CN204556811U - 一种支持usb供电的分流器信号模拟器 - Google Patents
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Abstract
一种支持USB供电的分流器信号模拟器，涉及电流采集与测量技术领域，是为了解决产品研发和调试阶段分流器使用不方便，以及难以实现分流器信号从正向满量程至负向满量程的连续调节的问题。USB接口电路的电压信号输出端与隔离电源模块的电压信号输入端连接；隔离电源模块的电压信号输出端与稳压电路的电压信号输入端连接；稳压电路的两个电压信号输出端分别与分压电路的电压信号输入端和电压调节电路的电压信号输入端连接；分压电路的电压信号输出端与电压跟随电路的电压信号输入端连接；电压调节电路的电压信号输出端与电压跟随电路的电压信号输入端连接；电压跟随电路与设备的接线端子连接。本实用新型适用于电源回路作限流、均流取样检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电流采集与测量技术领域，具体涉及一种支持USB供电的分流器信号模拟技术。
背景技术
分流器用于测量直流电流，根据直流电流通过电阻时在电阻两端产生电压的原理制成。分流器以其价格优势广泛用于电动汽车、通讯系统、电子整机和自动化控制的电源等回路作限流、均流取样检测等领域。
分流器的主要作用是扩大仪器仪表等电子产品的电流测量范围，其电流测量范围从一安培至几千安培甚至更大。无论分流器的电流测量量程是多少，其输出电压一般为45mV、60mV、75mV、150mV和300mV等，其中输出电压为60mV和75mV的分流器使用最为广泛。
如果设备采用分流器作为电流采样器件，那么在产品的研发和调试阶段，想在实验室中产生这么大的电流是非常困难甚至是不可能实现的事情。常用的方法是用量程小的分流器暂时替代量程大的分流器。但是这样的方式实施起来非常不方便，即占用实验室资源，又浪费能源，其器件和设备长时间工作也是不安全的。即便是实验电源能输出足够电流时，也很难实现电流信号从正向满量程至负向满量程的连续调节，因为大多数实验电源是无法输出负电压的。
USB是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。常见的移动电子设备如手机、平板等绝大多数都采用USB接口作为充电接口，具有USB供电接口的设备触手可得，如手机充电器、平板电脑充电器、移动电源、计算机等。
发明内容
本实用新型是为了解决产品研发和调试阶段分流器使用不方便，以及难以实现分流器信号从正向满量程至负向满量程的连续调节的问题，从而提出一种支持USB供电的分流器信号模拟器。
一种支持USB供电的分流器信号模拟器，USB供电线1、USB接口电路2、隔离电源模块3、稳压电路4、分压电路5、电压调节电路6和电压跟随电路7；
USB供电线1的电压信号输出端与USB接口电路2的电压信号输入端连接；
USB接口电路2的电压信号输出端与隔离电源模块3的电压信号输入端连接；
隔离电源模块3的电压信号输出端与稳压电路4的电压信号输入端连接；
稳压电路4的两个电压信号输出端分别与分压电路5的电压信号输入端和电压调节电路6的电压信号输入端连接；
分压电路5的电压信号输出端与电压跟随电路7的电压信号输入端连接；
电压调节电路6的电压信号输出端与电压跟随电路7的电压信号输入端连接；
电压跟随电路7的电压信号输出端与待测设备的接线端子8连接。
USB接口电路2包括接线端子P1、电阻R1和发光二极管D1；
隔离电源模块3采用DC-DC隔离电源U1实现；
稳压电路4包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D2和三端稳压集成电路U2；
分压电路5包括电阻R2和电阻R3；
电压调节电路6包括电阻R4、电位器R5和电阻R6；
电压跟随电路7包括运放集成电路、电容C7、电容C8和电容C9；所述运放集成电路包括两个运放单元，即：运放单元U3A和运放单元U3B；
接线端子P1的一端同时与电源SVDC的正极、电阻R1的一端和DC-DC隔离电源U1的一个电源输入端连接；电阻R1的另一端和发光二极管D1的阳极连接；
接线端子P1的另一端同时与电源地、发光二极管D1的阴极和DC-DC隔离电源U1的另一个电源输入端连接；
DC-DC隔离电源U1的一个电源输出端同时与电容C1的一端、电容C2的一端、二极管D2的阴极和三端稳压集成电路U2的一个电源输入端连接；
三端稳压集成电路U2的电源输出端同时与二极管D2的阳极、电容C3的一端、电容C4的一端、电阻R2的一端、电阻R4的一端和运放单元U3B的一个电源输入端连接；
电阻R2的另一端同时与运放单元U3A的正向输入端和电阻R3的一端连接；
运放单元U3A的反向输入端同时与运放单元U3A的输出端、电容C7的一端、电容C8的一端和待测设备的接线端子8的一个电源端连接；
电阻R4的另一端与电位器R5的一端连接；电位器R5的可调端与运放单元U3B的正向输入端连接；运放单元U3B的反向输入端同时与运放单元U3B的输出端、电容C8的另一端、待测设备的接线端子8的一个电源端和电容C9的一端连接；
