CN217981614U - 一种交直流电流传感器的多功能适配装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种交直流电流传感器的多功能适配装置，包括电源单元、电流传感器接口和电流信号输出接口；所述电源单元包括依次连接的多源交直流供电模块、电压比较选通电路、以及三级电压转换模块；所述多源交直流供电模块用于提供多种直流电压电源，通过所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块、第二电压转换模块转换后，再经功率放大模块进行功率放大，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；再由电流传感器接口为交直流电流传感器供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流后，再输入数字电路进行后续处理，便于测量交直流电流传感器的多种数据，实现多种功能。

Description

一种交直流电流传感器的多功能适配装置

【技术领域】

本实用新型涉及交直流电流传感器领域，具体是一种交直流电流传感器的多功能适配装置。

【背景技术】

交直流电流传感器有很多种，例如宽频大电流传感器、精密交直流电流传感器等，一般都需要电源供电。

宽频大电流传感器在高铁、舰船和电力领域应用广泛。如：高铁供电线路需要使用谐波电流传感器监测供电质量，机车需装备宽频大电流传感器监测电机运行状况，保证运行安全。大型舰船都装备有直流、交流两套动力系统，宽频大电流传感器用于监测和控制武器系统及动力续航能力。在高压直流输电和柔性输电系统中，宽频大电流传感器这种直流电流测量装置是重要的一次设备，为控制系统提供直流、谐波电流信息，从而实现直流输电系统的各种运行方式。由直流电流测量装置本身带来的测量问题将可能引起直流输电系统的单极闭锁甚至系统停运。

精密交直流电流传感器是测量电流的专用仪器，以其高准确度、极好的测量线性度、宽频率带宽、极低的温漂、输出低噪声等特点，在大电流的精密测量领域得到广泛应用。国内外检测精密交直流的电流传感器一般是基于零磁通原理实现的。零磁通传感器的基本结构是由双铁芯磁调制式电流比较仪和交流电流比较仪结合而成，利用反馈补偿技术保证主铁芯安匝自动平衡，从而实现交直流闭环稳定测量。零磁通电流传感器，主要包括三个铁芯，四个绕组线圈(励磁绕组两个、反馈绕组、补偿绕组)，零磁通检测器，放大电路及输出电路组成。两个励磁绕组中铁芯为截面积和磁路长度相等的同一种磁性材料，被测电流通过初级绕组与所有铁芯相连。

直流检测工作在铁芯的零磁通状态，采用双铁芯的磁调制技术来检测安匝平衡进而完成直流比例的测量。激励绕组的两个同名端相连，即反串相接，保证其中一个铁芯上的直流信号绕组和交流激磁绕组产生的磁通方向一致，而另一个铁芯上产生的磁通方向恰好相反。电路采用峰差解调，因其理论上能够检测出全部偶次谐波，故比相敏解调具有更高的检测灵敏度。反馈网络接回比例绕组中构成一定的反馈形式，从而获得稳定的增益。当被测直流电流Ip流经初级绕组时，在两个励磁铁芯上产生直流磁通，该直流磁通将使其中一个磁通量增加，另一个磁通量减小，利用磁芯的导磁率的非线性特性通过电路检测出两线圈的磁化电流在任意半周期内面积和，该面积和随Ip的变化而单调变化，因此该面积和就是直流电流Ip的检出信号值。此信号经放大后产生补偿电流Ic，补偿电流反馈到补偿线圈，以抵消由Ip在两个励磁铁芯上产生的磁通，使两个励磁铁芯上的磁通的直流分量趋于0，从而使检出信号值减小，结果使Ip、Ic在两个励磁铁芯上产生的磁通量达到平衡。通过输出电阻R测量出Ic，即可得到被测电流Ip。

当被测交流电流Ip流经初级绕组时，直接反馈绕组感应出感生电压信号输入到放大器的输入端，同样产生补偿电流Ic，来抵消Ip在两个励磁铁芯上产生的磁通，使两个励磁铁芯上的磁通量达到平衡，从而得到Ip。

