专利名称：便携式工频恒流源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式工频恒流源装置，属于恒流源技术领域，适用于电力系统
检修。
背景技术：
电力系统检修工作中，常需要稳定可靠的恒流源。目前恒流装置应用最多的为手 动式或数字式的交流恒流调节设备，通常采用一个自耦调压器，通过人数或数字控制调节 电压来控制输出电流。目前的数字式恒流源虽然较手动式恒流源的体积已经较小，但是不 便于携带，况且需要外接电源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小、重量轻、使用方便的便携式工频 恒流源装置。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案 本发明包括有控制电路、带触摸屏的LCD、恒流输出电路、输出电流采样电路、锂 电池和DC-DC转换电路；所述带触摸屏的LCD与控制电路双向连接，所述控制电路的输出 端接恒流输出电路的输入端，所述输出电流采样电路与负载串联后接在所述恒流输出电路 的输出端；所述输出电流采样电路的输出端分别接所述控制电路和恒流输出电路的相应输 入端；所述锂电池分别为所述控制电路、恒流输出电路和DC-DC转换电路提供电源，所述 DC-DC转换电路分别为所述控制电路和带触摸屏的LCD提供电源。
本发明还包括有充电器。 本发明的有益效果是体积小、重量轻、便于携带，可灵活设定输出电流幅值和频 率，为电力子系统检修工作提供了方便。
图1为本发明的原理框图。
图2为控制电路的电路原理图。 图3为恒流输出电路和输出电流采样电路的电路原理图。
图4为DC-DC转换电路的电路原理图。
具体实施例方式
由图l-4所示的实施例可知，它包括有控制电路、带触摸屏的LCD、恒流输出电路、 输出电流采样电路、锂电池和DC-DC转换电路；所述带触摸屏的LCD与控制电路双向连接， 所述控制电路的输出端接恒流输出电路的输入端，所述输出电流采样电路与负载串联后接 在所述恒流输出电路的输出端；所述输出电流采样电路的输出端分别接所述控制电路和恒 流输出电路的相应输入端；所述锂电池分别为所述控制电路、恒流输出电路和DC-DC转换电路提供电源，所述DC-DC转换电路分别为所述控制电路和带触摸屏的LCD提供电源。
本实施例还包括有充电器。 所述锂电池由第一锂电池E1至第三锂电池E3组成；所述第一锂电池E1的正极端 为VB，其负极接地；所述第二锂电池E2由两块锂电池串联组成正、负电压源，其正电压端为 VP+，其负电压端为VP-，所述串联的两块锂电池的节点接地；所述第三锂电池E3为单片机 Ul的后备电池。 所述控制电路由单片机U1及其外围元件、恒流输出驱动信号处理电路、输出电流 采样信号处理电路、锂电池电压监测电路组成； 所述单片机U1采用混合信号单片机，其型号为C8051F410，所述单片机U1的外围 元件由晶体Yl-Y2、电容Cl-C7、电阻Rl、电感Ll、插座Jl和跳线开关JP1组成；所述插座 Jl为单片机U1与带触摸屏的LCD的连接插座，电感L1与电容C2组成的串联滤波电路接在 +5V与地之间，电感Ll与电容C2的节点接单片机Ul的1脚和8脚；第三锂电池E3接在单 片机Ul的3脚与地之间；晶体Yl通过跳线开关JP1接在单片机Ul的4脚与5脚之间；
