CN207301276U - 多量程多工位的高精度电流信号源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多量程多工位的高精度电流信号源电路。本实用新型采用电流互感器隔离阵列、量程选择和电流比例运放调理电路对高精度三相标准源发出的单工位电流信号进行处理。首先，利用电流互感器隔离阵列将单工位的电流信号源分成五工位的电流信号源（可配置工位数量的多少取决于三相标准源单相所发出的最大功率，本实用新型设计以实际应用中的五工位为例）；其次，通过继电器的切换，对五工位的电流信号可进行大小量程选择；最后，通过电流比例运放调理电路的调制，保证了五工位电流信号的一致性、高线性度及高精度的特征。本实用新型将检测装置的工作效率提高了五倍，并有效保证了被测产品质量检测的效能，降低了生产成本，具有现实的使用价值。

Description

多量程多工位的高精度电流信号源电路

技术领域

本实用新型涉及的是一种检测技术领域的电路，应用于智能开关电器件的检测，具体地说，是为智能开关电器提供一种多量程多工位的高精度电流信号源电路，用以检测智能开关电器的保护功能在实际应用中能否正常工作。

背景技术

对于智能开关电器产品的质量检测，如CW系列断路器、CM系列脱扣器等，需要对其接通、分断电力系统功能及对设备出现过载、欠压、短路和接地故障等各种故障的保护控制功能进行出厂检测。检测装置需要提供各种模拟电压、电流信号输入智能开关电器产品中，以检验其功能是否正常。但是传统的检验方式只能以单人单工位方式，对于大批量的智能开关电器产品检测存在效率低、检测精度低及误检率高的缺点。

实用新型内容

．实用新型目的。

本实用新型为了解决现有技术中无法实现同时对智能开关电器产品多工位进行高效率检测的问题，从而提出并设计了一种多量程多工位的高精度电流信号源电路，并在实际应用中提高了检测效率及精度。

．本实用新型所采用的技术方案。

本实用新型提出并设计的一种多量程多工位的高精度电流信号源电路，包括电流互感器隔离阵列电路、量程选择电路和电流比例运放调理电路；外接三相标准源发出电流输入所述的电流互感器隔离阵列电路，电流互感器隔离阵列电路输出A、B、C、N四相电流信号，每一相分为五路电流信号分别连接量程选择电路，量程选择电路再连接电流比例运放调理电路，最终输出。

更进一步具体实施方式中，所述的电流互感器隔离阵列输出A、B、C、N四相电流互感器隔离阵列电流信号，每一相的电流信号分为五工位，每个工位采用电流互感器，五工位电流互感器输入端串联，输出端分别连接一个量程选择电路，每个量程选择电路分别和一个电流比例运放调理电路相连。

更进一步具体实施方式中，电流互感器隔离阵列的A相、B相、C相的输入端通过三个继电器J1、J3、J4分别与三相标准源A相、B相、C相输入端相连（电路如图1所示），每个继电器的作用是保证A相、B相、C相的电流发出能够受上位机软件程序控制，根据需要来选择连通或断开。电流互感器隔离阵列的N相的输入端通过一个继电器J2与三相标准源A相输入端相连。这里需要说明：A相电流和N相电流产生电路复用三相标准源的A相输出端口，A相电流和N相电流产生电路不能同时工作，即J1、J2在检测过程中不能同时闭合，正常检测流程是先通A、B、C三相电流，再打开J1，闭合J2，单独通N相电流；

更进一步具体实施方式中，所述的电流比例运放调理电路和所述量程选择电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11，可调电阻R9、R12，电容C，继电器J5，功放芯片U1和电源，功放芯片U1为LM3886型号规格，所述量程选择电路分为大量程选择电路和小量程选择电路；

其中小量程选择电路由R11、R12串联后与R10并联，通过触点1与量程选择继电器的常闭触点2连通；大量程选择电路由R8、R9并联后与R7串联，通过触点与量程选择继电器的常开触点3连通；

量程选择继电器的触点1连接每个工位的输入端，同时依次连接电阻R1、电阻R4，并接入芯片U1的10脚，R4的另一端与R6、输出OUT端连接R1另一端与管脚10相连；

R8、R9、R10、R12的另一端分别连接每个工位的输出端，同时依次连接电阻R2、电阻R3，并接入功放芯片U1的3脚，R3的另一端与R6、输出OUT端连接；R1另一端与管脚9相连。

