CN114448098B - 一种并机电流汇总系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种并机电流汇总系统及方法，该系统每台所述电子设备包括控制单元、功率单元、电流采样单元及并机信号单元，所述功率单元连接待测物，所述控制单元控制功率单元对待测物输出或吸入电流，所述电流采样单元采样功率单元对待测物的输出或吸入的电流，并将电流采样信号分别送入控制单元、并机信号单元，电流采样信号经并机信号单元转换输出并机电流汇总信号，所述并机信号单元具有并机电流信号I+端及并机电流信号I‑端，每台所述电子设备的并机电流信号I+端互连，每台所述电子设备的并机电流信号I‑端互连。本发明以电流形式表征实际负载或电源输出或吸入的实际电流值，可以实现并机系统中每一台同时实时获取总电流。

Description

一种并机电流汇总系统及方法
技术领域
本发明涉及测量测试用电子设备技术领域，具体涉及一种并机电流汇总系统及方法。
背景技术
在电子负载或者电源等系统中，通常通过高精度电阻分流器配合高精度差分放大器实现电流信号转换为电压信号。电子负载或者电源等设备通过ADC（模数转换器）将该电压信号采样进系统，经过内部运算，得到实际电流值，具体如图1所示。
在电子负载或电源等的多机器并机系统中，对于各机器的电流汇总方式大致分为两种：模拟信号汇总和数字通讯方式。
1、模拟方式中，通常将差分放大器的输出电压外加一个电阻，然后送至并机的电流汇总信号中，然后在主机中再额外增加一个运算放大器与多机器额外增加的电阻形成加法电路。主机通过采集该运放的输出电压，从而得到并机系统的总电流。具体如图2所示，主机输出并机电流采样信号Vim，从机1输出并机电流采样信号Vis1，从机2输出并机电流采样信号Vis2，从机n输出并机电流采样信号Visn。这些信号都分别连接电阻R后，通过并机电流汇总端口连接到主机并机电流汇总端口上。最终，主机中运放输出汇总的电流采样信号的值Vo。
该方法可以快速实时的采集到并机系统中总的电流值，但是各机器并机输出信号串联了电阻输入，导致其输出阻抗变大，长距离传输时容易受到噪声干扰，影响实际并机效果。
2、数字通讯方式。并机系统中各单元，通过ADC采集到单元的电流后。在通过CAN、SPI等数字通讯方式，将各部分单元采集的电流值在主机中进行加总计算。然后在下发到每个从机中。这种的方式，解决了传输中干扰问题，但是ADC采集，数字通讯都需要一定的时间，这就引入了时延，不能够做到实时采集。
发明内容
本发明的目的在于：为解决现有技术的不足，提供了一种连接简单，可靠性高的并机电流汇总系统。
一种并机电流汇总系统，包括多台电子设备，每台所述电子设备包括控制单元、功率单元、电流采样单元及并机信号单元，所述功率单元连接待测物，所述控制单元控制功率单元对待测物输出或吸入电流，所述电流采样单元采样功率单元对待测物的输出或吸入的电流，并将电流采样信号分别送入控制单元、并机信号单元，电流采样信号经并机信号单元转换输出并机电流汇总信号，所述并机信号单元具有并机电流信号I+端及并机电流信号I-端，每台所述电子设备的并机电流信号I+端互连，每台所述电子设备的并机电流信号I-端互连。
进一步地，所述并机信号单元包括恒流源电路及检流电阻，所述检流电阻串联于恒流源电路输出侧，所述并机电流信号I+端由检流电阻正端引出，并机电流信号I-端由检流电阻的负端引出。
进一步地，所述并机信号单元还包括用于对所述检流电阻两端电压进行检测的差分运放电路，差分运放电路检测出电压经转换得到所述并机电流汇总信号。
进一步地，所述恒流源电路由运算放大器、电阻、晶体管构成。
进一步地，所述并机电流汇总信号输给所述控制单元，控制单元依据该并机电流汇总信号控制功率单元实现输出或吸入电流均流。