因此，交直流电流传感器一般需要电源供电，然而，目前没有专门为这类传感器供电的通用型适配装置，以适应大部分交直流电流传感器的供电，导致无法保证供电电源质量，从而在一定程度上影响电流传感器的准确度，仅为少数的国外品牌的传感器有专门设置一个专用适配器辅助供电，但这种专用适配器无法适应大部分传感器使用，造成传感器的成本提升，显然很难实现低成本使用。而且交直流电流传感器常规的输出信号为与被测电流具有一定比例关系的二次小电流，目前这类传感器也没有专门引出二次小电流以便于测量，这类传感器一般只设置了一个DB9接口，无论是供电还是为了测量二次小电流时只能通过连接DB9接口的部分针脚进行，如图1所示，DB9接口共有9个针脚，第5、第9、第4针脚用于连接电源供电，第6和第1针脚则用于引出二次小电流，但各针脚的间距较小，连接操作困难，而且由于电流无法直接测量，因此还需将二次小电流引入电流转换成电压的模块连接进行测量，导致使用不便。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种交直流电流传感器的多功能适配装置，作为交直流电流传感器的配套产品，其内部集成的电源模块为市面上大部分主流传感器提供高稳定、低纹波的工作电源，保证电流传感器的准确度，同时通过设置专门的接口引出传感器的二次测量电流后再输入数字电路进行后续处理，便于测量应用，实现多种功能。

第一方面，本实用新型提供一种交直流电流传感器的适配装置，包括电源单元，电流传感器接口，电流信号输出接口，I-V变换模块，电压信号输出接口，控制开关，ADC单元，MCU单元以及控制显示模块；

所述电源单元包括依次连接的多源交直流供电模块、电压比较选通电路、第一电压转换模块、第二电压转换模块、功率放大模块、第三电压转换模块；所述多源交直流供电模块用于提供多种直流电压电源，通过所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块转换为第一电压，然后经第二电压转换模块转换为第二电压，再经所述功率放大模块进行功率放大后，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；且所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压逐级升高；

所述电流传感器接口分别连接所述第三电压转换模块和交直流电流传感器，用于将第三电压输入所述交直流电流传感器进行供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流至所述控制开关，所述控制开关分别连接电流信号输出接口和所述I-V变换模块，所述I-V变换模块还连接电压信号输出接口；

所述I-V变换模块还依次连接所述ADC单元、所述MCU单元和控制显示模块。

第二方面，本实用新型提供一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：包括一个多源交直流外接供电模块、至少两个锂电池供电模块、至少两个电压比较选通电路、至少两个电源转换通路、至少两个电流传感器接口、至少两个电流信号输出接口、至少两个I-V变换模块、至少两个电压信号输出接口以及至少两个控制开关，一个ADC单元，一个MCU单元以及一个控制显示模块；

任一所述电源转换通路包括依次连接的一个第一电压转换模块、一个第二电压转换模块、一个功率放大模块和一个第三电压转换模块；

所述多源交直流外接供电模块连接所有的电压比较选通电路；

所述锂电池供电模块、所述电压比较选通电路以及所述电源转换通路依次一一对应连接；

所述多源交直流外接供电模块和所述锂电池供电模块用于提供多种直流电压电源，通过对应的所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块转换为第一电压，然后经第二电压转换模块转换为第二电压，再经所述功率放大模块进行功率放大后，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；且所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压逐级升高；

任一所述电流传感器接口分别对应连接一所述第三电压转换模块和一所述交直流电流传感器，用于将第三电压输入所述交直流电流传感器进行供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流至对应的所述控制开关，所述控制开关分别连接对应的所述电流信号输出接口和对应的所述I-V变换模块，所述I-V变换模块还连接对应的所述电流信号输出接口；

所有所述I-V变换模块还依次连接所述ADC单元、所述MCU单元和所述控制显示模块。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供多种交直流供电模式(包括外接市电供电、外接5V直流电源接口、本地的锂电池供电)，从而可适应市面上大部分的交直流电流传感器以及大部分使用场合，且这些供电电源经至少三级电压转换模块的转换以及一级功率放大，逐级提升电压，从而得到高稳定、低纹波的工作电源，保证了交直流电流传感器的准确度；且通过电流传感器接口，在为交直流电流传感器供电的同时，也将二次测量电流引至适配装置，同时在适配装置上设置电流信号输出接口，便于外接测试设备连接测试。且经引出的二次测量电流一方面经I-V变换模块转换为电压数据，以便后续电压模拟信号的测量；另一方面还输入数字电路进行后续处理，既方便于与功率分析仪电流输入端子或电流表计直接相连，也方便于与电压表或数据采集系统相连，便于测量交直流电流传感器的多种数据，实现多种功能，大大方便了测量。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是传感器上DB9接口及连接信号示意图。

