CN113848366B - 关机漏电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关机漏电流检测电路，包括电流采样电路、信号放大电路、比较电路、增益控制电路以及用于显示测试结果的显示电路；电流采样电路包括第一电流测试端、第二电路测试端以及采样电阻R1；信号放大电路包括第一运算放大器、电阻R2以及电阻R4，比较电路包括第二运算放大器、电阻R6以及相串联的电阻R10、电阻R9、电阻R15，增益控制电路包括二极管D1、电阻R11、电容C2以及光电耦合器U3；整体电路结构设计巧妙合理，能够在待测产品瞬间接入后整体电路不会受到损坏，延长整体电路的使用寿命，而且，也不会在测试过程中对待测产品造成损坏，确保待测产品的质量，实用性较好。

Description

关机漏电流检测电路

技术领域

本发明涉及一种关机漏电流检测电路技术领域，尤其是指一种关机漏电流检测电路。

背景技术

在考滤安全问题上，一些品牌对内置可充电锂离子电池进行多项安全限制，包括零伏不可再充电。如果这类电子产品关机后漏电流较大的话，在关机之后放置一段时间后就可能无法再充电，不能充电，也就无法再继续使用。对于用户来讲，则会误认为是产品质量不好，放一段时间就会损坏，导致对品牌造成影响。

我们在设计这种产品的时候就会将关机电流设计在几微安以下，对于一些电池容量较小的产品关机电流还会设计得更小，有些都小到几十纳安以下。这给测试也带来了难题，研发测试都还好，可以用万表、专用电流表等纳安级高精度仪器来测试，但对于生产测试来说用这些仪器成本就有点高了，一条生产线就需要1至2台，一个生产车间几十条线就需要上百台这样的仪器，并且仪器数量越多，使用过程中损坏概率就会越高。

我们都知道，电流表通常都是串联在回路中的，由于被测产品电源滤波电容的原因，电流表在接入的测试回路瞬间，电流会非常大，最高可以达到几安电流，对于微安、纳安级的电流表极易造成电流表损坏，这就需要有一个专用的电路用于这类电子产品关机漏电流测试，以筛选出关机情况下漏电流大于设定值的不良品。

因此，本发明专利申请中，申请人精心研究了一种关机漏电流检测电路来解决上述问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在不足，主要目的在于提供一种关机漏电流检测电路，整体电路结构设计巧妙合理，能够在待测产品瞬间接入后整体电路不会受到损坏，延长整体电路的使用寿命，而且，也不会在测试过程中对待测产品造成损坏，确保待测产品的质量，实用性较好。

为实现上述之目的，本发明采取如下技术方案：

一种关机漏电流检测电路，包括有电流采样电路、信号放大电路、比较电路、增益控制电路以及用于显示测试结果的显示电路；

所述电流采样电路包括有第一电流测试端、第二电路测试端以及采样电阻R1，所述采样电阻R1的两端分别连接第一电流测试端、第二电路测试端，所述第二电路测试端接地；

所述信号放大电路包括有第一运算放大器、电阻R2以及电阻R4，所述第一运算放大器的第一输入端通过电阻R2连接第一电流测试端，所述第一运算放大器的第二输入端连接第二电流测试端，所述第一运算放大器的第二输入端还通过电阻R4连接第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接显示电路；

所述比较电路包括有第二运算放大器、电阻R6以及相串联的电阻R10、电阻R9、电阻R15，所述第一运算放大器的输出端还通过电阻R6连接第二运算放大器的第一输入端，所述电阻R10和电阻R9的串联节点连接第二运算放大器的第二输入端，所述电阻R10的非串联节点用于连接电源V+端，所述电阻R15的非串联节点接地；

所述增益控制电路包括有二极管D1、电阻R11、电容C2以及光电耦合器U3，所述光电耦合器U3的阳极通过电阻R11连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接第二运算放大器的输出端，二极管D1的阴极还通过电容C2连接光电耦合器U3的阴极，光电耦合器U3的阴极用于连接电源V-端，光电耦合器U3的发射极连接第一运算放大器的第二输入端，光电耦合器U3的集电极连接第一运算放大器的输出端。