本发明还提供一种基于上述并机电流汇总系统的汇总方法，包括多台电子设备，每台所述电子设备包括控制单元、功率单元、电流采样单元及并机信号单元，所述电子设备的功率单元连接待测物，所述电子设备实际输出或者吸入的电流通过所述电流采样单元进行采样，将实际输出或者吸入的电流转换为电流采样信号输出，所述电流采样信号通过并机信号单元转变为并机使用的并机电流汇总信号，并机时，每台所述电子设备的并机电流信号I+端互连，每台所述电子设备的并机电流信号I-端互连，实现并机电流信号并联，得到多台电子设备并机系统中总的电流输出或者吸入值。
进一步地，所述电子设备实际输出或者吸入电流值的经由电流采样单元转换为电流采样信号，所述电流采样信号经过所述并机信号单元的恒流源电路，转换为并机电流信号。
进一步地，并机时，并机电流信号并联在一起，所述并机信号单元的差分运放电路对所述检流电阻两端电压进行检测，通过检流电阻阻值和检测的电压值，转换为并机电流汇总信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中， n为电子设备的个数，电子设备1为主机，电子设备
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为从机，I1表示主机并机电流信号值，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为从机2至从机n的并机电流信号值，Rs为检流电阻阻值，V为检流电阻两端电压值。
本发明的有益效果：相对于现有技术中仅在主机获得电流汇总信号的方案，本发明方案并机系统中的每个电子设备均可由本机获取实时并机电流汇总信号，本机的控制单元即可依据该实时的并机电流汇总信号完成并机的高速实时均流，即时的电流保护等功能。另外，相对于现有技术中的电流汇总需要电流加总电路，例如电流汇总的加法电路等，本方案无需电流加总用的加法电路，连接简单，可靠性高，实现多机电流实时汇总。
附图说明
图1是现有技术中电子设备连接待测物时进行电流采样的示意图；
图2是现有技术中多个电子设备并机，汇总电流到主机的示意图；
图3是本发明的每个电子设备都能获知汇总电流的多个电子设备并机示意图；
图4是本发明电子设备中并机信号单元电路示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图3所示，以n台电子设备组成的并机系统为例（n台可理解为至少2台）。电子设备可以是电源供应器或电子负载等电工电子测试测量仪器，这些设备在对待测物进行测试时，根据功率需求或工况情况通常需要并机使用，并机时涉及电流汇总及电流均流等重要电性能指标。电子设备包括功率单元、控制单元、电流采样单元和并机信号单元。功率单元连接待测物，控制单元控制功率单元实现对待测物的电源供应或负载拉载等测试，控制功率单元对待测物输出或吸入电流。系统中，每台设备都具有自己的电流采样电路，该采样电路将设备功率单元输出或者吸入的电流转换为相应的电流采样信号，本领域技术人员容易理解，本处电流采样信号实质上获得的是电压信号。电流采样信号一方面送给控制单元，进行控制。另一方面又送至并机信号单元，并机信号单元将输入的电流采样信号转换为并机电流汇总信号，并机电流汇总信号输出到控制单元。
如图4所示，并机信号单元包括恒流源电路及检流电阻Rs，检流电阻Rs串联于恒流源电路输出侧，所述并机电流信号I+由检流电阻Rs正端引出，并机电流信号I-由检流电阻Rs的负端引出。所述恒流源电路由运算放大器、电阻、晶体管构成，电流采样信号的电压信号经过恒流源电路，转换为相应的并机电流信号I。恒流源电路可有多种电路结构，本实施例仅以一种恒流源电路为例，旨在揭示本实施例中的恒流源电路其功能设计目的主要用于电压电流转换，将电流采样信号的电压信号转换成可并流的电流信号，实现电流信号的汇总。并机信号单元包括由运算放大器U1、U2；电阻R1、R2、R3、R4（R1=R3、R2=R4）、电阻rss、晶体管Q1构成了精密的恒流源电路。
