CN216560824U - 一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路 - Google Patents

Abstract

一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路,涉及电容器测试技术领域。包括直流输入电源、输出回路、负载电容、控制环路和波形发生器，所述波形发生电路通过控制环路连接输出回路，输出回路连接直流输入电源，输出回路的输出端串接负载电容和电流传感器L1，电流传感器L1的信号输出端连接控制环路。本实用新型通过乘法器的原理，将控制电流的电压和低频可调载波的电压相乘，来实现三极管输出电流和输出频率可调，利用运放虚短虚短的原理实现输出电流的稳定，有效解决传统电路电流和频率不能同时控制的弊端。

Description

一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路

技术领域

本实用新型涉及电容器测试技术领域，具体为一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路。

背景技术

目前随着电子产品的升级发展，对电路中电容器的要求也越来越高，那么就对应用于不同场合的电容器的电流和频率提出了新的要求。相对于一些传统的测试方式，无法同时实现测试频率和电流的可调，所以根据此情况，设计出一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制的电路就很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，可以有效解决背景技术中的问题。

实现上述目的的技术方案是：一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：包括直流输入电源、输出回路、负载电容、控制环路和波形发生器，所述波形发生电路通过控制环路连接输出回路，输出回路连接直流输入电源，输出回路的输出端串接负载电容和电流传感器L1，电流传感器L1的信号输出端连接控制环路；

所述波形发生电路用于产生一个10-1000HZ的频率可调的正弦波作为输出控制的基波、并输送至控制环路；

控制环路包括交流电流转直流电平电路、积分运放电路以及模拟乘法电路，所述乘法电路连接波形发生电路的波形输出端，交流电流转直流电平电路的输入端连接电流传感器，交流电流转直流电平电路与积分运放电路的输入端连接，积分运放电路的输出端连接模拟乘法电路，模拟乘法电路的输出端连接输出回路；

所述交流电流转直流电平电路用于将通过电流传感器采集到的交流电流由正弦波有效值转化为直流电平、并输送至积分运放电路，积分运放电路用于调节输出电流的大小，保持输出稳定，乘法电路用于将波形发生电路输出的正弦波和积分运放电路的输出电流合成一组频率和幅值可调的正弦波、并将该组频率和幅值可调的正弦波输送至输出电路；

输出回路包括三极管驱动电路以及连接在三极管驱动电路输出端的电流推挽放大电路，三极管驱动电路的输入端连接控制环路，三极管驱动电路用于将输入的正弦波通过转换为两组频率相同幅值不同的低频正弦波，电流推挽放大电路用于将两组频率相同幅值不同的低频正弦波合成一组频率和幅值可调的驱动波形。

进一步地，电流推挽放大电路包括三极管Q3、Q4，多个三极管Q1、多个三极管Q5、多个电阻R12、多个电阻R14；

三极管驱动电路的输入端连接控制环路，所述三极管驱动电路设置有驱动输出端OUTA、OUTB，驱动输出端OUTA连接三极管Q3的基极、驱动输出端OUTB连接三极管Q4的基极，三极管Q3的集电极连接直流输入电源的正极、三极管Q4的集电极连接直流输入电源的负极，三极管Q3的集电极与发射极之间并联有多个三极管Q1，三极管Q4的集电极与发射极之间并联有多个三极管Q5，每个三极管Q1的发射极分别连接一个电阻R12的一端，每个三极管Q5的发射极分别连接一个电阻R14的一端，电阻R12、R14的另一端相互并接后连接负载电容C5的一端，负载电容C5的另一端串接电流传感器L1后接地。

进一步地，波形发生电路包括波形发生器U2、MCU控制器、运放U1、晶体振荡器Y1、电阻R1、R2，所述晶体振荡器Y1的1脚接3.3V电源正极、3脚接地、4脚连接波形发生器U2的5脚，通过晶体振荡器Y1为波形发生器U2提供方波，波形发生器的2脚连接3.3V电源正极、4脚接地；

MCU控制器连接波形发生器U2的6、7、8脚，控制波形发生器U2输出正弦波频率；

波形发生器U2的10脚一端连接电阻R2的一端，运放U1的4脚、7脚连接12V电源，电阻R2的另一端分别连接R1的一端和运放U1的2脚，运放U1的3脚接地，电阻R1的另一端连接运放U1的6脚，运放U1的6脚用于输出频率可调的正弦波、并标记为sine wave。