图2是本实用新型实施例一交直流电流传感器的适配装置的电路结构示意图。

图3是本实用新型实施例一交直流电流传感器的适配装置的接口示意图。

图4是本实用新型实施例一使用状态的连接示意图。

图5是本实用新型实施例一DB9接口的连接示意图。

图6是本实用新型实施例二交直流电流传感器的适配装置的电路结构示意图。

图7是本实用新型实施例二交直流电流传感器的适配装置的接口示意图。

图8是本实用新型实施例二使用状态的连接示意图。

图9是本实用新型实施例二使用状态的连接示意图。

【具体实施方式】

本实用新型实施例通过提供一种交直流电流传感器的多功能适配装置，作为交直流电流传感器的配套产品，其内部集成的电源模块为市面上大部分主流传感器提供高稳定、低纹波的工作电源，同时引出传感器的二次测量电流，便于测量。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：提供多种交直流供电模式(包括外接市电供电、外接5V直流电源接口、本地的锂电池供电)，从而可适应市面上大部分的交直流电流传感器以及大部分使用场合，且这些供电电源经至少三级电压转换模块的转换以及一级功率放大，逐渐提升电压，得到高稳定、低纹波的工作电源，保证了交直流电流传感器的准确度；且通过设置专门电流传感器接口，实现在为交直流电流传感器供电的同时，也将二次测量电流引至适配装置上的电流信号输出接口，便于外接测试设备连接测试，且经引出的二次测量电流一方面经I-V变换模块转换为电压数据，以便测试电压数据；另一方面还输入数字电路进行后续处理，便于测量交直流电流传感器的多种数据，实现多种功能。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

请参阅图2至图5所示，本实施例的交直流电流传感器的适配装置，包括电源单元，电流传感器接口，电流信号输出接口，I-V变换模块，电压信号输出接口，控制开关，ADC单元，MCU单元以及控制显示模块；

所述电源单元包括依次连接的多源交直流供电模块、电压比较选通电路、第一电压转换模块、第二电压转换模块、功率放大模块、第三电压转换模块；所述多源交直流供电模块用于提供多种直流电压电源，通过所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块转换为第一电压，然后经第二电压转换模块转换为第二电压，再经所述功率放大模块进行功率放大后，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；且所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压逐级升高；

所述电流传感器接口分别连接所述第三电压转换模块和交直流电流传感器，用于将第三电压输入所述交直流电流传感器进行供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流至所述控制开关，所述控制开关分别连接电流信号输出接口和所述I-V变换模块，所述I-V变换模块还连接电压信号输出接口；

所述I-V变换模块还依次连接所述ADC单元、所述MCU单元和控制显示模块。

其中，所述电流传感器接口为电压输出和电流输入二合一的DB9接口；如图5所示，所述电压输出和电流输入二合一的DB9接口指将电源输出接口和电流信号输入接口均设在DB9接口中，使DB9接口同时具有电压输出和电流输入的功能，当然本发明不限于DB9接口，也可以是其他接口，具体根据交直流电流传感器预留的接口决定。

所述多源交直流供电模块包括外接市电交流电源接口、第四电压转换模块、外接5V直流电源接口，+3.7V～+4.2V锂电池模块、电池电量监测模块和电池充电模块；所述外接市电交流电源接口通过所述第四电压转换模块转换为直流+5V电压信号后连接所述电压比较选通电路，所述第四电压转换模块将外接市电交流电源转换为直流+5V电压信号；所述外接5V直流电源接口和所述+3.7V～+4.2V锂电池模块连接所述电压比较选通电路；且所述3.7V～4.2V锂电池模块还分别连接所述电池电量监测模块和所述电池充电模块，所述电池充电模块还连接所述第四电压转换模块和所述外接5V直流电源接口；