更进一步具体实施方式中，功放芯片U1的1脚连接外部直流电源的+24V，U1的2脚置空，U1的3脚连接电阻R6、R3，U1的4脚连接外部直流电源的-24V，U1的5脚连接外部直流电源的+24V，U1的6脚置空，U1的7脚连接电容C并接地，电容C的另一端与芯片U1的8脚、电阻R5连接，电阻R5的另一端与外部直流电源的-24V连接，U1的8脚与电容C、电阻R5连接，U1的9脚与电阻R2、R3连接，U1的10脚与电阻R1、R4连接，U1的11脚置空。

更进一步具体实施方式中，所述的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11为锰铜丝电阻。

更进一步具体实施方式中，多量程多工位的高精度电流信号源电路的输出端直接连接五工位的被测产品。

．本实用新型所产生的技术效果。

（1）本实用新型通过电流互感器隔离阵列电路，可以实现多工位多量程的检测。

（2）本实用新型通过电流互感器隔离阵列电路和量程选择电路的大小量程电路的设置，既可保证电流信号的一致性，同时又进一步拓展了多量程测量的方式。

（3）本实用新型通过电流比例运放调理电路可以适应性的调节电流互感器隔离阵列电路和量程电路输出的电流，应用范围更广。

（4）本实用新型由于多工位分别连接量程选择电路，电流输出信号完全独立隔离，实现的多工位相互隔离、具有温度补偿、抗电磁干扰等特性。

（5）本实用新型电流互感器隔离阵列电路中的同相五个电流互感器串联，可实现三相标准源单相电流的同相分路作用（分为五工位），通过后续五路中的电流比例运放调理电路的作用，可实现同相五路产生电流的一致性和线性度，保证了五工位产品的输入测试电流的检测一致性。根据产品的检测精度要求（误差不能超过千分之五），在实际应用中，已经实现并能够满足设计要求。

综上所述本实用新型用于多工位产品测试领域能进一步提高检验系统的可靠性和测试精度，提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1 是本实用新型的电流互感器隔离阵列电路图；

图2 是本实用新型的量程选择电路和电流比例运放调理电路图。

图3 是本实用新型的逻辑结构图。

具体实施方式

1．如图3所示，本实用新型提出的一种多量程多工位的高精度电流信号源电路，包括电流互感器隔离阵列电路、量程选择电路和电流比例运放调理电路；外接三相标准源发出电流输入所述的电流互感器隔离阵列电路，电流互感器隔离阵列电路输出A、B、C、N四相电流信号，每一相分为五路电流信号分别连接量程选择电路，量程选择电路再连接电流比例运放调理电路，最终输出。通过多个工位及多量程的设置，提高了产品的检测效率和精度。

2．关键组件模块的具体实施：电流互感器隔离阵列。

本实用新型所述的电流互感器隔离阵列电路由A、B、C、N四相电流源电路组成。其中：

（1）A相电流源正极端由三相标准源电流+ia端子产生，通过继电器J1与五个电流互感器A1、A2、A3、A4、A5相互串联，负极端连接三相标准源电流-ia端子。

（2）B相电流源正极端由三相标准源电流+ib端子产生，通过继电器J3与五个电流互感器B1、B2、B3、B4、B5相互串联，负极端连接三相标准源电流-ib端子。

（3）C相电流源正极端由三相标准源电流+ic端子产生，通过继电器J4与五个电流互感器C1、C2、C3、C4、C5相互串联，负极端连接三相标准源电流-ic端子。

（4）N相电流源正极端由三相标准源电流+ia端子产生，通过继电器J2与五个电流互感器N1、N2、N3、N4、N5相互串联，负极端连接三相标准源电流-ia端子。

如图1所示，本实用新型所述的电流互感器隔离阵列由A、B、C、N四相五工位共计20个电流互感器组成，每列中电流互感器的各个输入端串联连接，各个输出端接量程选择电路和电流比例运放调理电路。

电流互感器隔离阵列的A相、B相、C相的输入端通过三个继电器J1、J3、J4分别与三相标准源A相、B相、C相输入端相连，每个继电器的作用是保证A相、B相、C相的电流发出能够受上位机软件程序控制，根据需要来选择连通或断开。电流互感器隔离阵列的N相的输入端通过一个继电器J2与三相标准源A相输入端相连。

这里需要说明：A相电流和N相电流产生电路复用三相标准源的A相输出端口，A相电流和N相电流产生电路不能同时工作，即J1、J2在检测过程中不能同时闭合，正常检测流程是先通A、B、C三相电流，再打开J1，闭合J2，单独通N相电流；