DC-DC隔离电源U1的另一个电源输出端同时与电容C1的另一端、电容C2的另一端、三端稳压集成电路U2另一个电源输入端、电容C3的另一端、电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电容C7的另一端、电阻R6的另一端、运放单元U3B的另一个电源端和电容C9的另一端连接。
USB接口电路2还包括自恢复保险丝F1；
所述自恢复保险丝F1串联在接线端子P1的一端和DC-DC隔离电源U1的一个电源输入端之间。
本实用新型通过模拟分流器信号的方式代替分流器，既节省了实验室的资源、节约能源，又避免了因大电流工作而带来的安全隐患，还避免了分流器信号从正向满量程至负向满量程的连续调节的问题，使用方便；
本发明采用电源隔离模块与供电设备进行电气隔离，既起到对供电设备的保护作用，又能达到一定的降噪和稳压效果；
本发明采用差模信号输出的方式，能有效抑制共模干扰；
本发明支持USB供电，也可以采用5V直流电源供电，供电方式简便灵活。
附图说明
图1是本发明所述一种支持USB供电的分流器信号模拟器的结构示意图；
图2是分发明所述一种支持USB供电的分流器信号模拟器的电气原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、一种支持USB供电的分流器信号模拟器，其特征是：USB供电线1、USB接口电路2、隔离电源模块3、稳压电路4、分压电路5、电压调节电路6和电压跟随电路7；
USB供电线1的电压信号输出端与USB接口电路2的电压信号输入端连接；
USB接口电路2的电压信号输出端与隔离电源模块3的电压信号输入端连接；
隔离电源模块3的电压信号输出端与稳压电路4的电压信号输入端连接；
稳压电路4的两个电压信号输出端分别与分压电路5的电压信号输入端和电压调节电路6的电压信号输入端连接；
分压电路5的电压信号输出端与电压跟随电路7的电压信号输入端连接；
电压调节电路6的电压信号输出端与电压跟随电路7的电压信号输入端连接；
电压跟随电路7的电压信号输出端与待测设备的接线端子8连接。
具体实施方式二、本具体实施方式是具体实施方式一所述的一种支持USB供电的分流器信号模拟器的进一步限定，USB接口电路2包括接线端子P1、电阻R1和发光二极管D1；
隔离电源模块3采用DC-DC隔离电源U1实现；
稳压电路4包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D2和三端稳压集成电路U2；
分压电路5包括电阻R2和电阻R3；
电压调节电路6包括电阻R4、电位器R5和电阻R6；
电压跟随电路7包括运放集成电路、电容C7、电容C8和电容C9；所述运放集成电路包括两个运放单元，即：运放单元U3A和运放单元U3B；
接线端子P1的一端同时与电源SVDC的正极、电阻R1的一端和DC-DC隔离电源U1的一个电源输入端连接；电阻R1的另一端和发光二极管D1的阳极连接；
接线端子P1的另一端同时与电源地、发光二极管D1的阴极和DC-DC隔离电源U1的另一个电源输入端连接；
DC-DC隔离电源U1的一个电源输出端同时与电容C1的一端、电容C2的一端、二极管D2的阴极和三端稳压集成电路U2的一个电源输入端连接；
三端稳压集成电路U2的电源输出端同时与二极管D2的阳极、电容C3的一端、电容C4的一端、电阻R2的一端、电阻R4的一端和运放单元U3B的一个电源输入端连接；
电阻R2的另一端同时与运放单元U3A的正向输入端和电阻R3的一端连接；
运放单元U3A的反向输入端同时与运放单元U3A的输出端、电容C7的一端、电容C8的一端和待测设备的接线端子8的一个电源端连接；
电阻R4的另一端与电位器R5的一端连接；电位器R5的可调端与运放单元U3B的正向输入端连接；运放单元U3B的反向输入端同时与运放单元U3B的输出端、电容C8的另一端、待测设备的接线端子8的一个电源端和电容C9的一端连接；
DC-DC隔离电源U1的另一个电源输出端同时与电容C1的另一端、电容C2的另一端、三端稳压集成电路U2另一个电源输入端、电容C3的另一端、电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电容C7的另一端、电阻R6的另一端、运放单元U3B的另一个电源端和电容C9的另一端连接。
图2中P1、F1、R1和D1构成了图1所述USB接口电路2，其中P1为接线端子，F1为自恢复保险丝，起到短路保护的功能，R1和D1实现了电源指示灯功能；
图2中U1为图1所述隔离电源模块3，采用DC-DC隔离电源将外部输入的5VDC电压转换至后级需要的直流电压，同时起到电气隔离的作用，保护外部供电设备的安全；
图2中C1、C2、C3、C4、D2和U2构成了图1所述稳压电路4，其中U2为三端稳压集成电路，其输出电压为U，C1、C2、C3、C4为滤波电容，D2的作用是当U2的输出电压高于输入电压时的放电二极管，起到保护U2的目的；
图2中R2、R3构成图1所述分压电路5，R2与R3选用阻值相等的电阻，得到直流电压U1(U1＝U/2)；