进一步地，交流电流转直流电平电路包括电阻R8、R9、R10、R11、可调电阻RW1、直流转换器U5、电容C3、C4，所述电阻R8的一端连接电流传感器L1，电阻R8的另一端连接直流转换器U5的15脚，电阻R10的一端连接5V电源正极，另一端连接可调电阻RW1的一端，可调电阻RW1的另一端串接电阻R11后接地，所述可调电阻RW1的活动臂引脚连接直流转换器U5的4脚；

直流转换器U5的1脚和3脚接地、12脚和13脚之间连接5V电源、10脚和11脚之间连接电容C3、6脚和10脚之间连接电容C4的两端、6脚和11脚连接电阻R9的两端。

进一步地，所述积分运放电路包括电阻R5、R6、运放U3、电容C1，电阻R6的一端连接直流转换器U5的11脚、另一端连接运放U3的3脚，电阻R5的一端连接电流基准、另一端连接运放U3的2脚，电容C1连接在运发U3的2脚和6脚之间。

进一步地，所述乘法电路包括电阻R3、R4、R7、二极管D1、电容C2、模拟乘法器U4，所述二极管D1的负极端连接运放U3的6脚、正极端分别连接电阻R3、R4一端以及模拟乘法器U4的1脚，电阻R3的另一端连接12V电源正极，电阻R4的另一端接地；

模拟乘法器U4的2脚、4脚和8脚连接地、3脚连接12V电源负极、6脚接12V电源正极、7脚连接C2的一端、5脚连接R7的一端，C2的另一端连接波形发生电路，电阻R7的另一端连接三极管驱动电路的输入端。

本实用新型的有益效果

本实用新型通过乘法器的原理，将控制电流的电压和低频可调载波的电压相乘，来实现三极管输出电流和输出频率可调，利用运放虚短虚短的原理实现输出电流的稳定，有效解决传统电路电流和频率不能同时控制的弊端。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理图；

图2为波形发生电路的电路图；

图3为输出电路的电路图；

图4为控制环路的电路图；

图5为本实用新型的合成输出电流波形分析图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型公开了一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，具体包括直流输入电源1、输出回路2、负载电容3、控制环路4和波形发生电路5。

输出电路2包括三极管驱动电路2.1、三极管Q3、Q4，多个三极管Q1、多个三极管Q5、多个电阻R12、多个电阻R14，三极管Q1的数量和三极管Q5的数量相同，电阻R12的数量与三极管Q1的数量对应，电阻R14的数量与三极管Q5的数量对应。

三极管驱动电路2.1的输入端连接控制环路4，三极管驱动电路2.1设置有输出端OUTA、OUTB，输出端OUTA连接三极管Q3的基极、输出端OUTB连接三极管Q4的基极，三极管Q3的集电极连接直流输入电源1的正极、三极管Q4的集电极连接直流输入电源1的负极，三极管Q3的集电极与发射极之间并联有多个三极管Q1，三极管Q1的集电极分别连接三极管Q3的集电极，三极管Q1的基极连接三极管Q3的发射极，三极管Q4的集电极与发射极之间并联有多个三极管Q5，三极管Q5的集电极分别连接三极管Q4的集电极，三极管Q5的基极连接三极管Q4的发射极。

每个三极管Q1的发射极分别连接一个电阻R12的一端，每个三极管Q5的发射极分别连接一个电阻R14的一端，电阻R12、R14的另一端相互并接后连接负载电容C5的一端，负载电容C5的另一端串接电流传感器L1后接地，电流传感器L1采用电流霍尔传感器。

波形发生电路5包括波形发生器U2、MCU控制器5.1、运放U1、晶体振荡器Y1、电阻R1、R2，运放U1的型号为TL081，所述晶体振荡器Y1的1脚接3.3V电源正极、3脚接地、4脚连接波形发生器U2的5脚，通过晶体振荡器Y1为波形发生器U2提供方波，波形发生器的2脚连接3.3V电源正极、4脚接地。

MCU控制器5.1连接波形发生器U2的6、7、8脚，控制波形发生器U2输出正弦波频率。

波形发生器U2的10脚一端连接电阻R2的一端，运放U1的4脚、7脚连接12V电源，电阻R2的另一端分别连接R1的一端和运放U1的2脚，运放U1的3脚接地，电阻R1的另一端连接运放U1的6脚，运放U1的6脚用于输出频率可调的正弦波、并标记为sine wave。

