直流电流信号输出装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直流电流信号输出装置，包括：用于输出恒流源电流信号的恒流源输出电路；用于分别对所述恒流源电流信号进行采样并将采样电流值输出的采样电路；用于对目标电流值进行设定以及调整的第一电流调节电路；用于根据所述采样电流值与所述目标电流值之间的偏差值产生控制信号的控制电路；用于对所述控制信号进行调整的第二电流调节电路；用于将所述控制信号进行放大处理并转换为电压控制信号的电流转换电路；用于根据所述电压控制信号对所述恒流源电流信号进行调整使其稳定在所设定的目标电流值内的闭环控制电路。上述直流电流信号输出装置输出的恒流源电流信号具有高精度高稳定性的优点。
【专利说明】直流电流信号输出装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及检定装置用直流电流信号【技术领域】，特别是涉及一种直流电流信号输出装置。
【背景技术】
[0002]配网终端(也称配网自动化终端)等自动化设备需要采集交流、直流信号，其采样精度高、输入动态范围大。传统的直流电流源的精度以及稳定性难以达到配网终端对电流精度的要求，从而使得在研制期间满足要求的检定装置很难获取到符合要求的直流电流信号。而使用专业仪器则价格昂贵，且购买之后仪器的使用率低，经济效率不高。
实用新型内容
[0003]基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以提供高精度高稳定性直流电流信号的直流电流信号输出装置。
[0004]一种直流电流信号输出装置，包括:用于输出恒流源电流信号的恒流源输出电路；用于对所述恒流源电流信号进行采样并将采样电流值输出的采样电路；用于分别对目标电流值进行设定以及调整的第一电流调节电路；用于根据所述采样电流值与所述目标电流值之间的偏差值产生控制信号的控制电路；用于对所述控制信号进行调整的第二电流调节电路；用于将所述控制信号进行放大处理并转换为电压控制信号的电流转换电路；用于根据所述电压控制信号对所述恒流源电流信号进行调整使其稳定在所设定的目标电流值内的闭环控制电路；所述恒流源输出电路分别与所述闭环控制电路、所述采样电路连接；所述控制电路分别与所述采样电路、所述电流转换电路以及所述第一电流调节电路连接；所述闭环控制电路还与所述电流转换电路、所述采样电路连接；所述第二电流调节电路与所述电流转换电路连接。
[0005]在其中一个实施例中，所述恒流源输出电路包括输出接插件以及MOS管；所述采样电路包括采样电阻；所述输出接插件连接于所述MOS管的源极和供电电源之间；所述MOS管的栅极与所述闭环控制电路连接；所述MOS管的漏极串联所述采样电阻后接地。
[0006]在其中一个实施例中，所述闭环控制电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻以及第一电容；所述第一运算放大器的同相输入端用于接收所述电流转换电路输出的电压控制信号；所述第一运算放大器的输出端与所述MOS管的栅极连接；所述第一运算放大器的反相输入端分别串联第一电阻、第一电容后与所述第二运算放大器的输出端连接；所述第二运算放大器的同相输入端连接于所述MOS管的漏极和所述采样电阻之间；所述第二运算放大器的反相输入端串联第二电阻后接地。
[0007]在其中一个实施例中，所述闭环控制电路还包括第三电阻、第四电阻、第二电容以及第三电容；所述第一运算放大器的输出端顺次串联第三电阻、第二电容后与所述第一运算放大器的反相输入端连接；所述第二运算放大器的输出端分别串联第四电阻、第三电容后与所述第二运算放大器的反相输入端连接。
[0008]在其中一个实施例中，所述控制电路包括主控芯片，所述控制信号为数字控制信号；所述直流电流信号输出装置还包括用于将所述数字控制信号转换为模拟控制信号后输出给所述电流转换电路的控制信号转换电路；所述控制信号转换电路分别与所述控制电路和所述电流转换电路连接。
[0009]在其中一个实施例中，所述控制信号转换电路包括数模转换芯片以及电压跟随器；所述数模转换芯片的串口时钟输入引脚以及串口数据输入引脚分别与所述主控芯片连接；所述数模转换芯片的电压输出引脚与所述电压跟随器的同相输入端连接；所述电压跟随器的输出端与所述电流转换电路的输入端连接。
[0010]在其中一个实施例中，所述恒流源输出电路由交流供电；所述直流电流信号输出装置还包括用于将所述交流供电转换成模拟供电电源以及数字供电电源后分别向各电路供电的电源转换电路；所述电源转换电路包括变压器、全桥整流电路、至少一个输出模拟供电电压的三端稳压管以及至少一个的输出数字供电电压的三端稳压管；所述变压器的主绕组侧与交流供电连接，次绕组侧与全桥整流电路连接；所述全桥整流电路的输出端分别与所述至少一个输出模拟供电电压的三端稳压管的电压输入端、所述至少一个的输出数字供电电压的三端稳压管的电压输入端连接。
