CN201514425U - 一种检测仪表输出极性程控转换器 - Google Patents

一种检测仪表输出极性程控转换器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种检测仪表输出极性程控转换器。本实用新型包括顺序互连的电源模块、程控极性转换模块和输出电极。程控极性转换模块中D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块分别与微处理器连接，D/A转换子模块通过H桥开关子模块与A/D转换子模块连接。H桥开关子模块由4个N型场效应管、一个采样电阻和输出电极接头组成，采样电阻两端与A/D转换子模块的程控放大电路相连，输出电极接头分别连接输出电极。本实用新型采用由场效应管组成的H桥开关电路进行输出极性变换，实现了一种具有速度快、寿命长的可程控输出极性转换器，而且结构简单、工作可靠、制造成本低。

Description

一种检测仪表输出极性程控转换器
技术领域
本实用新型属于电子检测技术领域，涉及一种检测仪表输出极性程控转换器，主要用于LED芯片和器件的光电特性检测。
背景技术
各种电参数检测仪表多数具有电流方向自动识别电路，识别结果通过显示界面告知操作者，但较少具有输出电极自动换向功能，既使具有类似功能，也多采用各类继电器实现。对大批量生产的LED芯片及器件制造企业而言，若每颗LED芯片或器件的正、反向电特性均需检测，其在线的光/电参数检测仪表每完成一次检测，输出极性至少变换一次，继电器的开关寿命难以满足要求，因而目前很多企业仅采用实验室抽检或正向特性全检、反向特性抽检的方式进行测试。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种检测仪表输出极性程控转换器。
本实用新型包括顺序互连的电源模块、程控极性转换模块和输出电极。
程控极性转换模块包括微处理器、D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块。D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块分别与微处理器连接，D/A转换子模块通过H桥开关子模块与A/D转换子模块连接。
D/A转换子模块包括D/A转换芯片、信号放大电路和功率放大电路；A/D转换子模块包括A/D转换芯片和程控放大电路；串口通讯子模块由两片RS232芯片组成，形成两个串口信号通道。
H桥开关子模块由4个N型场效应管、一个采样电阻和输出电极接头组成，采样电阻两端与A/D转换子模块的程控放大电路相连，输出电极接头分别连接输出电极。
本实用新型的工作原理：接通工作电源，电源模块为程控极性转换模块的各子模块供电。程控极性转换模块中的微处理器完成硬件初始化工作，设置极性判断电压，发出桥路开启命令。极性判断电压经D/A转换子模块输出到H桥开关子模块，H桥开关子模块根据微处理器发出的桥路开启命令，打开相应桥路使极性判断电压加载到输出电极，此时流经采样电阻的电流由A/D转换子模块采样、放大并传送到微处理器，微处理器根据电流大小判断输出极性是否符合要求，若不符合要求则变更桥路开启命令，重复上述工作过程，实现输出电极极性的程控转换。串口通讯子模块具有两个串口通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连，当极性判断电压需要手动设置或在线修改时，既可以通过PC机也可以通过人机界面实现。
本实用新型利用场效应管响应速度快、稳定性好、功耗小、噪声低、寿命长的特点，采用由场效应管组成的H桥开关电路进行输出极性变换，实现了一种具有速度快、寿命长的可程控输出极性转换器，而且结构简单、工作可靠、制造成本低。
附图说明
图1为本发明原理结构示意图；
图2为图1中程控极性转换模块原理结构示意图；
图3为图2中H桥开关子模块原理结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，检测仪表输出极性程控转换器包括顺序互连的电源模块1、程控极性转换模块2和输出电极3。
如图2所示，程控极性转换模块2包括微处理器2-1、D/A转换子模块2-2、H桥开关子模块2-3、A/D转换子模块2-4和串口通讯子模块2-5。D/A转换子模块2-2、H桥开关子模块2-3、A/D转换子模块2-4和串口通讯子模块2-5分别与微处理器2-1连接，D/A转换子模块2-2通过H桥开关子模块2-3与A/D转换子模块2-4连接。
如图3所示，H桥开关子模块2-3由4个N型场效应管Q1～Q4、一个采样电阻RS和输出电极接头a、b组成，采样电阻RS两端与A/D转换子模块2-4的程控放大器PGA204BP相连，输出电极接头a、b连接输出电极3。
电源模块通过LM338提供+24V、通过MC7815T提供+15V、通过LM7915CT提供-15V、通过LM338提供+5V、通过MC7905T提供-5V、通过SPX1117M-3.3提供+3.3V电源，分别为程控极性转换模块的各子模块供电。
程控极性转换模块中的微处理器2-1采用PHILIP公司的LPC2214芯片，工作电压是+3.3V，工作主频为11.0592MHz。