图2中R4、R5、R6构成图1所述电压调节电路6，R4与R6选用阻值相等的电阻，R5使用电位器，输出的电压为U2，U2的调节范围是(U1-100mV)～(U1+100mV)；
图2中U3A、U3B、C7、C8和C9构成了图1所述电压跟随电路(7)，其中U3A和U3B是同一运放集成电路U3的两个运放单元，C7、C8和C9是滤波电容，这部分电路的主要作用是对分压电路和电压调节电路的输出电压做电压跟随和滤波处理；
图2中P2为图1所述接线端子8。
具体实施方式三、本具体实施方式是具体实施方式二所述的一种支持USB供电的分流器信号模拟器的进一步限定，USB接口电路2还包括自恢复保险丝F1；
所述自恢复保险丝F1串联在接线端子P1的一端和DC-DC隔离电源U1的一个电源输入端之间。
本实用新型所述一种支持USB供电的分流器信号模拟器，其工作原理为：采用USB供电线作为本系统的供电接口；
USB接口电路采用自恢复保险丝实现短路保护功能，采用发光二级管作为电源输入指示灯；
USB提供的5V直流电源通过隔离电源模块将电压转换至所需的直流电压，同时起到了将外部供电设备与后级电路的隔离作用，保护外部供电设备的安全；
稳压电路将隔离电源模块输出的直流电压进行稳压、滤波处理，得到稳定的直流电压U；
稳压电路输出的直流电压经分压电路后，输出一个直流电压U1(U1＝U/2)；
稳压电路输出的直流电压经电压调节电路后，输出一个可调节的直流电压U2，通过调节电压调节电路的电位器来调节U2的值，U2的调节范围是(U1-100mV)～(U1+100mV)；
电压跟随电路对分压电路和电压调节电路输出的电压U1、U2做电压跟随、滤波处理，然后将U2与U1的差模信号作为输出信号，其输出范围为-100mV～100mV。
Claims (3)
1.一种支持USB供电的分流器信号模拟器，其特征是：USB供电线(1)、USB接口电路(2)、隔离电源模块(3)、稳压电路(4)、分压电路(5)、电压调节电路(6)和电压跟随电路(7)；
USB供电线(1)的电压信号输出端与USB接口电路(2)的电压信号输入端连接；
USB接口电路(2)的电压信号输出端与隔离电源模块(3)的电压信号输入端连接；
隔离电源模块(3)的电压信号输出端与稳压电路(4)的电压信号输入端连接；
稳压电路(4)的两个电压信号输出端分别与分压电路(5)的电压信号输入端和电压调节电路(6)的电压信号输入端连接；
分压电路(5)的电压信号输出端与电压跟随电路(7)的电压信号输入端连接；
电压调节电路(6)的电压信号输出端与电压跟随电路(7)的电压信号输入端连接；
电压跟随电路(7)的电压信号输出端与待测设备的接线端子(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种支持USB供电的分流器信号模拟器，其特征在于USB接口电路(2)包括接线端子P1、电阻R1和发光二极管D1；
隔离电源模块(3)采用DC-DC隔离电源U1实现；
稳压电路(4)包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、二极管D2和三端稳压集成电路U2；
分压电路(5)包括电阻R2和电阻R3；
电压调节电路(6)包括电阻R4、电位器R5和电阻R6；
电压跟随电路(7)包括运放集成电路、电容C7、电容C8和电容C9；所述运放集成电路包括两个运放单元，即：运放单元U3A和运放单元U3B；
接线端子P1的一端同时与电源SVDC的正极、电阻R1的一端和DC-DC隔离电源U1的一个电源输入端连接；电阻R1的另一端和发光二极管D1的阳极连接；
接线端子P1的另一端同时与电源地、发光二极管D1的阴极和DC-DC隔离电源U1的另一个电源输入端连接；
DC-DC隔离电源U1的一个电源输出端同时与电容C1的一端、电容C2的一端、二极管D2的阴极和三端稳压集成电路U2的一个电源输入端连接；
三端稳压集成电路U2的电源输出端同时与二极管D2的阳极、电容C3的一端、电容C4的一端、电阻R2的一端、电阻R4的一端和运放单元U3B的一个电源输入端连接；
电阻R2的另一端同时与运放单元U3A的正向输入端和电阻R3的一端连接；
运放单元U3A的反向输入端同时与运放单元U3A的输出端、电容C7的一端、电容C8的一端和待测设备的接线端子(8)的一个电源端连接；
电阻R4的另一端与电位器R5的一端连接；电位器R5的可调端与运放单元U3B的正向输入端连接；运放单元U3B的反向输入端同时与运放单元U3B的输出端、电容C8的另一端、待测设备的接线端子(8)的一个电源端和电容C9的一端连接；
DC-DC隔离电源U1的另一个电源输出端同时与电容C1的另一端、电容C2的另一端、三端稳压集成电路U2另一个电源输入端、电容C3的另一端、电容C4的另一端、电阻R3的另一端、电容C7的另一端、电阻R6的另一端、运放单元U3B的另一个电源端和电容C9的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的一种支持USB供电的分流器信号模拟器，其特征在于USB接口电路(2)还包括自恢复保险丝F1；
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