CN105223533A - 一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，包括供电电源电路和电流检测与补偿电路，供电电源电路接入市电，供电电源电路通过大功率电阻和电流检测与补偿电路连接，电流检测与补偿电路输出高精度纯净直流电流，市电与供电电源电路连接输出脉动直流电压，脉动直流电压经过大功率电阻转换为脉动直流电流流入电流检测与补偿电路，补偿电流与脉动直流电流汇合输出高精度纯净直流电流。市电通过变压器输出低压工频电压，整流滤波后获得脉动直流电压。高精度快速响应电流传感器采集脉动直流输出直流电压，直流电压与稳压模块比较后通过运算放大器后，形成一个深度闭环结构，通过电路补偿脉动直流，使其成为纯净的直流电流。

Description

一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路

技术领域

本发明涉及用于电流传感器精度校准设备的一种直流恒流源电路，尤其是涉及一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路。

背景技术

电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在中国开始受到广大电源设计者的青睐。

目前，市场上的用于电流传感器校准的恒流电路是基于开关电源产生直流电压通过电阻后产生直流电流。精度的控制是通过MCPU采集电阻两端的电压，计算后控制开关电源输出电压。此类校准仪的实现简单，但是存在着很多不足，主要有一下几点：1、开关电源会引入高频噪声，导致电流源不纯，影响传感器校准精度。2、采样电阻价格高，发热严重。3、整体精度不高，温漂严重。4、电流稳定时间长，响应时间慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、低温漂、电流纯净无杂波的超高精度快速响应直流电流校准仪电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，包括供电电源电路和电流检测与补偿电路，所述的供电电源电路接入市电，供电电源电路通过大功率电阻和电流检测与补偿电路连接，所述的电流检测与补偿电路输出高精度纯净直流电流，所述的供电电源电路包括降压模块、整流模块与滤波模块，所述的市电与供电电源电路连接依次经过降压模块、整流模块、滤波模块后输出脉动直流电压，所述的脉动直流电压经过大功率电阻转换为脉动直流电流流入电流检测与补偿电路，所述的电流检测与补偿电路包括霍尔电流检测模块、比较模块与功率输出模块，所述的脉动直流电流由霍尔电流检测模块进行检测后输出电压反馈信号，电压反馈信号输入比较模块与基准电压比较后由功率输出模块输出补偿电流，所述的补偿电流与脉动直流电流汇合输出高精度纯净直流电流。

所述的供电电源电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电容、第二电容、第九电阻、三端稳压管与第二三极管，所述的第一二极管的正极与第三二极管的负极连接构成支路一，所述的第二二极管的正极与第四二极管的负极连接构成支路二，所述的支路一、支路二、第三电容、第二电容与第九电阻并联，所述的第三二极管的正极接地，所述的第二三极管的基极与集电极之间通过第十电阻连接，所述的第十电阻的一端与第二三极管的基极连接，第十电阻的另一端与第一二极管的负极连接，所述的第十电阻的另一端与脉动直流电压输出端连接，所述的第二三极管的发射极连接有直流稳压输出端，第二三极管的发射极通过第四电容与第三二极管的正极连接，所述的三端稳压管的输出端与第二三极管的基极连接，三端稳压管的输入端通过第八电阻与第二三极管的发射极连接，所述的三端稳压管的输入端通过第七电阻与三端稳压管的接地端连接，所述的三端稳压管的接地端接地。

所述的市电通过变压器后输出，变压器两个输出端口分别与第一二极管的正极、第二二极管的正极相连。

所述的电流检测与补偿电路包括电流检测电路与电流补偿电路，所述的电流检测电路包括磁芯线圈、HALL器件、第一三极管与第一运算放大器，所述的HALL器件的第一管脚通过第一电阻与直流稳压输出端连接，HALL器件的第二管脚通过第三电阻与第一运算放大器的反向输入端连接，HALL器件的第四管管脚通过第四电阻与第一运算放大器的同相输出端连接，所述的HALL器件的第三管脚通过第二电阻与第一三极管的电源负极连接，所述的第一运算放大器的反相输入端通过串联的第一电容、第五电阻与第一三极管的发射极连接，第一运算放大器的电源正极与直流稳压输出端连接，第一运算放大器的电源负极接地，第一运算放大器的输出端与第一三极管的基极连接，所述的第一三极管的集电极与直流稳压输出端连接。

所述的磁芯线圈为坡莫合金磁芯外绕5000匝铜线，所述的HALL器件位于磁芯线圈内，所述的高精度纯净直流电流穿过所述的磁芯线圈后与第一运算放大器的电源负极连接，所述的磁芯线圈的一端与第一三极管的发射极连接，磁芯线圈的另一端通过取样电阻与第一运算放大器的电源负极连接，所述的磁芯线圈的另一端输出电压反馈信号。

