一种ac-dc变换器测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种AC?DC变换器测量装置，属自动测量领域。本实用新型包括单片机、采样电路I、采样电路II、测量电路、继电器、按键模块、液晶模块、基准单元、温度保护电路；采样电路I、待测AC?DC变换器和采样电路II顺序连接，采样电路I另一端连接测量电路，测量电路与单片机连接，采样电路II另一端连接单片机，继电器一端与单片机连接，另一端连接在输入端，按键模块、液晶模块分别与单片机连接，基准单元、温度保护电路均与单片机连接。本实用新型测量精度高，可靠性强，安全性高，结构简易，制造成本低，具有测量电能、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数的功能，测量的精度高，具有保护功能，有很高的实用性。
【专利说明】
一种AC-DC变换器测量装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种AC-DC变换器测量装置，属于自动测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，各种电子装置对电源功率的要求越来越高，对电流的 要求也越来越大，开关电源向更大功率方向发展。研制各种各样的大功率、高性能的开关电 源成为趋势。特别每年的全国大学生电子设计竞赛都有一道题目是制作开关电源，如2013 年的电子设计大赛A题制作一种单相AC-DC变换电源，但是现有的测试方法需要测试人员采 用四块万用表，分别侧输入输出电压电流，有然后通过人工读数和手动计算结果，而且存在 由于测试时短路会烧坏测试模块，测试麻烦，效率低。同时现在的万用表不具有功率因数、 电能测量功能，现功率因数测量仪比较昂贵。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种AC-DC变换器测量装 置。该装置可以实现了自动测量输入输出电压电流、电能、有功无功功率、功率因数以及计 算效率等。
[0004] 本实用新型技术方案是:一种AC-DC变换器测量装置，包括单片机2、采样电路13、 采样电路114、测量电路5、继电器6、按键模块7、液晶模块8、基准单元9、温度保护电路10;所 述采样电路13、待测AC-DC变换器1和采样电路114顺序连接，采样电路13另一端连接测量电 路5,测量电路5与单片机2连接，采样电路114另一端连接单片机2,继电器6-端与单片机2 连接，另一端连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2连接，基准单元9、温度保 护电路10均与单片机2连接。
[0005] 所述单片机2可采用STC12C5A60S2型号单片机，测量电路5与单片机2的I/O 口连 接，采样电路Π 4另一端连接单片机2的AD 口，继电器6-端与单片机2的I /0 口连接，另一端 连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2的I/O 口连接，基准单元9、温度保护电 路10与单片机2的AD 口连接。
[0006] 所述采样电路13包括交流电压采样电路和交流电流采样电路，采样电路114包括 直流电压采样电路和直流电流采样电路；
[0007] 所述交流电压采样电路由电压互感器PT、电阻R1、电阻R2构成;交流电流采样电路 由电流互感器CT、电阻R3构成；
[0008] 所述电压互感器PT的一次侧绕组串联电阻R1后与输入交流电压并联，二次侧绕组 与电阻R2并联，并联后的二次侧绕组一端接地，另一端与测量电路5的测量芯片的Vin端相 连，电流互感器CT的一次侧绕组串联接入交流输入侧，二次侧绕组与电阻R3并联，并联后的 二次侧绕组一端接地，另一端与测量芯片的I in端相连；