所述恒流输出驱动信号处理电路由二阶有源低通滤波器和数字电位器U3组成； 所述二阶有源低通滤波器由电阻R2-R4、电容C8-C10、集成块U2B组成；所述单片机U1的输 出端17脚依次经电阻R3、电阻R4接集成块U2B的正输入端5脚，所述集成块U2B的输出端 7脚接数字电位器U3的输入端5脚，集成块U2B的7脚与6脚相连接；所述数字电位器U3 的输出端6脚即A点接恒流输出电路的输入端A'，所述数字电位器U3的l-3脚分别接单 片机U1的15脚、12脚、14脚； 所述输出电流采样信号处理电路由程控增益放大器U4和两个加法电路组成；第 一加法电路由电阻R5-R7、电容C12组成，电阻R6与电阻R7串联后接在+5V与地之间，电 阻R5的一端B'接所述输出电流采样电路的输出端B，电阻R5的另一端接所述程控增益放 大器U4的输入端2脚，电阻R6与电阻R7的节点接程控增益放大器U4的输入端2脚，电容 C12与电阻R7并联；产生参考信号的第二加法电路由电阻R8-R10、缓冲器U2A组成，电阻R8 与电阻R9串联后接在+5V与地之间，电阻R8与电阻R9的节点接缓冲器U2A的正输入端3 脚，缓冲器U2A的输出端1脚接程控增益放大器U4的另一个输入端3脚，缓冲器U2A的1 脚与2脚相连接；电阻R10与电阻R9并联；程控增益放大器U4的控制输入端5-7脚分别接 单片机U1的16脚、14脚、12脚； 所述锂电池电压监测电路由第一至第三监测电路组成，所述第一监测电路监测VB 的电压，它由电阻R12-R13、电容C14组成；电阻R12与电阻R13串联后接在VB与地之间， 电阻R12与电阻R13的节点接单片机Ul的20脚，电容C14与电阻R13并联；所述第二监 测电路监测VP-和+5V的电压，它由电阻R27-R29、电容C24组成；电阻R27-R29为星型连 接，其节点接单片机Ul的21脚，电阻R27的另一端接+5V，电阻R28的另一端接VP-，电阻 R29的另一端接地，电容C24与电阻R29并联；所述第三监测电路监测VP+的电压，它由电 阻R30-R31、电容C25组成；电阻R30与电阻R31串联后接在VP+与地之间，电阻R30与电 阻R31的节点接单片机Ul的22脚，电容C25与电阻R31并联。 所述恒流输出电路由大电流运算放大器U5及其外围元件电阻R14-R17、电容 C15-C19、二极管D1-D2、第二锂电池E2、开关K2-K3组成，所述大电流运算放大器U5的输入 端4脚经电容C15接数字电位器U3的输出端6脚即A点，大电流运算放大器U5的输出端
5l脚与2脚连接后为恒流电流输出端；大电流运算放大器U5的V+端经开关K2接第二锂电
池E2的VP+端，大电流运算放大器U5的V-端经开关K3接第二锂电池E2的VP-端；电容
C17接在大电流运算放大器U5的V-端与地之间，电容C18接在大电流运算放大器U5的V+
端与地之间；电阻R17与电容C19串联组成的输出补偿支路接在大电流运算放大器U5的输
出端1脚与地之间，二极管Dl接在大电流运算放大器U5的1脚与5脚之间；二极管D2接
在大电流运算放大器U5的l脚与IO脚之间；电阻R14的一端接地，其另一端与电容C15和
大电流运算放大器U5的4脚的节点相连接；电阻R15与电容C16并联后组成的输出过流保
护阈值电路接在大电流运算放大器U5的6脚与8脚之间； 所述大电流运算放大器U5的6脚接第二锂电池E2的VP-端。 所述输出电流采样电路由采样电阻R18组成；采样电阻R18与负载RL串联后接在
大电流运算放大器U5的输出端1脚与地之间，采样电阻R18与负载RL的节点B的一路接
第一加法电路的输入端B'，其另一路接大电流运算放大器U5的3脚。 所述DC-DC转换电路由DC-DC转换控制芯片U6及其外围元件电阻R19_R21、电容
C21-C22、第一锂电池E1、开关K1、输入滤波电路、输出滤波电路、电源指示电路、反馈电路
组成；所述输入滤波电路由电感L2、电容C20组成，第一锂电池El的负极接地；开关Kl、电
感L2、电容C20依次串联后接在第一锂电池El的两端，电感L2与电容C20的节点接DC-DC
