CN105656486B - 数字反馈式长时间低衰减采样保持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字反馈式长时间低衰减采样保持器，在采样保持电路输出端增加反馈回路，由反馈回路将输出端电压通过两级反相放大后经电容接至输入端，通过控制反馈支路放大器的输入电压，达到补偿采样保持电路在长时间保持状态下由保持电容漏电流引起的输出端电压降落的目的。通过调整数模转换器DAC输出电压大小来补偿由于保持电容的漏电流随着输入电压的大小变化，而引起的放大器A₁的偏置电流随温度的变化，取得高质量的补偿效果。本发明原理简单易懂，电路结构易于实现，实用价值高。

Description

数字反馈式长时间低衰减采样保持器

技术领域

本发明涉及一种数据采集系统，特别涉及一种数字反馈式长时间低衰减采样保持器。

背景技术

蓄电池的内阻作为蓄电池的重要性能指标之一，无论是蓄电池的性能、容量状态还是充放电状况，都能从它的内阻变化中体现出来。因此，可以通过检测蓄电池的内阻，对其工作状态进行实时监测和评估。

针对铅酸蓄电池内阻小、大电流放电对电池损害大、小电流放电信号小等问题，提出了一种小电流二次放电测蓄电池内阻的新方法。此方法采用组合开关和精密高稳定性功率电阻组成两个放电回路，在控制器的作用下进行两次小电流放电，经过采样保持器分别采集两次放电过程中放电电阻两端的电压，两次放电电压差值由超低失调漂移放大器进行放大，由两次放电电阻的端电压及差值实现蓄电池的内阻测量。

在获取两次放电电阻端电压差值的过程中，两次采样的时间间隔△t内，由于采样保持器外接电容漏电流的影响，导致采样保持器输出端电压与输入端电压存在误差，从而引起放电电阻两端的电压差值测量的误差，影响蓄电池内阻测量值的准确性。

通过对采样保持器工作原理的分析研究，针对采样保持器工作过程中漏电流引起的输出端电压降落的问题，设计了一种数字反馈式长时间低衰减采样保持器，实现了对输出端电压的补偿。

发明内容

本发明是针对采样保持器工作过程中漏电流引起的输出端电压降落的问题，提出了一种数字反馈式长时间低衰减采样保持器，实现了对输出端电压的补偿。

本发明的技术方案为：一种数字反馈式长时间低衰减采样保持器，包括数模转换器DAC、电压跟随器A₁、放大器电路及反馈电阻R_d2，采集充电后断开开关的保持电容C₁两端电压作为采样保持器输入电压，输入电压经电压跟随器A₁输出为U₁，再依次经过放大器电路中两个放大器A₂、A₃实现两级反相放大后，放大器A₃输出端电压U_out经反馈电阻R_d2回输入电压，实现对保持电容C₁漏电流的补偿，数模转换器DAC输出通过电阻R₁接放大器A₂负输入端，输入电压U₁通过电阻R₃接放大器A₂负输入端，放大器A₂的反向电阻R₂接放大器A₂负输入端与输出端之间，放大器A₂输出电压为U₂，输出电压U₂通过电阻R₄接放大器A₃负输入端，A₂正输入端接地，放大器A₃的反向电阻R₅接放大器A₃负输入端与输出端之间，调节数模转换器DAC的数字输入D_i的值可使△I趋于0，实现对保持电容C₁漏电流的补偿，其中电容C₁漏电流的补偿电流其中DAC选n位数摸转换器，DAC的电压基准为U_REF，i代表DAC的数字量的第i位，I₁为保持电容C₁的泄漏电流，I₃为电压跟随器A₁的偏置电流，I_off为开关的关断电流，取R₂≈R₃、R₄≈R₅，且满足R₂·R₅略小于R₃·R₄，r为一个很小的正数，且R₂·R₅＝(1-r)R₃·R₄。

所述保持电容C₁选用聚苯乙烯电容，电压跟随器A₁选用低失调低偏置电流放大器OP129，反馈回路放大器A₂、A₃选用低失调低漂移放大器OP177。

本发明的有益效果在于：本发明数字反馈式长时间低衰减采样保持器，在采样保持电路输出端增加反馈回路，由反馈回路将输出端电压通过两级反相放大后经电容接至输入端，通过控制反馈支路放大器的输入电压，达到补偿采样保持电路在长时间保持状态下由保持电容漏电流引起的输出端电压降落的目的。本发明原理简单易懂，电路结构易于实现，实用价值高。

附图说明

图1为本发明数字反馈式长时间低衰减采样保持器电路图。

具体实施方式

采样保持器在保持过程中，理想状态下为被保持电压在整个保持期间不发生变化。但实际上由于开关的关断电阻为有限值，运放的输入电流以及电容介质本身泄漏等都将造成电容上电荷泄漏从而造成被保持电压下降。