[0009] 直流电压采样电路由电阻R4和R5构成，电阻R4、R5串联，串联点与单片机2的AD1 口 相连，电阻R4另一端接输出直流端，电阻R5另一端接地;直流电流采样电路包括采样电阻 1?6、采样放大电路;采样放大电路包括电阻1?9、1?10、1?11、电位器1?12、运算放大器0、电感1^、稳 压二极管D、电容C;
[00?0]电阻R6串联在输出端的负极，电阻R6的一端与电阻R9的一端相连，电阻R9另一端 分别与电阻R11的一端、运算放大器Q的同向输入端相连，电阻R6的另一端与电阻R10的一端 相连，电阻R10另一端分别与运算放大器Q的反向输入端、电位器R12相连，电位器R12另一端 与运算放大器Q输出端相连，运算放大器Q的输出端还分别与稳压二极管D负极、电感L 一端 相连，稳压二极管D正极接地，电感L另一端分别与电容C正极、单片机2的AD2 口相连，电容C1 负极接地。通过电感L和电容C构成一个二阶滤波，对采样的干扰谐波进行一个滤波，提高采 样精度;为了防止采样后单片机2的输入信号过大损坏单片机2的AD口，采用了一个稳压二 极管D来限幅。
[0011] 所述测量电路5的测量芯片采用CS5460A芯片，基准单元9采用基准电压芯片 LM1117。
[0012] 本装置在测量过程中，首先对该装置调整测量精度，基准单元9由基准电压芯片 LM1117提供3.3V的采样基准电压，首先利用单片机2的AD3采样端口采样3.3V电压，采样得 到的采样值为Uo,然后采样电路114采样所要得到的电压为U1，那么实际采样电压为U2,则 U2=(U1 X 3.3V)/Uo，此外还采用多次采样求取平均值，大大提高了采样的精确度，电流采样 同理。
[0013]所述按键模块7由三个按键组成，分别为"+"、"功能选择"；
[0014] 温度保护电路由电阻R7和热敏电阻R8组成，电阻R7-端与VCC相连，电阻R7与热敏 电阻R8串联，串联点与单片机2相连；
[0015] 继电器6由继电器线圈KM2和继电器常闭触点KM1组成，继电器线圈KM2-端与单片 机2相连，继电器常闭触点KM1串联在交流输入端。
[0016] 本实用新型的工作原理是：
[0017] 通过按键模块7设置过流欠压保护阈值和输出的稳定电压值，给待测AC-DC变换器 1通电，采样电路13采样输入交流电压电流，把数据传给测量电路5,经测量电路5得出输入 交流电压电流的幅值、相位数据传递给单片机2,单片机2利用现有常规技术将测量的输入 交流电压电流的有效值和功率因数显示在液晶模块8上;采样电路114实时采样输出直流电 压和电流，单片机2的内部AD(单片机2具有自带内部AD功能)实时采样基准单元9的电压和 理想基准值比较，然后校准采样电路114采样得到的直流电压电流信号，使采样得到的直流 电压电流信号更准确，并显示在液晶模块8上;液晶模块8显示输入交流电压电流有效值、输 出直流电压电流值、效率以及电能、功率因数等参数。当单片机2检测到输出电流超过保护 电流，或者输出电压低于阈值，或者芯片温度过高时，单片机2输出一个信号给继电器6，继 电器6断开输入电路。
[0018] 该AC-DC变换器测量装置的使用步骤为：
[0019] 第一步:根据液晶模块8显示且通过按键模块7设置过流保护阈值为Id，欠压保护 阈值为Ud和输出的稳定电压值为Uo。
[0020] 第二步:给待测AC-DC变换器1通电。
[0021 ]第三步:输入交流电，采样电路13采样到输入的交流电压和电流，把数据传给测量 电路5,经测量电路5将信号传递给单片机2,然后将测量的各项参数显示在液晶模块8上。
[0022]第四步:采样电路II4实时采样输出直流电压和电流，单片机2的内部AD实时采样 基准单元9的电压和理想基准值比较，此比较的过程常规的单片机技术就能实现，然后校准 采样电路114采样得到的信号，使采样得到的信号更准确，并显示在液晶模块 8上；
[0023 ]第五步:液晶模块8显示输入交流电压电流有效值、输出直流电压电流值、效率以 及电能、功率因数等参数。
[0024] 效率为：
[0025] P=(输出电压*输出电流)/(输入电压*输入电流)*100%
[0026]调压调整率（Sv)是指规定条件下，AC-DC变换器在输出电流保持不变时（满载条 件）由于输入电压变化而引起的输出电压的变化量。计算公式为：