微处理器输出D/A转换芯片的片选、时钟和数据信息经74HC14两级反向驱动后，与D/A转换子模块2-1中的D/A转换芯片相连；相关控制信号与图3所示的H桥开关子模块2-3中的4个N型场效应管Q1、Q2和Q3、Q4的控制端CTR1、CTR2、CTR3和CTR4分别相连，控制桥路的开启；微处理器输出A/D转换相关控制信号经PLD芯片ATF16V8B15PI组合后，与A/D转换子模块2-4中的A/D转换芯片LTC1606AIG相连，形成A/D转换所需的读/转换控制信号和片选信号，并经数据缓冲器SN74LVC4245DW与A/D转换芯片LTC1606AIG的数据端相连，接收转换结果，PLD芯片ATF16V8B15PI和数据缓冲器SN74LVC4245DW的工作电压均为+5V；微处理器通过双通道光偶HCPL2630产生两组串口信号，分别与串口通讯子模块2-5的两个RS232串口芯片SP3232EEY互连，光偶HCPL2630和串口芯片SP3232EEY的工作电压均为+5V。
D/A转换子模块2-2由D/A转换芯片MAX541AEPA、信号放大电路和功率放大电路组成。信号放大电路包括一级跟随级、两级信号放大、一级功率放大，D/A转换子模块2-2的输出电压传送到H桥开关子模块2-3，作为H桥路的工作电压V+。其中，D/A转换芯片MAX541AEPA的工作电压为+5V，运算放大器OP-77E、OP-27E和OP-37E的工作电压为+24V和-5V，功放级的工作电压为+24V。
A/D转换子模块2-4由A/D转换芯片LTC1606AIG和程控放大电路组成。程控放大器PGA204BP的输出经运算放大器OP-77E放大后，与A/D转换芯片相连，A/D转换芯片经数据缓冲器SN74LVC4245DW与微处理器2-1相连。其中，A/D转换芯片LTC1606AIG的工作电压为+5V，程控放大器PGA204BP工作电压为+15V和-15V，运算放大器OP-77E此处的工作电压也为+15V和-15V。
该检测仪表输出极性程控转换器实施过程如下。
接通工作电源后，微处理器2-1完成硬件初始化工作，设置极性判断电压，发出桥路开启命令：首先，微处理器输出的D/A转换芯片的片选、时钟和数据信息经74HC14两级反向驱动后，输出到D/A转换子模块2-1中的D/A转换芯片MAX541AEPA，产生D/A转换所需的片选、时钟和输入数据信号；同时，微处理器2-1控制图3所示的H桥开关子模块2-3中的4个N型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4的控制端CTR1、CTR2、CTR3和CTR4，使CTR1和CTR4为高，CTR2和CTR3为低。
D/A转换子模块2-2的D/A转换芯片MAX541AEPA收到微处理器2-1的转换命令和待转换数据后完成D/A转换，转换结果经一级跟随、两级放大、一级功率放大，输出电压传送到H桥开关子模块2-3的工作电压V+端，因CTR1和CTR4为高，故Q1和Q4开启，电流方向为V+→Q1→b→a→RS→Q4→GND，输出极性b+、a-。
H桥开关子模块2-3中的采样电阻RS两端的电压输出到A/D转换子模块2-4的程控放大器PGA204BP，程控放大器根据微处理器2-1设置的放大比放大该采样电压，再经运算放大器OP-77E放大并输出到A/D转换芯片，微处理器2-1经数据缓冲器SN74LVC4245DW，读取A/D转换芯片的转换结果，即为采样电阻两端的电压，除以采样电阻值后，得到流经输出电极ab的电流，该电流绝对值和设定阈值比较，如果小于设定阈值，则说明输出电极极性不是期望极性，因此改变图3所示的H桥开关子模块2-3的开关方向，即使4个N型场效应管Q1、Q2、Q3和Q4的控制端CTR1和CTR4为低，CTR2和CTR3为高，因CTR2和CTR3为高，故Q2和Q3开启，电流方向为Q2和Q3开启，电流方向为V+→Q3→RS→a→b→Q2→GND，输出极性a+、b-，实现输出极性换向。
另外，由于程控极性转换模块2包含串口通讯子模块，该具有两个串口通道，一个实现和PC机互连，另一个实现和人机界面互连，因此极性判断电压既可以由程序预置，也可以实现手动设置或在线修改，即可以通过PC机或人机界面实现设置或修改。

Claims (1)

1.一种检测仪表输出极性程控转换器，包括顺序互连的电源模块、程控极性转换模块和输出电极，其特征在于：
所述的程控极性转换模块包括微处理器、D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块；D/A转换子模块、H桥开关子模块、A/D转换子模块和串口通讯子模块分别与微处理器连接，D/A转换子模块通过H桥开关子模块与A/D转换子模块连接；
所述的D/A转换子模块包括D/A转换芯片、信号放大电路和功率放大电路；所述的A/D转换子模块包括A/D转换芯片和程控放大电路；所述的串口通讯子模块由两片RS232芯片组成，形成两个串口信号通道；所述的H桥开关子模块由4个N型场效应管、一个采样电阻和输出电极接头组成，采样电阻两端与A/D转换子模块的程控放大电路相连，输出电极接头分别连接输出电极。
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