所述的电流互感器隔离阵列输出A、B、C、N四相电流互感器隔离阵列电流信号，每一相的电流信号分为五工位，每个工位采用电流互感器，五工位电流互感器输入端串联，输出端分别连接一个量程选择电路，每个量程选择电路分别和一个电流比例运放调理电路相连。多量程多工位的高精度电流信号源电路的输出端直接连接五工位的被测产品。20个电流互感器的作用时每5个电流互感器进行串联，将三相标准源的某一单向电流分成五路同相电流；一共需要A、B、C、N四相产生电路，所以共需要20个电流互感器组成电流隔离阵列。

这里需要说明的是：该电流互感器隔离阵列是关键组件模块，目前市面上多通道（5通道以上的高精度电流源）电流源器件少，且价格昂贵，通道数不易扩展。本实用新型设计利用专门定制的高精度电流互感器（转换比为1A：20mA，精度为万分之五），将三相标准源单相电流（精度为万分之二）成功分为五路电流通道，关键技术涉及电路的接线方式、温度补偿等。对于五路输出电流的一致性，由于20个电流互感器不可能参数完全一致，势必造成一个工位上五路电流参数有一定的误差，根据设计的要求，产品的输入电流精度不能超过千分之五，还需要后续电路配置电流比例运放电路。3．关键调理电路的具体实施：电流比例运放调理电路和所述量程选择电路。

（1）作用

① 电流比例运放调理电路的作用：将电流互感器隔离陈列输入的五路电流进行一致性调节，使得一个工位上的五路电流几乎保持一致，且误差不超过千分之五。并且通过调节改变电流比例运放调理电路的输入电阻Ri，可以放大输出电流，达到产品的测试量程范围的需求，产品的输入电流范围为2mA~800mA之间。

② 量程选择电路是为了配合电流比例运放调理电路而设置的，大小量程其实改变的就是输入电阻Ri，大量程的电流运放倍数为7.5倍，小量程为1.5倍，将产品的输入电流范围2mA~800mA，分为两个区间段，即2mA~150mA（小量程）范围段和100mA~800mA（大量程）范围段，两个范围段有交集，从而保证输入产品的电流在各自区间段内有良好的一致性、线性度和灵敏度。

（2）如图2所示，以一工位的A相电流为例，说明电流比例运放调理电路和量程选择电路的连接方式及工作模式。

① 核心功放芯片U1的连接方式及工作模式：电阻R1与电阻R4、功放芯片U1（LM3886）的10脚连接，R4的另一端与R6、输出OUT端连接。R6的另一端与U1的3脚、电阻R3连接，电阻R3的另一端与R2、U1的9脚连接，R2的另一端与-ia1连接。U1的1脚连接外部直流电源的+24V，U1的2脚置空，U1的3脚连接电阻R6、R3，U1的4脚连接外部直流电源的-24V，U1的5脚连接外部直流电源的+24V，U1的6脚置空，U1的7脚连接电容C并接地，电容C的另一端与U1的8脚、电阻R5连接，电阻R5的另一端与外部直流电源的-24V连接，U1的8脚与电容C、电阻R5连接，U1的9脚与电阻R2、R3连接，U1的10脚与电阻R1、R4连接，U1的11脚置空。该部分电路为电流比例运放调理电路，U1为LM3886型号规格。本实用新型所述的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11为锰铜丝电阻。

功放芯片U1具有输出功率大（连续输出功率68W）、失真度小（总失真加噪声<0.03%）、保护功能（包括过压保护、过热保护、电流限制、温度限制、开关电源时的扬声器冲击保护、静噪功能）齐全，外围元件少，制作调试容易，工作稳定可靠。在本实用新型电路设计中，是用于电流的放大的关键器件。外围平衡电阻R1=R2，R3=R4选型后，功放芯片U1放大电流的倍数Ai=Ri / Ro，其中，Ri为输入端大、小量程的电阻值，Ro为输出端R6的电阻值。

② 小量程选择电路的连接方式及工作模式：+ia1与电阻R1及继电器J5的1触头相连，继电器J5的常闭触头2与电阻R10、R11的一端连接，可调电阻R12与电阻R11的另一端连接，即R11与R12串联后再与R10并联，电阻R10与可调电阻R12的另一端与-ia1连接，该部分电路为小量程选择电路。

根据小量程电路的串并联关系及功放芯片U1的放大电流倍数的输入输出关系，可以得到小量程的电流比例调节倍数为：

③ 大量程选择电路的连接方式及工作模式：继电器J5的常开触头3与电阻R7连接，R7的另一端与电阻R8、可调电阻R9同时连接，电阻R8与可调电阻R9的另一端与-ia1连接，该部分电路为大量程选择电路。

