CN104714416A - 电流源电路和半实物仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电流源电路和半实物仿真系统，其中，电流源电路包括功率放大组件、仪用放大组件和用于调节所述仪用放大组件增益的第一调节电阻；所述功率放大组件的输入端接收输入电压信号，输出端输出放大电流信号；所述仪用放大组件的输入端与所述功率放大组件的输出端连接，所述仪用放大组件的输出端与所述功率放大组件的输入端连接；所述第一调节电阻与所述仪用放大组件的输入端连接。本发明提供的电流源电路和半实物仿真系统能够解决现有的电流源电路的增益调节范围较窄的问题，拓宽了电流源电路的应用范围。

Description

电流源电路和半实物仿真系统

技术领域

本发明涉及电路技术，尤其涉及一种电流源电路和半实物仿真系统。

背景技术

在电力机车的研发和生产过程中，需要对电力机车的控制系统进行测试，通常采用半实物仿真系统进行测试。半实物仿真系统包括半实物仿真器、中间转换电路以及电力机车的牵引控制单元，其中，半实物仿真器接收牵引控制单元发出的控制信号，根据该控制信号模拟电力机车运行的各种状态参数，例如牵引逆变器输出的电信号、牵引电机的转速信号、冷却管路的温度和压力等参数，并将各种状态参数再发送给牵引逆变器。但由于半实物仿真器与牵引控制单元的工作电压不同，需要中间转换电路进行转换。

中间转换电路包括电流源电路，能够将牵引控制单元发出的电压信号转换为电流信号，再发送给半实物仿真器，其增益的调节范围较窄，只能针对牵引控制单元和半实物仿真器之间特定的电信号幅值进行转换，且只能转换为毫安级以内的电流信号，使得电流源电路的应用范围较窄。

发明内容

本发明提供一种电流源电路和半实物仿真系统，用于解决现有的电流源电路的增益调节范围较窄的问题，以拓宽电流源电路的应用范围。

本发明实施例提供一种电流源电路，包括功率放大组件、仪用放大组件和用于调节所述仪用放大组件增益的第一调节电阻；

所述功率放大组件的输入端接收输入电压信号，输出端输出放大电流信号；

所述仪用放大组件的输入端与所述功率放大组件的输出端连接，所述仪用放大组件的输出端与所述功率放大组件的输入端连接；

所述第一调节电阻与所述仪用放大组件的调零端连接。

如上所述的电流源电路，所述功率放大组件包括功率放大器和反馈电容；

所述功率放大器的正相输入端接收所述输入电压信号，反相输入端与所述反馈电容的正极连接；所述反馈电容的负极与所述功率放大器的输出端连接，且作为所述功率放大组件的输出端；

所述功率放大器的反相输入端还与所述仪用放大器的输出端连接。

如上所述的电流源电路，所述仪用放大组件包括仪用放大器和第二调节电阻；

所述仪用放大器的正相输入端与所述功率放大器的输出端连接，所述仪用放大器的反相输入端经所述第二调节电阻与所述仪用放大器的正相输入端连接；

所述第一调节电阻串接在所述仪用放大器的两个调零端之间。

如上所述的电流源电路，所述功率放大组件还包括第一分压电阻、第一滤波电容和第二滤波电容；

所述第一分压电阻的一端接收所述输入电压信号，另一端与所述功率放大器的正相输入端连接；

所述功率放大器的正向电源输入端接收正向工作电压，且与所述第一滤波电容的正极连接，所述第一滤波电容的负极接地；

所述功率放大器的反向电源输入端接收反向工作电压，且与所述第二滤波电容的正极连接，所述第二滤波电容的负极接地。

如上所述的电流源电路，所述仪用放大组件还包括：第三滤波电容和第四滤波电容；

所述仪用放大器的正向电源输入端接收所述正向工作电压，且与所述第三滤波电容的正极连接，所述第三滤波电容的负极接地；

所述仪用放大器的反向电源输入端接收所述反向工作电压，且与所述第四滤波电容的正极连接，所述第四滤波电容的负极接地。

如上所述的电流源电路，还包括感性原件；

所述感性原件设置在所述功率放大组件的输出端和仪用放大组件的输入端之间。

如上所述的电流源电路，所述功率放大器为LM1875。

如上所述的电流源电路，所述仪用放大器为AD620A。

本发明另一实施例提供一种半实物仿真系统，包括半实物仿真器、牵引控制单元和连接在所述半实物仿真器和牵引控制单元之间的中间转换电路，所述中间转换电路包括如上所述的电流源电路。

