CN102156501B - 交直流小电流模拟电子负载装置 - Google Patents
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Abstract
交直流小电流模拟电子负载装置，包括压控放大器、控制运放器、误差放大器、放大器消振电路和整流消振电路、有效值转直流电流、程控基准电压、加法器、采样电阻、第一控制电流晶体管、第二控制电流晶体管、信号采样电路、消振电路和整流电路；整流电路，将输入信号进行极性转换，信号采样电路，将采集的交流信号输入压控放大器，经过放大后控制电子负载电路电流，从而达到模拟交直流负载电阻的功能；整流消振电路和放大器消振电路，防止在模拟小电流负载时在电源端产生高频振荡；通过加法器将所有的泄漏电流相加，再将有效值转换成直流，与程控基准电压相比较并放大误差，误差电压控制压控放大器的放大率，从而达到稳定输入电流的作用。
Description
技术领域
本发明涉及交直流模拟电子负载装置，特别是一种可用于小电流的高精度交直流模拟电子负载装置。
背景技术
泄漏电流是当前电器产品进行产品安全测试的主要参数之一，其重要性已经超过了绝缘电阻测试。相关行业规定 安全电压为36V，安全电流为10mA，原因如下：电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间的长短。电流强度越大，致命危险越大；持续时间越长，死亡的可能性越大。能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流，交流为1mA，直流为5mA；人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流，交流为10mA，直流为50mA；在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流，如100mA的电流通过人体1s，可足以使人致命，因此致命电流为50mA。在有防止触电保护装置的情况下，人体允许通过的电流一般可按30mA考虑。
泄漏电流的测试主要通过泄漏电流测试仪进行，现在国内外已有多家仪器生产厂商生产有源或无源的泄漏电流测试仪，更有将泄漏电流测试部分集成到安规测试仪内部，组成自动测试系统。按照国家计量检定规程JJG843-2007《泄漏电流测试仪》的要求，泄漏电流测试仪的检定需配备交直流电压源、电流源、电流电压表、频率计和电阻箱等多台仪器。特别是在检定市电供应的交流有源泄漏电流测试仪时，由于电源波动，采样电流和泄漏电流的读数也在不停波动，甚至会造成不能准确读数的结果。而且由于待检定的泄漏电流测试仪的限制，调节困难，造成检定效率的低下。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种交直流小电流模拟电子负载装置，即使输入不稳定的交直流信号，也能保持负载电流恒定不变。
本发明通过以下技术方案实现上述目的。
交直流小电流模拟电子负载装置，包括压控放大器、控制运放器、误差放大器、放大器消振电路和整流消振电路、有效值转直流电流、程控基准电压、加法器、采样电阻、第一控制电流晶体管、第二控制电流晶体管、信号采样电路和整流电路；所述整流电路接于直流或交流电源，所述压控放大器的输入端连接于信号采样电路的输出端，所述压控放大器的输出端连接于控制运放器的输入端，所述压控放大器的控制端连接于所述误差放大器的输出端，所述误差放大器的输入端连接于所述有效值转直流电路的输出端和程控基准电压的输出端，所述有效值转直流电路的输入端连接于所述加法器的输出端，所述加法器的输入端连接于所述第一控制电流晶体管的发射极、信号采样电路的输出端和整流消振电路的电流采样端，所述压控放大器的输出端、放大器消振电路的输出端和电流取样端连接于所述控制运放器的输入端，所述控制运放器的输出端连接于所述第二控制电流晶体管的基极，所述第二控制电流晶体管的集电极连接于所述整流电路的输出端，所述第二控制电流晶体管的发射极连接于所述第一控制电流晶体管的基极，所述第二控制电流晶体管的集电极连接于所述第一控制电流晶体管的集电极、信号采样电路的输入端、整流消振电路的输入端、整流电路输出端，所述第一控制电流晶体管的发射极连接于采样电阻和控制运放器的输入端。
本发明在输入交直流电压信号时，经过整流电路，将输入信号进行极性转换。通过信号采样电路，将采集的直流脉动信号波形输入压控放大器，经过压控放大器后控制模拟电子负载电路电流，从而达到模拟交直流负载电阻的功能。电路的放大倍数较大，在相关位置加上整流消振电路和放大器消振电路，防止在模拟小负载电流时在电源端产生高频振荡。由于目标电流I等于整流消振电路中流过的电流I3、信号采样电路中流过的电流I2和第一控制电流晶体管中流过的电流I1之和，在小电流模拟电子负载时，不满足I1》I2+I3的条件，不能忽略I2+I3对I的影响，因此通过加法器将所有的负载电流相加，通过有效值转换直流电路，与程控基准电压相比较并放大误差，误差电压控制压控放大器对输入直流脉动信号进行放大，从而达到稳定输入电流的作用。
附图说明
图1为本发明的交直流小电流模拟电子负载装置的一个实施例的系统图。
附图标记：
1 压控放大器；
2 控制运放器；
3 误差放大器；
4 放大器消振电路；
5 有效值转直流电路；
6 程控基准电压电路；
7 加法器；
8 采样电阻；
91 第一控制电流晶体管；
92 第二控制电流晶体管
10 信号采样电路；
11 整流消振电路；
12 整流电路；
I1 经第一控制电流晶体管控制的电流；
I2 经信号采样电路泄漏的电流；
I3 经整流消振电路泄漏的电流；
I 模拟恒定的电流。
具体实施方式