所述的电流补偿电路包括第六稳压二极管、第二运算放大器、第三三极管、第四三极管、第五三极管与第六三极管，所述的第六稳压二极管的正极接地，第六稳压二极管的负极通过第十二电阻与第二运算放大器的同相输出端连接，第二运算放大器的同相输出端通过第十二电阻连接到流稳压输出端，所述的电压反馈信号通过第十一电阻与第二运算放大器的反向输入端连接，所述的第二运算放大器的输出端与第三三极管的基极连接，所述的第二运算放大器的反向输入端与第三三极管的发射极之间连接有第七电容与第十三电阻，所述的第二运算放大器的反向输入端与第四三极管的发射极之间连接有第六电容与第十四电阻，所述的第三三极管的发射极与第四三极管的基极连接，

所述的第三三极管的集电极、第四三极管的集电极、第五三极管的集电极、第六三极管的集电极分别与大功率电阻的一端连接，所述的第四三极管的发射极、第五三极管的发射极、第六三极管的发射极分别通过第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻与大功率电阻的另一端连接，所述的第五三极管的基极与第四三极管的基极相连，所述的第六三极管的基极与第五三极管的基极相连，所述的大功率电阻的一端与脉动直流电压输出端连接，所述的大功率电阻的另一端输出得到高精度纯净直流电流。

与现有技术相比，本发明的优点在于市电通过变压器输出低压工频电压，整流滤波后获得脉动直流电压。脉动直流电压只有50HZ杂波，通过大功率电阻后获得脉动直流电流。高精度快速响应电流传感器采集脉动直流输出直流电压，直流电压与稳压模块比较后通过运算放大器后，形成一个深度闭环结构，通过电路补偿脉动直流，使其成为纯净的直流电流。本发明能够实现低成本、高精度的直流电流校准，且本电路低温漂、响应速度快，输出的电流纯净无杂波。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为供电电源电路的电路；

图3为霍尔电流检测模块；

图4为电流补偿电路。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示：一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，包括供电电源电路1和电流检测与补偿电路2，供电电源电路1接入市电，供电电源电路1通过大功率电阻R18和电流检测与补偿电路2连接，电流检测与补偿电路2输出高精度纯净直流电流IDC，供电电源电路1包括降压模块3、整流模块4与滤波模块5，市电与供电电源电路1连接依次经过降压模块3、整流模块4、滤波模块5后输出脉动直流电压ADCVCC，脉动直流电压ADCVCC经过大功率电阻R18转换为脉动直流电流IADC1流入电流检测与补偿电路2，电流检测与补偿电路2包括霍尔电流检测模块6、比较模块7与功率输出模块8，脉动直流电流IADC1由霍尔电流检测模块6进行检测后输出电压反馈信号COMV1，电压反馈信号COMV1输入比较模块7与基准电压比较后由功率输出模块8输出补偿电流IADC2，补偿电流IADC2与脉动直流电流IADC1汇合输出高精度纯净直流电流IDC。

供电电源电路1包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三电容C3、第二电容C2、第九电阻R9、三端稳压管D5与第二三极管Q2，第一二极管D1的正极与第三二极管D3的负极连接构成支路一，第二二极管D2的正极与第四二极管D4的负极连接构成支路二，支路一、支路二、第三电容C3、第二电容C2与第九电阻R9并联，第三二极管D3的正极接地，第二三极管Q2的基极与集电极之间通过第十电阻R10连接，第十电阻R10的一端与第二三极管Q2的基极连接，第十电阻R10的另一端与第一二极管D1的负极连接，第十电阻R10的另一端与脉动直流电压ADCVCC输出端连接，第二三极管Q2的发射极连接有直流稳压输出端DCVCC，第二三极管Q2的发射极通过第四电容C4与第三二极管D3的正极连接，三端稳压管D5的输出端与第二三极管Q2的基极连接，三端稳压管D5的输入端通过第八电阻R8与第二三极管Q2的发射极连接，三端稳压管D5的输入端通过第七电阻R7与三端稳压管D5的接地端连接，三端稳压管D5的接地端接地。