作为一种优选方案，所述显示电路包括有直流电压表头，所述第一运算放大器的输出端连接直流电压表头的一端，所述直流电压表头的另一端接地。

作为一种优选方案，所述显示电路包括有第三运算放大器、电阻R5以及用于显示良品和不良品的指示灯电路，所述第一运算放大器的输出端通过电阻R5连接第三运算放大器的第一输入端，所述第三运算放大器的第二输入端连接所述电阻R9和电阻R15的串联节点，所述第三运算放大器的输出端连接指示灯电路。

作为一种优选方案，还包括有用于连接上位机信号采集触发端的第一连接端以及用于连接上位机之电压采集A/D端的第二连接端，所述第一连接端连接第三运算放大器的输出端，所述第二连接端连接第一运算放大器的输出端。

作为一种优选方案，所述指示灯电路包括有良品指示灯、不良品指示灯、电阻R12、第一开关管、第二开关管以及电阻R13，所述良品指示灯和不良品指示灯均为卤素灯，

所述第三运算放大器的输出端通过电阻R12连接第一开关管的控制端，第一开关管的第一端连接不良品指示灯的一端，所述第二开关管的控制端通过电阻R13连接第一开关管的第一端，所述第二开关管的第一端连接良品指示灯的一端，所述不良品指示灯的另一端和良品指示灯的一端均用于连接电源V+端，所述第一开关管的第二端和第二开关管的第二端均用于连接电源V-端。

作为一种优选方案，所述第一开关管和第二开关管均为NPN管或NMOS管。

作为一种优选方案，所述指示灯电路还包括有不良品警示电路，所述不良品警示电路包括有蜂鸣器、第三开关管以及电阻R14，所述蜂鸣器的一端连接第三开关管的第一端，所述不良品指示灯的另一端连接蜂鸣器的另一端，所述第三开关管的第二端连接第二开关管的第二端，所述第三开关管的控制端通过电阻R14连接第二开关管的第一端。

作为一种优选方案，所述第三开关管为NPN管或NMOS管。

作为一种优选方案，还包括有供电电路，所述供电电路包括有第四运算放大器、电容C3、极性电容C4、电容C5、电容C6、极性电容C7、电阻R7、电阻R8以及供电给运算放大器供电的电池BT1；所述电阻R7和电阻R8串联，所述电阻R7和电阻R8的串联节点连接第四运算放大器的第一输入端，所述第四运算放大器的第二输入端连接第四运算放大器的输出端，第四运算放大器的输出端接地；

所述电容C3的正极为电源V+端且电容C3的正极连接电阻R7的非串联节点，所述电容C3的负极连接极性电容C4的正极且接地，所述极性电容C4的负极为电源V-端且极性电容C4的负极连接电阻R8的非串联节点，所述电容C5并联于电容C3的正负极，所述电容C6并联于极性电容C4的正负极；

所述电阻R7的非串联节点和极性电容C7的正极均连接电源V+端，所述电阻R8的非串联节点和极性电容C7的负极均连接电池BT1的负极。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言：整体电路结构设计巧妙合理，能够在待测产品瞬间接入后整体电路不会受到损坏，延长整体电路的使用寿命，而且，也不会在测试过程中对待测产品造成损坏，确保待测产品的质量，实用性较好；

其次是，通过直流电压表头的设计，能够直观显示关机漏电流的数字，便于作业人员了解关机漏电流的情况；而且，通过良品指示灯、不良品指示灯以及蜂鸣器的配合，当出现不良品时，作业人员能够听到警报声音和不良品闪光提示，便于关机情况下漏电流大于设定值的不良品，提高不良品的检测精度；

以及，通过第一连接端和第二连接端的配合，能够起动上位机的测试，可形成可追溯的测试数据，实现上位机的自动化测试。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1是本发明之实施例的第一电路原理图(主要显示电流采样电路、信号放大电路、比较电路、增益控制电路以显示电路)；