转换芯片U6的输入端7脚； 所述输出滤波电路由二极管D3、电感L3、电容C23组成；电感L3与电容C23串联 后接在DC-DC转换芯片U6的输出端14脚与地之间，二极管D3接在DC-DC转换芯片U6的 14脚与地之间；DC-DC转换芯片U6的输出端14脚与15脚相连； 所述电源指示电路由电阻R22-R23、发光二极管LED1组成；电阻R22、电阻R23、发 光二极管LED1依次串联后与电容C23并联，电阻R22与电阻R23的节点为+5V的输出端；
所述反馈电路由电阻R24-R26组成，电阻R24-R26依次串联后接在电感L3与电容 C23的节点与地之间，电阻R25与电阻R26的节点接DC-DC转换芯片U6的2脚；
电阻R21与电容C22串联组成的自举支路接在DC-DC转换芯片U6的15脚与16 脚之间； 电阻R20与电容C21并联后组成的频率设定回路接在DC-DC转换芯片U6的3脚
与6脚之间，DC-DC转换芯片U6的3-5脚互相连接。 本实施例的工作过程 1、控制电路的工作过程(见图2): 图2所示的控制电路以混合信号单片机U1(C8051F410)为核心，利用其内置的DAC 和ADC分别实现波形产生和测量功能。DAC产生的正弦信号以电流形式从U1的PO.O(第 17脚)输出，经电阻R2转换为正弦电压信号，然后由R3、 R4、 C9、 C10和U2B组成的二阶有 源低通滤波器滤除噪声得到干净的正弦电压信号。此信号经数字电位器U3(MCP41010)分 压得到恒流源驱动信号，分压比由Ul通过SPI接口控制，实现调整驱动信号幅度，从而控制 恒流源输出电流幅度的目的。来自采样电阻R18的交流信号经R5-R7组成的第一加法电路 与+5V混合后被迁移至IV的直流电平。由R5-R10组成的第二加法电路产生IV的直流电 压经运算放大器U2A缓冲后连接至程控增益放大器U4的第3脚作为参考信号。这样，电流 检测信号经U4放大后由Rl 1和C13滤波，最后送到Ul内置ADC的输入端AIN1 (第19脚)。由AD转换结果可计算出电流值并送到LCD显示。第一锂电池El的电压VB经R12、 R13分 压后连接到Ull内置ADC的AIN2输入端，单片机U1可以监测第一锂电池E1的电压，给出 低电量提示。Jl为连接带触摸屏的LCD的接口插座，包括SPI接口信号和5V供电。
2、恒流输出电路及输出电流采样电路的工作过程(见图3): 在图3中，由大电流运算放大器U5(0PA549S)加上外围器件构成。输入的电压信号 经C15和R14构成的高通滤波器去掉直流信号后加到U5的正输入端(第4脚)。U5的输出 向负载RL提供电流，此电流通过采样电阻R18到地。R18上端连接到U5的负输入端(第3 脚)，实现恒流源功能。R18上端同时连接至输出电流采样信号处理电路的输入端B' ，R15 和C16设定U5的输出过流保护阈值。Dl和D2用作输出端口保护，R17和C19为输出补偿 电路。C17-C18为电源旁路电容。
3、 DC-DC转换电路的工作过程(见图4): DC-DC转换电路将第一锂电池El的电压转换为适合控制电路和带触摸屏的LCD使 用的5V电压，图4所示的电路以DC-DC转换控制芯片U6 (NCP3173PW)为核心，工作于BUCK 模式。第一锂电池E1电压经开关K1加到由L2、C20构成的输入滤波电路，然后连接至U6 的输入端(第7脚)。U6输出的P丽开关信号经由D3、 L3、 C23构成的输出滤波电路后得 到直流5V电源，输出电压值由反馈支路R24-R26的参数决定。R26设定过流保护阈值，R20 和C21设定振荡频率，R21和C22构成自举支路。R22的作用是为了方便调试，R23和LED1 组成电源指示电路。
权利要求
一种便携式工频恒流源装置，其特征在于所述装置包括有控制电路、带触摸屏的LCD、恒流输出电路、输出电流采样电路、锂电池和DC-DC转换电路；所述带触摸屏的LCD与控制电路双向连接，所述控制电路的输出端接恒流输出电路的输入端，所述输出电流采样电路与负载串联后接在所述恒流输出电路的输出端；所述输出电流采样电路的输出端分别接所述控制电路和恒流输出电路的相应输入端；所述锂电池分别为所述控制电路、恒流输出电路和DC-DC转换电路提供电源，所述DC-DC转换电路分别为所述控制电路和带触摸屏的LCD提供电源。