市电通过变压器transformer后输出，变压器transformer两个输出端口分别与第一二极管D1的正极、第二二极管D2的正极相连。

电流检测与补偿电路2包括电流检测电路与电流补偿电路，电流检测电路包括磁芯线圈、HALL器件、第一三极管Q1与第一运算放大器OPIA，HALL器件的第一管脚通过第一电阻R1与直流稳压输出端DCVCC连接，HALL器件的第二管脚通过第三电阻R3与第一运算放大器OPIA的反向输入端连接，HALL器件的第四管管脚通过第四电阻R4与第一运算放大器OPIA的同相输出端连接，HALL器件的第三管脚通过第二电阻R2与第一三极管Q1的电源负极连接，第一运算放大器OPIA的反相输入端通过串联的第一电容C1、第五电阻R5与第一三极管Q1的发射极连接，第一运算放大器OPIA的电源正极与直流稳压输出端DCVCC连接，第一运算放大器OPIA的电源负极接地，第一运算放大器OPIA的输出端与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的集电极与直流稳压输出端DCVCC连接。

磁芯线圈为坡莫合金磁芯外绕5000匝铜线，HALL器件位于磁芯线圈内，高精度纯净直流电流IDC穿过磁芯线圈后与第一运算放大器OPIA的电源负极连接，磁芯线圈的一端与第一三极管Q1的发射极连接，磁芯线圈的另一端通过取样电阻R6与第一运算放大器OPIA的电源负极连接，磁芯线圈的另一端输出电压反馈信号COMV1。

电流补偿电路包括第六稳压二极管D6、第二运算放大器OPIB、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5与第六三极管Q6，第六稳压二极管D6的正极接地，第六稳压二极管D6的负极通过第十二电阻R12与第二运算放大器OPIB的同相输出端连接，第二运算放大器OPIB的同相输出端通过第十二电阻R12连接到流稳压输出端DCVCC，电压反馈信号COMV1通过第十一电阻R11与第二运算放大器OPIB的反向输入端连接，第二运算放大器OPIB的输出端与第三三极管Q3的基极连接，第二运算放大器OPIB的反向输入端与第三三极管Q3的发射极之间连接有第七电容C7与第十三电阻R13，第二运算放大器OPIB的反向输入端与第四三极管Q4的发射极之间连接有第六电容C6与第十四电阻R14，第三三极管Q3的发射极与第四三极管Q4的基极连接，

第三三极管Q3的集电极、第四三极管Q4的集电极、第五三极管Q5的集电极、第六三极管Q6的集电极分别与大功率电阻R18的一端连接，第四三极管Q4的发射极、第五三极管Q5的发射极、第六三极管Q6的发射极分别通过第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17与大功率电阻R18的另一端连接，第五三极管Q5的基极与第四三极管Q4的基极相连，第六三极管Q6的基极与第五三极管Q5的基极相连，大功率电阻R18的一端与脉动直流电压ADCVCC输出端连接，大功率电阻R18的另一端输出得到高精度纯净直流电流IDC。

脉动直流电压ADCVCC输出，为功率输出模块8供电，直流稳压输出端DCVCC，为比较模块7供电。

电流检测电路为高精度快速响应霍尔电流检测模块6。霍尔供电为1V左右，第一电阻R1、第二电阻R2为降压电阻。第一电容C1、第五电阻R5保证第一运算放大器OPIA稳定、不振荡。磁芯线圈输出电流通过取样电阻R6转换成电压。第一三极管Q1为增大第一运算放大器OPIA的输出能力。当输入电流IDC为0A时，HALL器件的第二管脚、第四管脚输出为0V，磁芯线圈输出为0A，电压反馈信号COMV1为0V。当输入电流IDC电流为I1时，HALL器件有电压输出，经过高倍增益的第一运算放大器OPIA，第一运算放大器OPIA输出电压，磁芯线圈输出反馈电流I2，当I1≈5000*I2时，霍尔输出约等于0V，电路达到平衡，I2稳定输出电流I2，I2通过取样电阻R6，输出电压反馈信号COMV1。

第七电容C7、第六电容C6、第十四电阻R14、第十三电阻R13为保证第二运算放大器OPIB稳定工作。第四三极管Q4、第五三极管Q5、第六三极管Q6、第三三极管Q3为功率输出器件。高精度霍尔电流传感器输出的电压反馈信号COMV1和基准电压V2做比较，当电压反馈信号COMV1小于V2时，补偿电流IADC2增大。当电压反馈信号COMV1＞V2时，补偿电流IADC2减小，直到电压反馈信号COMV1＝V2。通过高精度霍尔电流传感器的敏感度调准，就可以精确的获得所需的高精度纯净直流电流IDC。

Claims (7)

