一种安全电流源的制作方法

本实用新型涉及一种安全电流源。

背景技术：

根据国家标准《工业电雷管》(gb8031-2055)规定：电雷管的安全电流应不小于0.45a，如果流过电雷管的电流超过0.45a将会引起爆炸，电雷管出厂之前会经过严格的安全电流测试，测试电流一般小于等于200ma，精度要求控制在±0.5ma以内。目前市面上主要有数字式和模拟式恒流源电源，模拟式恒流源是由模拟电路控制输出的恒流源，在体积、输出精度、精确定时输出、随意调节输出值等功能上有较多弊端且难以实现。数字式恒流源大部分产品实现原理是通过电流恒定，电压输出最大值，由负载自身电阻拉低输出电压的方式实现恒流恒压，这种实现方式在负载上电的一瞬间，总功率已经超过电雷管的额定功率，出现仪器测量失误，引起电雷管爆炸，对人身安全构成威胁；

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种安全电流源，以解决的易出现因仪器输出瞬时功率过大而引起的雷管意外爆炸问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种安全电流源，包括电源电路、分别与所述电源电路连接的处理器、电信号控制电路和信号采集电路；所述电信号控制电路包括与所述处理器的第一输出端连接的恒流控制电路以及与所述处理器的第二输出端连接的电压控制电路，所述恒流控制电路通过恒流输出电路与负载连接，所述电压控制电路通过电压输出电路与负载连接；所述信号采集电路包括与所述处理器的第二输入端连接的电压采集电路以及与所述处理器的第三输入端连接的电流采集电路。

进一步地，所述电压控制电路包括第一电压跟随器u1、放大器a1和第一mos管q1；所述第一电压跟随器u1的负输入端与第一电压跟随器u1的输出端短接，第一电压跟随器u1的正输入端通过依次连接第一电阻r1和第七电容c7接地，第一电阻r1与第七电容c7之间的节点与处理器的第二输出端连接；第一电压跟随器u1的第8脚接驱动电源，并通过第五电容c5接地，第一电压跟随器u1的输出端通过第二电阻r2与放大器a1的正输入端连接；放大器a1的负输入端通过第三电阻r3接地，放大器a1的负输入端与放大器a1的输出端之间连接有第四电阻r3；放大器a1的7脚接驱动电源，并通过第八电容c8接地；放大器a1的输出端通过第五电阻r5与第一mos管q1的栅极连接，通过第九电容c9接地；第一mos管q1的漏极与驱动电源连接，第一mos管q1的源极与负载正极连接。

进一步地，所述恒流控制电路包括第二电压跟随器u2、第三电压跟随器u3和第二mos管；所述第二电压跟随器u2的负输入端与第二电压跟随器u2的输出端短接，第二电压跟随器u2的正输入端通过依次连接第七电阻r7和第十电容c10接地，第七电阻r7和第十电容c10之间的节点与处理器的第一输出端连接；第二电压跟随器u2输出端通过第八电阻r8与第三电压跟随器u3的正输入端连接，第三电压跟随器u3的负输入端通过第九电阻r9接地，第三电压跟随器u3的第七脚通过第十一电容接地，第三电压跟随器u3的输出端与第二mos管的栅极连接，第二mos管的源极与第三电压跟随器u3的负输入端连接，，第二mos管的漏极与负载负极连接。

进一步地，所述电压采集电路包括第四电压跟随器u4、第五电压跟随器u5、第六电压跟随器u6和第七电压跟随器u7；所述第四电压跟随器u4的负输入端与第四电压跟随器u4的输出端短接，第四电压跟随器u4的正输入端与负载的正极连接，第四电压跟随器u4的输出端通过第十电阻r10与第五电压跟随器u5的正输入端连接，第五电压跟随器u5的正输入端还通过第十一电阻r11接地；第五电压跟随器u5的负输入端与第五电压跟随器u5的输出端短接，第五电压跟随器u5的输出端通过依次连接的第十二电阻r12和第十四电容c14接地，第十二电阻r12和第十四电容c14之间的节点与处理器的第一输入端连接；所述第六电压跟随器u6的正输入端与负载的负极连接，第六电压跟随器u6的负输入端与第六电压跟随器u6的输出端短接，第六电压跟随器u6的输出端通过第十三电阻r13与第七电压跟随器u7的正输入端连接，第七电压跟随器u7的正输入端还通过第十四电阻r14接地；第七电压跟随器u7的负输入端与第七电压跟随器u7的输出端短接，第七电压跟随器u7的输出端通过依次连接的第十五电阻r15和第十六电容c16接地，第十五电阻r15和第十六电容c16之间的节点与处理器的第二输入端连接。