有了外接市电交流电源接口，则根据现场环境，直接从220V市电中取电，外接5V直流电源接口可由目前通用性较好的Type-C接口来实现，则可根据现场环境，直接取用外接5V直流电源。若使用环境不便于向外界取电，则选择装置内部的+3.7V～+4.2V锂电池模块进行供电。从而这种多源的供电方式大大丰富了取电场景，提高了传感器的环境适应性，满足不同复杂环境下的使用。且当使用外接市电交流电源接口或外接5V直流电源接口外接电源的同时还可通过电池充电模块对+3.7V～+4.2V锂电池充电。

所述第一电压转换模块可为PW5100芯片，主要用于将所述+3.7V～+4.2V锂电池模块的电压进行升压，得到稳定的+5V的第一电压；PW5100芯片具有宽输入电压范围、静态功耗低、纹波小、轻载性能高等特点的PFM同步升压DC/DC变换器，输出电压可以进行内部调节，实现从3.0V至5.0V的固定输出电压，调节步进为0.1V，因此适于放在第一级调节电压。

所述第二电压转换模块可为PL7512A芯片；用于将+5V的第一电压进行升压，得到+12V的第二电压，用于后续电压变换；PL7512A芯片是一颗电流控制模式升压转化器，能做大功率高转换效率，宽工作电压2.7V～12V，精准反馈电压1.2V(±2％)，且电流控制模式让暂态响应与系统稳定性佳，因而具有体积小、功率大、效率高等特点，利于后续的电压变换，因此适于放在第二级调节电压。

所述第三电压转换模块可为URA2415YMD芯片。用于将+12V的第二电压进行升压，得到±15V的第三电压，用于为电流传感器供电。URA2415YMD芯片具有宽电压输入范围、高效率、隔离电压1500VDC、工作温度-40℃～+105℃、输入欠压保护、输出短路、过流、过压保护等特点，因此适于放在第三级调节电压。

所述多源交直流供电模块提供的电源经三次的电压调节，逐级提升电压，从而最终输出有高稳定、低纹波的工作电源，保证了交直流电流传感器的准确度，且最终输出的工作电源为±15V，完全能适配市面上大多数交直流电流传感器，从而大大节约了使用成本。

所述第一电压转换模块还通过一第五电压转换模块连接所述MCU单元，第五电压转换模块可为PL7512A芯片，用于将+5V的第一电压经转换得到+3.5V的第五电压为所述MCU单元供电，从而无需为MCU单元另设电源。

电压比较选通电路由两个二极管并联构成，通过选择所述多源交直流供电模块提供多种直流电压电源中电压大的回路进行导通。即外接市电交流电源接口或外接5V直流电源接口被接通时，优先选通，若没有外接电源时，则选通+3.7V～+4.2V锂电池模块。

“I-V”变换模块(主要元件：Vishay箔技术分流电阻)主要基于分流器(即采用电阻模块)实现,为了消除电阻线圈中引线抽头的漏阻抗所带来的附加误差，电阻模块采用四端结构设计。首先，通过适配电流传感器的负载电阻范围、二次电流范围和目标电压等参数，确定电阻模块的阻值；第二，考虑到电流在电阻模块上消耗的电功率转换成热能量，将导致电阻值发生变化，从而影响“I-V”变换的准确度，因此，在电阻模块设计时应考虑功率和电阻元件温度系数等参数的适配情况；第三，在交流电流信号的“I-V”变换时，电阻模块的交流参数使变换模块应考虑为一阻抗，且阻抗的模值将随频率变化，从而将降低交流电流“I-V”变换的准确度，因此，在设计中，应该考虑电阻模块的频率适配特性。综上所述，“I-V”变换电阻模块采用“鼠笼式”分流器结构，除了考虑阻值、功率、频率等参数的适配外，更易于散热；同时通过将整个电阻模块至于马口铁材料的外壳内，更好的屏蔽外部信号的干扰。由于“I-V”变换模块内置高精度采样电阻，使电流、电压输出可选，输出电压范围可定制，通过匹配不同阻值的“I-V”模块，从而得到不同的输出电压，从而满足不同的采样，从而能适应更多的交直流电流传感器。如用于采集卡采样的10V，或者AD采样芯片适合的2.5V等，具有稳定的频率特性，-3dB带宽：DC～300kHz、DC～500kHz和DC～800kHz；具有出色的相位特性，相移：50Hz(0.005°)，10kHz(0.1°)。