本发明实施例所提供的电流源电路和半实物仿真系统，通过采用仪用放大组件和功率放大组件形成反馈连接，再通过第一调节电阻调节仪用放大组件的增益，使得通过改变第一调节电阻的阻值即可以调整输入电压与输出电流之间的关系，且采用仪用放大组件和功率放大组件相结合，能够扩宽电流源电路增益的调节范围，本实施例提供的技术方案可调节输出电流在0-1.2A之间。半实物仿真器在对不同型号的电力机车进行仿真时所需的输入电流不同，本实施例所提供的电流源电路所能提供的输出的电流能满足半实物仿真器的需要。并且，本实施例提供的电流源电路的输入电压和输出电流之间不存在交直流的差异，若输入电压为直流电压，则输出电流为直流电流，若输入电压为交流电压，则输出电流为交流电流。本领域技术人员可以理解的是，改变电流源电路中的相关分压电阻的阻值，均可以调整电流源电路之间的比例关系，从而能够适用于更宽的电压和电流范围，拓宽应用领域。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电流源电路的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的电流源电路的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的LM12875的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的AD620A的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的电流源电路的结构示意图一。本实施例提供的电流源电路能够将电压信号转换为电流信号，适用于电力机车的半实物仿真系统中，能够将牵引控制单元发出的电压信号转换为电流信号，提供给半实物仿真器，同样，该电流源电路也可以应用在其它的需要将电压信号转换为电流信号的领域中。

如图1所示，该电流源电路可以包括功率放大组件1、仪用放大组件2和用于调节仪用放大组件2增益的第一调节电阻3。其中，功率放大组件1的输入端接收输入电压信号，输出端输出放大电流信号。仪用放大组件2的输入端与功率放大组件1的输出端连接，仪用放大组件2的输出端与功率放大组件1的输入端连接。第一调节电阻3与仪用放大组件2的调零端连接。

上述功率放大组件1接收输入电压信号，能够对输入电压信号进行功率放大，仪用放大组件2可形成一个反馈回路，将功率放大组件1的输出信号进一步放大后，再提供给功率放大组件1。其中，第一调节电阻3能够调节仪用放大组件2的放大增益，进而能够调节整个电流源电路的放大增益。

本领域技术人员可采用现有技术中常用的功率放大器以及其它电路元件搭建功率放大组件1，例如可采用LM1875、TDA2030或TDA2050等功率放大器，以及相关的电阻、电容和电感来搭建功率放大组件1。对于仪用放大组件2，也可以采用常用的仪用放大器以及其它电路元件来搭建形成，例如采用AD620A、AD8421、AD8422、INA128、INA111、INA114、INA118、INA129等仪用放大器以及电阻、电容和电感来搭建仪用放大组件2。

本实施例仅以LM1875芯片为例来详细说明功率放大组件1的电路结构，以及以AD620A芯片为例来详细说明仪用放大组件2的电路结构。

图2为本发明实施例提供的电流源电路的结构示意图二。如图2所示，具体的，上述功率放大组件1可以包括功率放大器11和反馈电容12。其中，功率放大器11的正相输入端接收输入电压信号，反相输入端与反馈电容12的正极连接，反馈电容12的负极与功率放大器11的输出端连接，且作为功率放大组件1的输出端。功率放大器11的反相输入端还与仪用放大组件2的输出端连接。

另外，本领域技术人员可以理解的，功率放大组件1还可以包括第一分压电阻13、第一滤波电容14和第二滤波电容15。其中，第一分压电阻13的一端接收输入电压信号，另一端与功率放大器11的正相输入端连接。功率放大器11的正向电源输入端接收正向工作电压，且与第一滤波电容14的正极连接，第一滤波电容14的负极接地。功率放大器11的反向电源输入端接收反向工作电压，且与第二滤波电容15的正极连接，第二滤波电容15的负极接地。

图3为本发明实施例提供的LM12875的结构示意图，结合图2和图3所示，具体到LM1875芯片，其1引脚作为正相输入端，通过第一分压电阻13接收输入电压信号Vin1。2引脚作为反相输入端，与反馈电容12的正极连接，且还与仪用放大组件2的输出端连接。3引脚作为反向电源输入端接收反向工作电压，例如-15V，且还与第二滤波电容15的正极连接，第二滤波电容15的负极接地。其中，第二滤波电容15用于滤除反向工作电压中的信号噪声，以保证反向工作电压的稳定性。4引脚作为功率放大器的输出端，与反馈电容12的负极连接，另外，4引脚还作为功率放大组件1的输出端与仪用放大组件2的输入端连接。5引脚作为正向电源输入端接收正向工作电压，例如+15V，且还与第一滤波电容14的正极连接，第一滤波电容14的负极接地。第一滤波电容14是用于滤除正向工作电压中的信号噪声，以保证正向工作电压的稳定性。