进一步地，所述电流采集电路包括与所述电流采集电路包括第八电压跟随器u8，所述第八电压跟随器u8的负输入端与第八电压跟随器u8的输出端短接，第八电压跟随器u8的正输入端与恒流控制电路连接，并通过第十八电容c18接地，第八电压跟随器u8的输出端通过依次连接的第十六电阻r16和第十九电容c19接地，第十六电阻r16和第十九电容c19之间的节点与处理器的第三输入端连接。

进一步地，所述电源电路包括与市电连接的变压器t1以及分别与所述变压器t1连接的第一整流滤波电路和第二整流滤波电路；所述变压器t1采用双12v变压器，所述第一整流滤波电路包括与双12v变压器的输出级两端连接的全桥整流电路和与所述全桥整流电路的输出端并联的第一电容c1和第二电容c2；所述第一整流滤波电路包括与双12v变压器的中间抽头连接的二极管和三端稳压器，所述二极管的阳极与双12v变压器的中间抽头连接，二极管的阴极与三端稳压器的输入端连接。

进一步地，该安全电流源还包括与处理器连接的人机交互模块。

进一步地，所述人机交互模块包括与处理器连接的显示器。

进一步地，所述人机交互模块包括与处理器连接的报警器。

进一步地，所述处理器为stm32系列单片机。

本实用新型的有益效果为：通过处理器输出模拟电压，线性控制输出电流电压，并通过实时负载两端的电流和电压，然后根据采集到的电流与电压计算输出误差，根据计算结果处理器实时调整处理器输出参数，实现闭环调节与异常检测，从而实现电流输出的高精度、稳定、安全，解决电雷管在测试过程中误爆的难题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一个实施例的结构框图。

图2为本实用新型一个实施例的电源电路原理图。

图3为本实用新型一个实施例的处理器原理图。

图4为本实用新型一个实施例的电信号控制电路和信号采集电路图。

具体实施方式

如图1所示的安全电流源，包括电源电路、分别与所述电源电路连接的处理器、电信号控制电路和信号采集电路；所述电信号控制电路包括与所述处理器的第一输出端连接的恒流控制电路以及与所述处理器的第二输出端连接的电压控制电路，所述恒流控制电路通过恒流输出电路与负载连接，所述电压控制电路通过电压输出电路与负载连接；所述信号采集电路包括与所述处理器的第二输入端连接的电压采集电路以及与所述处理器的第三输入端连接的电流采集电路。

根据本申请的一个实施例，如图2所示，所述电源电路包括与市电连接的变压器t1以及分别与所述变压器t1连接的第一整流滤波电路和第二整流滤波电路；所述变压器t1采用双12v变压器，所述第一整流滤波电路包括与双12v变压器的输出级两端连接的全桥整流电路和与所述全桥整流电路的输出端并联的第一电容c1和第二电容c2；所述第一整流滤波电路包括与双12v变压器的中间抽头连接的二极管和三端稳压器，所述二极管的阳极与双12v变压器的中间抽头连接，二极管的阴极与三端稳压器的输入端连接。系统采用220v市电供电，通过变压器t1降压后接入电源电路，电源电路处理后输出直流电压给整个系统供电。

电雷管在批量测试时会多个串联进行检测，串联数量一般为30个，每个电雷管电阻为2ω，设计余量取20％，总电阻r＝30×2ω×20％＝72ω，正常测试时电流不超过200ma，设计时选择300ma进行设计，测试时电雷管两端总电压u＝72ω×300ma＝21.6v，所以电流正常输出的时候供电电压应大于21.6v；stm32处理器工作电压为3.3v，集成芯片的工作电压为5v，为保证系统正常工作，这里选择输出为两组12v绕组的双12v变压器，这样可以得到交流24v和交流12v电压，交流24v经过4个二极管全波整流，通过电容滤波后为恒流输出供电，交流12v经过一个二极管半波整流，通过电容滤波后为集成芯片供电，这样三端稳压器78l05上就可以降低ac12v的电压差，降低发热量，保证三端稳压器能够长时间工作，温度保持在80℃以内，符合78l05的工作温度范围。