ADC单元为信号采集模块(主要芯片：比如，直流电压信号ADS1246，交流电压信号ADS1271)，将电流传感器的二次电流信号经“I-V”变换模块转换为相对应的电压信号，经由模数转换器进行模数转换后输入MCU单元中，实现高准确度交直流电压采集。电流传感器一般使用范围是额定电流的10％～100％，额定电流的1％～10％并不是不能用，只是会降低精度。但是，因为这个适配装置内部嵌入了采样部分，因此，可通过对采样数据进行修订的方式，从而使电流传感器可以用到额定电流的1％～100％。

MCU单元为核心控制模块(主要芯片：STM32F103)，用于实现与信号采集模块的交互，将采集到的电压值经计算后，并通过无线通信模块，以一定的通信协议发送至上位机；基于控制显示模块实现人机交互。

MCU单元为核心控制模块，ADC单元为信号采集模块，与控制显示模块以及无线通讯模块组成数字电路部分。

如图4和图5所示，使用时，将交直流电流传感器自带的DB9接口通过DB9测试线缆连接适配装置的DB9接口，现场环境布设有市电或有5V直流电源，则再将适配装置的外接市电交流电源接口连接市电取电，或将外接5V直流电源接口连接5V直流电源取电，若现场环境无法提供外接电源，则无需连接，直接选通+3.7V～+4.2V锂电池模块进行供电。由于交直流电流传感器在取电的同时已经将二次测量电流引出至适配装置的电流信号输出接口和电压信号输出接口，因此若要检测电流信号则通过电流信号输出接口进行，若要直接检测电压，则可以通过电压信号输出接口进行，从而实现双模式测试。

实施例二

本实施例的交直流电流传感器的适配装置，与实施例一相比的区别是：实施例一是仅提供一路电源用于适配一个交直流电流传感器，而本实施例二则可提供两路或多路电源以供适配多个电流传感器。

请参阅图6至图9所示，本实施例二的适配装置一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：包括一个多源交直流外接供电模块、至少两个锂电池供电模块、至少两个电压比较选通电路、至少两个电源转换通路、至少两个电流传感器接口(指将电压输出接口和电流输入接口均设在DB9接口中，使DB9接口同时具有电压输出和电流输入的功能)、至少两个电流信号输出接口、至少两个I-V变换模块、至少两个电压信号输出接口以及至少两个控制开关，一个ADC单元，一个MCU单元以及一个控制显示模块；

任一所述电源转换通路包括依次连接的一个第一电压转换模块、一个第二电压转换模块、一个功率放大模块和一个第三电压转换模块；

所述多源交直流外接供电模块连接所有的电压比较选通电路；

所述锂电池供电模块、所述电压比较选通电路以及所述电源转换通路依次一一对应连接；

所述多源交直流外接供电模块和所述锂电池供电模块用于提供多种直流电压电源，通过对应的所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块转换为第一电压，然后经第二电压转换模块转换为第二电压，再经所述功率放大模块进行功率放大后，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；且所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压逐级升高；

任一所述电流传感器接口分别对应连接一所述第三电压转换模块和一所述交直流电流传感器，用于将第三电压输入所述交直流电流传感器进行供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流至对应的所述控制开关，所述控制开关分别连接对应的所述电流信号输出接口和对应的所述I-V变换模块，所述I-V变换模块还连接对应的所述电流信号输出接口；

所有所述I-V变换模块还依次连接所述ADC单元、所述MCU单元和所述控制显示模块。

其中，所述电流传感器接口为电压输出和电流输入二合一的DB9接口；如图5所示，所述电压输出和电流输入二合一的DB9接口指将电源输出接口和电流信号输入接口均设在DB9接口中，使DB9接口同时具有电压输出和电流输入的功能，当然本发明不限于DB9接口，也可以是其他接口，具体根据交直流电流传感器预留的接口决定。

所述多源交直流外接供电模块包括外接市电交流电源接口、第四电压转换模块和外接5V直流电源接口；所述外接市电交流电源接口通过所述第四电压转换模块转换为直流+5V电压信号后连接所有所述电压比较选通电路；所述外接5V直流电源接口连接所有所述电压比较选通电路；

