CN211348397U - 一种便携式开路电压和短路电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式开路电压和短路电流检测装置，包括控制模块、主电路模块，主电路模块包括电阻R1、R2、R3、R4以及电容C1，主电路模块的接线端子A、B用于连接在被测电器设备两端，电阻R1、R2串接后并联接线端子A、B两端，Q1的源极和漏极分别并联在接线端子A、B两端，Q2的源极通过电阻R3连接Q1的源极，Q2的漏极连接开关管Q1的漏极，电容C1与电阻R4串联后并联在接线端子A、B两端，电压采集模块的输入端连接电阻R1、R2之间，电流采集模块采集流过电阻R4的电流，控制模块的输入端分别连接电压采集模块和电流采集模块，控制模块的输出端分别连接Q1的栅极、Q2的栅极以及显示器。本方案测量方便快捷，而且可以自动进行测量显示。

Description

一种便携式开路电压和短路电流检测装置

技术领域

本实用新型涉及电参量的检测领域，特别涉及郑一泓便携式的用于检测开路电压和短路电流的检测装置。

背景技术

开路电压和短路电流是电路分析理论里面两个重要的概念和物理量，在戴维南定理验证和太阳能电池伏安特性测量等多个场合被广泛的需要和测量。

传统的电路模块或电器设备的开路电压和短路电流的测量方法是通过万用表来完成的。电路模块或电器设备分别处于开路状态和短路状态时，用万用表测量其开路电压和短路电流。在这个过程中，所有的操作都需要人工来完成，当电压或电流比较大时，容易造成设备损坏的同时也使人易于发生触电事故，同时测量的精度也容易受人为影响。

因此，随着各种电力设备和电器设备在人们工作和生活中越来越得到广泛的应用，提供一种便携式、成本低和测量精度高的开路电压和短路电流的检测装置是现有技术需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种便携式开路电压和短路电流检测装置，达到自动检测开路电压和短路电流的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种便携式开路电压和短路电流检测装置，包括控制模块、主电路模块、电压采集模块、电流采集模块，所述主电路模块包括电阻R1、R2、R3、R4以及电容C1，主电路模块的接线端子A、B用于连接在被测电器设备两端，电阻R1、R2串接后并联接线端子A、B两端，开关管Q1的源极和漏极分别并联在接线端子A、B两端，开关管Q2的源极通过电阻R3连接Q1的源极，开关管Q2的漏极连接开关管Q1的漏极，电容C1与电阻R4串联后并联在接线端子A、B两端，所述电压采集模块的输入端连接电阻R1、R2之间，电流采集模块采集流过电阻R4的电流，所述控制模块的输入端分别连接电压采集模块和电流采集模块，所述控制模块的输出端分别连接Q1的栅极、Q2的栅极以及显示器。

所述控制模块包括单片机以及启动按钮，所述启动按钮与单片机的输入输出I/O口连接，用于输入测量启动信号。

所述单片机与电源连接，所述电源包括USB接口电源或电池。

所述电压采集模块包括运算放大器U1A以及电阻R5、R6构成的反比例运算电路，运算放大器U1A的同相输入端连接电压采集端，反相输入端经电阻R5、电容C2后与同相输入端连接，在电容R2和电阻R5之间引出端子接地；运算放大器U1A的输出端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极经电容C3接地，二极管的阴极经电阻R6与同相输入端连接，在电容C3和二极管阴极之间引出电压输出端。

所述电流采集模块包括运算放大器U1B，流过电阻R4的电流经过电阻R7后输入端运算放大器U1B的同相输入端中，反相输入端经电阻R8、稳压管D3后与电阻R7的一端连接，R7的另一端连接同相输入端，电阻R8和稳压管D3之间接地；运算放大器的输出端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与控制模块的输入端连接，用于将电流数据发送给控制模块，所述二极管的阴极经电阻R9与运算放大器U1B的反相输入端连接。

所述开关管Q1、Q2采用MOS管。

本实用新型的优点在于：测量方便快捷，仅需要将接线端子A、B与待测电器设备连接后，然后自动进行测量，安全可靠方便；单片机和N沟道MOS管开关电路的应用，使得整个测量过程自动完成，不需要人工干预，保证了高电压、大电流场合下的人身安全性；低失调电压温漂的运算放大器和峰值保持电路的应用，保证了装置测量的精确性、可靠性和稳定性；USB电源或5V电池作为装置电源，保证了装置的便携性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型的结构原理框图；

