CN107526033B - 一种高精度开关式电感测试仪 - Google Patents

一种高精度开关式电感测试仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电感仪技术领域，尤其是一种高精度开关式电感测试仪，包括主控制器电路、恒流源电路、开关电路以及检测电路，所述开关电路连接恒流源电源端输出端，所述开关电路的输出端连接电感，所述主控制器电路连接开关电路的控制端，通过主控制器电路控制开关电路的通断，使得恒流源电路对电感进行充电和放电，所述检测电路的输入端与所述开关电路连接，输出端与主控制器电路连接，用于将电感放电时的测量数据传输至主控制器电路，主控制器电路接收检测电路传输的测量数据，并进行分析和计算，得出电感的感值，本发明电感测试仪设计简单，体积小巧，操作方便，成本低廉，速度快，具有很强的抗干扰能力。

Description

一种高精度开关式电感测试仪
技术领域
本发明涉及电感仪技术领域，具体领域为一种高精度开关式电感测试仪。
背景技术
电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件，又称扼流器、电抗器、动态电抗器。电感器的作用是阻止电流的变化，如果电感器中没有电流通过，则它阻止电流流过它；如果有电流流过它，则电路断开时它将试图维持电流不变。它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性，频率越高，线圈阻抗越大。因此，电感器的主要功能是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。电感器在电子线路中应用广泛，为实现振荡、调谐、耦合、滤波、延迟、偏转的主要元件之一，在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。
电感仍还在原来的正弦波激励下测量感抗且只能测试电感为定值的线圈，而当今电感却较多的用于DC-DC开关电源上，工作在开关状态而非正弦状态，因此目前需要一种较好的反映电感的开关特性的测试方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度开关式电感测试仪，以解决现有技术中无法对非正弦电感测试的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度开关式电感测试仪，包括主控制器电路、恒流源电路、开关电路以及检测电路，所述开关电路连接恒流源电源端输出端，所述开关电路的输出端连接电感，所述主控制器电路连接开关电路的控制端，通过主控制器电路控制开关电路的通断，使得恒流源电路对电感进行充电和放电，所述检测电路的输入端与所述开关电路连接，输出端与主控制器电路连接，用于将电感放电时的测量数据传输至主控制器电路，主控制器电路接收检测电路传输的测量数据，并进行分析和计算，得出电感的感值。
优选的，所述主控制器电路为ARM单片机。
优选的，所述恒流源电路包括电源端口、第一二极管、稳压二极管、三端稳压集成电路和低压差电压调节器，所述电源端口的一端连接第一二极管的一端，另一端接地，第一二极管的另一端连接三端稳压集成电路的输入端，稳压二极管的输入端接地，输出端连接第一二极管的输出端，三端稳压集成电路的输出端连接低压差电压调节器的输入端，接地端接地，低压差电压调节器的输出端接地，低压差电压调节器的接地端接地。
优选的，所述开关电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、第二二极管和晶体管，所述第一电压比较器的正极端连接主控制器电路的输出端，负极端连接第二电压比较器的输出端，第一电压比较器的输出端连接晶体管的控制端，晶体管的输入端连接恒流源电路的输出端，晶体管的输出端连接第二二极管的输入端，第二二极管的输出端连接电感，所述第二电压比较器的负极端连接晶体管的输出端，第二电压比较器的正极端连接第二二极管的输入端。
