一端接电源负极V-,电阻R62的另一端分别与电阻R61及集成芯片U3的第14脚和15脚相连接，电阻R57及电容C27与集成芯片U3的第3脚相连接，电阻R61的另一端分别与电阻R60及集成芯片U3的第4脚相连接，电阻R60的另一端接电源负极V-,集成芯片U3的第5脚接电容C29,电容C29的另一端接电源负极V-, 集成芯片U3的第6脚接电阻R59,电阻R59的另一端接电源负极V-,集成芯片U3的第11脚与12脚相连接并与电容C30的一端及电源正极VT+(U3的正电源供给端)相连接，电容C30的另一端接电源负极V-,集成芯片U3的第7，13，16脚分别与电源负极V-相连接，集成芯片U3的第9及第10脚相连接后并与电阻R68的一端相接，电阻R68的另一端分别与电阻R31及三极管Q12的基极相连接，电阻R31及三极管Q12的发射极分别与电源负极V-相连接，三极管Q12的集电极与升压变压器TR的初级（第2脚）相连接，升压变压器TR的初级另一脚（第1脚）直接与供电电源的正极相连接。集成芯片U3的第5、6脚外接振荡电阻R59、电容C29，确定其开关频率。

开关频率：f ≈ 1.1/(RT· CT) = 1.1/(R59*C29)（其中: RT单位为Ω，CT单位为F，f单位为Hz）

输出电压：Vo ≈2.5V * (1+R55/R56)

所述直流电压变换电路20的工作原理如下：

脉宽调制型开关电源集成控制器TL494将电池的直流电压变换为脉宽调制信号，经升压变压器TR转化为高压脉冲，由倍压整流平滑成直流高压测试电压，其输出电压大小是通过所述输出电压控制电路10调节脉冲宽度来实现的，具体地，TL494直接向开关管Q12提供脉宽调制信号，由Q12推动升压变压器TR，经升压后输出高压脉冲由倍压整流成直流高压输出。

请参阅图5，所述MCU由集成芯片U5(具体型号为98O24)实现，集成芯片U5第4脚为基准电压输入端与电容C8相连接，电容C8的另一端接地，集成芯片U5的第26脚与电阻R7相连接，R7的另一端接取样电压输入端，集成芯片U5的第87脚作为集成芯片U3供电电压控制脚与第3点所述的电阻R67的一端相连接，集成芯片U5的第72脚作为复位脚与电阻R4及电容C5相连接，电容C5的另一端与电源负极V-相连接，电阻R4的另一端与电源+5V相连接，集成芯片U5的第69及70脚分别与晶振Y1及电阻R42的两端相连接，集成芯片U5的第65及68脚分别与电源负极V-相连接，集成芯片U5的第66及67脚分别与+5V相连接。集成芯片U5的第31~54脚用于驱动显示器40。

请参阅图6，图6 为系统供电电路图，供电电源正极接开关SW第1脚，开关SW另一脚接稳压管U2第3脚，稳压管U2的第1脚和电容C6分别接电源负极V-，稳压管U2第2脚接电容C6的另一脚作为稳压电源输出端，输出一个+5V的电压。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。