專利名稱：恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種互感測量裝置。
背景技術：
互感器、變壓器和電機的繞組廣泛用于DC_DC開關電路，目前互感器的互感值測量精度較高的互感測量裝置成本比較高、且電路復雜。
實用新型內容本實用新型的目的是為了解決目前互感器的互感值測量精度較高的互感測量裝置成本比較高、且電路復雜的問題，提供一種恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝·置。本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，它包括電流源和第一二極管D1，它還包括電子開關電路和單片機控制系統；電流源的電流輸出端與電子開關電路的一端連接，電子開關電路的另一端同時與第一二極管Dl的陰極、單片機控制系統的時間信號輸入端和單片機控制系統的電壓檢測信號輸入端連接，第一二極管Dl的陽極接供電電源的電源地，單片機控制系統的控制信號輸出端與電子開關電路的開關控制端連接，第一二極管Dl的陰極接被測互感器的原邊線圈的同名端，第一二極管Dl的陽極接被測互感器的原邊線圈的異名端，被測互感器副邊線圈的同名端接供電電源的電源地，被測互感器副邊線圈的異名端接單片機控制系統的電壓測量信號輸入端。本實用新型的優點在于電路結構簡單，成本低。能夠測量互感值滿量程在3000 μ H以下的電感，自感在800 μ H時，偏差小于7%，精度很高。
圖I為本實用新型的裝置的原理框圖。圖2為本實用新型的裝置的電路原理。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖I和圖2說明本實施方式，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，它包括電流源I和第一二極管D1，它還包括電子開關電路2和單片機控制系統3 ;電流源I的電流輸出端與電子開關電路2的一端連接，電子開關電路2的另一端同時與第一二極管Dl的陰極、單片機控制系統3的時間信號輸入端和單片機控制系統3的電壓檢測信號輸入端連接，第一二極管Dl的陽極接供電電源的電源地，單片機控制系統3的控制信號輸出端與電子開關電路2的開關控制端連接，第一二極管Dl的陰極接被測互感器的原邊線圈的同名端，第一二極管Dl的陽極接被測互感器的原邊線圈的異名端，被測互感器副邊線圈的同名端接供電電源的電源地，被測互感器副邊線圈的異名端接單片機控制系統3的電壓測量信號輸入端。[0009]電流源I的供電電源端連接供電電源的正極。閉合電子開關電路2，電流源I向被測互感器的原邊線圈充電，使被測互感器的原邊線圈中的電流i與電流源I的額定電流Is相等，并有W=LxIs ;該磁通鏈部分或全部穿過副邊線圈，副邊線圈開路。磁通鏈反映了充電期間充入的所有磁場能量。電流源Is —定時，自感Lx與磁通鏈成正比。當斷開電子開關電路2，電感器中的儲存的磁通鏈W=LxIsK對應的電動勢經二極
12η
管Dl放電，在釋放磁通鏈對應的磁場能量時，變成[J^i =。強制線圈兩端的電壓不
/Iη·變，等于二極管Dl的正向導通電壓UDP，穩定放電電流會線性下降，并在整個磁回路的線圈中存在每匝的電壓為}，(伏/匝)，在開路的副線圈中也感應出來。由于Udp不變，所以N1越大,線圈中每匝電壓越小。在放電狀態，二極管Dl處于穩定正向導通時，被測電感的放電電流的初值為I1=Is ;當二極管Dl —定時，被測電感的線性放電電流的終值為I2，約為0mA，所以測出二極管Dl穩定正向導通時間tD ;并測得該時段的被測互感器的副邊線圈兩端的電壓U2，有如下求互感的關系式M=k · U2 · tD其中k是一個常數與電流的變化率有關，用一個滿量程的標準互感Mu和一個低端的標準互感Ml，分別放到該電路中測量出U2u和tDU和U2L tDL就可以確定系數k。M=(U2tD-U2LtDL)(I)
^ iirDTi U其中tD與自感Lx成正比，U2與Udp成正比。二極管Dl為肖特基管，其型號為1N5819。
具體實施方式
二 本實施方式是對具體實施方式
一的進一步說明，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，電流源I包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、可調電阻VRl和P溝道MOS管Ql ；電阻Rl的一端和電阻R4的一端連接在一起作為電流源I的供電電源端，電阻Rl的另一端同時連接電阻R2的一端、可調電阻VRl的一個固定端和可調電阻VRl的滑動端，電阻R4的另一端與P溝道MOS管Ql的源極連接，可調電阻VRl的另一個固定端同時連接電阻R2的另一端、P溝道MOS管Ql的柵極和電阻R3的一端，電阻R3的另一端接供電電源的電源地，P溝道MOS管Ql的漏極是電流源I的電流輸出端。電阻Rl為1K，電阻R2為1K，電阻R3為2K，電阻R4為20K，可變電阻VRl為10K，P溝道MOS管Ql的型號為IR9530，電流源I的電流輸入端接電源+12V。調節可調電阻VRl使電流源輸出為100mA。