任一所述锂电池供电模块包括一个+3.7V～+4.2V锂电池模块、一个电池电量监测模块和一个电池充电模块，所述+3.7V～+4.2V锂电池模块与所述电压比较选通电路一一对应连接；且所述3.7V～4.2V锂电池模块还分别连接所述电池电量监测模块和所述电池充电模块，所述电池充电模块还连接所述多源交直流外接供电模块；

有了外接市电交流电源接口，则根据现场环境，直接从220V市电中取电或，外接5V直流电源接口可由目前通用性较好的Type-C接口来实现，则可根据现场环境，直接取用外接5V直流电源。若使用环境不便于向外界取电，则选择装置内部的+3.7V～+4.2V锂电池模块进行供电。从而这种多源的供电方式大大丰富了取电场景，提高了传感器的环境适应性，满足不同复杂环境下的使用。且当使用外接市电交流电源接口或外接5V直流电源接口外接电源的同时还可通过电池充电模块对+3.7V～+4.2V锂电池充电。由于+3.7V～+4.2V锂电池模块的供电能力有限，因此，需为每个交直流电流传感器提供一个+3.7V～+4.2V锂电池模块，保证能较稳定地供电。

所述第一电压转换模块为PW5100芯片，PW5100芯片具有宽输入电压范围、静态功耗低、纹波小、轻载性能高等特点，主要用于将所述+3.7V～+4.2V锂电池模块的电压进行升压，得到稳定的+5V的第一电压；

所述第二电压转换模块PL7512A芯片；用于将+5V的第一电压进行升压，得到+12V的第二电压，用于后续电压变换；PL7512A芯片具有体积小、功率大、效率高等特点，利于后续的电压变换。

所述第三电压转换模块URA2415YMD芯片。用于将+12V的第二电压进行升压，得到±15V的第三电压，用于为电流传感器供电。URA2415YMD芯片具有宽电压输入范围、高效率、隔离电压1500VDC、工作温度-40℃～+105℃、输入欠压保护、输出短路、过流、过压保护等特点。

任一第二电压转换模块还通过一第五电压转换模块连接所述MCU单元，第五电压转换模块将+5V的第二电压经转换得到+3.5V的第五电压为所述MCU单元供电，从而无需为MCU单元另设电源。

电压比较选通电路由两个二极管并联构成，通过选择所述多源交直流供电模块提供多种直流电压电源中电压大的回路进行导通。即外接市电交流电源接口或外接5V直流电源接口被接通时，优先选通，若没有外接电源时，则选通+3.7V～+4.2V锂电池模块。

“I-V”变换模块(主要元件：Vishay箔技术分流电阻)主要基于分流器(即采用电阻模块)实现,为了消除电阻线圈中引线抽头的漏阻抗所带来的附加误差，电阻模块采用四端结构设计。首先，通过适配电流传感器的负载电阻范围、二次电流范围和目标电压等参数，确定电阻模块的阻值；第二，考虑到电流在电阻模块上消耗的电功率转换成热能量，将导致电阻值发生变化，从而影响“I-V”变换的准确度，因此，在电阻模块设计时应考虑功率和电阻元件温度系数等参数的适配情况；第三，在交流电流信号的“I-V”变换时，电阻模块的交流参数使变换模块应考虑为一阻抗，且阻抗的模值将随频率变化，从而将降低交流电流“I-V”变换的准确度，因此，在设计中，应该考虑电阻模块的频率适配特性。综上所述，“I-V”变换电阻模块采用“鼠笼式”分流器结构，除了考虑阻值、功率、频率等参数的适配外，更易于散热；同时通过将整个电阻模块至于马口铁材料的外壳内，更好的屏蔽外部信号的干扰。由于“I-V”变换模块内置高精度采样电阻，使电流、电压输出可选，输出电压范围可定制，通过匹配不同阻值的“I-V”模块，从而得到不同的输出电压，从而满足不同的采样，从而能适应更多的交直流电流传感器。如用于采集卡采样的10V，或者AD采样芯片适合的2.5V等，具有稳定的频率特性，-3dB带宽：DC～300kHz、DC～500kHz和DC～800kHz；具有出色的相位特性，相移：50Hz(0.005°)，10kHz(0.1°)。