[0027]
，其中，％、％为输入电压为_^(电流最大 时的电压）、V(电流最小时的电压)时的输出电压，:为额定输入电压下的输出电压。 [0028] 稳压效果为：AU=U〇-U。
[0029] 第六步：当单片机2检测到输出电流超过保护电流，或者输出电压低于阈值，或者 芯片温度过高时，单片机2输出一个信号给继电器6,继电器6断开输入电路。
[0030] 第七步:该系统不工作时，切断供电电源。
[0031] 本实用新型的有益效果是:此装置测量精度高，可靠性强，安全性高，结构简易，制 造成本低，同时具有测量电能、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数的功能，测 量的精度高，具有保护功能，有很高的实用性。
【附图说明】
[0032]图1是本实用新型连接框图；
[0033] 图2是本实用新型具体功能结构连接框图；
[0034] 图3是本实用新型直流电流采样电路示意图。
[0035]图1-3中各标号：1-待测AC-DC变换器，2-单片机，3-采样电路I，4-采样电路II，5-测量电路，6-继电器，7-按键模块，8-液晶模块，9-基准单元，10-温度保护电路，ΡΤ-电压互 感器，CT-电流互感器，虹、1?2、1?、1?4、1?6、1?7、1?9、1?10、1?11-定值电阻，1?8-热敏电阻，1?12-电位 器，C-电容，Q-运算放大器，L-电感，D-稳压二极管，ΚΜ1-继电器常闭触点，ΚΜ2-继电器线圈。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
[0037] 实施例1:如图1-3所示，一种AC-DC变换器测量装置，包括单片机2、采样电路13、采 样电路II4、测量电路5、继电器6、按键模块7、液晶模块8、基准单元9、温度保护电路10;所述 采样电路13、待测AC-DC变换器1和采样电路II4顺序连接，采样电路13另一端连接测量电路 5,测量电路5与单片机2连接，采样电路114另一端连接单片机2,继电器6-端与单片机2连 接，另一端连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2连接，基准单元9、温度保护 电路10均与单片机2连接。
[0038] 实施例2:如图1-3所示，一种AC-DC变换器测量装置，包括单片机2、采样电路13、采 样电路II4、测量电路5、继电器6、按键模块7、液晶模块8、基准单元9、温度保护电路10;所述 采样电路13、待测AC-DC变换器1和采样电路II4顺序连接，采样电路13另一端连接测量电路 5,测量电路5与单片机2连接，采样电路114另一端连接单片机2,继电器6-端与单片机2连 接，另一端连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2连接，基准单元9、温度保护 电路10均与单片机2连接。
[0039] 所述单片机2采用STC12C5A60S2型号单片机，测量电路5与单片机2的I/O 口连接， 采样电路Π 4另一端连接单片机2的AD 口，继电器6-端与单片机2的I/O 口连接，另一端连接 在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2的I /0 口连接，基准单元9、温度保护电路10 与单片机2的AD 口连接。
[0040]实施例3:如图1-3所示，一种AC-DC变换器测量装置，包括单片机2、采样电路13、采 样电路II4、测量电路5、继电器6、按键模块7、液晶模块8、基准单元9、温度保护电路10;所述 采样电路13、待测AC-DC变换器1和采样电路II4顺序连接，采样电路13另一端连接测量电路 5,测量电路5与单片机2连接，采样电路114另一端连接单片机2,继电器6-端与单片机2连 接，另一端连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2连接，基准单元9、温度保护 电路10均与单片机2连接。