具體實施方式
三本實施方式是對具體實施方式
一的進一步說明，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，電子開關電路2包括電阻R5、電阻R6和N溝道MOS管Q2和三極管Q3 ；N溝道MOS管Q2的漏極作為電子開關電路2的一端與電流源I的電流輸出端連接，N溝道MOS管Q2的柵極同時與電阻R5的一端和三極管Q3的集電極連接，電阻R5的另一端接供電電源的正極，三極管Q3的基極與電阻R6的一端連接，三極管Q3的發射極接供電電源的電源地；N溝道MOS管Q2的源極作為電子開關電路2的另一端連接第一二極管Dl的陰極，電阻R6的另一端是電子開關電路2的開關控制端。電阻R5為1K，電阻R6為4. 7K，N溝道MOS管Q2的型號為IR530，，三極管Q3為9013。電子開關電路2的開關控制端輸入0 V，電子開關電路2接通，輸入3-5V，電子開關電路2斷開。
具體實施方式
四本實施方式是對具體實施方式
一的進一步說明，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，單片機控制系統3包括ARM單片機、時間測量電路3-1、電壓測量電路3-2和電壓檢測電路3-3 ;時間測量電路3-1的信號輸入端為單片機控制系統3的時間信號輸入端，電壓測量電路3-2的信號輸入端為單片機控制系統3的電壓測量信號輸入端，電壓檢測電路3-3的輸入端為單片機控制系統3的電壓檢測信號輸入端；時間測量電路3-1的時間測量信號輸出端與ARM單片機的時間測量信號輸入端連接，電壓測量電路3-2的電壓測量信號輸出端與ARM單片機的電壓測量信號輸入端連接，電壓檢測電路3-3的電壓檢測信號輸出端與ARM單片機的電壓檢測信號輸入端連接，ARM單片機的信號輸出端是單片機控制系統3的信號輸出端且與電子開關電路2的開關控制端和時間測量電路3-1控制信號輸入端連接。單片機控制系統3輸出控制信號，可以有選擇的從時間檢測電路3-1取出U1的穩定放電的時間tD ;從電壓檢測電路3-2可以采集副邊線圈U2的電壓；從電壓檢測電路3-3可以采集原邊線圈的電壓。
具體實施方式
五本實施方式是對具體實施方式
四的進一步說明，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，時間測量電路3-1包括電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、可調電阻VR2、一級運算放大器ICl、二級運算放大器IC2、與非門IC3和第二二極管D2 ；第一二極管Dl的陰極和電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端與一級運算放大器ICl的正向信號輸入端連接，一級運算放大器ICl的反向信號輸入端同時與電阻R8的一端和電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端接供電電源的電源地，電阻R8的另一端同時與一級運算放大器ICl的信號輸出端和二級運算放大器IC2的反向信號輸入端連接，二級運算放大器IC2的正向信號輸入端與可調電阻VR2的滑動端連接，可調電阻VR2的一個固定端接供電電源的電源地，可調電阻VR2的另一個固定端接供電電源的負極，二級運算放大器IC2的信號輸出端與電阻RlO的一端連接，電阻RlO的另一端同時與第二二極管D2的陰極、電阻Rll的一端和與非門IC3 —個輸入端連接，電阻Rll的另一端與第二二極管D2的陽極同時接供電電源的電源地，與非門IC3另一個輸入端為時間測量電路3-1控制信號輸入端，與非門IC3的輸出端為時間測量電路3-1的時間測量信號輸出端。 電阻R7為10K，電阻R8為100K，電阻R9為10K，電阻RlO為4. 7K,電阻Rl I為
4.7K、可變電阻VR2為10K，與非門的型號為74HC00和二極管D2的型號為IN4148。調節可調電阻VR2=1 — 3V，找出U1的負電壓信號。單片機控制系統3的控制輸出端為高電平時，時間測量電路3-1輸出的低電平為U1的穩定放電的時間段。單片機定時測量這個低電平的時間為tD。[0033]具體實施方式
六本實施方式是對具體實施方式