[0011 ] 在其中一个实施例中，所述采样电路采集到的采样电流值为模拟采样电流值；所述直流电流信号输出装置还包括用于将所述模拟采样电流值转换为数字采样电流值后输出给所述控制电路的采样转换电路；所述采样转换电路分别与所述采样电路以及所述控制电路连接。
[0012]在其中一个实施例中，所述直流电流信号输出装置还包括用于在所述控制电路的控制下对所述恒流源输出电路的开启和关断进行控制的开关控制电路；所述开关控制电路分别与所述控制电路和所述恒流源输出电路连接。
[0013]在其中一个实施例中，所述直流电流信号输出装置还包括用于对所述恒流源电流信号以及所述目标电流值进行显示的显示电路；所述显示电路与所述控制电路连接。
[0014]上述直流电流信号输出装置，第一电流调节电路可以对目标电流值进行设定，控制电路则可以根据采样电路获得的采样电流值与第一电流调节电路设定的目标电流值之间的偏差值生成控制信号。形成的控制信号经过第二电流调节电路的进一步调整后由电压调整电路进行放大处理并转换为电压控制信号后输出给闭环控制电路。闭环控制电路根据该电压控制信号控制输出恒流源输出电路输出的恒流源电流信号并将其稳定在所设定的目标电流值附近，提高了电流输出的精度和稳定性，能够满足设备对输入电流的高精度、高稳定性的需求。同时，通过闭环控制电路可以对恒流源输出电路实现闭环控制，进一步提高了恒流源输出电路输出的恒流源电流信号的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为一实施例中的直流电流信号输出装置的原理框图；
[0016]图2为另一实施例中的直流电流信号输出装置的原理框图；
[0017]图3为图2所示实施例中的直流电流信号输出装置中的电源转换电路210的电路原理图；
[0018]图4为图2所示实施例中的直流电流信号输出装置中的恒流源输出电路210、采样电路215、闭环控制电路250以及开关控制电路255的电路原理图；
[0019]图5为图2所示实施例中的直流电流信号输出装置中的采样转换电路220、控制电路225以及第一电流调节电路230的电路原理图；
[0020]图6为图2所示实施例中的直流电流信号输出装置中的控制信号转换电路235、第二电流调节电路240以及电流转换电路245的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]如图1所示为一实施例中的直流电流信号输出装置的原理框图，其可以用于向配网终端等自动化设备的检定装置提供高精度、高稳定性的直流电流信号。一种直流电流信号输出装置包括恒流源输出电路110、采样电路120、控制电路130、电流转换电路140、闭环控制电路150、第一电流调节电路160以及第二电流调节电路170。其中，恒流源输出电路110分别与采样电路120、闭环控制电路150连接。控制电路130分别与采样电路120、电流转换电路140以及第一电流调节电路160连接。电流转换电路140还分别与闭环控制电路150、采样电路120连接以及第二电流调节电路170连接。闭环控制电路150还与采样电路120连接。
[0023]恒流源输出电路110用于产生恒流源电流信号并向输出。采样电路120用于对恒流源输出电路110输出的恒流源电流信号进行采样，并将采样电流值输出给控制电路130。第一电流调节电路160用于分别对目标电流值进行设定以及调整。控制电路130根据采样电流值与第一电流调节电路160设定的目标电流值之间的偏差值产生相应的控制信号输出。第二电流调节电路170用于对控制电路130输出的控制信号进行调整后输出给电流转换电路140。电流转换电路140根据该控制信号产生相应的电压控制信号后输出给闭环控制电路150。闭环控制电路150在根据电压控制信号对恒流源输出电路110输出的恒流源电流信号进行调整使其维持在所设定的目标电流值附近。同时，闭环控制电路150与恒流源输出电路110形成闭环控制，能够将恒流源输出电路110输出的恒流源电流信号反馈到恒流源输出电路110的输入端，从而稳定其输出的恒流源电流信号。
