高精度大动态电流采集装置及其恒压/恒流供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电流采集技术领域，具体地说，是一种高精度大动态电流采集装置及其恒压/恒流供电系统。
【背景技术】
[0002]电流采集装置广泛应用于电流测量仪表及恒压/恒流源等设备中，一般情况下，外部电流的范围较大，这样经过电流采集装置的电流信号范围也较大；现有的电流采集装置改变电流采集量程的方法主要有两种:一是改变电流采样电阻，保持采样电阻的电压增益不变；二、保持采样电阻不变，调节采样电阻的电压增益。方法一通常用于电流测量仪表中，由于电流采集电路没有改变，仅改变采样电阻，从而可以使各个量程的电流采集相对误差保持恒定。但现有的通过改变采样电阻保持采样电阻电压增益不变的电流采集装置，结构复杂导致成本较高，且系统没有反馈电路或反馈电路的结构比较复杂，导致系统稳定性较低。方法二通常用在恒压/恒流源，由于负载动态范围较大，恒压源通过改变采样电阻的电压增益实现恒压源的多量程输出，会导致恒压源输出的每个电压值的误差都不一致，造成电压输出值的精度降低，恒流源也是如此。因此，单独通过上述任意一种方法实现的电流采集装置，都无法满足同时应用在电流采集仪表和恒压恒流源等需要使用电流采集装置的系统里。
【实用新型内容】
[0003]有鉴于此，本实用新型首先提供一种高精度大动态电流采集装置，实现电流采集装置同时应用在电流采集仪表及恒压/恒流源内，且能满足高精度的需求。
[0004]具体技术方案如下:
[0005]—种尚精度大动态电流米集装置，其关键在于:
[0006]包括微控制器、电阻选通网络、电压放大器、A/D转换器和输入/输出设备；所述电阻选通网络用于接入需要采集电流的电流回路中，其阻值可调节，该电阻选通网络设置有电流输入端Ιιη、电流输出端1_以及阻值调控端Con ;所述电压放大器的输入端连接在所述电阻选通网络的电流输入端Ιιη，用于采集所述电阻选通网络的电流输入端Ιιη的电压信号并实现信号放大；所述电压放大器的输出端与所述A/D转换器的输入端相连，所述A/D转换器的输出端接所述微控制器的输入端，所述微控制器的一个输出端连接在所述电阻选通网络的阻值调控端Con上，用于改变所述电阻选通网络的阻值；在所述微控制器上还连接所述输入/输出设备，用于实现数据传输和外部控制。
[0007]其中，所述电阻选通网络中包括多个电阻和多个开关组合形成的可调电阻模块R2，通过所述微控制器控制多个开关的组合状态来改变电阻选通网络接入电流回路的阻值。
[0008]本实用新型在应用时，电阻选通网络作为电流采集装置的采样电阻，电阻选通网络的电流输入端Ιιη和电流输出端I _连接在需要采集电流的电流回路中，微控制器根据电压放大器采集来的电压信号的大小，给电阻选通网络的阻值调控端Con发送开关切换信号，控制可调电阻模块R2接入电流回路中的阻值，使得电流采集装置能够采集不同电流范围的电流值，实现电流采集装置的电流采集量程的自动切换。
[0009]进一步地，在所述可调电阻模块R2的两端还并行连接有旁路二极管D1和旁路二极管D2，用于实现双向过流保护，保证电流采集装置在采集较大的电流值时，不会被烧坏；旁路二极管D1和旁路二极管D2都采用大功率二极管，正向导通电流不小于电流采集装置可采集的最大电流；二极管D1或D2可采用单个或多个二极管串联的方式实现，实现小范围调整电流测量量程。
[0010]再进一步地，所述电阻选通网络还设置有与所述可调电阻模块R2串联的反馈电阻R1，其中:可调电阻模块R2的一端作为电阻选通网络的电流输入端Ιιη，反馈电阻R1的一端作为电阻选通网络的电流输出端1_，反馈电阻R1和可调电阻模块R2的公共端作为电阻选通网络的反馈端Ref，可调电阻模块R2中的开关切换控制端作为所述阻值调控端Con。反馈电阻R1使得电流采集装置具有电流反馈回路，且反馈电阻R1与可调电阻模块R2 —起作为电流采集装置的采样电阻，增加了采样电阻所在电流回路的鲁棒性。