ADC单元为信号采集模块(主要芯片：比如，直流电压信号ADS1246，交流电压信号ADS1271)，将电流传感器的二次电流信号经“I-V”变换模块转换为相对应的电压信号，经由模数转换器进行模数转换后输入MCU单元中，实现高准确度交直流电压采集。电流传感器一般使用范围是额定电流的10％～100％，额定电流的1％～10％并不是不能用，只是会降低精度。但是，因为这个适配装置内部嵌入了采样部分，因此，可通过对采样数据进行修订的方式，从而使电流传感器可以用到额定电流的1％～100％。

MCU单元为核心控制模块(主要芯片：STM32F103)，用于实现与信号采集模块的交互，将采集到的电压值经计算后，并通过无线通信模块，以一定的通信协议发送至上位机；基于控制显示模块实现人机交互。

MCU单元为核心控制模块，ADC单元为信号采集模块，与控制显示模块以及无线通讯模块组成数字电路部分。

请参阅图7和图8所示，使用时，将适配装置的多个DB9接口对应连接多个交直流电流传感器自带的DB9接口，现场环境布设有市电或有5V直流电源，则再将适配装置的外接市电交流电源接口连接市电取电，或将外接5V直流电源接口连接5V直流电源取电。若现场环境无法提供外接电源，则无需连接，每路电源转换通路直接选通一个对应的+3.7V～+4.2V锂电池模块进行供电。由于各个交直流电流传感器在取电的同时已经将二次测量电流引出至适配装置对应的电流信号输出接口和电压信号输出接口，因此若要检测电流信号则通过电流信号输出接口进行，若要直接检测电压，则可以通过电压信号输出接口进行，从而实现双模式测试。

如图9所示，为四路电流信号输出接口、电压信号输出接口和控制开关的面板示意图，其可以连接四台交直流电流传感器，当控制开关拨到I时，即可通过电流信号输出接口的两个香蕉接头进行二次测量电流的测量，若想当控制开关拨到U时，即可通过下面电压信号输出接口的BNC接头进行二次测量电流的电压测量。

本实用新型的优点在于：本实用新型提供多种交直流供电模式(包括外接市电供电、外接5V直流电源接口、本地的锂电池供电)，从而可适应市面上大部分的交直流电流传感器以及大部分使用场合，且这些供电电源经至少三级电压转换模块的转换以及一级功率放大，逐级提升电压，从而得到高稳定、低纹波的工作电源，保证了交直流电流传感器的准确度；且通过电流传感器接口，在为交直流电流传感器供电的同时，也将二次测量电流引至适配装置，同时在适配装置上设置电流信号输出接口，便于外接测试设备连接测试，且经引出的二次测量电流一方面经I-V变换模块转换为电压数据，以便测试电压数据；另一方面还输入数字电路进行后续处理，便于测量交直流电流传感器的多种数据，实现多种功能，大大方便了测量。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：包括电源单元，电流传感器接口，电流信号输出接口，I-V变换模块，电压信号输出接口，控制开关，ADC单元，MCU单元以及控制显示模块；

所述电源单元包括依次连接的多源交直流供电模块、电压比较选通电路、第一电压转换模块、第二电压转换模块、功率放大模块、第三电压转换模块；所述多源交直流供电模块用于提供多种直流电压电源，通过所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块转换为第一电压，然后经第二电压转换模块转换为第二电压，再经所述功率放大模块进行功率放大后，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；且所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压逐级升高；

所述电流传感器接口分别连接所述第三电压转换模块和交直流电流传感器，用于将第三电压输入所述交直流电流传感器进行供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流至所述控制开关，所述控制开关分别连接电流信号输出接口和所述I-V变换模块，所述I-V变换模块还连接电压信号输出接口；

所述I-V变换模块还依次连接所述ADC单元、所述MCU单元和控制显示模块。

2.如权利要求1所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：所述电流传感器接口为电压输出和电流输入二合一的DB9接口；