图2是本发明之实施例的第二电路原理图(主要显示供电电路)。

附图标号说明：

11、第一连接端 12、第二连接端

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，一种关机漏电流检测电路，包括有电流采样电路、信号放大电路、比较电路、增益控制电路以及用于显示测试结果的显示电路；

所述电流采样电路包括有第一电流测试端、第二电路测试端以及采样电阻R1，所述采样电阻R1的两端分别连接第一电流测试端、第二电路测试端，所述第二电路测试端接地；

所述信号放大电路包括有第一运算放大器、电阻R2、电阻R4、电阻R3和电容C1，所述第一运算放大器的第一输入端通过电阻R2连接第一电流测试端，所述第一运算放大器的第二输入端连接第二电流测试端，所述第一运算放大器的第二输入端还通过电阻R4连接第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接显示电路；所述第一运算放大器的第二输入端通过电阻R3连接第二电流测试端，所述电容C1并联于电阻R4的两端。所述电阻R3和电容C1形成低通滤波电路，用于滤除电网及空间电磁波干扰信号。

所述比较电路包括有第二运算放大器、电阻R6以及相串联的电阻R10、电阻R9、电阻R15，所述第一运算放大器的输出端还通过电阻R6连接第二运算放大器的第一输入端，所述电阻R10和电阻R9的串联节点连接第二运算放大器的第二输入端，所述电阻R10的非串联节点用于连接电源V+端，所述电阻R15的非串联节点接地；

所述增益控制电路包括有二极管D1、电阻R11、电容C2以及光电耦合器U3，所述光电耦合器U3的阳极通过电阻R11连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接第二运算放大器的输出端，二极管D1的阴极还通过电容C2连接光电耦合器U3的阴极，光电耦合器U3的阴极用于连接电源V-端，光电耦合器U3的发射极连接第一运算放大器的第二输入端，光电耦合器U3的集电极连接第一运算放大器的输出端。

如图1所示，在本实施例中，所述显示电路包括有直流电压表头、第三运算放大器、电阻R5、用于连接上位机信号采集触发端的第一连接端11、用于连接上位机之电压采集A/D端的第二连接端12以及用于显示良品和不良品的指示灯电路；所述第一连接端11和第二连接端12均用于外接上位机，可以利用专用的电压采集卡采集到电脑，形成可追溯的测试数据。

所述第一运算放大器的输出端连接直流电压表头的一端，所述直流电压表头的另一端接地。所述第一运算放大器的输出端还通过电阻R5连接第三运算放大器的第一输入端，所述第三运算放大器的第二输入端连接所述电阻R9和电阻R15的串联节点，所述第三运算放大器的输出端连接指示灯电路。所述第一连接端11连接第三运算放大器的输出端，所述第二连接端12连接第一运算放大器的输出端。

优选地，所述指示灯电路包括有良品指示灯DS2、不良品指示灯DS1、电阻R12、第一开关管、第二开关管、电阻R13以及不良品警示电路；

所述第三运算放大器的输出端通过电阻R12连接第一开关管的控制端，第一开关管的第一端连接不良品指示灯DS1的一端，所述第二开关管的控制端通过电阻R13连接第一开关管的第一端，所述第二开关管的第一端连接良品指示灯DS2的一端，所述不良品指示灯DS1的另一端和良品指示灯DS2的一端均用于连接电源V+端，所述第一开关管的第二端和第二开关管的第二端均用于连接电源V-端。

所述不良品警示电路包括有蜂鸣器B1、第三开关管以及电阻R14，所述蜂鸣器B1的一端连接第三开关管的第一端，所述不良品指示灯DS1的另一端连接蜂鸣器B1的另一端，所述第三开关管的第二端连接第二开关管的第二端，所述第三开关管的控制端通过电阻R14连接第二开关管的第一端。在本实施例中，所述第一开关管、第二开关管以及第三开关管均为NPN管或NMOS管。