以下结合图1对本专利做进一步的描述。
本发明的交直流小电流模拟电子负载装置的一个实施例如图1所示，包括压控放大器1、控制运放器2、误差放大器3、放大器消振电路4和整流消振电路11、有效值转直流电流5、程控基准电压6、加法器7、采样电阻8、第一控制电流晶体管91、第二控制电流晶体管92、信号采样电路10、消振电路11和整流电路12；所述整流电路12接于直流或交流电源，所述压控放大器1的输入端连接于信号采样电路10的输出端，所述压控放大器1的输出端连接于控制运放器2的输入端，所述压控放大器1的控制端连接于所述误差放大器3的输出端，所述误差放大器3的输入端连接于所述有效值转直流电路5的输出端和程控基准电压6的输出端，所述有效值转直流电路5的输入端连接于所述加法器7的输出端，所述加法器7的输入端连接于所述第一控制电流晶体管91的发射极、信号采样电路10的输出端和整流消振电路11的电流采样端，所述压控放大器1的输出端、放大器消振电路4的输出端和电流取样端连接于所述控制运放器2的输入端，所述控制运放器的输出端连接于所述第二控制电流晶体管92的基极，所述第二控制电流晶体管92的集电极连接于所述整流电路12的输出端，所述第二控制电流晶体管92的发射极连接于所述第一控制电流晶体管91的基极，所述第二控制电流晶体管92的集电极连接于所述第一控制电流晶体管91的集电极、信号采样电路10的输入端、整流消振电路11的输入端、整流电路12的输出端，所述第一控制电流晶体管91的发射极连接于采样电阻8和控制运放器2的输入端。
本发明为保证模拟电子负载装置可以工作在交直流状态，输入端接有整流电路12，保证对单极性信号进行负载恒流调整。
电子负载回路，待测的交直流电源送入该电子负载回来后，由该电子负载回路中的整流电路12予以整流；压控放大器1，其输入端为整流后的单极性取样信号（包括纯直流信号与脉动直流信号），控制端为经过误差放大器3后的直流信号，输出端为经压控放大器1的信号。为避免负载放大率过大产生自激振荡，在负载调整控制运放器2和整流电路12分别有放大器消振电路4。在反馈回路使用比例加法器7将整流端的所有泄漏电流相加作为总电流进行反馈。反馈回路经过有效值转直流电路5后与程控基准电压6一起输入误差比较电路，进行误差比较和放大，用于驱动压控放大器1。使用范围为交直流电压信号，最低可应用于微安级电流的高精度恒流。
为保证电子负载装置整体工作的稳定性，在整流电路12后加入整流消振电路11，保证恒流效果。
使用压控放大器1，在该压控放大器1的输入端连接整流后经过信号采样电路10取样后的单极性脉动信号。
该压控放大器1的控制端接反馈后与基准电压相比较的误差放大器3，输出端为输入信号受控制信号控制的信号。
压控放大器1输出信号到控制运放器2中，控制运放器2与第一控制电流晶体管91、第二控制电流晶体管92组成典型的电子负载电路，作交直流模拟电子负载的负载部分。第一控制电流晶体管91和第二控制电流晶体管92为达林顿组合晶体管9。为避免第一控制电流晶体管91的集电极电流与发射极电流相差过大，影响负载精度，所以使用达林顿晶体管，提高放大率。由于控制运放器2与达林顿晶体管组合放大倍数很大，为避免负载振荡，在控制运放器2的回路中加入放大器消振电路4，进行相位补偿，使负载电路在工作电流范围保证稳定工作。
根据相关的电学定律，目标电流I等于消振电路11中流过的电流I3、信号采样电路10中流过的电流I2、第一控制电流晶体管91中流过的电流I1之和，其中I1受反馈电路控制，I2和I3不受控制。反馈电路通过压控放大器1调节I1补偿I2和I3的变化从而达到恒定目标电流I1的目的。
采样电阻8是电流I1的采样电阻，通过加法器7将I1、I2和I3转换的电压相加，作为总反馈电压输入到有效值转直流电路5中转换为相对应的直流电压，然后与程控基准电压6一起输入误差放大器3中进行误差比较和放大，误差放大器3的输出作为压控放大器1的控制电压，控制输入端信号的放大倍数。
本发明的高精度交直流小电流模拟电子负载装置由工作原理决定可用于交直流电压信号，由于采用了整流电路12，可以避免常用直流电子负载正负极不能接反之弊病。同时本发明不仅可用于检定和校准泄漏电流测试仪的电流等功能，还可以用于校准其它需要交直流小电流负载的情况，例如耐电压测试仪的击穿电流测试，RCD测试仪的工作电流测试等方面。
Claims (1)
1.交直流小电流模拟电子负载装置，其特征在于：包括压控放大器、控制运放器、误差放大器、放大器消振电路和整流消振电路、有效值转直流电流、程控基准电压、加法器、采样电阻、第一控制电流晶体管、第二控制电流晶体管、信号采样电路和整流电路；所述整流电路接于直流或交流电源，所述压控放大器的输入端连接于信号采样电路的输出端，所述压控放大器的输出端连接于控制运放器的输入端，所述压控放大器的控制端连接于所述误差放大器的输出端，所述误差放大器的输入端连接于所述有效值转直流电路的输出端和程控基准电压的输出端，所述有效值转直流电路的输入端连接于所述加法器的输出端，所述加法器的输入端连接于所述第一控制电流晶体管的发射极、信号采样电路的输出端和整流消振电路的电流采样端，所述压控放大器的输出端、放大器消振电路的输出端连接于所述控制运放器的输入端，所述控制运放器的输出端连接于所述第二控制电流晶体管的基极，所述第二控制电流晶体管的发射极连接于所述第一控制电流晶体管的基极，所述第二控制电流晶体管的集电极连接于所述第一控制电流晶体管的集电极、信号采样电路的输入端、整流消振电路的输入端、整流电路输出端，所述第一控制电流晶体管的发射极连接于采样电阻和控制运放器的输入端。
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