[0041 ] 所述单片机2采用STC12C5A60S2型号单片机，测量电路5与单片机2的I/O 口连接， 采样电路Π 4另一端连接单片机2的AD 口，继电器6-端与单片机2的I/O 口连接，另一端连接 在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2的I /0 口连接，基准单元9、温度保护电路10 与单片机2的AD 口连接。
[0042]所述采样电路13包括交流电压采样电路和交流电流采样电路，采样电路114包括 直流电压采样电路和直流电流采样电路；
[0043] 所述交流电压采样电路由电压互感器PT、电阻R1、电阻R2构成;交流电流采样电路 由电流互感器CT、电阻R3构成；
[0044]所述电压互感器PT的一次侧绕组串联电阻R1后与输入交流电压并联，二次侧绕组 与电阻R2并联，并联后的二次侧绕组一端接地，另一端与测量电路5的测量芯片的Vin端相 连，电流互感器CT的一次侧绕组串联接入交流输入侧，二次侧绕组与电阻R3并联，并联后的 二次侧绕组一端接地，另一端与测量芯片的I in端相连；
[0045]直流电压采样电路由电阻R4和R5构成，电阻R4、R5串联，串联点与单片机2的AD1 口 相连，电阻R4另一端接输出直流端，电阻R5另一端接地;直流电流采样电路包括采样电阻 1?6、采样放大电路;采样放大电路包括电阻1?9、1?10、1?11、电位器1?12、运算放大器0、电感1^、稳 压二极管D、电容C;
[0046]电阻R6串联在输出端的负极，电阻R6的一端与电阻R9的一端相连，电阻R9另一端 分别与电阻R11的一端、运算放大器Q的同向输入端相连，电阻R6的另一端与电阻R10的一端 相连，电阻R10另一端分别与运算放大器Q的反向输入端、电位器R12相连，电位器R12另一端 与运算放大器Q输出端相连，运算放大器Q的输出端还分别与稳压二极管D负极、电感L 一端 相连，稳压二极管D正极接地，电感L另一端分别与电容C正极、单片机2的AD2 口相连，电容C1 负极接地。
[0047]实施例4:如图1-3所示，一种AC-DC变换器测量装置，包括单片机2、采样电路13、采 样电路II4、测量电路5、继电器6、按键模块7、液晶模块8、基准单元9、温度保护电路10;所述 采样电路13、待测AC-DC变换器1和采样电路II4顺序连接，采样电路13另一端连接测量电路 5,测量电路5与单片机2连接，采样电路114另一端连接单片机2,继电器6-端与单片机2连 接，另一端连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2连接，基准单元9、温度保护 电路10均与单片机2连接。
[0048] 所述单片机2采用STC12C5A60S2型号单片机，测量电路5与单片机2的I/O 口连接， 采样电路Π 4另一端连接单片机2的AD 口，继电器6-端与单片机2的I/O 口连接，另一端连接 在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2的I /0 口连接，基准单元9、温度保护电路10 与单片机2的AD 口连接。
[0049] 所述采样电路13包括交流电压采样电路和交流电流采样电路，采样电路114包括 直流电压采样电路和直流电流采样电路；
[0050] 所述交流电压采样电路由电压互感器PT、电阻R1、电阻R2构成;交流电流采样电路 由电流互感器CT、电阻R3构成；
[0051] 所述电压互感器PT的一次侧绕组串联电阻R1后与输入交流电压并联，二次侧绕组 与电阻R2并联，并联后的二次侧绕组一端接地，另一端与测量电路5的测量芯片的Vin端相 连，电流互感器CT的一次侧绕组串联接入交流输入侧，二次侧绕组与电阻R3并联，并联后的 二次侧绕组一端接地，另一端与测量芯片的I in端相连；
[0052]直流电压采样电路由电阻R4和R5构成，电阻R4、R5串联，串联点与单片机2的AD1 口 相连，电阻R4另一端接输出直流端，电阻R5另一端接地;直流电流采样电路包括采样电阻 1?6、采样放大电路;采样放大电路包括电阻1?9、1?10、1?11、电位器1?12、运算放大器0、电感1^、稳 压二极管D、电容C;