图2为本实用新型的控制模块原理图；

图3为本实用新型主电路模块的电路图；

图4为本实用新型电压采集模块的电路示意图；

图5为本实用新型的电流采集模块的电路示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型包括控制模块、主电路模块、电压采集模块和电流采集模块等部分。被测电路模块或电器设备接入主电路模块输入端，然后通过控制模块的启动信号启动开路电压和短路电流的检测工作。控制模块接收到启动信号后，向主电路模块发出控制信号，控制主电路模块的电容充放电。主电路模块在充放电的同时，相应的电压信号和电流信号分别通过电压采样电阻和电流采样电阻传递给电压采样模块和电流采样模块。电压采样模块和电流采样模块分别对电压和电流信号进行适当放大和处理后，送给控制模块。控制模块对电压和电流信号进行模数转换后进行显示，从而完成整个测量过程。

图2为装置控制模块的结构框图，16位或32单片机作为系统控制核心芯片。启动按钮是整个测量过程的启动信号，通过此按钮触发开路电压和短路电流的每一次测量。S1和S2是单片机通过IO端口发给主电路的两个控制信号，以控制主电路的充放电操作，用于控制主电路中的Q1、Q2的栅极的导通与否。Voc和Isc是分别来自于电压采集模块和电流采集模块的输入信号，单片机通过片内或片外的模数转换器完成相应的模数转换后在显示模块上进行显示。5V电源来自于USB接口电源或电池。

图3为装置的主电路模块的电路图，由电阻R1、R2、R3和R4，N沟道MOS管Q1和Q2，以及电容C1组成。其具体电路结构为主电路模块包括电阻R1、R2、R3、R4以及电容C1，主电路模块的接线端子A、B用于连接在被测电器设备两端，电阻R1、R2串接后并联接线端子A、B两端，开关管Q1的源极和漏极分别并联在接线端子A、B两端，开关管Q2的源极通过电阻R3连接Q1的源极，开关管Q2的漏极连接开关管Q1的漏极，电容C1与电阻R4串联后并联在接线端子A、B两端，所述电压采集模块的输入端连接电阻R1、R2之间，电流采集模块采集流过电阻R4的电流。被测电路模块或电器设备接入A、B两端。为了保持装置的测量精度，R1的阻值为兆欧级别，R2为100千欧级别的电压采样电路，Vi是传递给电压采样模块的电压信号。R4是功率电流采样电阻，为了方便电压和电流信号之间的转换，其阻值可以取为1欧姆，Ii是传递给电流采样模块的电流信号。Q1以及R3和Q2构成了电容放电回路，在每次测量之前，S1和S2为高电平信号使得Q1和Q2饱和导通，这样电容C1两端没有电压。当装置启动测量时，控制模块先发出低电平信号S2使得R3和Q2所在支路断开，然后再发出低电平信号S1使得Q1所在的支路断开，此时被测电路模块或电器设备通过电阻R4向电容C1充电。由于在充电完成后电容C1的电压与被测电器设备的电压相同，在直流电路中等效为电阻无穷大的开路，此时与电容C1并联的R1、R2的电压即为开路电压，而根据串联分压原理在R1、R2之间引出接线后的电压为R2两端的电压，通过一定比例的转换后即为总的开路电压，这些可以通过采集电路或控制模块转换来实现，至于短路电流原理：由于每次测量前，Q1和Q2饱和导通使得电容C1两端电压为0，而功率电流采样电阻R4的阻值很小，可以忽略不计。因此，当装置启动测量的瞬间，此时的电流值最大，即为短路电流。随着电容C1两端电压越大，电流越小，直至为0。由此，通过测量开始瞬间的电流以及后面电压来作为短路电流和开路电压。