[0024]上述直流电流信号输出装置，第一电流调节电路160可以对目标电流值进行设定，控制电路130则可以根据采样电路120获得的采样电流值与目标电流值之间的偏差值生成控制信号。形成的控制信号经过第二电流调节电路170的进一步调整后由电压调整电路140进行放大处理并转换为电压控制信号后输出给闭环控制电路150。闭环控制电路150根据该电压控制信号对恒流源输出电路110输出的恒流源电流信号进行控制使其稳定在所设定的目标电流值附近，提高了电流输出的精度和稳定性。同时，通过闭环控制电路150可以对恒流源输出电路110实现闭环控制，进一步提高了恒流源输出电路110输出的恒流源电流信号的稳定性。
[0025]图2所示为另一实施例中的直流电流信号输出装置，其包括电源转换电路205、恒流源输出电路210、采样电路215、采样转换电路220、控制电路225、第一电流调节电路230、控制信号转换电路235、第二电流调节电路240、电流转换电路245、闭环控制电路250、开关控制电路255以及显示电路260。其中，电源转换电路260用于向各个电路供电。恒流源输出电路210分别与采样电路215、闭环控制电路250连接。闭环控制电路250还分别与采样电路215、电流转换电路245连接。采样转换电路220分别与采样电路215和控制电路225连接。第一电流调节电路230与控制电路255连接。控制信号转换电路235分别与控制电路225、电流转换电路245连接。电流转换电路245还与第二电流调节电路240连接。开关控制电路255则分别与控制电路225、恒流源输出电路210连接。显示电路260与控制电路225连接。
[0026]电源转换电路205用于将交流供电转换成模拟供电电源以及数字供电电源后向各电路供电。在本实施例中，电源转换电路205可以将110-220V的交流电源转换成正负12伏的模拟供电电源和5V的数字供电电源后向各电路供电。电源转换电路205的电路原理如图3所示。在本实施例中，电源转换电路205包括变压器T3、全桥整流电路D8、输出数字供电电压的三端稳压管U35、输出模拟供电电压的三端稳压管U36以及U39。其中，变压器T3的主绕组侧与110?220V的交流供电连接，次绕组侧与全桥整流电路D8连接。全桥整流电路D8的输出端分别与三端稳压管U35、U36以及U39的电压输入端连接。三端稳压管U35的电压输出端输出5V数字供电电压向各电路提供数字供电电源。三端稳压管U36的电压输出端输出+12V模拟供电电压向各电路提供模拟供电电源，而三端稳压管U39的电压输出端输出-12V模拟供电电压向各电路提供模拟供电电源。三端稳压管U35、U36以及U39的接地端接地。电源转换电路205可以向电路提供5V数字电源以及正负12V的模拟电源以满足电路工作的需求。在其他的实施例中，电源转换电路205也可以根据实际需要进行相应的转换。
[0027]恒流源输出电路210用于提供稳定高精度的恒流源电流信号。闭环控制电路250则用于与恒流源输出电路210形成闭环控制以稳定恒流源输出电路210输出的恒流源电流信号。同时，闭环控制电路250还用于根据电流转换电路245输出的电压控制信号对恒流源输出电路210输出的恒流源电流信号进行调整使其稳定在目标电流值附近。开关控制电路255则用于根据控制电路225的输出的开关信号对恒流源输出电路210的开启和关断进行控制。
[0028]图4为恒流源输出电路210、采样电路215、闭环控制电路250以及开关控制电路255的电路原理图。在本实施例中，恒流源输出电路210由12V模拟电源供电。恒流源输出电路210包括输出接插件TERM2以及MOS管Q4。采样电路215包括采样电阻R72。闭环控制电路250则包括第一运算放大器U37以及第二运算放大器U38。
[0029]输出接插件TERM2用于与输出端口连接，向外输出恒流源电流信号。输出接插件TERM2连接于MOS管Q4的源极和12V模拟电源供电端之间。MOS管Q4的栅极与第一运算放大器U37的输出端连接。MOS管Q4的漏极串联采样电阻R72后接地。第一运算放大器U37的同相输入端用于接收电流转换电路245输出的电压控制信号Vb。第一运算放大器U37的反相输入端分别串联第一电阻R78、第一电容C63后与第二运算放大器U38的输出端连接。第一运算放大器U37的输出端还串联第三电阻R70、第二电容C58后与第一运算放大器U37的反相输入端连接。第二运算放大器U38的同相输入端连接于MOS管Q4的漏极和采样电阻R72之间。第二运算放大器U38的反相输入端串联第二电阻R77后接地。第二运算放大器U38的输出端还分别串联第四电阻R75、第三电容C61后与第二运算放大器U38的反相输入端连接。具体地，运算放大器U37的同相输入端接收电流转换电路245产生的电压控制信号Vb，并根据该电压控制信号Vb对恒流源输出电路210输出的恒流源电流信号进行控制。闭环控制电路250还可以将恒流源输出电路210输出的恒流源电流信号反馈到恒流源输出电路210的输入端形成闭环反馈，使得输出的恒流源电流信号具有较好的稳定性能。