该电路输入电流采样信号，通过运算放大器的负反馈作用，保证流过电阻rss的电流I与输入的电流采样信号满足相应的比例关系：
Figure 514523DEST_PATH_IMAGE006
检流电阻Rs正端连接恒流源电路输出侧的电阻rss，负端接地，每台设备的并机电流信号I+由检流电阻正端引出，并机电流信号I-由检流电阻的负端引出，结合图3，并机时，各台电子设备的并机信号单元相连，具体是各台电子设备的并机信号单元的并机电流信号I+端相连、并机电流信号I-端相连，使得多个电子设备中的并机信号检流电阻Rsi并联。此时上述每台设备的电流Ii都流过其内部对应的检流电阻Rsi（i从1到n）。其中，I1表示主机并机电流信号值，
Figure 775871DEST_PATH_IMAGE005
为从机2至从机n的并机电流信号值。Rs1为主机内部检流电阻，
Figure 352346DEST_PATH_IMAGE008
为从机2至从机n的内部检流电阻，在实际设计中，使各台电子设备检流电阻Rsi阻值相等，即Rs1=Rs2=…=Rsn=Rs。
结合上述对图3、图4的描述可知，各电子设备的并机信号单元中的内部检流电阻并联，因此，各检流电阻Rsi两端的电压值相等，其电压：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
得到并机电流汇总信号值:
Figure 121456DEST_PATH_IMAGE010
其中， n为电子设备的个数，电子设备1为主机，电子设备
Figure 404670DEST_PATH_IMAGE012
为从机，I1表示主机并机电流信号值，
Figure 836920DEST_PATH_IMAGE014
为从机2至从机n的并机电流信号值，Rs为检流电阻阻值，V为检流电阻两端电压值。每台电子设备均可通过检测其自身内部检流电阻两端的电压值即可获知并机电流汇总信号。
Figure 900691DEST_PATH_IMAGE016
的值由各设备内部并机信号单元的恒流源电路决定，流过检流电阻Rsi的电流Ii与流过电阻rss的电流I相等。
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中，电流采样信号i为各电子设备实际输出或吸入的电流采样信号值。i=1表示主机，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示相应从机。
结合公式2、3可知：
Figure 145596DEST_PATH_IMAGE020
即
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE022
电流采样信号
Figure DEST_PATH_IMAGE023
即表示实际的并机电流采样汇总信号。
通过上述公式推导，旨在阐明获得并机电流汇总信号，只需测量电子设备内部检流电阻Rs两端的电压V，换算即得到实际的并机电流采样汇总信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
并机信号单元还包括检测Rsi两端的电压V的电路，电路采用如图4中的由运放U3、电阻R5、R6、R7、R8组成的差分运放电路。在电子设备设计时，上述公式中的R1、R2、Rs、rss既已确定阻值，在并机系统中，并机个数n也确定的情况下，通过检测Rsi两端的电压V后即可得到并机电流汇总信号，并机电流汇总信号通过控制单元进行简单比例换算即可得到实际的并机电流采样汇总信号。
如图3所示，并机信号单元的恒流源电路具体描述：晶体管Q1漏极连接电源Vcc，源极连接电阻rss的一端，栅极接运算放大器U1的输出端；电阻rss另一端串联检流电阻Rsi接地；运算放大器U1正端输入电流采样信号，负端输入运算放大器U2的输出信号；电阻R1一端连接于晶体管Q1及电阻rss之间，另一端连接电阻R2，电阻R2另一端接地；电阻R3一端连接于电阻rss及检流电阻Rsi之间，另一端连接电阻R4,电阻R4另一端连接运算放大器U2的输出端；运算放大器U2的正输入端连接于电阻R3、电阻R4之间的节点，负输入端连接于电阻R1、电阻R2之间的节点；其中电阻R1、R3阻值相等R1=R3、电阻R2、R4阻值相等R2=R4。