控制环路4包括交流电流转直流电平电路4.1、积分运放电路4.2以及乘法电路4.3。

交流电流转直流电平电路4.1包括电阻R8、R9、R10、R11、可调电阻RW1、直流转换器U5、电容C3、C4，直流转换器U5的型号为AD637。

所述电阻R8的一端连接电流传感器L1，电阻R8的另一端连接直流转换器U5的15脚，电阻R10的一端连接5V电源正极，另一端连接可调电阻RW1的一端，可调电阻RW1的另一端串接电阻R11后接地，所述可调电阻RW1的活动臂引脚连接直流转换器U5的4脚。

直流转换器U5的1脚和3脚接地、12脚和13脚之间连接5V电源、10脚和11脚之间连接电容C3、6脚和10脚之间连接电容C4的两端、6脚和11脚连接电阻R9的两端。

所述积分运放电路4.2包括电阻R5、R6、运放U3、电容C1，运放U3的型号为OP07。

电阻R6的一端连接直流转换器U5的11脚、另一端连接运放U3的3脚，电阻R5的一端连接电流基准、另一端连接运放U3的2脚，电容C1连接在运发U3的2脚和6脚之间。

乘法电路4.3包括电阻R3、R4、R7、二极管D1、电容C2、模拟乘法器U4，模拟乘法器U4的型号为AD633JN。

二极管D1的负极端连接运放U3的6脚、正极端分别连接电阻R3、R4一端以及模拟乘法器U4的1脚，电阻R3另一端连接12V电源正极，电阻R4的另一端接地。

模拟乘法器U4的2脚、4脚和8脚连接地、3脚连接12V电源负极、6脚接12V电源正极、7脚连接C2的一端、5脚连接R7的一端，C2的另一端连接运放U1的6脚，电阻R7的另一端连接三极管驱动电路2.1的输入端。

本实用新型的工作原理：

首先通过MCU控制器5.1控制波形发生器U2产生一个10HZ-1000HZ可调的正弦波，并通过运放U1、电阻R1、R2构成的反向电路进行电压放大，得到了一个低频可调载波，标记为sine ware。

低频可调载波经过电容C2（电容具有隔直通交的作用），得到一个没有直流分量的低频可调正弦波，并输入模拟乘法器U4，模拟乘法器U4根据公式W=（X1-X2）*(Y1-Y2)/10计算输出驱动信号，其中X1为波形发生器U2输出的基波、X2为GND、Y1为运放U3的输出电压、Y2为GND。

当Y1-Y2不变时，改变X1-X2的值时，模拟乘法器U4输出的驱动信号就会根据输入（X1-X2）比列线性改变。X1-X2是输入低频可调的载波，即当载波的频率改变时，输出的驱动波形的频率同时改变。

模拟乘法器U4输出的驱动信号经过电阻R7输入三极管驱动电路2.1，得到两个输出驱动OUTA和OUTB，具体波形OUTA、波形OUTB如图5所示。当驱动电路2.1输出电压大于1.4V，三极管Q1、Q3导通，得到正弦波的上半周。同理当驱动电路2.1输出电压小于1.4V时，三极管Q4、Q5导通，得到正弦波的下半周。由此得到一个完整且频率可调的正弦波，加载在负载电容C5的两端。

当运放U3的2脚输入的电流基准Ua增加时，根据运放虚短虚断的原理Ua=Ub,Ub为直流转换器U5输出的直流电平，由运放U3构成的积分电路4.2使运放U3输出的Uc变大，那么Y1-Y2的电压就会变大，如上述模拟乘法器U4分析，模拟乘法器U4输出的驱动信号的正弦波幅值就会变大，经过三极管驱动电路2.1输出驱动正弦波幅值就会变大，那么三极管Q3、Q4基极电流就会变大，经过三极管Q1、Q3、Q4电流放大，输出电流就会变大，输出霍尔采集的电流通过直流转换器U5将交流电流有效值转换成直流电平Ub，直至Ub=Ua,输出电流才会稳定。反之亦然，当电流基准Ua减小时，输出电流就会变小，直至Ua=Ub时，输出电流稳定。

Claims (6)

1.一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：包括直流输入电源、输出回路、负载电容、控制环路和波形发生器，所述波形发生电路通过控制环路连接输出回路，输出回路连接直流输入电源，输出回路的输出端串接负载电容和电流传感器L1，电流传感器L1的信号输出端连接控制环路；

所述波形发生电路用于产生一个10-1000HZ的频率可调的正弦波作为输出控制的基波、并输送至控制环路；

控制环路包括交流电流转直流电平电路、积分运放电路以及模拟乘法电路，所述乘法电路连接波形发生电路的波形输出端，交流电流转直流电平电路的输入端连接电流传感器，交流电流转直流电平电路与积分运放电路的输入端连接，积分运放电路的输出端连接模拟乘法电路，模拟乘法电路的输出端连接输出回路；