四的進一步說明，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，電壓測量電路3-2包括電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R25、運算放大器IC21、第三二極管D21、第四二極管D22和穩壓二極管D23 ；電阻R21的一端為電壓測量電路3-2的信號輸入端，電阻R21的另一端與運算放大器IC21正向信號輸入端的連接,運算放大器IC21反向信號輸入端與電阻R22的一端和電阻R23的一端連接，電阻R22的另一端接供電電源的電源地，運算放大器IC21的信號輸出端與第三二極管D21的陽極連接，第三二極管D21的陰極與電阻R23的另一端和電阻R24的一端連接，電阻R24的另一端與第四二極管D22的陽極連接，電阻R24的另一端為電壓測量電路3-2的時間測量信號輸出端，第四二極管D22的陰極與電阻R25的一端和穩壓二極管D23的陰極連接，所述第四二極管D22的陰極與電阻R25的一端和穩壓二極管D23的陰極連接的連接點作為限幅電壓的正極Vr輸出，限幅電壓的負極接供電電源的電源地，電阻R25的另一端接供電電源的正極，穩壓二極管D23的陽極接供電電源的電源地。 電阻R21為10K,電阻R22為10K，電阻R23為50K，電阻R24為10K，電阻R25為10K，第三二極管D21為IN4148，第四二極管D22為IN4148，穩壓二極管D23為2. 5V。用來檢測u2=0—2. 5/6V的電壓信號，u2〈0時，輸出為0V，u2>2. 5/6V時，被限幅。用來采集U2和識別負線圈的極性。
具體實施方式
七本實施方式是對具體實施方式
四的進一步說明，本實用新型的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，電壓檢測電路3-3包括電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R35、電阻R36、電阻R37、一級運算放大器IC31、二級運算放大器IC32、第五二極管D31和第六二極管D32 ；電阻R31的一端為電壓檢測電路3-3的信號輸入端，電阻R31的另一端與一級運算放大器IC31的正向信號輸入端連接,一級運算放大器IC31的反向信號輸入端與電阻R32的一端和電阻R33的一端連接，電阻R32的另一端接供電電源的電源地，一級運算放大器IC31的信號輸出端與第五二極管D31的陰極連接，第五二極管D31的陽極與電阻R33的另一端和電阻R34的一端連接，電阻R34的另一端與電阻R36的一端和二級運算放大器IC32的反向信號輸入端連接，二級運算放大器IC32的正向信號輸入端與電阻R35的一端連接，電阻R35的另一端接供電電源的電源地，二級運算放大器IC32的信號輸出端與電阻R36的另一端和電阻R37的一端連接，電阻R37的另一端與第六二極管D32的陽極連接，電阻R37的另一端為電壓檢測電路3-3的電壓檢測信號輸出端，第六二極管D32的陰極接限幅電壓Vr的正極。電阻R31為10K，電阻R32為10K，電阻R33為100K，電阻R34為10K，電阻R35為10K，電阻R36為14. 7K，電阻R37為10K，第五二極管D31和第六二極管D32的型號為IN4148。用來檢測U1=O2. 5/16V的電壓信號，U1X)時，電壓檢測電路3-3輸出0V，U!<-0. 3V時被限幅。恒流源電路由Ql及電阻R1-R4組成，調節VRl使恒流電流為Is=100mA。Q2與Dl構成互補充放電開關。IC1、IC2采用運放TL082，±12V供電。RIO、Rll和D2實現± 10到0，5V的電平轉換。IC3封鎖充電時，被測互感器的原邊線圈的電壓U1=-O. 3V時的信號通過。ARM單片機是一個最小系統板，帶按鍵顯示和基本的I/O接口功能，可以方便的定時測量與非門IC3輸出信號U。的低電平的時間tD。信號uT是單片機控制系統3輸出的控制信號，周期和占空比可以任意調整。測試工作之前，先將單片機控制系統3輸出的控制信號uT的周期調到10ms，占空比為O. 5。讓測量最大自感時也能充分的充放電。單片機控制系統3輸出的控制信號uT為低時，Q2導通，給被測互感器的原邊線圈充電，并同時封鎖輸出信號U12，不讓充電時期的信號通過。單片機控制系統3輸出的控制信號uT為高時，Q2截止，互感器的原邊線圈經Dl放電。電壓信號U1通過ICl放大、IC2比較，并被單片機控制系統3輸出的控制信號uT允許通過IC3，作為非門IC3輸出信號U。信號進入單片機，定時測量出穩定放電的時間tD。VR2設置約-I. 5V,既能識別-O. 3V,又能避開下一次阻尼信號的峰值再進入。在穩定放電時間的同時，將副線圈的異名端信號U2作為U2送入IC21的正相放大電路，放大6倍，送單片機AD的O通道采集，采用序列0，引腳PB4觸發方式。穩壓二極管D23是TL431形成一個Vr=2. 5V作為限幅用。限制被測互感器的副邊線圈的電壓U2的幅值 在3. OV以下，輸入有效范圍在0—2. 5V。當副邊線圈接反時，運算放大器IC21不接收負電壓，U2=OV。ARM單片機對U2有一個極性判斷，當U1MOOmV時，如果U2接近0V，則副邊線圈的極性需要調換。原邊線圈的電壓U1檢測用一級運算放大器IC31和二級運算放大器IC32實現，只檢測負的U1,并限幅在3. OV以內，輸入有效范圍在0—2. 5V，正的U1對應的U1等于O。只作為狀態檢測用，沒有參加互感的測量計算。試驗證明當U1參加計算時，誤差比較大。