1.一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于包括供电电源电路和电流检测与补偿电路，所述的供电电源电路接入市电，供电电源电路通过大功率电阻和电流检测与补偿电路连接，所述的电流检测与补偿电路输出高精度纯净直流电流，所述的供电电源电路包括降压模块、整流模块与滤波模块，所述的市电与供电电源电路连接依次经过降压模块、整流模块、滤波模块后输出脉动直流电压，所述的脉动直流电压经过大功率电阻转换为脉动直流电流流入电流检测与补偿电路，所述的电流检测与补偿电路包括霍尔电流检测模块、比较模块与功率输出模块，所述的脉动直流电流由霍尔电流检测模块进行检测后输出电压反馈信号，电压反馈信号输入比较模块与基准电压比较后由功率输出模块输出补偿电流，所述的补偿电流与脉动直流电流汇合输出高精度纯净直流电流。

2.根据权利要求1所述的一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于所述的供电电源电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电容、第二电容、第九电阻、三端稳压管与第二三极管，所述的第一二极管的正极与第三二极管的负极连接构成支路一，所述的第二二极管的正极与第四二极管的负极连接构成支路二，所述的支路一、支路二、第三电容、第二电容与第九电阻并联，所述的第三二极管的正极接地，所述的第二三极管的基极与集电极之间通过第十电阻连接，所述的第十电阻的一端与第二三极管的基极连接，第十电阻的另一端与第一二极管的负极连接，所述的第十电阻的另一端与脉动直流电压输出端连接，所述的第二三极管的发射极连接有直流稳压输出端，第二三极管的发射极通过第四电容与第三二极管的正极连接，所述的三端稳压管的输出端与第二三极管的基极连接，三端稳压管的输入端通过第八电阻与第二三极管的发射极连接，所述的三端稳压管的输入端通过第七电阻与三端稳压管的接地端连接，所述的三端稳压管的接地端接地。

3.根据权利要求2所述的一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于所述的市电通过变压器后输出，变压器两个输出端口分别与第一二极管的正极、第二二极管的正极相连。

4.根据权利要求2所述的一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于所述的电流检测与补偿电路包括电流检测电路与电流补偿电路，所述的电流检测电路包括磁芯线圈、HALL器件、第一三极管与第一运算放大器，所述的HALL器件的第一管脚通过第一电阻与直流稳压输出端连接，HALL器件的第二管脚通过第三电阻与第一运算放大器的反向输入端连接，HALL器件的第四管管脚通过第四电阻与第一运算放大器的同相输出端连接，所述的HALL器件的第三管脚通过第二电阻与第一三极管的电源负极连接，所述的第一运算放大器的反相输入端通过串联的第一电容、第五电阻与第一三极管的发射极连接，第一运算放大器的电源正极与直流稳压输出端连接，第一运算放大器的电源负极接地，第一运算放大器的输出端与第一三极管的基极连接，所述的第一三极管的集电极与直流稳压输出端连接。

5.根据权利要求4所述的一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于所述的磁芯线圈为坡莫合金磁芯外绕5000匝铜线，所述的HALL器件位于磁芯线圈内，所述的高精度纯净直流电流穿过所述的磁芯线圈后与第一运算放大器的电源负极连接，所述的磁芯线圈的一端与第一三极管的发射极连接，磁芯线圈的另一端通过取样电阻与第一运算放大器的电源负极连接，所述的磁芯线圈的另一端输出电压反馈信号。

6.根据权利要求5所述的一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于所述的电流补偿电路包括第六稳压二极管、第二运算放大器、第三三极管、第四三极管、第五三极管与第六三极管，所述的第六稳压二极管的正极接地，第六稳压二极管的负极通过第十二电阻与第二运算放大器的同相输出端连接，第二运算放大器的同相输出端通过第十二电阻连接到流稳压输出端，所述的电压反馈信号通过第十一电阻与第二运算放大器的反向输入端连接，所述的第二运算放大器的输出端与第三三极管的基极连接，所述的第二运算放大器的反向输入端与第三三极管的发射极之间连接有第七电容与第十三电阻，所述的第二运算放大器的反向输入端与第四三极管的发射极之间连接有第六电容与第十四电阻，所述的第三三极管的发射极与第四三极管的基极连接。

7.根据权利要求6所述的一种超高精度快速响应直流电流校准仪电路，其特征在于所述的第三三极管的集电极、第四三极管的集电极、第五三极管的集电极、第六三极管的集电极分别与大功率电阻的一端连接，所述的第四三极管的发射极、第五三极管的发射极、第六三极管的发射极分别通过第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻与大功率电阻的另一端连接，所述的第五三极管的基极与第四三极管的基极相连，所述的第六三极管的基极与第五三极管的基极相连，所述的大功率电阻的一端与脉动直流电压输出端连接，所述的大功率电阻的另一端输出得到高精度纯净直流电流。