[0053]电阻R6串联在输出端的负极，电阻R6的一端与电阻R9的一端相连，电阻R9另一端 分别与电阻R11的一端、运算放大器Q的同向输入端相连，电阻R6的另一端与电阻R10的一端 相连，电阻R10另一端分别与运算放大器Q的反向输入端、电位器R12相连，电位器R12另一端 与运算放大器Q输出端相连，运算放大器Q的输出端还分别与稳压二极管D负极、电感L 一端 相连，稳压二极管D正极接地，电感L另一端分别与电容C正极、单片机2的AD2 口相连，电容C1 负极接地。
[0054]所述测量电路5的测量芯片采用CS5460A芯片，基准单元9采用基准电压芯片 LM1117。
[0055]实施例5:如图1-3所示，一种AC-DC变换器测量装置，包括单片机2、采样电路13、采 样电路II4、测量电路5、继电器6、按键模块7、液晶模块8、基准单元9、温度保护电路10;所述 采样电路13、待测AC-DC变换器1和采样电路II4顺序连接，采样电路13另一端连接测量电路 5,测量电路5与单片机2连接，采样电路114另一端连接单片机2,继电器6-端与单片机2连 接，另一端连接在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2连接，基准单元9、温度保护 电路10均与单片机2连接。
[0056] 所述单片机2采用STC12C5A60S2型号单片机，测量电路5与单片机2的I/O 口连接， 采样电路Π4另一端连接单片机2的AD 口，继电器6-端与单片机2的I/O 口连接，另一端连接 在输入端，按键模块7、液晶模块8分别与单片机2的I /0 口连接，基准单元9、温度保护电路10 与单片机2的AD 口连接。
[0057]所述采样电路13包括交流电压采样电路和交流电流采样电路，采样电路114包括 直流电压采样电路和直流电流采样电路；
[0058] 所述交流电压采样电路由电压互感器PT、电阻R1、电阻R2构成;交流电流采样电路 由电流互感器CT、电阻R3构成；
[0059]所述电压互感器PT的一次侧绕组串联电阻R1后与输入交流电压并联，二次侧绕组 与电阻R2并联，并联后的二次侧绕组一端接地，另一端与测量电路5的测量芯片的Vin端相 连，电流互感器CT的一次侧绕组串联接入交流输入侧，二次侧绕组与电阻R3并联，并联后的 二次侧绕组一端接地，另一端与测量芯片的I in端相连；
[0060]直流电压采样电路由电阻R4和R5构成，电阻R4、R5串联，串联点与单片机2的AD1 口 相连，电阻R4另一端接输出直流端，电阻R5另一端接地;直流电流采样电路包括采样电阻 1?6、采样放大电路;采样放大电路包括电阻1?9、1?10、1?11、电位器1?12、运算放大器0、电感1^、稳 压二极管D、电容C;
[0061 ]电阻R6串联在输出端的负极，电阻R6的一端与电阻R9的一端相连，电阻R9另一端 分别与电阻R11的一端、运算放大器Q的同向输入端相连，电阻R6的另一端与电阻R10的一端 相连，电阻R10另一端分别与运算放大器Q的反向输入端、电位器R12相连，电位器R12另一端 与运算放大器Q输出端相连，运算放大器Q的输出端还分别与稳压二极管D负极、电感L 一端 相连，稳压二极管D正极接地，电感L另一端分别与电容C正极、单片机2的AD2 口相连，电容C1 负极接地。
[0062]所述测量电路5的测量芯片采用CS5460A芯片，基准单元9采用基准电压芯片 LM1117。
[0063]所述按键模块7由三个按键组成，分别为"+"、"功能选择"；
[0064] 所述温度保护电路10由电阻R7和热敏电阻R8组成，电阻R7-端与VCC相连，电阻R7 与热敏电阻R8串联，串联点与单片机2相连；
[0065] 所述继电器6由继电器线圈KM2和继电器常闭触点KM1组成，继电器线圈KM2-端与 单片机2相连，继电器常闭触点KM1串联在交流输入端。