權利要求1.恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，它包括電流源(I)和第一二極管(D1)，其特征在于，它還包括電子開關電路(2)和單片機控制系統(3);電流源(I)的電流輸出端與電子開關電路(2)的一端連接，電子開關電路(2)的另一端同時與第一二極管(Dl)的陰極、單片機控制系統(3)的時間信號輸入端和單片機控制系統(3)的電壓檢測信號輸入端連接，第一二極管(Dl)的陽極接供電電源的電源地，單片機控制系統(3)的控制信號輸出端與電子開關電路(2)的開關控制端連接，第一二極管(Dl)的陰極接被測互感器的原邊線圈的同名端，第一二極管(Dl)的陽極接被測互感器的原邊線圈的異名端，被測互感器副邊線圈的同名端接供電電源的電源地，被測互感器副邊線圈的異名端接單片機控制系統(3)的電壓測量信號輸入端。
2.根據權利要求I所述的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，其特征在于，電流源(I)包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、可調電阻VRl和P溝道MOS管(Ql); 電阻Rl的一端和電阻R4的一端連接在一起作為電流源(I)的供電電源端，電阻Rl的另一端同時連接電阻R2的一端、可調電阻VRl的一個固定端和可調電阻VRl的滑動端，電阻R4的另一端與P溝道MOS管(Ql)的源極連接，可調電阻VRl的另一個固定端同時連接電阻R2的另一端、P溝道MOS管(Ql)的柵極和電阻R3的一端，電阻R3的另一端接供電電源的電源地，P溝道MOS管(Ql)的漏極是電流源(I)的電流輸出端。
3.根據權利要求I所述的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，其特征在于，電子開關電路(2)包括電阻R5、電阻R6和N溝道MOS管(Q2)和三極管(Q3); N溝道MOS管(Q2)的漏極作為電子開關電路(2)的一端與電流源(I)的電流輸出端連接，N溝道MOS管(Q2)的柵極同時與電阻R5的一端和三極管(Q3)的集電極連接，電阻R5的另一端接供電電源的正極，三極管Q3的基極與電阻R6的一端連接，三極管(Q3)的發射極接供電電源的電源地；N溝道MOS管(Q2)的源極作為電子開關電路(2)的另一端連接第一二極管(Dl)的陰極，電阻R6的另一端是電子開關電路(2)的開關控制端。
4.根據權利要求I所述的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，其特征在于，單片機控制系統(3)包括ARM單片機、時間測量電路(3-1)、電壓測量電路(3-2)和電壓檢測電路(3-3);時間測量電路(3-1)的信號輸入端為單片機控制系統(3)的時間信號輸入端，電壓測量電路(3-2)的信號輸入端為單片機控制系統(3)的電壓測量信號輸入端，電壓檢測電路(3-3)的輸入端為單片機控制系統(3)的電壓檢測信號輸入端；時間測量電路(3-1)的時間測量信號輸出端與ARM單片機的時間測量信號輸入端連接，電壓測量電路(3-2)的電壓測量信號輸出端與ARM單片機的電壓測量信號輸入端連接，電壓檢測電路(3-3)的電壓檢測信號輸出端與ARM單片機的電壓檢測信號輸入端連接，ARM單片機的信號輸出端是單片機控制系統(3)的信號輸出端且與電子開關電路(2)的開關控制端和時間測量電路(3-1)控制信號輸入端連接。