优选的，所述检测电路包括第三电压比较器、第四电压比较器、第五电压比较器、第六电压比较器、第一调节器、第二调节器、第一逻辑处理器和第二逻辑处理器，所述第三电压比较器的正极端连接电感的一端，所述第四电压比较器的正极端连接电感的另一端，第三电压比较器的输出端连接第五电压比较器的负极端，第三电压比较器的负极端接地，第五电压比较器的正极端连接第一调节器的输出端，第一调节器的一输入端连接参考电源，另一输入端接地，第五电压比较器的输出端连接第一逻辑处理器的输入端，第一逻辑处理器的输出端连接主控制器电路的输入端，第六电压比较器的正极端连接第二调节器的输出端，第二调节器的输入端连接参考电源，另一输入端接地，第六电压比较器的输出端连接第二逻辑处理器的输入端，第二逻辑处理器的输出端连接主控制器电路的输入端。
优选的，所述恒流源电路还包括有发光二极管，所述发光二极管的输入端连接低压差电压调节器的输出端，发光二极管的输出端接地。
优选的，所述三端稳压集成电路为LM7805集成芯片，所述低压差电压调节器为LM1117电源芯片。
优选的，所述开关电路还包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻串联在第一电压比较器的输出端与晶体管的控制端之间，所述第二电阻串联在晶体管的输出端与第二二极管的输入端之间。
优选的，所述检测电路还包括第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第三电阻串联在第三电压比较器的输出端与负极端之间，所述第四电阻串联在第四电压比较器的输出端与负极端之间，所述第五电阻的一端连接第三电压比较器的负极端，另一端接地，所述第六电阻的一端连接第四电压比较器的负极端，另一端接地。
优选的，所述检测电路还包括第三二极管、第四二极管、第七电阻和第八电阻，所述第三二极管的输出端与第五电压比较器的输出端，输入端接地，所述第七电阻与第三二极管并联，所述第四二极管的输出端与第六电压比较器的输出端，输入端接地，所述第八电阻与第四二极管并联。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、采用开关方式控制恒流源双向电感充放，利用电感恒压放电时电流线性变化这一特点，通过测量电感放电的时间从而计算出电感的感值，方法独特，具有很高的创新价值；
2、ARM单片机的芯片用STM32，主频从可以达到72MHz，具有很高的测量分辨率；
3、设计简单，体积小巧，操作方便，成本低廉，速度快，具有很强的抗干扰能力，相对测量精度为2％，并有很好的可集成性。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的恒流源电路；
图4为本发明的开关电路；
图5为本发明的检测电路。
图中：1、主控制器电路；2、恒流源电路；3、开关电路；4、检测电路；5、电源端口；6、第一二极管；7、稳压二极管；8、三端稳压集成电路；9、低压差电压调节器；10、第一电压比较器；11、第二电压比较器；12、第二二极管；13、晶体管；14、第三电压比较器；15、第四电压比较器；16、第五电压比较器；17、第六电压比较器；18、第一调节器；19、第二调节器；20、第一逻辑处理器；21、第二逻辑处理器；22、发光二极管；23、第一电阻；24、第二电阻；25、第一电容；26、第三电阻；27、第四电阻；28、第五电阻；29、第六电阻；30、第三二极管；31、第四二极管；32、第七电阻；33、第八电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至5，本发明提供一种技术方案：一种高精度开关式电感测试仪，包括主控制器电路1、恒流源电路2、开关电路3以及检测电路4，所述开关电路3连接恒流源电源端输出端，所述开关电路3的输出端连接电感，所述主控制器电路1连接开关电路3的控制端，通过主控制器电路1控制开关电路3的通断，使得恒流源电路2对电感进行充电和放电，所述检测电路4的输入端与所述开关电路3连接，输出端与主控制器电路1连接，用于将电感放电时的测量数据传输至主控制器电路1，主控制器电路1接收检测电路4传输的测量数据，并进行分析和计算，得出电感的感值。
所述主控制器电路1为ARM单片机。
所述恒流源电路2包括电源端口5、第一二极管6、稳压二极管7、三端稳压集成电路8和低压差电压调节器9，所述电源端口5的一端连接第一二极管6的一端，另一端接地，第一二极管6的另一端连接三端稳压集成电路8的输入端，稳压二极管7的输入端接地，输出端连接第一二极管6的输出端，三端稳压集成电路8的输出端连接低压差电压调节器9的输入端，接地端接地，低压差电压调节器9的输出端接地，低压差电压调节器9的接地端接地。