如图2所示，上述仪用放大组件2可以包括仪用放大器21和第二调节电阻22，其中，仪用放大器21的正相输入端与功率放大器11的输出端连接，仪用放大器21的反相输入端经第二调节电阻22与自身的正相输入端连接。另外，第一调节电阻3串接在仪用放大器21的两个调零端之间。

另外，本领域技术人员可以理解的，仪用放大组件2还可以包括：第三滤波电容23和第四滤波电容24。其中，仪用放大器21的正向电源输入端接收正向工作电压，且与第三滤波电容23的正极连接，第三滤波电容23的负极接地。仪用放大器21的反向电源输入端接收反向工作电压，且与第四滤波电容24的正极连接，第四滤波电容24的负极接地。

图4为本发明实施例提供的AD620A的结构示意图。结合图2和图4所示，具体到AD620A芯片，其1引脚和8引脚作为两个调零端，第一调节电阻3的一端连接至1引脚，另一端连接至8引脚，第一调节电阻3可以为滑动变阻器，调节第一调节电阻3的阻值可调节AD620A的放大增益。2引脚作为反相输入端，经第二调节电阻22与自身的正相输入端连接，调节第二调节电阻22的阻值，也可以改变AD620A的放大增益。另外，2引脚还可以与第五滤波电容25的正极连接，第五滤波电容25的负极接地，用于对电流源输出信号进行滤波。3引脚作为正相输入端，与功率放大器11的输出端连接，若功率放大器11为LM1875，则与LM1875的4引脚连接。AD620A的4引脚作为反向电源输入端接收反向工作电压，例如：-15V，且与第四滤波电容24的正极连接，第四滤波电容24的负极接地。第四滤波电容24用于滤除反向工作电压中的信号噪声，以保证反向工作电压的稳定性。AD620A的5引脚接地。AD620A的6引脚作为输出端，与功率放大器11的反相输入端连接，若功率放大器11为LM1875，则与LM1875的2引脚连接，具体可通过第三分压电阻6连接至LM1875的2引脚。AD620A的7引脚作为正向电源输入端接收正向工作电压，例如：+15V，且与第三滤波电容23的正极连接，第三滤波电容23的负极接地。第三滤波电容23用于滤除正向工作电压中的信号噪声，以保证正向工作电压的稳定性。

另外，功率放大组件1和仪用放大组件2之间可通过一个感性原件4和第二分压电阻5连接，感性原件4和第二分压电阻5设置在功率放大组件1的输出端和仪用放大组件2的输入端之间，对于上述LM1875和AD620A，则第二分压电阻5的一端连接至LM1875的4引脚，第二分压电阻5的另一端与感性原件4的正极连接，感性原件4的负极与AD620A的3引脚连接。

上述技术方案中，通过调节第一调节电阻3和第二调节电阻22的阻值，可以调整放大电流信号与输入电压信号之间的关系。

对于本实施例所提供的如图2所示的电流源电路，其中各阻值可参照图2所示来进行设置。改变第一调节电阻3的阻值，可改变仪用放大器21的增益，将R_G记为仪用放大器21的两个调零端之间的阻值，则仪用放大器21的增益G可通过如下公式得到：

$G=1+\frac{49.4\×{10}^3}{R_G},$

改变R_G的值，则可以改变仪用放大器21的增益G。

则仪用放大器21的输出信号U_out可以通过如下公式得到：

U_out=G×[(U+)-(U-)]，

其中，U+为仪用放大器正相输入端的电压值，U-为仪用放大器反相输入端的电压值。

而对于整个电流源电路，电流源电路输入的电压信号U_in与输出的电流信号I_out之间的关系参照如下公式：

$U_{\mathrm{in}}=(\frac{49.4\×{10}^3}{1\×{10}^3+R_3}+1)\×R_1\×I_{\mathrm{out}},$

其中，R₃为第一调节电阻3的阻值，R₁为第二调节电阻22的阻值。由上述公式可知，输出电流信号与输入电压信号之间为正比例关系，通过调节第一调节电阻3和第二调节电阻22的阻值，就能够调节输出电流信号与输入电压信号之间的比例系数。

本实施例所采用的技术方案通过采用仪用放大组件和功率放大组件形成反馈连接，再通过第一调节电阻调节仪用放大组件的增益，使得通过改变第一调节电阻的阻值即可以调整输入电压与输出电流之间的关系，且采用仪用放大组件和功率放大组件相结合，能够扩宽电流源电路增益的调节范围，本实施例提供的技术方案可调节输出电流在0-1.2A之间。半实物仿真器在对不同型号的电力机车进行仿真时所需的输入电流不同，本实施例所提供的电流源电路所能提供的输出的电流能满足半实物仿真器的需要。并且，本实施例提供的电流源电路的输入电压和输出电流之间不存在交直流的差异，若输入电压为直流电压，则输出电流为直流电流，若输入电压为交流电压，则输出电流为交流电流。本领域技术人员可以理解的是，改变电流源电路中的相关分压电阻的阻值，均可以调整电流源电路之间的比例关系，从而能够适用于更宽的电压和电流范围，拓宽应用领域。