还包括有供电电路，所述供电电路包括有第四运算放大器、电容C3、极性电容C4、电容C5、电容C6、极性电容C7、电阻R7、电阻R8以及供电给运算放大器供电的电池BT1；所述电阻R7和电阻R8串联，所述电阻R7和电阻R8的串联节点连接第四运算放大器的第一输入端，所述第四运算放大器的第二输入端连接第四运算放大器的输出端，第四运算放大器的输出端接地；

所述电容C3的正极为电源V+端且电容C3的正极连接电阻R7的非串联节点，所述电容C3的负极连接极性电容C4的正极且接地，所述极性电容C4的负极为电源V-端且极性电容C4的负极连接电阻R8的非串联节点，所述电容C5并联于电容C3的正负极，所述电容C6并联于极性电容C4的正负极；所述电阻R7的非串联节点和极性电容C7的正极均连接电源V+端，所述电阻R8的非串联节点和极性电容C7的负极均连接电池BT1的负极。

在本实施例中，直流电压表为通用3位半数显直流毫伏电压表头U1，当然也可以用其他电压表替换，在此不作限定。显示的电压值就是对应的电流。当被测电流为10微安时，表上显示的值为10.00(因表头精度，0.001无法显示)。

需要说明的是，如图1所示，优选地，所述第一电流测试端为第一电流测试端IN+，所述第二电流测试端为第二电流测试端IN-，所述光电耦合器U3包括发光二极管U3A和光敏三极管U3B。优选地，所述第一开关管为NPN管Q1，所述第二开关管为NPN管Q2，所述第三开关管为NPN管Q3。

所述第一运算放大器为第一运算放大器U2A，所述第二运算放大器为第二运算放大器U2C，所述第三运算放大器为第三运算放大器U2B，所述第四运算放大器为第四运算放大器U2D，在本实施例中，所述第一运算放大器U2A至第四运算放大器U2D四者集成为四运算放大器芯片U2，其型号为TL084。

接下来大致说明下工作原理：

所述采样电阻R1为精密功率电阻，其将电流转换为电压信号。假如被测电流I_IN为10微安，那么在R1两端的分压为：

V_R1＝I_IN×R1＝1微伏；

所述信号放大电路将电阻R1上微弱的电压信号放大到需要的电压值，用于驱动后续的电路，在光敏三极管U3B还没有导通情况下的放大倍数为：

η＝R4/R3+1＝10001倍；

在采样电阻R1上得到的电压经信号放大电路放大后的电压为：

V_OUT＝1微伏×10001倍＝10001微伏＝10.001毫伏；

所述电阻R10、电阻R9、电阻R1相串联分压，用于为第二运算放大器U2C的第二输入端(即第9引脚)、第三运算放大器U2B的第二输入端(即第6引脚)提供基准源，以图中所示阻值，在电源V+端与GND之间为+8伏的情况下，在第三运算放大器U2B的第6引脚分得的电压为：

V_R15＝(V+)/(R15+R9+R10)×R15

＝8/(300Ω+2700Ω+237000Ω)×300Ω＝10毫伏；

在第二运算放大器U2C的第9引脚分得的电压为：

V_R9＝(V+)/(R15+R9+R10)×(R9+R15)

＝8/(300Ω+2700Ω+237000Ω)×(300Ω+2700Ω)＝100毫伏。

在增益控制电路中，当第二运算放大器U2C的输出端(即第8引脚)为高电位时，经二极管D1和电阻R11为发光二极管U3A供电，使光敏三极管U3B导通，这时信号放大电路的放大倍数会随光敏三极管U3B导通变小，起到降增益的目的，二极管D1而起单向导通作用，在第二运算放大器U2C的第8引脚为低的时候，防止充在电容C2里面的电能从第二运算放大器U2C的第8引脚放电。