2. 根据权利要求1所述的便携式工频恒流源装置，其特征在于所述装置还包括有充电器。
3. 根据权利要求2所述的便携式工频恒流源装置，其特征在于所述锂电池由第一锂电 池El至第三锂电池E3组成；所述第一锂电池El的正极端为VB，其负极接地；所述第二锂 电池E2由两块锂电池串联组成正、负电压源，其正电压端为VP+，其负电压端为VP-，所述串 联的两块锂电池的节点接地；所述第三锂电池E3为单片机Ul的后备电池。
4. 根据权利要求3所述的便携式工频恒流源装置，其特征在于所述控制电路由单片机 Ul及其外围元件、恒流输出驱动信号处理电路、输出电流采样信号处理电路、锂电池电压监 测电路组成；所述单片机U1采用混合信号单片机，其型号为C8051F410，所述单片机U1的外围元件 由晶体Y1-Y2、电容C1-C7、电阻R1、电感L1、插座Jl和跳线开关JP1组成；所述插座Jl为 单片机Ul与带触摸屏的LCD的连接插座，电感Ll与电容C2组成的串联滤波电路接在+5V 与地之间，电感Ll与电容C2的节点接单片机Ul的1脚和8脚；第三锂电池E3接在单片机 Ul的3脚与地之间；晶体Yl通过跳线开关JP1接在单片机Ul的4脚与5脚之间；所述恒流输出驱动信号处理电路由二阶有源低通滤波器和数字电位器U3组成；所述 二阶有源低通滤波器由电阻R2-R4、电容C8-C10、集成块U2B组成；所述单片机U1的输出 端17脚依次经电阻R 3、电阻R4接集成块U2B的正输入端5脚，所述集成块U2B的输出端 7脚接数字电位器U3的输入端5脚，集成块U2B的7脚与6脚相连接；所述数字电位器U3 的输出端6脚即A点接恒流输出电路的输入端A'，所述数字电位器U3的l-3脚分别接单 片机U1的15脚、12脚、14脚；所述输出电流采样信号处理电路由程控增益放大器U4和两个加法电路组成；第一加 法电路由电阻R5-R7、电容C12组成，电阻R6与电阻R7串联后接在+5V与地之间，电阻R5 的一端B'接所述输出电流采样电路的输出端B，电阻R5的另一端接所述程控增益放大器 U4的输入端2脚，电阻R6与电阻R7的节点接程控增益放大器U4的输入端2脚，电容C12 与电阻R7并联；产生参考信号的第二加法电路由电阻R8-R10、缓冲器U2A组成，电阻R8与 电阻R9串联后接在+5V与地之间，电阻R8与电阻R9的节点接缓冲器U2A的正输入端3脚， 缓冲器U2A的输出端1脚接程控增益放大器U4的另一个输入端3脚，缓冲器U2A的1脚与 2脚相连接；电阻R10与电阻R9并联；程控增益放大器U4的控制输入端5-7脚分别接单片 机U1的16脚、14脚、12脚；所述锂电池电压监测电路由第一至第三监测电路组成，所述第一监测电路监测VB的 电压，它由电阻R12-R13、电容C14组成；电阻R12与电阻R13串联后接在VB与地之间，电阻 R12与电阻R13的节点接单片机U1的20脚，电容C14与电阻R13并联；所述第二监测电路监测VP-和+5V的电压，它由电阻R27-R29、电容C24组成；电阻R27-R29为星型连接，其节点 接单片机Ul的21脚，电阻R27的另一端接+5V，电阻R28的另一端接VP-，电阻R29的另一 端接地，电容C24与电阻R29并联；所述第三监测电路监测VP+的电压，它由电阻R30-R31 、 电容C25组成；电阻R30与电阻R31串联后接在VP+与地之间，电阻R30与电阻R31的节点 接单片机U1的22脚，电容C25与电阻R31并联。