[0030]开关控制电路255包括三极管Q5、电阻R76以及电容C62。三极管Q5的基极与控制电路连接，集电极与MOS管Q4的栅极连接，发射极接地。三极管Q5的基极还分别串联电阻R76、电容C62后接地。三极管Q5根据控制电路225输出的信号0UTPUT_CL0SE对MOS管Q4的导通与关断进行控制，从而对恒流源输出电路210的输出进行控制。当用户需要关断恒流源输出电路210的输出时，通过控制电路225发送信号0UTPUT_CL0SE给开关控制电路255即可实现。
[0031]采样转换电路220用于将采样电路215获得的采样电流值进行转换后输出给控制电路225。在本实施例中，控制电路225包括主控芯片。因此采样转换电路220需要将采样电路215采集到的模拟采样电流信号转换为主控芯片可以读取的数字采样电流信号后输出给主控芯片。第一电流调节电路230用于对目标电流值进行设定以及调整。即用户可以通过第一电流调节电路230向控制电路225输入目标电流值或者对已设定的目标电流值进行调整。采样转换电路220、控制电路225以及第一电流调节电路230的电路原理如图5所示。
[0032]采样转换电路220接收来自采样电路215的模拟采样电流信号Va并进行转换。具体地，采样转换电路220包括运算放大器U44以及模数转换芯片U43。运算放大器U44的反相输入端接收模拟采样电流信号Va，运算放大器U44的同相输入端串联电阻R88后接地。运算放大器U44的输出端与模数转换芯片U43连接。模数转换芯片U43的输出引脚则与主控芯片连接。在本实施例中，模拟采样电流信号Va经由运算放大器U44的处理后送入到模数转换芯片U43进行模数转换形成数字采样电流信号后输出给主控芯片。主控芯片通过SPI接口读取模数转换芯片U43输出的数字采样电流信号获得当前恒流源电流信号的电流值大小。第一电流调节电路230则包括粗调按钮以及与所述粗调按钮连接的调节电路。用户可以通过粗调按钮对目标电流值进行设定以及调整，从而实现目标电流值的可调节性以及宽调节范围。控制电路225将读取到的当前输出的电流值与目标电流值进行比较，并根据二者之间的差值形成控制信号后输出给控制信号转换电路。
[0033]由于控制电路225包括主控芯片，其输出的控制信号为数字控制信号。控制信号转换电路235用于将控制电路225输出的控制信号进行转换后输出给电流转换电路245。第二电流调节电路240用于对控制信号转换电路235输出的控制信号进行细微调整，以提高控制信号的精度。电流转换电路245则根据该控制信号产生电压控制信号后输出给闭环控制电路250。控制信号转换电路235、第二电流调节电路240以及电流转换电路245的电路原理如图6所示。如图6，控制信号转换电路235包括数模转换芯片U46以及电压跟随器U45。电流转换电路245则包括一等比例放大器U47。模数转换芯片U46的串口时钟输入引脚SDI和串口数据输入引脚SCLK分别与主控芯片连接，用于接收主控芯片输出的控制信号。模数转换芯片U46的电压输出端Vout与电压跟随器U45的同相输入端连接。电压跟随器U45的输出端与等比例放大器U47的同相输入端连接。模数转换芯片U45将主控芯片输出的控制信号转换为模拟控制信号后经由电压跟随器U46输出给电流转换电路245中的等比例放大器U47。
[0034]第二电流调节电路240包括细调按钮以及与之连接的调节电路，其输出端与等比例放大器U47的同相输入端连接。用户可以通过细调按钮对控制信号转换电路235输出的模拟控制信号的大小进行细微的调整从而实现对恒流源电流信号的调节。在本实施例中，通过第一电流调节电路230以及第二电流调节电路240可以实现对恒流源电流信号的精细调节，提高了恒流源电流信号的精度。
[0035]显示电路260用于对恒流源输出电路210的恒流源电流信号以及所设定的目标电流值进彳丁显不。在本实施例中，显不电路260为液晶显不电路。
[0036]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种直流电流信号输出装置，其特征在于，包括: 用于输出恒流源电流信号的恒流源输出电路； 用于对所述恒流源电流信号进行采样并将采样电流值输出的采样电路； 用于分别对目标电流值进行设定以及调整的第一电流调节电路； 用于根据所述采样电流值与所述目标电流值之间的偏差值产生控制信号的控制电路； 用于对所述控制信号进行调整的第二电流调节电路； 用于将所述控制信号进行放大处理并转换为电压控制信号的电流转换电路； 用于根据所述电压控制信号对所述恒流源电流信号进行调整使其稳定在所设定的目标电流值内的闭环控制电路； 所述恒流源输出电路分别与所述闭环控制电路、所述采样电路连接；所述控制电路分别与所述采样电路、所述电流转换电路以及所述第一电流调节电路连接；所述闭环控制电路还与所述电流转换电路、所述采样电路连接；所述第二电流调节电路与所述电流转换电路连接。