根据本申请的一个实施例，所述处理器为stm32系列单片机，具体可采用stm32f072cbt6单片机，如图3所示.stm32f072cbt6单片机是st公司推出基于armcortex-m0内核的32位处理器，片内flash高达128kbytes，ram空间16kbytes、拥有12位数模(da)转换2个、12位模数(a/d)转换器9个、16位定时器8个、32位定时器1个、串行通信口4个。其中两路数模(d/a)转换器是实现本系统高精度输出的设计关键，处理器常用普通i/o口输出pwm调制脉冲的方式进行控制，使用i/o输出pwm脉冲在控制的时候动态波动较大，不适用于高精度场合，故选用stm32f072cbt6这款拥有两路数模(d/a)转换的处理器，来用于电流输出恒定控制和输出电压控制，其他丰富的外设接口够也满足安全电流源高精度电流的输出、时效性、稳定性，拥有较高的性能，同时又能较好的控制器件成本。

根据本申请的一个实施例，如图4所示，所述电压控制电路包括第一电压跟随器u1、放大器a1和第一mos管q1；所述第一电压跟随器u1的负输入端与第一电压跟随器u1的输出端短接，第一电压跟随器u1的正输入端通过依次连接第一电阻r1和第七电容c7接地，第一电阻r1与第七电容c7之间的节点与处理器的第二输出端连接；第一电压跟随器u1的第8脚接驱动电源，并通过第五电容c5接地，第一电压跟随器u1的输出端通过第二电阻r2与放大器a1的正输入端连接；放大器a1的负输入端通过第三电阻r3接地，放大器a1的负输入端与放大器a1的输出端之间连接有第四电阻r3；放大器a1的7脚接驱动电源，并通过第八电容c8接地；放大器a1的输出端通过第五电阻r5与第一mos管q1的栅极连接，通过第九电容c9接地；第一mos管q1的漏极与驱动电源连接，第一mos管q1的源极与负载正极连接。

当接线端子p6载接入负载电阻，处理器dac输出模拟电压，电压经过第一电压跟随器u1电路后送入放大器a1，由放大器a1输出模拟电压驱动第一mos管q1功率输出，使第一mos管q1的漏极与源极导通，导通后有电流流过负载；处理器dac输出的模拟电压，控制第一mos管q1导通深度从小到大，整个过程非常平缓，整个过程没有干扰源，使输出安全平稳，当电流达到恒定状态时，处理器dac输出的电压值便不再增加，使得输出的电压刚好满足负载，进一步达到安全输出的目的。

根据本申请的一个实施例，所述恒流控制电路包括第二电压跟随器u2、第三电压跟随器u3和第二mos管；所述第二电压跟随器u2的负输入端与第二电压跟随器u2的输出端短接，第二电压跟随器u2的正输入端通过依次连接第七电阻r7和第十电容c10接地，第七电阻r7和第十电容c10之间的节点与处理器的第一输出端连接；第二电压跟随器u2输出端通过第八电阻r8与第三电压跟随器u3的正输入端连接，第三电压跟随器u3的负输入端通过第九电阻r9接地，第三电压跟随器u3的第七脚通过第十一电容接地，第三电压跟随器u3的输出端与第二mos管的栅极连接，第二mos管的源极与第三电压跟随器u3的负输入端连接，，第二mos管的漏极与负载负极连接。

处理器dac输出模拟电压，电压经过第二电压跟随器u2电路进行隔离，利用第三电压跟随器u3的特性，当第二mos管的漏极与源极处于导通状态时，就可使得ui1电压等于处理器dac输出的电压uo2，处理器dac输出的电压uo2保持不变，电压ui1就保持不变，电阻和电压都保持不变，根据电流公式i＝u/r就可以得出电流不变，实现stm32处理器控制输出电流恒定。