所述开关电路3包括第一电压比较器10、第二电压比较器11、第二二极管12和晶体管13，所述第一电压比较器10的正极端连接主控制器电路1的输出端，负极端连接第二电压比较器11的输出端，第一电压比较器10的输出端连接晶体管13的控制端，晶体管13的输入端连接恒流源电路2的输出端，晶体管13的输出端连接第二二极管12的输入端，第二二极管12的输出端连接电感，所述第二电压比较器11的负极端连接晶体管13的输出端，第二电压比较器11的正极端连接第二二极管12的输入端。
所述检测电路4包括第三电压比较器14、第四电压比较器15、第五电压比较器16、第六电压比较器17、第一调节器18、第二调节器19、第一路基处理器20和第二路基处理器21，所述第三电压比较器14的正极端连接电感的一端，所述第四电压比较器15的正极端连接电感的另一端，第三电压比较器14的输出端连接第五电压比较器16的负极端，第三电压比较器14的负极端接地，第五电压比较器16的正极端连接第一调节器18的输出端，第一调节器18的一输入端连接参考电源，另一输入端接地，第五电压比较器16的输出端连接第一路基处理器20的输入端，第一路基处理器20的输出端连接主控制器电路1的输入端，第六电压比较器17的正极端连接第二调节器19的输出端，第二调节器19的输入端连接参考电源，另一输入端接地，第六电压比较器17的输出端连接第二路基处理器21的输入端，第二路基处理器21的输出端连接主控制器电路1的输入端。
所述恒流源电路2还包括有发光二极管22，所述发光二极管22的输入端连接低压差电压调节器9的输出端，发光二极管22的输出端接地。
所述三端稳压集成电路8为LM7805集成芯片，所述低压差电压调节器9为LM1117电源芯片。
所述开关电路3还包括第一电阻23、第二电阻24和第一电容25，所述第一电阻23串联在第一电压比较器10的输出端与晶体管13的控制端之间，所述第二电阻24串联在晶体管13的输出端与第二二极管12的输入端之间。
所述检测电路4还包括第三电阻26、第四电阻27、第五电阻28和第六电阻29，所述第三电阻26串联在第三电压比较器14的输出端与负极端之间，所述第四电阻27串联在第四电压比较器15的输出端与负极端之间，所述第五电阻28的一端连接第三电压比较器14的负极端，另一端接地，所述第六电阻29的一端连接第四电压比较器15的负极端，另一端接地。
所述检测电路4还包括第三二极管30、第四二极管31、第七电阻32和第八电阻33，所述第三二极管30的输出端与第五电压比较器16的输出端，输入端接地，所述第七电阻32与第三二极管30并联，所述第四二极管31的输出端与第六电压比较器17的输出端，输入端接地，所述第八电阻33与第四二极管31并联。
通过本技术方案，本实施例中还提供了一种高精度开关式电感测试仪的软件仿真及拟合曲线，具体地，利用MATLAB进行数据拟合和仿真，针对实验结果进行分析，根据测量的的tD和内阻r得出其最终测量出不同类型电感Lx的逻辑关系式。
本实施例中还提供了一种高精度开关式电感测试仪的算法逻辑设计，具体地，系统的软件设计采用模块化编程思想,运用C语言分别编写每个模块程序,并各自独立调试,然后建立模块间的联系,使其协调工作。软件程序是整个系统的核心,决定系统的稳定性和可靠性。
1、采用开关方式控制恒流源双向电感充放，利用电感恒压放电时电流线性变化这一特点，通过测量电感放电的时间从而计算出电感的感值，方法独特，具有很高的创新价值；
2、ARM单片机的芯片用STM32，主频从可以达到72MHz，具有很高的测量分辨率；
3、设计简单，体积小巧，操作方便，成本低廉，速度快，具有很强的抗干扰能力，相对测量精度为2％，并有很好的可集成性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高精度开关式电感测试仪，其特征在于：包括主控制器电路(1)、恒流源电路(2)、开关电路(3)以及检测电路(4)，所述开关电路(3)连接恒流源电源端输出端，所述开关电路(3)的输出端连接电感，所述主控制器电路(1)连接开关电路(3)的控制端，通过主控制器电路(1)控制开关电路(3)的通断，使得恒流源电路(2)对电感进行充电和放电，所述检测电路(4)的输入端与电感连接，输出端与主控制器电路(1)连接，用于将电感放电时的测量数据传输至主控制器电路(1)，主控制器电路(1)接收检测电路(4)传输的测量数据，并进行分析和计算，得出电感的感值；