2.根据权利要求1所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述恒流源输出电路包括输出接插件以及MOS管；所述采样电路包括采样电阻；所述输出接插件连接于所述MOS管的源极和供电电源之间；所述MOS管的栅极与所述闭环控制电路连接；所述MOS管的漏极串联所述采样电阻后接地。
3.根据权利要求2所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述闭环控制电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻以及第一电容；所述第一运算放大器的同相输入端用于接收所述电流转换电路输出的电压控制信号；所述第一运算放大器的输出端与所述MOS管的栅极连接；所述第一运算放大器的反相输入端分别串联第一电阻、第一电容后与所述第二运算放大器的输出端连接；所述第二运算放大器的同相输入端连接于所述MOS管的漏极和所述采样电阻之间；所述第二运算放大器的反相输入端串联第二电阻后接地。
4.根据权利要求3所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述闭环控制电路还包括第三电阻、第四电阻、第二电容以及第三电容；所述第一运算放大器的输出端顺次串联第三电阻、第二电容后与所述第一运算放大器的反相输入端连接；所述第二运算放大器的输出端分别串联第四电阻、第三电容后与所述第二运算放大器的反相输入端连接。
5.根据权利要求1所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述控制电路包括主控芯片，所述控制信号为数字控制信号；所述直流电流信号输出装置还包括用于将所述数字控制信号转换为模拟控制信号后输出给所述电流转换电路的控制信号转换电路；所述控制信号转换电路分别与所述控制电路和所述电流转换电路连接。
6.根据权利要求5所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述控制信号转换电路包括数模转换芯片以及电压跟随器；所述数模转换芯片的串口时钟输入引脚以及串口数据输入引脚分别与所述主控芯片连接；所述数模转换芯片的电压输出引脚与所述电压跟随器的同相输入端连接；所述电压跟随器的输出端与所述电流转换电路的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述恒流源输出电路由交流供电；所述直流电流信号输出装置还包括用于将所述交流供电转换成模拟供电电源以及数字供电电源后分别向各电路供电的电源转换电路； 所述电源转换电路包括变压器、全桥整流电路、至少一个输出模拟供电电压的三端稳压管以及至少一个的输出数字供电电压的三端稳压管；所述变压器的主绕组侧与交流供电连接，次绕组侧与全桥整流电路连接；所述全桥整流电路的输出端分别与所述至少一个输出模拟供电电压的三端稳压管的电压输入端、所述至少一个的输出数字供电电压的三端稳压管的电压输入端连接。
8.根据权利要求1所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述采样电路采集到的采样电流值为模拟采样电流值；所述直流电流信号输出装置还包括用于将所述模拟采样电流值转换为数字采样电流值后输出给所述控制电路的采样转换电路；所述采样转换电路分别与所述采样电路以及所述控制电路连接。
9.根据权利要求1所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述直流电流信号输出装置还包括用于在所述控制电路的控制下对所述恒流源输出电路的开启和关断进行控制的开关控制电路；所述开关控制电路分别与所述控制电路和所述恒流源输出电路连接。
10.根据权利要求1所述的直流电流信号输出装置，其特征在于，所述直流电流信号输出装置还包括用于对所述恒流源电流信号以及所述目标电流值进行显示的显示电路；所述显示电路与所述控制电路连接。
【文档编号】H03K17/687GK204244207SQ201420687462
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】肖远超, 廖令 申请人:航天科工深圳（集团）有限公司