根据本申请的一个实施例，所述电压采集电路包括第四电压跟随器u4、第五电压跟随器u5、第六电压跟随器u6和第七电压跟随器u7；所述第四电压跟随器u4的负输入端与第四电压跟随器u4的输出端短接，第四电压跟随器u4的正输入端与负载的正极连接，第四电压跟随器u4的输出端通过第十电阻r10与第五电压跟随器u5的正输入端连接，第五电压跟随器u5的正输入端还通过第十一电阻r11接地；第五电压跟随器u5的负输入端与第五电压跟随器u5的输出端短接，第五电压跟随器u5的输出端通过依次连接的第十二电阻r12和第十四电容c14接地，第十二电阻r12和第十四电容c14之间的节点与处理器的第一输入端连接；所述第六电压跟随器u6的正输入端与负载的负极连接，第六电压跟随器u6的负输入端与第六电压跟随器u6的输出端短接，第六电压跟随器u6的输出端通过第十三电阻r13与第七电压跟随器u7的正输入端连接，第七电压跟随器u7的正输入端还通过第十四电阻r14接地；第七电压跟随器u7的负输入端与第七电压跟随器u7的输出端短接，第七电压跟随器u7的输出端通过依次连接的第十五电阻r15和第十六电容c16接地，第十五电阻r15和第十六电容c16之间的节点与处理器的第二输入端连接。

负载两端的电压u+、u-在满量程的时候高达21.6v，处理器采集的电压值不能超过ad转换器的供电电压3.3v，所以必须经过隔离电路和缩小电压值电路，u+、u-分别通过第四电压跟随器u4和第六电压跟随器u6隔离以后，分别进行电阻分压缩小电压值，缩小倍数au＝r11/(r10+r11)，缩小后分别接入第五电压跟随器u5和第七电压跟随器u7隔离，隔离送入rc滤波电路进行滤波，消除噪声，两路电压u1和u2最终送入stm32处理器进行ad采集；缩小后的电压值在ad转换器的采集范围内，通过采集两个通道的电压差值，负载两端电压通过计算公式u＝au×(u1-u2)，计算出负载上两端的电压。

根据本申请的一个实施例，所述电流采集电路包括与所述电流采集电路包括第八电压跟随器u8，所述第八电压跟随器u8的负输入端与第八电压跟随器u8的输出端短接，第八电压跟随器u8的正输入端与恒流控制电路连接，并通过第十八电容c18接地，第八电压跟随器u8的输出端通过依次连接的第十六电阻r16和第十九电容c19接地，第十六电阻r16和第十九电容c19之间的节点与处理器的第三输入端连接。

当第九电阻r9(采样电阻)的两端有电流流过时，r20两端会产生电压ui1，电压ui1通过第八电压跟随器u8隔离，隔离后送入rc滤波电路进行滤波，消除噪声得到电压u3，电压u3最后送入stm32处理器进行ad采集，通过采集得到的值与设定的值进行对比，即可得知电流是否达到设定值或异常，从而提高系统的稳定性、安全性、可靠性、灵活性。

该安全电流源还包括与处理器连接的人机交互模块。作为测量仪器，本系统在人机交互设计方面，采用仪器仪表行业常用的方式，使系统操作方便，通俗易懂。采用旋转编码开关来调节电流输出的大小，旋转编码开关可顺时针和逆时针进行两个方向旋转，也可按下作一个按键开关使用，是目前仪器仪表上常见的电子元器件，此处不再赘述。

此外，还设置与处理器连接的报警器。报警器选用蜂鸣器发声作为系统的提示音，作为系统异常的报警提示，通过三极管控制蜂鸣器电源的通断，来实现报警功能。蜂鸣器分有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，有源蜂鸣器器件内部自带振荡源，接入直流工作电压就可以发声；无源蜂鸣器内部不带振荡源，直接接入直流电压是不会发出声音，需要2k——5k的方波驱动，才能使其发声。

通过该设置与处理器连接的显示器，本系统显示也选用串口显示屏，显示系统的工作状态、输出电流值、输出电压值，当系统异常输出时，显示屏可配合蜂鸣器提示用户。串口显示屏凭借着可靠、稳定的产品性能，广泛应用于仪器仪表、工业自动化等各行业领域中。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，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宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。