另外，本实施例所采用的LM1875具有非常低的失真比例，能提供20W-30W的功率，甚至在工作电压提高的情况下，能够提供超过30W的功率，而且，LM1875内部包含有防止过载的装置，具备电流过载限制和过热自动关闭等功能。本实施例所采用的AD620A的精度非常高，其增益范围在1-10000。采用上述两种放大器，其响应速度快，安全可靠且成本较低。

本发明另一实施例还提供一种半实物仿真系统，包括半实物仿真器、牵引控制单元和连接在半实物仿真器和牵引控制单元之间的中间转换电路，其中，中间转换电路包括上述实施例所提供的电流源电路。

本实施例所采用的技术方案通过采用仪用放大组件和功率放大组件形成反馈连接，再通过第一调节电阻调节仪用放大组件的增益，使得通过改变第一调节电阻的阻值即可以调整输入电压与输出电流之间的关系，且采用仪用放大组件和功率放大组件相结合，能够扩宽电流源电路增益的调节范围，本实施例提供的技术方案可调节输出电流在0-1.2A之间。半实物仿真器在对不同型号的电力机车进行仿真时所需的输入电流不同，本实施例所提供的电流源电路所能提供的输出的电流能满足半实物仿真器的需要。并且，本实施例提供的电流源电路的输入电压和输出电流之间不存在交直流的差异，若输入电压为直流电压，则输出电流为直流电流，若输入电压为交流电压，则输出电流为交流电流。本领域技术人员可以理解的是，改变电流源电路中的相关分压电阻的阻值，均可以调整电流源电路之间的比例关系，从而能够适用于更宽的电压和电流范围，拓宽应用领域。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电流源电路，其特征在于，包括功率放大组件、仪用放大组件和用于调节所述仪用放大组件增益的第一调节电阻；

所述功率放大组件的输入端接收输入电压信号，输出端输出放大电流信号；

所述仪用放大组件的输入端与所述功率放大组件的输出端连接，所述仪用放大组件的输出端与所述功率放大组件的输入端连接；

所述第一调节电阻与所述仪用放大组件的调零端连接。

2.根据权利要求1所述的电流源电路，其特征在于，所述功率放大组件包括功率放大器和反馈电容；

所述功率放大器的正相输入端接收所述输入电压信号，反相输入端与所述反馈电容的正极连接；所述反馈电容的负极与所述功率放大器的输出端连接，且作为所述功率放大组件的输出端；

所述功率放大器的反相输入端还与所述仪用放大器的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的电流源电路，其特征在于，所述仪用放大组件包括仪用放大器和第二调节电阻；

所述仪用放大器的正相输入端与所述功率放大器的输出端连接，所述仪用放大器的反相输入端经所述第二调节电阻与所述仪用放大器的正相输入端连接；

所述第一调节电阻串接在所述仪用放大器的两个调零端之间。

4.根据权利要求2所述的电流源电路，其特征在于，所述功率放大组件还包括第一分压电阻、第一滤波电容和第二滤波电容；

所述第一分压电阻的一端接收所述输入电压信号，另一端与所述功率放大器的正相输入端连接；

所述功率放大器的正向电源输入端接收正向工作电压，且与所述第一滤波电容的正极连接，所述第一滤波电容的负极接地；

所述功率放大器的反向电源输入端接收反向工作电压，且与所述第二滤波电容的正极连接，所述第二滤波电容的负极接地。

5.根据权利要求3所述的电流源电路，其特征在于，所述仪用放大组件还包括：第三滤波电容和第四滤波电容；

所述仪用放大器的正向电源输入端接收所述正向工作电压，且与所述第三滤波电容的正极连接，所述第三滤波电容的负极接地；

所述仪用放大器的反向电源输入端接收所述反向工作电压，且与所述第四滤波电容的正极连接，所述第四滤波电容的负极接地。

6.根据权利要求1或2或3所述的电流源电路，其特征在于，还包括感性原件；

所述感性原件设置在所述功率放大组件的输出端和仪用放大组件的输入端之间。

7.根据权利要求2或4所述的电流源电路，其特征在于，所述功率放大器为LM1875。

8.根据权利要求3或5所述的电流源电路，其特征在于，所述仪用放大器为AD620A。

9.一种半实物仿真系统，包括半实物仿真器、牵引控制单元和连接在所述半实物仿真器和牵引控制单元之间的中间转换电路，其特征在于，所述中间转换电路包括如权利要求1-8任一项所述的电流源电路。