根据大量程电路的串并联关系及功放芯片U1的放大电流倍数的输入输出关系，可以得到大量程的电流比例调节倍数为：

通过调节相应的可调电阻R12、R9的阻值，不但可以调节输出电流的大小范围，而且可以保证五工位输出电流的一致性、线性度和灵敏度。

4．本实用新型所述的一种多量程多工位的高精度电流信号源电路的输出端直接连接五工位的被测产品。

5．本实用新型所述的多工位（多通道）技术不是单纯的电流分路原理，关键技术涉及隔离、温度补偿、抗电磁干扰，其优点为高精度、成本低、工位（通道）数量可扩展。

6．本实用新型所述的多量程技术不是单纯的串并联电路原理，而是从实际应用出发，为了保证测试产品输入电流的一致性、线性度和灵敏度，进行输出电流区间段分离。选择可调电阻的阻值为10欧姆，电路设计中，将其与阻值R8=1欧姆（小量程），R10=1欧姆（大量程）的电阻相并联，使得可调范围在0~1欧姆之间，适合电流的细微调节，从而保证电流的一致性。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多量程多工位的高精度电流信号源电路，包括电流互感器隔离阵列电路、量程选择电路和电流比例运放调理电路；外接三相标准源发出电流输入所述的电流互感器隔离阵列电路，其特征在于：电流互感器隔离阵列电路输出A、B、C、N四相电流信号，每一相分为五路电流信号分别连接量程选择电路，量程选择电路再连接电流比例运放调理电路，最终输出。

2.根据权利要求1所述的多量程多工位的高精度电流信号源电路，其特征在于：所述的电流互感器隔离阵列输出A、B、C、N四相电流互感器隔离阵列电流信号，每一相的电流信号分为五工位，每个工位采用电流互感器，五工位电流互感器输入端串联，输出端分别连接一个量程选择电路，每个量程选择电路分别和一个电流比例运放调理电路相连。

3.根据权利要求1所述的多量程多工位的高精度电流信号源电路，其特征在于：电流互感器隔离阵列的A相、B相、C相的输入端分别通过一个继电器与三相标准源A相、B相、C相输入端相连，A相、B相、C相的输出端分别通过一个继电器与三相标准源A相、B相、C相输出端相连，其特征在于：电流互感器隔离阵列的N相的输入端通过一个继电器与三相标准源A相输入端相连，电流互感器隔离阵列的N相的输出端与三相标准源A相输出端相连。

4.根据权利要求2所述的多量程多工位的高精度电流信号源电路，其特征在于：所述的电流比例运放调理电路和所述量程选择电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11，可调电阻R9、R12，电容C，继电器J5，功放芯片U1和电源，功放芯片U1为LM3886型号规格，所述量程选择电路分为大量程选择电路和小量程选择电路；

其中小量程选择电路由R11、R12串联后与R10并联，通过量程选择继电器触点1与其常闭触点2连通；大量程选择电路由R8、R9并联后与R7串联，通过量程选择继电器触点1与其常开触点3连通；

量程选择继电器的触点1连接每个工位的输入端，同时依次连接电阻R1、电阻R4，并接入功放芯片U1的10脚，R4的另一端与R6、输出OUT端连接R1另一端与管脚10相连；

R8、R9、R10、R12的另一端分别连接每个工位的输出端，同时依次连接电阻R2、电阻R3，并接入功放芯片U1的3脚，R3的另一端与R6、输出OUT端连接；R1另一端与管脚9相连。

5.根据权利要求4所述的多量程多工位的高精度电流信号源电路，其特征在于：功放芯片U1的1脚连接外部直流电源的+24V，U1的2脚置空，U1的3脚连接电阻R6、R3，U1的4脚连接外部直流电源的-24V，U1的5脚连接外部直流电源的+24V，U1的6脚置空，U1的7脚连接电容C并接地，电容C的另一端与U1的8脚、电阻R5连接，电阻R5的另一端与外部直流电源的-24V连接，U1的8脚与电容C、电阻R5连接，U1的9脚与电阻R2、R3连接，U1的10脚与电阻R1、R4连接，U1的11脚置空。

6.根据权利要求4所述的多量程多工位的高精度电流信号源电路，其特征在于所述的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R10、R11为锰铜丝电阻。

7.根据权利要求1所述的多量程多工位的高精度电流信号源电路，其特征在于：高精度电流信号源电路的输出端直接连接五工位的被测产品。