[0011]结合上述高精度大动态电流采集装置，本实用新型的另一目的在于提供一种基于高精度大动态电流采集装置的恒压/恒流供电系统，其关键在于:在上述高精度大动态电流采集装置的基础上，还设置有直流电源和负载接口，所述直流电源的正极连接所述负载接口的高电平输出端，所述电阻选通网络的电流输入端Ijt所述负载接口的低电平输出端，所述电阻选通网络的电流输出端1_接所述直流电源的负极，所述电阻选通网络的反馈端Ref还与所述直流电源的反馈端ref相连。
[0012]使用时，将负载的电源接口接在上述供电系统的负载接口上，微控制器根据电压放大器采集来的电压信号判断当前负载的大小，并根据负载所需电压/电流值调节可调电阻模块R2接入电流回路中的阻值，实现供电系统的输出电压/电流的改变。由于负载动态范围较大，恒流供电系统可通过反馈电阻R1形成的电流负反馈回路，确保输出电流值保持恒定；恒压供电系统在出现过流时，同样可通过反馈电阻R1形成的电压反馈回路，确保输出电压值保持恒定。
[0013]有益效果:(1)仅改变采样电阻，使各个量程的电流采集相对误差保持恒定；(2)使用采样电阻的一部分作为反馈电阻，形成电压/电流的反馈回路，确保系统的稳定性；
(3)能够在保证输出误差恒定的前提下，实现恒压/恒流供电系统能够输出不同的恒压/恒流值。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的电路原理图；
[0015]图2为图1中电压放大器的电路原理图；
[0016]图3为图1中电阻选通网络的电阻并联选通方式；
[0017]图4为图1中电阻选通网络的电阻串联选通方式；
[0018]图5为图1中电阻选通网络的电路原理图；
[0019]图6为基于本实用新型的恒压恒流供电系统的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
[0021]如图1所不的一种尚精度大动态电流米集装置，其关键在于:
[0022]包括微控制器1、电阻选通网络2、电压放大器3、A/D转换器4和输入/输出设备5;所述电阻选通网络2用于接入需要采集电流的电流回路中，其阻值可调节，该电阻选通网络2设置有电流输入端Ιιη、电流输出端1_以及阻值调控端Con ;所述电压放大器3的输入端连接在所述电阻选通网络2的电流输入端Ιιη，用于采集所述电阻选通网络2的电流输入端Ιιη的电压信号并实现信号放大，如图2所示，电压放大器3的电压放大倍数可由电阻R3和R4调节；所述电压放大器3的输出端与所述A/D转换器4的输入端相连，所述A/D转换器4的输出端接所述微控制器1的输入端，所述微控制器1的一个输出端连接在所述电阻选通网络2的阻值调控端Con上，用于改变所述电阻选通网络2的阻值；在所述微控制器1上还连接所述输入/输出设备5，用于实现将电流采集装置采集的电流/电压数据传输给外界，外界也可经过输入/输出设备5向微控制器1发送控制信号。在本实施例中，上述电压放大器3采用高输入阻抗、低偏置电流的CMOS运算放大器，电阻R3、R4采用低温漂、高精度电阻；所述A/D转换器4采用双极性输入型A/D转换器，实现双极性电压的采集。
[0023]为实现大动态范围的电流采集，所述电阻选通网络2采用多个电阻和多个开关组合形成的可调电阻模块R2，通过所述微控制器1控制多个开关的组合状态来改变电阻选通网络2接入电流回路的阻值，即改变电流采集装置的电流量程。可调电阻模