检流电阻Rsi的两端连接检测其两端电压的差分运放电路，包括电阻R5、R6、R7、R8、及运算放大器U3。电阻R5一端接检流电阻Rsi 正端，电阻R5另一端接电阻R6，电阻R6另一端接地；电阻R7一端接检流电阻Rsi 负端，电阻R7另一端接电阻R8, 电阻R8另一端接运算放大器U3输出端；运算放大器U3正输入端连接于电阻R5、电阻R6之间节点，运算放大器U3负输入端连接于电阻R7、电阻R8之间节点，输出端输出检测电压信号，检测电压信号经转换得到并机电流汇总信号。
本发明方案，并机系统中的每个电子设备均可由本机获取实时并机电流汇总信号，本机的控制单元即可依据该实时的并机电流汇总信号完成并机的高速实时均流，即时的电流保护等功能。另外，相对于现有技术中的电流汇总需要电流加总电路，例如电流汇总的加法电路等，本方案无需电流加总用的加法电路，连接简单，可靠性高，实现多机电流实时汇总。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种并机电流汇总系统，包括多台电子设备，其特征在于：每台所述电子设备包括控制单元、功率单元、电流采样单元及并机信号单元，所述功率单元连接待测物，所述控制单元控制功率单元对待测物输出或吸入电流，所述电流采样单元采样功率单元对待测物的输出或吸入的电流，并将电流采样信号分别送入控制单元、并机信号单元，电流采样信号经并机信号单元转换输出并机电流汇总信号，所述并机信号单元具有并机电流信号I+端及并机电流信号I-端，每台所述电子设备的并机电流信号I+端互连，每台所述电子设备的并机电流信号I-端互连；
所述并机信号单元包括恒流源电路、检流电阻和用于对所述检流电阻两端电压进行检测的差分运放电路，所述检流电阻串联于恒流源电路输出侧，所述并机电流信号I+端由检流电阻正端引出，并机电流信号I-端由检流电阻的负端引出，差分运放电路检测出电压经转换得到所述并机电流汇总信号；
并机时，并机电流信号并联在一起，所述并机信号单元的差分运放电路对所述检流电阻两端电压进行检测，通过检流电阻阻值和检测的电压值，转换为并机电流汇总信号：
Figure QLYQS_1
其中， n为电子设备的个数，
Figure QLYQS_2
为第i个电子设备的电流信号值，Rs为检流电阻阻值，V为检流电阻两端电压值。
2.根据权利要求1所述的并机电流汇总系统，其特征在于：所述恒流源电路由运算放大器、电阻、晶体管构成。
3.根据权利要求2所述的并机电流汇总系统，其特征在于：所述并机电流汇总信号输给所述控制单元，控制单元依据该并机电流汇总信号控制功率单元实现输出或吸入电流均流。
4.一种并机电流汇总方法，基于权利要求1-3任一项所述的并机电流汇总系统，其特征在于：包括多台电子设备，每台所述电子设备包括控制单元、功率单元、电流采样单元及并机信号单元，所述电子设备的功率单元连接待测物，所述电子设备实际输出或者吸入的电流通过所述电流采样单元进行采样，将实际输出或者吸入的电流转换为电流采样信号输出，所述电流采样信号通过并机信号单元转变为并机使用的并机电流汇总信号，并机时，每台所述电子设备的并机电流信号I+端互连，每台所述电子设备的并机电流信号I-端互连，实现并机电流信号并联，得到多台电子设备并机系统中总的电流输出或者吸入值。
5.根据权利要求4所述的并机电流汇总方法，其特征在于：所述电子设备实际输出或者吸入电流值经由电流采样单元转换为电流采样信号，所述电流采样信号经过所述并机信号单元的恒流源电路，转换为并机电流信号。
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