CN219737632U - 一种应用于dc模块电源输出小电流的采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于模块电源输出小电流的采样系统，采用电流分档检测的原理，将电流分为多档，每档电流采样电阻阻值不一样，过程控制由继电器控制，每一档皆有一个标准恒流源供校准使用，采样电阻将电流信号转换为电压型号，再经过运放放大，输出信号为0‑5V进入ADC，ADC将模拟信号转换成数字信号，输出给CPU处理。本实用新型较之现有技术而言，能够通过电阻分档检测确保精度的同时每一档都配置有恒流源供校准使用，可以避免因为温度导致元器件性能差异，影响采样电流精度。

Description

一种应用于DC模块电源输出小电流的采样系统

技术领域

本实用新型涉及模块电源应用领域，特别涉及一种应用于DC模块电源输出小电流的采样系统。

背景技术

在高精度的模块电源应用领域，用户往往需要精准显示模块所带负载电流值的大小。在高压小电流模块电源应用中，电流最大1MA，而需要显示的电流分辨率是10NA，这就需要一种采样方法，精确采集电流。而因为模块工作的环境温度是变化的，需要保证各种温度下电流采集的准确性，因此，有必要研究一种应用于模块电源输出小电流的采样系统，以满足各种温度下高分辨的要求。

实用新型内容

本实用新型之目的在于提供一种应用于模块电源输出小电流的采样系统，以满足各种温度下高分辨的要求。

所述的应用于DC模块电源输出小电流的采样系统，包括CPU处理中心、ADC转换电路、温度传感器、温度采集电路、放大电路、继电器K1、继电器K2、继电器K3、恒流源1、恒流源2、负载电阻、电阻R1、电阻R2；

所述恒流源1与继电器K1的常开触点相接，所述恒流源2与继电器K1的常闭触点相接，继电器K1的公共端连接至继电器K2的常开触点；

待测的所述DC模块电源所输出小电流经所述负载电阻连接至继电器K2的常闭触点，继电器K2的公共端连接至继电器K3的公共端；

所述继电器K3的常开触点经电阻R1连接至地，继电器K3的常闭触点经电阻R2连接至地；

所述电阻R1的阻值被配置为远大于所述电阻R2，所述恒流源1用于对应电阻R1提供基准电流，所述恒流源2用于对应电阻R2提供基准电流；

所述继电器K2的公共端还依次经放大电路、ADC转换电路的第一转换通道连接至所述CPU处理中心，所述温度传感器依次经温度采集电路、ADC转换电路的第二转换通道连接至CPU处理中心；

所述CPU处理中心分别控制继电器K1、继电器K2、继电器K3的线圈的得电。

进一步的，所述继电器K1、继电器K3的线圈并联，所述CPU处理中心分两路控制，其中一路用于控制继电器K2，另一路用于同步控制继电器K1、继电器K3。

进一步的，所述电阻R1与电阻R2的比值至少大于等于100。

进一步的，所述电阻R1被配置为10K欧姆，所述电阻R2被配置为100欧姆。

进一步的，所述电阻R1、电阻R2、负载电阻、恒流源1、恒流源2被配置为均有相同的精度。

进一步的，还包括有滤波电路，所述放大电路是经滤波电路连接至ADC转换电路的第一转换通道。

本实用新型采用电流分档检测的原理，将电流分为多档，每档电流采样电阻阻值不一样，过程控制由继电器控制，每一档皆有一个标准恒流源供校准使用，采样电阻将电流信号转换为电压型号，再经过运放放大，输出信号为0-5V进入ADC，ADC将模拟信号转换成数字信号，输出给CPU处理。

本实用新型较之现有技术而言，能够通过电阻分档检测确保精度的同时每一档都配置有恒流源供校准使用，可以避免因为温度导致元器件性能差异，影响采样电流精度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

在附图中：

图1示出了本实用新型的采样系统的系统拓扑结构。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型的采样系统，用于对高压DC模块电源输出的小电流进行采样，满足电流最大1MA，显示的电流分辨率10NA的设计需求，其结构如图1所示，包括CPU处理中心、ADC转换电路、温度传感器、温度采集电路、放大电路、滤波电路、继电器K1、继电器K2、继电器K3、恒流源1、恒流源2、负载电阻、电阻R1、电阻R2。

其中，恒流源1与继电器K1的常开触点相接，恒流源2与继电器K1的常闭触点相接，继电器K1的公共端连接至继电器K2的常开触点；待测的DC模块电源所输出小电流经负载电阻连接至继电器K2的常闭触点，继电器K2的公共端连接至继电器K3的公共端；继电器K3的常开触点经电阻R1连接至地，继电器K3的常闭触点经电阻R2连接至地；电阻R1的阻值被配置为远大于电阻R2，恒流源1用于对应电阻R1提供基准电流，恒流源2用于对应电阻R2提供基准电流；继电器K2的公共端还依次经放大电路、滤波电路、ADC转换电路的第一转换通道连接至CPU处理中心，温度传感器依次经温度采集电路、ADC转换电路的第二转换通道连接至CPU处理中心；CPU处理中心分别控制继电器K1、继电器K2、继电器K3的线圈的得电。

本是实用新型中，由于恒流源与继电器K1的连接、电阻R1/2与继电器K3的连接成对称设置，为简化电路结构、节省一条控制支路，可以配置继电器K1、继电器K3的线圈并联，此时，CPU处理中心分两路控制，其中一路用于控制继电器K2，另一路用于同步控制继电器K1、继电器K3。