当被测产品接入时，会因被测产品内的电容充电导致出现瞬间大电流。在电流大于10微安且低于100微安时，第三运算放大器U2B的第一输入端(即第5引脚)的电压高于其第6引脚的电压，第三运算放大器U2B的输出端(即第7引脚)会由低电位变为高电位，直到被测电流降到10微安以下才会变为低电位。这个上升沿刚好可以通过第一连接端11触发上位机起动测试，在实际测试中也只是持续很短的几毫秒时间内。当电流达到100微安时，第二运算放大器U2C的第一输入端(即第10引脚)的电压高于第9引脚的电压，第二运算放大器U2C的第8引脚会由低电位变为高电位，经二极管D1为电容C2充电，电容C2会瞬间充到接近电源V+端的电压值；

同时，这个高电位经电阻R11给发光二极管U3A供电，光敏三极管U3B收到光后就会导通，信号放大电路接近于不放大的状态，直到被测产品的电流降到正常的10微安以下。由于电容C2中的电不会从二极管D1反向流，第二运算放大器U2C的第8引脚变为低电位以后，电容C2里面的电还会再给发光二极管U3A持续供电一段时间。

当产品漏电流大于设定的10微安且小于100微安时，第三运算放大器U2C的第7引脚会持续输出高电位，这个高电位经电阻R12给NPN管Q1的控制端(即基极)提供正偏，NPN管Q1导通，不良品指示灯DS1被点亮，NPN管Q2不导通，良品指示灯DS2不被点亮，电源V+端经良品指示灯DS2和电阻R14给NPN管Q3的控制端(即基极)提供正偏，NPN管Q3导通，蜂鸣器B1发出不良品警报声音。本实施例的不良品指示灯DS1和良品指示灯DS2均是工业卤素灯，其灯丝阻阬只有几欧姆到几十欧姆，在驱动NPN管不导通的情况下，偏置电流根本无法被点亮。

在本实施例中，电池BT1为9伏供电电源，其可以是电池，也可以是直流稳压电源，当然，还可以为其他供电电源，在此并不作限定。电容C17为电源滤波电容，四运算放大器芯片U2的引脚4和引脚11均为芯片供电部份。电阻R7和电阻R8串联后分压为第四运算放大器U2D提供基准电压，第四运算放大器U2D的输出电压等于电阻R7和R8串联后分压，使GND与电源V+端、电源V-端之间有一个固定的电压。如图2所示，在本实施例中，电阻R7为1.2兆欧姆、电阻R8为150千欧姆，在电池BT1为9伏情况下，电阻R8两端分压为1伏，电阻R7两端分压为8伏，如果以GND为0伏，那么电源V+端的电压等于+8伏、电源V-端的电压等于-1伏。

本发明设计要点在于，整体电路结构设计巧妙合理，能够在待测产品瞬间接入后整体电路不会受到损坏，延长整体电路的使用寿命，而且，也不会在测试过程中对待测产品造成损坏，确保待测产品的质量，实用性较好；

其次是，通过直流电压表头的设计，能够直观显示关机漏电流的数字，便于作业人员了解关机漏电流的情况；而且，通过良品指示灯、不良品指示灯以及蜂鸣器的配合，当出现不良品时，作业人员能够听到警报声音和不良品闪光提示，便于关机情况下漏电流大于设定值的不良品，提高不良品的检测精度；

以及，通过第一连接端和第二连接端的配合，能够起动上位机的测试，可形成可追溯的测试数据，实现上位机的自动化测试。

Claims (9)

1.一种关机漏电流检测电路，其特征在于：包括有电流采样电路、信号放大电路、比较电路、增益控制电路以及用于显示测试结果的显示电路；

所述电流采样电路包括有第一电流测试端、第二电流测试端以及采样电阻R1，所述采样电阻R1的两端分别连接第一电流测试端、第二电流测试端，所述第二电流测试端接地；

所述信号放大电路包括有第一运算放大器、电阻R2、电阻R3、电容C1以及电阻R4，所述第一运算放大器的第一输入端通过电阻R2连接第一电流测试端，所述第一运算放大器的第二输入端通过电阻R3连接第二电流测试端，所述第一运算放大器的第二输入端还通过电阻R4连接第一运算放大器的输出端，所述第一运算放大器的输出端连接显示电路，所述电容C1并联于电阻R4的两端；