5.根據權利要求4所述的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，其特征在于，時間測量電路(3-1)包括電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、可調電阻VR2、一級運算放大器(IC1)、二級運算放大器(IC2)、與非門(IC3)和第二二極管(D2)； 第一二極管(Dl)的陰極和電阻R7的一端連接，電阻R7的另一端與一級運算放大器(ICl)的正向信號輸入端連接,一級運算放大器(ICl)的反向信號輸入端同時與電阻R8的一端和電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端接供電電源的電源地，電阻R8的另一端同時與一級運算放大器(ICl)的信號輸出端和二級運算放大器(IC2)的反向信號輸入端連接，二級運算放大器(IC2)的正向信號輸入端與可調電阻VR2的滑動端連接，可調電阻VR2的一個固定端接供電電源的電源地，可調電阻VR2的另一個固定端接供電電源的的負極，二級運算放大器(IC2)的信號輸出端與電阻RlO的一端連接，電阻RlO的另一端同時與第二二極管(D2)的陰極、電阻Rll的一端和與非門(IC3) —個輸入端連接，電阻Rll的另一端與第二二極管(D2)的陽極同時接供電電源的電源地，與非門(IC3)另一個輸入端為時間測量電路(3-1)控制信號輸入端，與非門(IC3)的輸出端為時間測量電路(3-1)的時間測量信號輸出端。
6.根據權利要求4所述的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，其特征在于，電壓測量電路(3-2)包括電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R25、運算放大器(IC21)、第三二極管(D21)、第四二極管(D22)和穩壓二極管(D23)； 電阻R21的一端為電壓測量電路(3-2)的信號輸入端，電阻R21的另一端與運算放大器(IC21)正向信號輸入端的連接,運算放大器(IC21)反向信號輸入端與電阻R22的一端和電阻R23的一端連接，電阻R22的另一端接供電電源的電源地，運算放大器(IC21)的信號輸出端與第三二極管(D21)的陽極連接，第三二極管(D21)的陰極與電阻R23的另一端和電阻R24的一端連接，電阻R24的另一端與第四二極管(D22)的陽極連接，電阻R24的另一端為電壓測量電路(3-2)的時間測量信號輸出端，第四二極管(D22)的陰極與電阻R25的一端和穩壓二極管(D23)的陰極連接，所述第四二極管(D22)的陰極與電阻R25的一端和穩壓二極管(D23)的陰極連接的連接點作為限幅電壓的正極Vr輸出，限幅電壓的負極接供電電源的電源地，電阻R25的另一端接供電電源的正極，穩壓二極管(D23)的陽極接供電電源的電源地。
7.根據權利要求4所述的恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，其特征在于，電壓檢測電路(3-3)包括電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R35、電阻R36、電阻R37、一級運算放大器(IC31)、二級運算放大器(IC32)、第五二極管(D31)和第六二極管(D32)； 電阻R31的一端為電壓檢測電路(3-3)的信號輸入端，電阻R31的另一端與一級運算放大器(IC31)的正向信號輸入端連接,一級運算放大器(IC31)的反向信號輸入端與電阻R32的一端和電阻R33的一端連接，電阻R32的另一端接供電電源的電源地，一級運算放大器(IC31)的信號輸出端與第五二極管(D31)的陰極連接，第五二極管(D31)的陽極與電阻R33的另一端和電阻R34的一端連接，電阻R34的另一端與電阻R36的一端和二級運算放大器(IC32)的反向信號輸入端連接,二級運算放大器(IC32)的正向信號輸入端與電阻R35的一端連接，電阻R35的另一端接供電電源的電源地，二級運算放大器(IC32)的信號輸出端與電阻R36的另一端和電阻R37的一端連接，電阻R37的另一端與第六二極管(D32)的陽極連接，電阻R37的另一端為電壓檢測電路(3-3)的電壓檢測信號輸出端，第六二極管(D32)的陰極接限幅電壓Vr的正極。
專利摘要恒流源充電二極管放電的開關式互感測量裝置，涉及一種互感測量裝置，目前互感器的互感值測量精度較高的互感測量裝置成本比較高且電路復雜的問題。它的電流源輸出端與電子開關電路的一端連接，電子開關電路另一端同時與第一二極管的陰極、單片機控制系統的時間信號輸入端和單片機控制系統的電壓檢測信號輸入端連接，第一二極管的陽極接電源地，單片機控制系統的控制信號輸出端接電子開關電路的開關控制端，第一二極管的陰極接被測互感器的原邊線圈同名端，第一二極管的陽極接被測互感器的原邊線圈異名端，被測互感器副邊線圈同名端接電源地，被測互感器副邊線圈的異名端接單片機控制系統的電壓測量信號輸入端。它用于測量互感器的互感值。
文檔編號G01R27/26GK202710665SQ20122037650
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月1日 優先權日2012年8月1日
發明者歐陽斌林, 周修理, 初永良, 辛苗, 秦亮亮, 楊方 申請人:東北農業大學