图4为装置电压采集模块的电路图，主要由运算放大器和电阻R5、R6构成反相比例运算电路组成，放大倍数根据需要取为1～5左右。其主要电路结构包括运算放大器U1A以及电阻R5、R6构成的反比例运算电路，运算放大器U1A的同相输入端连接电压采集端，反相输入端经电阻R5、电容C2后与同相输入端连接，在电容R2和电阻R5之间引出端子接地；运算放大器U1A的输出端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极经电容C3接地，二极管的阴极经电阻R6与同相输入端连接，在电容C3和二极管阴极之间引出电压输出端。电容C2的作用是滤波和稳压，把输入电压Vi的高频成分去除。二极管D1和电容C3构成峰值保持器，作用是把开路电压(所有电压中的最大值)维持在电容C3两端，便于控制模块的准确读取。二极管D1的阴极引出接线连接单片机的电压输入端I/O口，即为将电压数据传递至单片机中进行处理和控制显示器进行显示。该I/O口为AD采样口，采用具备AD采样口的单片机就不需要外部增加模数转换器电路。

图5为装置的电流采集模块的电路图，主要由运算放大器和电阻R8、R9构成反相比例运算电路组成，放大倍数根据需要取为1～5左右。电流采集模块包括运算放大器U1B，流过电阻R4的电流经过电阻R7后输入端运算放大器U1B的同相输入端中，反相输入端经电阻R8、稳压管D3后与电阻R7的一端连接，R7的另一端连接同相输入端，电阻R8和稳压管D3之间接地；运算放大器的输出端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与控制模块的输入端连接，用于将电流数据发送给控制模块，所述二极管的阴极经电阻R9与运算放大器U1B的反相输入端连接。稳压管D3和电阻R7构成保护电路，防止电压或电流过大损坏运算放大器。二极管D2构成峰值保持器，确保把短路电流(所有电流中的最大值)准确的传输给控制模块。电流采集模块的输出端为二极管D2的阴极输出，其输出端连接单片机的AD采样口，用于将模拟信号经采样后变成数字信号送入到单片机的CPU中进行处理后控制驱动显示器进行显示。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式开路电压和短路电流检测装置，其特征在于：包括控制模块、主电路模块、电压采集模块、电流采集模块，所述主电路模块包括电阻R1、R2、R3、R4以及电容C1，主电路模块的接线端子A、B用于连接在被测电器设备两端，电阻R1、R2串接后并联接线端子A、B两端，开关管Q1的源极和漏极分别并联在接线端子A、B两端，开关管Q2的源极通过电阻R3连接Q1的源极，开关管Q2的漏极连接开关管Q1的漏极，电容C1与电阻R4串联后并联在接线端子A、B两端，所述电压采集模块的输入端连接电阻R1、R2之间，电流采集模块采集流过电阻R4的电流，所述控制模块的输入端分别连接电压采集模块和电流采集模块，所述控制模块的输出端分别连接Q1的栅极、Q2的栅极以及显示器。

2.如权利要求1所述的一种便携式开路电压和短路电流检测装置，其特征在于：所述控制模块包括单片机以及启动按钮，所述启动按钮与单片机的输入输出I/O口连接，用于输入测量启动信号。

3.如权利要求2所述的一种便携式开路电压和短路电流检测装置，其特征在于：所述单片机与电源连接，所述电源包括USB接口电源或电池。

4.如权利要求1-3任一所述的一种便携式开路电压和短路电流检测装置，其特征在于：所述电压采集模块包括运算放大器U1A以及电阻R5、R6构成的反比例运算电路，运算放大器U1A的同相输入端连接电压采集端，反相输入端经电阻R5、电容C2后与同相输入端连接，在电容R2和电阻R5之间引出端子接地；运算放大器U1A的输出端与二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极经电容C3接地，二极管的阴极经电阻R6与同相输入端连接，在电容C3和二极管阴极之间引出电压输出端。

5.如权利要求1-3任一所述的一种便携式开路电压和短路电流检测装置，其特征在于：所述电流采集模块包括运算放大器U1B，流过电阻R4的电流经过电阻R7后输入端运算放大器U1B的同相输入端中，反相输入端经电阻R8、稳压管D3后与电阻R7的一端连接，R7的另一端连接同相输入端，电阻R8和稳压管D3之间接地；运算放大器的输出端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与控制模块的输入端连接，用于将电流数据发送给控制模块，所述二极管的阴极经电阻R9与运算放大器U1B的反相输入端连接。

6.如权利要求1-3任一所述的一种便携式开路电压和短路电流检测装置，其特征在于：所述开关管Q1、Q2采用MOS管。

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