所述恒流源电路(2)包括电源端口(5)、第一二极管(6)、稳压二极管(7)、三端稳压集成电路(8)和低压差电压调节器(9)，所述电源端口(5)的一端连接第一二极管(6)的一端，另一端接地，第一二极管(6)的另一端连接三端稳压集成电路(8)的输入端，稳压二极管(7)的输入端接地，输出端连接第一二极管(6)的输出端，三端稳压集成电路(8)的输出端连接低压差电压调节器(9)的输入端，接地端接地，低压差电压调节器(9)的输出端接地，低压差电压调节器(9)的接地端接地；
所述开关电路(3)包括第一电压比较器(10)、第二电压比较器(11)、第二二极管(12)和晶体管(13)，所述第一电压比较器(10)的正极端连接主控制器电路(1)的输出端，负极端连接第二电压比较器(11)的输出端，第一电压比较器(10)的输出端连接晶体管(13)的控制端，晶体管(13)的输入端连接恒流源电路(2)的输出端，晶体管(13)的输出端连接第二二极管(12)的输入端，第二二极管(12)的输出端连接电感，所述第二电压比较器(11)的负极端连接晶体管(13)的输出端，第二电压比较器(11)的正极端连接第二二极管(12)的输入端；
所述检测电路(4)包括第三电压比较器(14)、第四电压比较器(15)、第五电压比较器(16)、第六电压比较器(17)、第一调节器(18)、第二调节器(19)、第一路基处理器(20)和第二路基处理器(21)，所述第三电压比较器(14)的正极端连接电感的一端，所述第四电压比较器(15)的正极端连接电感的另一端，第三电压比较器(14)的输出端连接第五电压比较器(16)的负极端，第三电压比较器(14)的负极端接地，第五电压比较器(16)的正极端连接第一调节器(18)的输出端，第一调节器(18)的一输入端连接参考电源，另一输入端接地，第五电压比较器(16)的输出端连接第一路基处理器(20)的输入端，第一路基处理器(20)的输出端连接主控制器电路(1)的输入端，第六电压比较器(17)的正极端连接第二调节器(19)的输出端，第二调节器(19)的输入端连接参考电源，另一输入端接地，第六电压比较器(17)的输出端连接第二路基处理器(21)的输入端，第二路基处理器(21)的输出端连接主控制器电路(1)的输入端；
所述检测电路(4)还包括第三电阻(26)、第四电阻(27)、第五电阻(28)和第六电阻(29)，所述第三电阻(26)串联在第三电压比较器(14)的输出端与负极端之间，所述第四电阻(27)串联在第四电压比较器(15)的输出端与负极端之间，所述第五电阻(28)的一端连接第三电压比较器(14)的负极端，另一端接地，所述第六电阻(29)的一端连接第四电压比较器(15)的负极端，另一端接地。
2.据权利要求1所述的高精度开关式电感测试仪，其特征在于：所述主控制器电路(1)为ARM单片机。
3.根据权利要求1所述的高精度开关式电感测试仪，其特征在于：所述恒流源电路(2)还包括有发光二极管(22)，所述发光二极管(22)的输入端连接低压差电压调节器(9)的输出端，发光二极管(22)的输出端接地。
4.根据权利要求1所述的高精度开关式电感测试仪，其特征在于：所述三端稳压集成电路(8)为LM7805集成芯片，所述低压差电压调节器(9)为LM1117电源芯片。
5.根据权利要求1所述的高精度开关式电感测试仪，其特征在于：所述开关电路(3)还包括第一电阻(23)、第二电阻(24)和第一电容(25)，所述第一电阻(23)串联在第一电压比较器(10)的输出端与晶体管(13)的控制端之间，所述第二电阻(24)串联在晶体管(13)的输出端与第二二极管(12)的输入端之间。
6.根据权利要求1所述的高精度开关式电感测试仪，其特征在于：所述检测电路(4)还包括第三二极管(30)、第四二极管(31)、第七电阻(32)和第八电阻(33)，所述第三二极管(30)的输出端与第五电压比较器(16)的输出端，输入端接地，所述第七电阻(32)与第三二极管(30)并联，所述第四二极管(31)的输出端与第六电压比较器(17)的输出端，输入端接地，所述第八电阻(33)与第四二极管(31)并联。
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