本实用新型中，电阻R1与电阻R2的比值优选配置为至少大于等于100倍数，达到大量程高电流分辨率的设计要求。具体地，可以将电阻R1配置为10K欧姆，将电阻R2配置为100欧姆，一方面是整数倍便于CPU换算，另一方面是实现将0-10uA电流分为一档，将10uA-1MA分为一档，达到电流最大1MA且电流分辨率10NA。更有选地，可以将电阻R1、电阻R2、负载电阻、恒流源1、恒流源2配置为均有相同的精度，例如0.1％精度，确保各器件处于同一运作精度标准，避免应精度参数不统一而引起CPU换算误差，实现精度的进一步提升。

本实用新型的案子采样系统，上电默认继电器K1、K2、K3不动作，并按如下实施方法实现：

1、电源模块正常工作情况下K2继电器线圈掉电状态，45常闭触点闭合。电流路径如下：电源模块输出电压，电流I3经过负载R11、R12，经过采样电阻R1/R2流入GND。

2、电流采集是电流经过采样电阻，将电流信号转换成电压信号，再经过放大滤波电路，将MV级电压信号转换成V级电压信号，再经过24位ADC芯片转换成数字信号，CPU读取数字信号，再计算出实际的电流值。

3、CPU处理中心通过控制继电器K3将电源模块的输出电流进行分档采样。将0-10uA电流分为一档10uA-1MA为一档。每档电流采样电阻阻值不一样。为保障采样不超范围及安全，在模块刚开始输出电压的时候，K3继电器线圈是掉电状态，采样电阻是100R。当CPU采样计算当前的输出电流小于10UA时，CPU控制K3继电器线圈得电，继电器合闸，53常开闭合，54常闭断开，采样电阻变成10K。此时0-10UA电流电压转换电路相较于10UA-1MA电流电压转换电路放大100倍，有助于微小信号的采样。当CPU采样计算当前的输出电流大于10UA时，CPU控制K3继电器线圈掉电，继电器分闸，54常闭闭合，采样电阻变成100R。此时不超过后续采样的范围。

4、采集电路自动校准。设备每一次上电运行后，都会开启自动校准。电源模块输出之前。继电器K1、K2、K3的状态如下。K1、K2、K3都是线圈掉电状态。这时CPU控制继电器K2合闸，开启自动校准。此时的电流采集回路是恒流源2输出标准恒流I2(100UA精度0.1％恒流源)，电流流过电阻R2(100 0.1％精密电阻)，将电流信号转换为电压信号U0(10MV)。电压信号U0经过放大、滤波电路，进入24位ADC芯片。最后送到CPU，CPU处理数据，通过标准100UA电流计算10UA-1MA范围内电流到CPU采集数据的对应关系，修正误差。CPU控制继电器K1、K3合闸，此时的电流采集回路是恒流源1输出标准恒流I1(1UA精度0.1％恒流源)，电流流过电阻R1(10K 0.1％精密电阻)，将电流信号转换为电压信号U0(10MV)。电压信号U0经过放大、滤波电路，进入24位ADC芯片。最后送到CPU，CPU处理数据，通过标准1UA电流计算0-10UA范围内电流到CPU采集数据的对应关系，修正误差。

5、温度传感器会实时采集当前的环境温度。由于电子元器件受环境影响，参数会相变。所以当环境温度变化5℃时，采集电路自动开启自动校准一次。CPU处理中心将记录温度及当前的对应关系进行实时存储，进行实时修正。

本实用新型采用电流分档检测的原理，将0-10uA电流分为一档10uA-1MA为一档，每档电流采样电阻阻值不一样，过程控制由继电器控制，每一档皆有一个标准恒流源供校准使用，采样电阻将0-1UA电流信号转换成0-10MV信号，再经过2级运放放大、滤波，输出信号为0-5V进入24位ADC(24位ADC采样更为精准)，24位ADC将模拟信号转换成数字信号，输出给CPU处理。本实用新型通过设计电阻分档检测的同时配置每一档都有一个恒流源供校准使用，这样能够避免因为温度导致元器件性能差异，影响采样电流精度。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种应用于DC模块电源输出小电流的采样系统，其特征在于：

包括CPU处理中心、ADC转换电路、温度传感器、温度采集电路、放大电路、继电器K1、继电器K2、继电器K3、恒流源1、恒流源2、负载电阻、电阻R1、电阻R2；

所述恒流源1与继电器K1的常开触点相接，所述恒流源2与继电器K1的常闭触点相接，继电器K1的公共端连接至继电器K2的常开触点；

待测的所述DC模块电源所输出小电流经所述负载电阻连接至继电器K2的常闭触点，继电器K2的公共端连接至继电器K3的公共端；

所述继电器K3的常开触点经电阻R1连接至地，继电器K3的常闭触点经电阻R2连接至地；

所述电阻R1的阻值被配置为远大于所述电阻R2，所述恒流源1用于对应电阻R1提供基准电流，所述恒流源2用于对应电阻R2提供基准电流；

所述继电器K2的公共端还依次经放大电路、ADC转换电路的第一转换通道连接至所述CPU处理中心，所述温度传感器依次经温度采集电路、ADC转换电路的第二转换通道连接至CPU处理中心；

所述CPU处理中心分别控制继电器K1、继电器K2、继电器K3的线圈的得电。

2.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述继电器K1、继电器K3的线圈并联，所述CPU处理中心分两路控制，其中一路用于控制继电器K2，另一路用于同步控制继电器K1、继电器K3。

3.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述电阻R1与电阻R2的比值至少大于等于100。

4.如权利要求3所述的采样系统，其特征在于：所述电阻R1被配置为10K欧姆，所述电阻R2被配置为100欧姆。

5.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述电阻R1、电阻R2、负载电阻、恒流源1、恒流源2被配置为均有相同的精度。

6.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：还包括有滤波电路，所述放大电路是经滤波电路连接至ADC转换电路的第一转换通道。