所述交流电流转直流电平电路用于将通过电流传感器采集到的交流电流由正弦波有效值转化为直流电平、并输送至积分运放电路，积分运放电路用于调节输出电流的大小，保持输出稳定，乘法电路用于将波形发生电路输出的正弦波和积分运放电路的输出电流合成一组频率和幅值可调的正弦波、并将该组频率和幅值可调的正弦波输送至输出电路；

输出回路包括三极管驱动电路以及连接在三极管驱动电路输出端的电流推挽放大电路，三极管驱动电路的输入端连接控制环路，三极管驱动电路用于将输入的正弦波通过转换为两组频率相同幅值不同的低频正弦波，电流推挽放大电路用于将两组频率相同幅值不同的低频正弦波合成一组频率和幅值可调的驱动波形。

2.根据权利要求1所述的一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：电流推挽放大电路包括三极管Q3、Q4，多个三极管Q1、多个三极管Q5、多个电阻R12、多个电阻R14；

三极管驱动电路的输入端连接控制环路，所述三极管驱动电路设置有驱动输出端OUTA、OUTB，驱动输出端OUTA连接三极管Q3的基极、驱动输出端OUTB连接三极管Q4的基极，三极管Q3的集电极连接直流输入电源的正极、三极管Q4的集电极连接直流输入电源的负极，三极管Q3的集电极与发射极之间并联有多个三极管Q1，三极管Q4的集电极与发射极之间并联有多个三极管Q5，每个三极管Q1的发射极分别连接一个电阻R12的一端，每个三极管Q5的发射极分别连接一个电阻R14的一端，电阻R12、R14的另一端相互并接后连接负载电容C5的一端，负载电容C5的另一端串接电流传感器L1后接地。

3.根据权利要求2所述的一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：波形发生电路包括波形发生器U2、MCU控制器、运放U1、晶体振荡器Y1、电阻R1、R2，所述晶体振荡器Y1的1脚接3.3V电源正极、3脚接地、4脚连接波形发生器U2的5脚，通过晶体振荡器Y1为波形发生器U2提供方波，波形发生器的2脚连接3.3V电源正极、4脚接地；

MCU控制器连接波形发生器U2的6、7、8脚，控制波形发生器U2输出正弦波频率；

波形发生器U2的10脚一端连接电阻R2的一端，运放U1的4脚、7脚连接12V电源，电阻R2的另一端分别连接R1的一端和运放U1的2脚，运放U1的3脚接地，电阻R1的另一端连接运放U1的6脚，运放U1的6脚用于输出频率可调的正弦波、并标记为sine wave。

4.根据权利要求3所述的一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：交流电流转直流电平电路包括电阻R8、R9、R10、R11、可调电阻RW1、直流转换器U5、电容C3、C4，所述电阻R8的一端连接电流传感器L1，电阻R8的另一端连接直流转换器U5的15脚，电阻R10的一端连接5V电源正极，另一端连接可调电阻RW1的一端，可调电阻RW1的另一端串接电阻R11后接地，所述可调电阻RW1的活动臂引脚连接直流转换器U5的4脚；

直流转换器U5的1脚和3脚接地、12脚和13脚之间连接5V电源、10脚和11脚之间连接电容C3、6脚和10脚之间连接电容C4的两端、6脚和11脚连接电阻R9的两端。

5.根据权利要求4所述的一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：所述积分运放电路包括电阻R5、R6、运放U3、电容C1，电阻R6的一端连接直流转换器U5的11脚、另一端连接运放U3的3脚，电阻R5的一端连接电流基准、另一端连接运放U3的2脚，电容C1连接在运发U3的2脚和6脚之间。

6.根据权利要求5所述的一种用于电容器纹波电流测试的低频可调正弦波控制电路，其特征在于：所述乘法电路包括电阻R3、R4、R7、二极管D1、电容C2、模拟乘法器U4，所述二极管D1的负极端连接运放U3的6脚、正极端分别连接电阻R3、R4一端以及模拟乘法器U4的1脚，电阻R3的另一端连接12V电源正极，电阻R4的另一端接地；

模拟乘法器U4的2脚、4脚和8脚连接地、3脚连接12V电源负极、6脚接12V电源正极、7脚连接C2的一端、5脚连接R7的一端，C2的另一端连接波形发生电路，电阻R7的另一端连接三极管驱动电路的输入端。

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