5. 根据权利要求4所述的便携式工频恒流源装置，其特征在于所述恒流输出电路由大 电流运算放大器U5及其外围元件电阻R14-R17、电容C15-C19、二极管Dl-D2、第二锂电池 E2、开关K2-K3组成，所述大电流运算放大器U5的输入端4脚经电容C15接数字电位器U3 的输出端6脚即A点，大电流运算放大器U5的输出端1脚与2脚连接后为恒流电流输出端； 大电流运算放大器U5的V+端经开关K2接第二锂电池E2的VP+端，大电流运算放大器U5 的V-端经开关K3接第二锂电池E2的VP-端；电容C17接在大电流运算放大器U5的V-端 与地之间，电容C18接在大电流运算放大器U5的V+端与地之间；电阻R17与电容C19串联 组成的输出补偿支路接在大电流运算放大器U5的输出端1脚与地之间，二极管D1接在大 电流运算放大器U5的1脚与5脚之间；二极管D2接在大电流运算放大器U5的1脚与10 脚之间；电阻R14的一端接地，其另一端与电容C15和大电流运算放大器U5的4脚的节点 相连接；电阻R15与电容C16并联后组成的输出过流保护阈值电路接在大电流运算放大器 U5的6脚与8脚之间；所述大电流运算放大器U5的6脚接第二锂电池E2的VP-端。
6. 根据权利要求5所述的便携式工频恒流源装置，其特征在于所述输出电流采样电路 由采样电阻R18组成；采样电阻R18与负载RL串联后接在大电流运算放大器U5的输出端 1脚与地之间，采样电阻R18与负载RL的节点B的一路接第一加法电路的输入端B'，其另 一路接大电流运算放大器U5的3脚。
7. 根据权利要求6所述的便携式工频恒流源装置，其特征在于所述DC-DC转换电路 由DC-DC转换控制芯片U6及其外围元件电阻R19-R21、电容C21-C22、第一锂电池El、开关 Kl、输入滤波电路、输出滤波电路、电源指示电路、反馈电路组成；所述输入滤波电路由电感 L2、电容C20组成，第一锂电池El的负极接地；开关Kl、电感L2、电容C20依次串联后接在 第一锂电池El的两端，电感L2与电容C20的节点接DC-DC转换芯片U6的输入端7脚；所述输出滤波电路由二极管D3、电感L3、电容C23组成；电感L3与电容C23串联后接 在DC-DC转换芯片U6的输出端14脚与地之间，二极管D3接在DC-DC转换芯片U6的14脚 与地之间；DC-DC转换芯片U6的输出端14脚与15脚相连；所述电源指示电路由电阻R22-R23、发光二极管LED1组成；电阻R22、电阻R23、发光二 极管LED1依次串联后与电容C23并联，电阻R22与电阻R23的节点为+5V的输出端；所述反馈电路由电阻R24-R26组成，电阻R24-R26依次串联后接在电感L3与电容C23 的节点与地之间，电阻R25与电阻R26的节点接DC-DC转换芯片U6的2脚；电阻R21与电容C22串联组成的自举支路接在DC-DC转换芯片U6的15脚与16脚之间；电阻R20与电容C21并联后组成的频率设定回路接在DC-DC转换芯片U6的3脚与6 脚之间，DC-DC转换芯片U6的3-5脚互相连接。
全文摘要
本发明涉及一种便携式工频恒流源装置，它包括有控制电路、带触摸屏的LCD、恒流输出电路、输出电流采样电路、锂电池和DC-DC转换电路；所述带触摸屏的LCD与控制电路双向连接，所述控制电路的输出端接恒流输出电路的输入端，所述输出电流采样电路与负载串联后接在所述恒流输出电路的输出端；所述输出电流采样电路的输出端分别接所述控制电路和恒流输出电路的相应输入端；所述锂电池分别为所述控制电路、恒流输出电路和DC-DC转换电路提供电源，所述DC-DC转换电路分别为所述控制电路和带触摸屏的LCD提供电源。本发明的有益效果是体积小、重量轻、便于携带，可灵活设置输出电流幅值和频率，为电力子系统检修工作提供了方便。
文档编号H02J7/00GK101770247SQ20101003331
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者杜彦巍, 杨博超, 王建民, 罗卫东, 臧谦, 赵立刚, 魏文胜 申请人:石家庄供电公司