CN206096206U - 一种高精度大电流直流电流源 - Google Patents

Abstract

一种高精度大电流直流电流源，涉及大电流直流电流源。目的是为了满足直流大电流的测试需示。本实用新型的电源用于为采样单元供电，同相放大器用于将采样单元采集到的信号进行放大，并将放大后的信号分配到多个电压跟随器中，电压跟随器用于对输入的电压信号进行放大，每个电压跟随器与负载之间连接一个均流电阻，采样单元为多层结构，56个阻值相同的采样电阻并联构成第一层结构，四个第一层结构构成第二层结构，五个第二层结构构成第三层结构，三个第三层结构构成第四层结构。上述高精度大电流直流电流源能够提供600A的大电流直流输出，其精度能够达到5×10^‑5，适用于直流大电流的测试。

Description

一种高精度大电流直流电流源

技术领域

本实用新型涉及大电流直流电流源。

背景技术

对直流大电流进行测试时，常常需要直流大电流电源，但现有的直流电源只能输出一两百安的电流，无法满足测试需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了满足直流大电流的测试需求，提供一种高精度大电流直流电流源。

本实用新型所述的一种高精度大电流直流电流源，包括电源U、采样单元1、同相放大器2、多个电压跟随器3以及多个阻值相同的均流电阻R；

所述电源U用于为采样单元1供电，同相放大器2用于将采样单元1采集到的信号进行放大，并将放大后的信号分配到多个电压跟随器3中，电压跟随器3用于对输入的电压信号进行放大，每个电压跟随器3与负载之间连接一个均流电阻R；

采样单元1为多层结构：

其中第一层结构4包括56个阻值相同的采样电阻和两块相同的矩形金属板；每个采样电阻的两端均分别焊接在两块金属板上，且五十六个采样电阻呈矩形阵列分布在两块金属板之间；采样电阻的电流信号输入端和电流信号输出端分别位于两块金属板上，且采样电阻的输入电流经过五十六个阻值相同的电阻后输出；所述电流信号输出端所在的金属板上设有电压信号引出点，且所述电压信号引出点位于以该金属板中心为圆心的圆形区域内；

第二层结构5包括四个第一层结构4、四个一号放大器13和一号加法器6；四个第一层结构4的电流信号输入端相连接，且连接点作为第二层结构5的电流信号输入端；四个第一层结构4的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为第二层结构5的电流信号输出端和负向电压信号输出端；四个第一层结构4的电压信号引出点分别通过四个一号放大器13连接一号加法器6的四个输入端，一号加法器6的输出端作为第二层结构5的正向电压信号输出端；

第三层结构7包括五个第二层结构5、五个二号放大器8和二号加法器9；五个第二层结构5的电流信号输入端相连接，且连接点作为第三层结构7的电流信号输入端；五个第二层结构5的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为第三层结构7的电流信号输出端和负向电压信号输出端；五个第二层结构5的正向电压信号输出端分别通过五个二号放大器8连接二号加法器9的五个输入端，二号加法器9的输出端作为第三层结构7的正向电压信号输出端；

第四层结构包括三个第三层结构7、三个三号放大器10和三号加法器11；三个第三层结构7的电流信号输入端相连接，且连接点作为所述采样单元1的电流信号输入端；三个第三层结构7的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为所述采样单元1的电流信号输出端和负向电压信号输出端，且该负向电压信号输出端接地；三个第三层结构7正向电压信号输出端分别通过三个三号放大器10连接三号加法器11的三个输入端，三号加法器11的输出端用于输出采样单元1采集到的信号。

本实用新型中，电流放大电路采用多组分立式，由多个电压跟随器3并联实现，能够实现负载的平均分配。

运放的开环增益对温度变化并不高度稳定，同一类型的不同器件也会存在极大差异。尤其是运放在使用一段时间后，元件参数发生变化，运行特点发生改变，可能会导致一些电路超载，最终导致过热和故障。为了克服上述缺点，本实用新型采用了并联功率放大电路的负载大致平均分配的手段：多个相同的电压跟随器电路连接在同相放大器和负载之间，负载和每个电压跟随器电路之间连接的是均流电阻。通过选用相同阻值的电阻，使得放大器之间较为平均地分配负载，均流电阻阻值一般选为每个功放的额定负载阻抗的0.5％，这个值也可由经验推导公式确定。