所述多源交直流供电模块包括外接市电交流电源接口、第四电压转换模块、外接5V直流电源接口，+3.7V~+4.2V锂电池模块、电池电量监测模块和电池充电模块；所述外接市电交流电源接口通过所述第四电压转换模块转换为直流+5V电压信号后连接所述电压比较选通电路，所述第四电压转换模块将外接市电交流电源转换为直流+5V电压信号；所述外接5V直流电源接口和所述+3.7V~+4.2V锂电池模块连接所述电压比较选通电路；且所述+3.7V~+4.2V锂电池模块还分别连接所述电池电量监测模块和所述电池充电模块，所述电池充电模块还连接所述第四电压转换模块和所述外接5V直流电源接口；

所述第一电压为+5V；所述第二电压为+12V；所述第三电压为±15V。

3.如权利要求1或2所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：所述第一电压转换模块为PW5100芯片；所述第二电压转换模块PL7512A芯片；所述第三电压转换模块URA2415YMD芯片。

4.如权利要求1所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：电压比较选通电路由两个二极管并联构成，通过选择所述多源交直流供电模块提供多种直流电压电源中电压大的回路进行导通。

5.如权利要求2所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：所述第一电压转换模块还通过一第五电压转换模块连接所述MCU单元，所述第一电压经第五电压转换模块转换得到第五电压为所述MCU单元供电。

6.一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：包括一个多源交直流外接供电模块、至少两个锂电池供电模块、至少两个电压比较选通电路、至少两个电源转换通路、至少两个电流传感器接口、至少两个电流信号输出接口、至少两个I-V变换模块、至少两个电压信号输出接口以及至少两个控制开关，一个ADC单元，一个MCU单元以及一个控制显示模块；

任一所述电源转换通路包括依次连接的一个第一电压转换模块、一个第二电压转换模块、一个功率放大模块和一个第三电压转换模块；

所述多源交直流外接供电模块连接所有的电压比较选通电路；

所述锂电池供电模块、所述电压比较选通电路以及所述电源转换通路依次一一对应连接；

所述多源交直流外接供电模块和所述锂电池供电模块用于提供多种直流电压电源，通过对应的所述电压比较选通电路选通一种后，经第一电压转换模块转换为第一电压，然后经第二电压转换模块转换为第二电压，再经所述功率放大模块进行功率放大后，最后由所述第三电压转换模块转换为第三电压；且所述第一电压、所述第二电压、所述第三电压逐级升高；

任一所述电流传感器接口分别对应连接一所述第三电压转换模块和一所述交直流电流传感器，用于将第三电压输入所述交直流电流传感器进行供电，同时引出交直流电流传感器的二次测量电流至对应的所述控制开关，所述控制开关分别连接对应的所述电流信号输出接口和对应的所述I-V变换模块，所述I-V变换模块还连接对应的所述电流信号输出接口；

所有所述I-V变换模块还依次连接所述ADC单元、所述MCU单元和所述控制显示模块。

7.如权利要求6所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：所述电流传感器接口为电压输出和电流输入二合一的DB9接口；

所述多源交直流外接供电模块包括外接市电交流电源接口、第四电压转换模块和外接5V直流电源接口；所述外接市电交流电源接口通过所述第四电压转换模块转换为直流+5V电压信号后连接所有所述电压比较选通电路；所述外接5V直流电源接口连接所有所述电压比较选通电路；

任一所述锂电池供电模块包括一个+3.7V~+4.2V锂电池模块、一个电池电量监测模块和一个电池充电模块，所述+3.7V~+4.2V锂电池模块与所述电压比较选通电路一一对应连接；且所述+3.7V~+4.2V锂电池模块还分别连接所述电池电量监测模块和所述电池充电模块，所述电池充电模块还连接所述多源交直流外接供电模块；

所述第一电压为+5V；所述第二电压为+12V；所述第三电压为±15V。

8.如权利要求6所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：所述第一电压转换模块为PW5100芯片；所述第二电压转换模块PL7512A芯片；所述第三电压转换模块URA2415YMD芯片。

9.如权利要求6所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：电压比较选通电路由两个二极管并联构成，通过选择所述多源交直流外接供电模块和所述锂电池供电模块提供的多种直流电压电源中电压大的回路进行导通。

10.如权利要求6所述的一种交直流电流传感器的多功能适配装置，其特征在于：任一所述第一电压转换模块还通过一第五电压转换模块连接所述MCU单元，所述第一电压经第五电压转换模块转换得到第五电压为所述MCU单元供电。

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