[0066]上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限 于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型 宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1. 一种AC-DC变换器测量装置，其特征在于:包括单片机(2)、采样电路1(3)、采样电路 II (4)、测量电路(5)、继电器(6)、按键模块(7)、液晶模块(8)、基准单元(9)、温度保护电路 (10);所述采样电路1(3)、待测AC-DC变换器（1)和采样电路11(4)顺序连接，采样电路1(3) 另一端连接测量电路(5)，测量电路(5)与单片机(2)连接，采样电路11(4)另一端连接单片 机(2)，继电器(6)-端与单片机(2)连接，另一端连接在输入端，按键模块(7)、液晶模块(8) 分别与单片机(2)连接，基准单元(9)、温度保护电路(10)均与单片机(2)连接； 所述单片机（2)采用STC12C5A60S2型号单片机，测量电路（5)与单片机（2)的I/O 口连 接，采样电路Π (4)另一端连接单片机(2)的AD 口，继电器(6)-端与单片机(2)的I/O 口连 接，另一端连接在输入端，按键模块(7 )、液晶模块(8)分别与单片机(2 )的I/0 口连接，基准 单元(9 )、温度保护电路(10 )均与单片机(2 )的AD 口连接； 所述采样电路1(3)包括交流电压采样电路和交流电流采样电路，采样电路11(4)包括 直流电压采样电路和直流电流采样电路； 所述交流电压采样电路由电压互感器PT、电阻R1、电阻R2构成;交流电流采样电路由电 流互感器CT、电阻R3构成； 所述电压互感器PT的一次侧绕组串联电阻R1后与输入交流电压并联，二次侧绕组与电 阻R2并联，并联后的二次侧绕组一端接地，另一端与测量电路(5)的测量芯片的Vin端相连， 电流互感器CT的一次侧绕组串联接入交流输入侧，二次侧绕组与电阻R3并联，并联后的二 次侧绕组一端接地，另一端与测量芯片的Iin端相连； 直流电压采样电路由电阻R4和R5构成，电阻R4、R5串联，串联点与单片机(2 )的AD 1 口相 连，电阻R4另一端接输出直流端，电阻R5另一端接地;直流电流采样电路包括采样电阻R6、 采样放大电路;采样放大电路包括电阻1?9、1?10、1?11、电位器1?12、运算放大器0、电感1^、稳压 二极管D、电容C; 电阻R6串联在输出端的负极，电阻R6的一端与电阻R9的一端相连，电阻R9另一端分别 与电阻Rl 1的一端、运算放大器Q的同向输入端相连，电阻R6的另一端与电阻R10的一端相 连，电阻R10另一端分别与运算放大器Q的反向输入端、电位器R12相连，电位器R12另一端与 运算放大器Q输出端相连，运算放大器Q的输出端还分别与稳压二极管D负极、电感L 一端相 连，稳压二极管D正极接地，电感L另一端分别与电容C正极、单片机(2)的AD2 口相连，电容C1 负极接地； 所述单片机(2)的采用STC12C5A60S2型号单片机。2. 根据权利要求1所述的AC-DC变换器测量装置，其特征在于:所述测量电路(5)的测量 芯片采用CS5460A芯片，基准单元(9)采用基准电压芯片LM1117。3. 根据权利要求1所述的AC-DC变换器测量装置，其特征在于:所述按键模块(7)由三个 按键组成，分别为"+"、"功能选择"； 所述温度保护电路（1 〇 )由电阻R7和热敏电阻R8组成，电阻R7-端与VCC相连，电阻R7与 热敏电阻R8串联，串联点与单片机(2)相连； 所述继电器(6)由继电器线圈KM2和继电器常闭触点KM1组成，继电器线圈KM2-端与单 片机(2 )相连，继电器常闭触点KM1串联在交流输入端。
【文档编号】G01R31/00GK205643540SQ201620144351
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】卢杨, 沐润志, 王书领
【申请人】昆明理工大学