在大电流产生与采样过程中，必然会消耗很大功率，由此产生一定的热量，几乎所有电子元器件性能都与温度有关系。本实用新型采用“极低负载效应分布式采样电阻”的理论，并根据“分布式采样电阻负载系数的自校验方法”设计采样电阻的电路结构，利用56-4-5-3层电阻组合，共计3360只电阻完成600A的电阻取样工作，即把多个小型精密电阻元件联在一起，整体构成一个分布式采样电阻，对环境的接触面增加，热阻降低。同时，整个电阻的负载为许多小型元件所分担，单个元件的负载很小，发热降低，两方面结合使整个电阻的负载系数大为降低，形成了一种具有创新性的“极低负载效应分布式采样电阻”，该采样电阻与常规的多个电阻并联形式的采样电阻相比，稳定性更好，采样精度也更高。

电阻都存在热噪声,热噪声是由导体内部的自由电子做布朗运动引起的，差分式放大可以抑制一定噪声，同时通过合理选择时分割电路的频率能够有效降低基准源的噪声。

上述高精度大电流直流电流源能够提供600A的大电流直流输出，其精度能够达到5×10^-5。经测试，该直流电流源的釆样电阻热噪声、运放本身的噪声以及基准源的噪声都满足要求。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种高精度大电流直流电流源的原理示意图；

图2为第一层结构中电压信号引出点所在的金属板的结构示意图，图中每个实心圆点表示一个采样电阻，中间的圆形区域表示电压信号引出点所在区域，右下角的圆圈表示电流信号输出端；

图3为第二结构的电路结构示意图；

图4为第三结构的电路结构示意图；

图5为第四结构的电路结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的一种高精度大电流直流电流源，包括电源U、采样单元1、同相放大器2、多个电压跟随器3以及多个阻值相同的均流电阻R；

所述电源U用于为采样单元1供电，同相放大器2用于将采样单元1采集到的信号进行放大，并将放大后的信号分配到多个电压跟随器3中，电压跟随器3用于对输入的电压信号进行放大，每个电压跟随器3与负载之间连接一个均流电阻R；

采样单元1为多层结构：

其中第一层结构4包括56个阻值相同的采样电阻和两块相同的矩形金属板；每个采样电阻的两端均分别焊接在两块金属板上，且五十六个采样电阻呈矩形阵列分布在两块金属板之间；采样电阻的电流信号输入端和电流信号输出端分别位于两块金属板上，且采样电阻的输入电流经过五十六个阻值相同的电阻后输出；所述电流信号输出端所在的金属板上设有电压信号引出点，且所述电压信号引出点位于以该金属板中心为圆心的圆形区域内；

第二层结构5包括四个第一层结构4、四个一号放大器13和一号加法器6；四个第一层结构4的电流信号输入端相连接，且连接点作为第二层结构5的电流信号输入端；四个第一层结构4的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为第二层结构5的电流信号输出端和负向电压信号输出端；四个第一层结构4的电压信号引出点分别通过四个一号放大器13连接一号加法器6的四个输入端，一号加法器6的输出端作为第二层结构5的正向电压信号输出端；

第三层结构7包括五个第二层结构5、五个二号放大器8和二号加法器9；五个第二层结构5的电流信号输入端相连接，且连接点作为第三层结构7的电流信号输入端；五个第二层结构5的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为第三层结构7的电流信号输出端和负向电压信号输出端；五个第二层结构5的正向电压信号输出端分别通过五个二号放大器8连接二号加法器9的五个输入端，二号加法器9的输出端作为第三层结构7的正向电压信号输出端；

第四层结构包括三个第三层结构7、三个三号放大器10和三号加法器11；三个第三层结构7的电流信号输入端相连接，且连接点作为所述采样单元1的电流信号输入端；三个第三层结构7的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为所述采样单元1的电流信号输出端和负向电压信号输出端，且该负向电压信号输出端接地；三个第三层结构7正向电压信号输出端分别通过三个三号放大器10连接三号加法器11的三个输入端，三号加法器11的输出端用于输出采样单元1采集到的信号。

如图1所示，采样单元1的采样电流信号端连接同相放大器2的同相输入端，同相放大器2的反相输入端同时连接一号电阻Ra的一端和二号电阻Rb的一端，一号电阻Ra的另一端接地，二号电阻Rb的另一端同时连接同相放大器2的输出端和每个电压跟随器3的输入端，每个电压跟随器3的输出端连接一个均流电阻R的一端，所有均流电阻R的另一端连接，连接点作为所述高精度大电流直流电流源的电流输出端。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种高精度大电流直流电流源的进一步限定，本实施方式中，所述电压跟随器3采用放大器实现。