如图1所示数字反馈式长时间低衰减采样保持器电路图，电阻R_d1为电容C₁的等效绝缘阻抗，保持电容C₁选用聚苯乙烯电容，反馈支路经电阻R_d2反馈至输入端，I₁为电容的泄漏电流，I₃为放大器偏置电流，I_off为开关的关断电流，C₁为保持电容值，电压跟随器A₁选用低失调低偏置电流放大器OP129，反馈回路放大器A₂、A₃选用低失调低漂移放大器OP177。

闭合开关K，信号源E对电容C₁进行充电，充电完成后断开开关K，此时C₁两端电压为采样保持器输入电压U_in，输入电压经电压跟随器A₁输出为U₁，忽略放大器失调电压的影响，其输出端电压等于输入端电压，为电容器两端电压，即U₁＝U_in。

若使C₁上的电压保持不变，需在电压跟随器A₁的输入端增加反馈补偿回路，使反馈电流I₂＝I₁-I₃-I_off，用于补偿电容器C₁的漏电流。电压跟随器A₁的输出端电压U₁经放大器A₂、A₃实现两级反相放大，A₃输出端电压U_out经电阻R_d2实现对电容C₁漏电流的补偿。

由于C₁的漏电流随着输入电压的大小在变化，放大器A₁的偏置电流随温度在变化，要想取得高质量的补偿效果，调整DAC的输出电压大小来补偿其变化。

采样保持器输入端电压为V_in，R_d1为保持电容C₁的等效绝缘阻抗，R_d2为反馈回路电阻，DAC的输出为U_DAC分析图1得下式：

忽略图1放大器失调电压的影响，则U₁＝U_in，若要使保持电容C₁上的电压不变，则需满足△I＝I₂-(I₁-I₃-I_off)趋近于0，由以上各式整理可得:

由于补偿电流很小，为了使单极性DAC能够实现补偿调节功能，取R₂≈R₃、R₄≈R₅，且满足R₂·R₅略小于R₃·R₄。设r为一个很小的正数，且R₂·R₅＝(1-r)R₃·R₄，则式(4)整理可得：

设DAC为n位数摸转换器，DAC的电压基准为U_REF,则：

由(6)式可知，当反馈电路确定后，r为定值，在U₁一定时，调节DAC的数字输入D_i的值可使△I趋于0，i代表DAC的数字量的第i位，从而实现补偿功能。

保持电容C₁选用聚苯乙烯电容，反馈支路采用电阻R_d2，电压跟随器A₁选用OPA129，反馈回路放大器A₂、A₃选用OP177。闭合开关K，电源E对电容C₁进行充电，充电完成后断开开关K，此时C₁两端电压为采样保持器输入电压U_in。输入电压经电压跟随器A₁输出为U₁，忽略放大器失调电压的影响，其输出端电压等于输入端电压，为电容器两端电压，即U₁＝U_in。

若要使C₁上的电压保持不变，需在电压跟随器A₁的输出端增加反馈补偿装置，用于补偿电容器C₁的漏电流。电压跟随器A₁的输出端电压U₁经放大器A₂、A₃实现两级反相放大，A₃输出端电压经电阻R_d2实现对电容C₁漏电流的补偿。通过对电路中相关电阻参数的适当选取，R_d2＝220MΩ，R₁＝100R2，R₂·R₅＝0.98R₃·R₄，由式(6)可知，通过微调U_DAC的输出可实现对采样保持器处于长时间保持状态下的输出端电压的补偿。

Claims (2)

1.一种数字反馈式长时间低衰减采样保持器，其特征在于，包括数模转换器DAC、电压跟随器A₁、放大器电路及反馈电阻R_d2，采集充电后断开开关的保持电容C₁两端电压作为采样保持器输入电压，输入电压经电压跟随器A₁输出为U₁，再依次经过放大器电路中两个放大器A₂、A₃实现两级反相放大后，放大器A₃输出端电压U_out经反馈电阻R_d2回输入电压，实现对保持电容C₁漏电流的补偿，数模转换器DAC输出通过电阻R₁接放大器A₂负输入端，输入电压U₁通过电阻R₃接放大器A₂负输入端，放大器A₂的反向电阻R₂接放大器A₂负输入端与输出端之间，放大器A₂输出电压为U₂，输出电压U₂通过电阻R₄接放大器A₃负输入端，A₂正输入端接地，放大器A₃的反向电阻R₅接放大器A₃负输入端与输出端之间，调节数模转换器DAC的数字输入D_i的值可使△I趋于0，实现对保持电容C₁漏电流的补偿，其中电容C₁漏电流的补偿电流其中DAC选n位数摸转换器，DAC的电压基准为U_REF，i代表DAC的数字量的第i位，I₁为保持电容C₁的泄漏电流，I₃为电压跟随器A₁的偏置电流，I_off为开关的关断电流，取R₂≈R₃、R₄≈R₅，且满足R₂·R₅略小于R₃·R₄，r为一个很小的正数，且R₂·R₅＝(1-r)R₃·R₄。

2.根据权利要求1所述数字反馈式长时间低衰减采样保持器，其特征在于，所述保持电容C₁选用聚苯乙烯电容，电压跟随器A₁选用低失调低偏置电流放大器OP129，反馈回路放大器A₂、A₃选用低失调低漂移放大器OP177。