所述比较电路包括有第二运算放大器、电阻R6以及相串联的电阻R10、电阻R9、电阻R15，所述第一运算放大器的输出端还通过电阻R6连接第二运算放大器的第一输入端，所述电阻R10和电阻R9的串联节点连接第二运算放大器的第二输入端，所述电阻R10的非串联节点用于连接电源V+端，所述电阻R15的非串联节点接地；

所述增益控制电路包括有二极管D1、电阻R11、电容C2以及光电耦合器U3，所述光电耦合器U3的阳极通过电阻R11连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接第二运算放大器的输出端，二极管D1的阴极还通过电容C2连接光电耦合器U3的阴极，光电耦合器U3的阴极用于连接电源V-端，光电耦合器U3的发射极连接第一运算放大器的第二输入端，光电耦合器U3的集电极连接第一运算放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：所述显示电路包括有直流电压表头，所述第一运算放大器的输出端连接直流电压表头的一端，所述直流电压表头的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：所述显示电路包括有第三运算放大器、电阻R5以及用于显示良品和不良品的指示灯电路，所述第一运算放大器的输出端通过电阻R5连接第三运算放大器的第一输入端，所述第三运算放大器的第二输入端连接所述电阻R9和电阻R15的串联节点，所述第三运算放大器的输出端连接指示灯电路。

4.根据权利要求3所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：还包括有用于连接上位机信号采集触发端的第一连接端以及用于连接上位机之电压采集A/D端的第二连接端，所述第一连接端连接第三运算放大器的输出端，所述第二连接端连接第一运算放大器的输出端。

5.根据权利要求3所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：所述指示灯电路包括有良品指示灯、不良品指示灯、电阻R12、第一开关管、第二开关管以及电阻R13，所述良品指示灯和不良品指示灯均为卤素灯，

所述第三运算放大器的输出端通过电阻R12连接第一开关管的控制端，第一开关管的第一端连接不良品指示灯的一端，所述第二开关管的控制端通过电阻R13连接第一开关管的第一端，所述第二开关管的第一端连接良品指示灯的一端，所述不良品指示灯的另一端和良品指示灯的一端均用于连接电源V+端，所述第一开关管的第二端和第二开关管的第二端均用于连接电源V-端。

6.根据权利要求5所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：所述第一开关管和第二开关管均为NPN管或NMOS管。

7.根据权利要求5所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：所述指示灯电路还包括有不良品警示电路，所述不良品警示电路包括有蜂鸣器、第三开关管以及电阻R14，所述蜂鸣器的一端连接第三开关管的第一端，所述不良品指示灯的另一端连接蜂鸣器的另一端，所述第三开关管的第二端连接第二开关管的第二端，所述第三开关管的控制端通过电阻R14连接第二开关管的第一端。

8.根据权利要求7所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：所述第三开关管为NPN管或NMOS管。

9.根据权利要求1所述的关机漏电流检测电路，其特征在于：还包括有供电电路，所述供电电路包括有第四运算放大器、电容C3、极性电容C4、电容C5、电容C6、极性电容C7、电阻R7、电阻R8以及供电给运算放大器供电的电池BT1；所述电阻R7和电阻R8串联，所述电阻R7和电阻R8的串联节点连接第四运算放大器的第一输入端，所述第四运算放大器的第二输入端连接第四运算放大器的输出端，第四运算放大器的输出端接地；

所述电容C3的正极为电源V+端且电容C3的正极连接电阻R7的非串联节点，所述电容C3的负极连接极性电容C4的正极且接地，所述极性电容C4的负极为电源V-端且极性电容C4的负极连接电阻R8的非串联节点，所述电容C5并联于电容C3的正负极，所述电容C6并联于极性电容C4的正负极；

所述电阻R7的非串联节点和极性电容C7的正极均连接电源V+端，所述电阻R8的非串联节点和极性电容C7的负极均连接电池BT1的负极。