如图1所示，同相放大器2的输出端同时连接每个电压跟随器3的同相输入端。对于每个电压跟随器3，其反相输入端同时连接其输出端和均流电阻R。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一和二所述的一种高精度大电流直流电流源的进一步限定，本实施方式中，每个均流电阻R与负载之间均连接一个过流保护装置12。

如图1所示，每个均流电阻R的一端连接电压跟随器3，另一端连接过流保护装置12的一端，所有流保护装置的另一端连接，连接点作为所述高精度大电流直流电流源的电流输出端。本实施方式中，所述过流保护装置12采用保险丝实现。

具体实施方式四：本实施方式是对实施方式一至三所述的一种高精度大电流直流电流源的进一步限定，本实施方式中，采用低通高阻RC滤波器对电源U进行滤波。

基准源高精度系统电路中，噪声是决定精度和稳定性的性能指标之一，选择合适的低通高阻RC滤波器可以减小和消除基准源的宽带热噪声。

具体实施方式五：本实施方式是对实施方式一至四所述的一种高精度大电流直流电流源的进一步限定，本实施方式中，所述圆形区域的半径为5mm。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一至五所述的一种高精度大电流直流电流源的进一步限定，本实施方式中，所述第一层结构4的56个采样电阻呈7行8列的矩阵排列。

Claims (6)

1.一种高精度大电流直流电流源，其特征在于，包括电源(U)、采样单元(1)、同相放大器(2)、多个电压跟随器(3)以及多个阻值相同的均流电阻(R)；

所述电源(U)用于为采样单元(1)供电，同相放大器(2)用于将采样单元(1)采集到的信号进行放大，并将放大后的信号分配到多个电压跟随器(3)中，电压跟随器(3)用于对输入的电压信号进行放大，每个电压跟随器(3)与负载之间连接一个均流电阻(R)；

采样单元(1)为多层结构：

其中第一层结构(4)包括56个阻值相同的采样电阻和两块相同的矩形金属板；每个采样电阻的两端均分别焊接在两块金属板上，且五十六个采样电阻呈矩形阵列分布在两块金属板之间；采样电阻的电流信号输入端和电流信号输出端分别位于两块金属板上，且采样电阻的输入电流经过五十六个阻值相同的电阻后输出；所述电流信号输出端所在的金属板上设有电压信号引出点，且所述电压信号引出点位于以该金属板中心为圆心的圆形区域内；

第二层结构(5)包括四个第一层结构(4)、四个一号放大器(13)和一号加法器(6)；四个第一层结构(4)的电流信号输入端相连接，且连接点作为第二层结构(5)的电流信号输入端；四个第一层结构(4)的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为第二层结构(5)的电流信号输出端和负向电压信号输出端；四个第一层结构(4)的电压信号引出点分别通过四个一号放大器(13)连接一号加法器(6)的四个输入端，一号加法器(6)的输出端作为第二层结构(5)的正向电压信号输出端；

第三层结构(7)包括五个第二层结构(5)、五个二号放大器(8)和二号加法器(9)；五个第二层结构(5)的电流信号输入端相连接，且连接点作为第三层结构(7)的电流信号输入端；五个第二层结构(5)的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为第三层结构(7)的电流信号输出端和负向电压信号输出端；五个第二层结构(5)的正向电压信号输出端分别通过五个二号放大器(8)连接二号加法器(9)的五个输入端，二号加法器(9)的输出端作为第三层结构(7)的正向电压信号输出端；

第四层结构包括三个第三层结构(7)、三个三号放大器(10)和三号加法器(11)；三个第三层结构(7)的电流信号输入端相连接，且连接点作为所述采样单元(1)的电流信号输入端；三个第三层结构(7)的电流信号输出端相连接，且连接点同时作为所述采样单元(1)的电流信号输出端和负向电压信号输出端，且该负向电压信号输出端接地；三个第三层结构(7)正向电压信号输出端分别通过三个三号放大器(10)连接三号加法器(11)的三个输入端，三号加法器(11)的输出端用于输出采样单元(1)采集到的信号。

2.根据权利要求1所述的一种高精度大电流直流电流源，其特征在于，所述电压跟随器(3)采用放大器实现。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度大电流直流电流源，其特征在于，每个均流电阻(R)与负载之间均连接一个过流保护装置(12)。

4.根据权利要求1所述的一种高精度大电流直流电流源，其特征在于，采用低通高阻RC滤波器对电源(U)进行滤波。

5.根据权利要求1所述的一种高精度大电流直流电流源，其特征在于，所述圆形区域的半径为5mm。

6.根据权利要求1所述的一种高精度大电流直流电流源，其特征在于，所述第一层结构(4)的56个采样电阻呈7行8列的矩阵排列。