基于高精度电压_电流LEM模块的双通道传感器测试电源

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ｔｏｆｆ＞＞ｔｏｎ
开关管具体的开通与关断时间需要根据主变 压器工作电流和设计参数来确定，这里选用ｔｏｎｍａｘ＝ ６ ｍｓ，ｔｏｆｆ ｍｉｎ＝１ ０００ ｍｓ，并且ｔｏｎ的大小和给定值成 线性关系。
由于本电源需要和上位机进行通讯，因此， 本设计在控制电路中增加了一级光电隔离，除了 工作允许信号由上位机发出以外，电源的工作状 态也将通过监测信号反馈到上位机中。与此同 时，电源的主电路输出信号反馈值被送回电源控 制系统，经过处理后通过控制线送到电源外部接 口进行检测。为了安全可靠地驱动开关管，电源 控制系统应输出双路ＰＷＭ脉冲，以分别驱动电压 和电流两通道的开关管，并应具有过流保护功 能。此外，该电源还可根据需要设定主电路的输 出 电 流 （电 压 ）， 即 通 过 调 节 给 定 值 来 控 制 Ｑ１ （Ｑ２） 的开通时刻以控制输出电流 （电压），所以， 图２中的输出电流Ｉｏｕｔ （电压Ｕｏｕｔ） 可以根据给定 值来输出需要的值，进而得到较宽的量程。
在电流传感器测试通道中，ＴＲ１为降压型变 压器，作用是当输出端两根导线短接或接小电阻 负载时能输出峰值超过１ ２５０ Ａ的大电流。将输出 端导线穿过精密的电流霍尔传感器 （ＬＥＭ模块）， 可根据输出电流的大小并经过精密取样电阻得到 一个精度较高的反馈电压，该值将对所测试的电 流传感器的输出值进行校核，以使所测试的传感
为了得到大范围的电压和电流变化幅值以拓 宽测试量程，同时考虑到设备的安全性，该测试 电源采用主变压器隔离型主电路结构，这样，测 试电源就必须具备输出高电压和大电流的能力。 为了减小整个电源的体积和质量，设计时把电压 和电流测试电源主电路分成了两个独立的模块，
收稿日期：２００６－ ０８－ ２４
同时共用同一个控制系统。因两路主电路对应不 同的隔离变压器，以分别输出低压大电流和高压 小电流，所以整个电源的功耗并不高，具体的电 源电路原理如图１所示。
第８卷 第１１期 ２００６年１１月
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＆ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｖｏｌ．８ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ ２００６
基于高精度电压/电流LEM模块的 双通道传感器测试电源
陈玮山，汪殿龙，白伟，齐铂金
（北京航空航天大学 机械工程与自动化学院，北京 １０００８３）
（ａ） 单信号波形
４ 结束语
采用ＬＥＭ高精度电压／电流模块为基准源设计 的双通道传感器测试电源主要用来测试电压和电 流传感器，它具有结构简单、精度高、调节方 便、量程宽、动态特性好、线性度高及通讯方便
（ｂ） 连续信号波形 图３ 输出电流 （电压）反馈信号波形
等优点，是一种具有良好应用前景的测量设备。
（上接第４９页）
序，在初始化执行结束后，按下运行按钮Ｉ０．３， ＥＣＵ供电继电器Ｑ０．４得电，ＥＣＵ供电指示灯Ｑ０．５ 亮，同时，运行指示灯Ｑ０．６也亮。接下来是进水 管路是否堵塞的判断，如果堵塞则进入进水检查 子程序，没有堵塞则注水泵继续给发动机注入冷 却液，当注入到发动机规定的水位后，膨胀水箱 里的液位传感器Ｉ０．２得电，注水泵继电器Ｑ０．２失 电停止注水。接着按下起动按钮Ｉ０．４，起动继电 器 Ｑ０．３ 得 电 ， 起 动 机 带 动 发 动 机 运 转 ， 在 这 同 时，燃油泵继电器Ｑ０．１得电，燃油泵给发动机提 供燃油。实际上，在这里也要对供油管路是否堵 塞进行判断，如果堵塞则进入进油检查子程序， 没有堵塞则调用发动机检查子程序，这个子程序
摘 要：简要介绍了电压／电流传感器测试电源的用途及应用场合，针对常规电压和电流传感 器的特点，采用高精度电压／电流ＬＥＭ模块为基准源，设计了一种双通道隔离型主电路拓扑及 控制系统 （并留有上位机控制和检测端口），并给出了该电源的技术参数。试验结果表明，该 电源可以用于传感器的标定、多传感器一致性检测等方面。 关键词：传感器；ＬＥＭ模块；测试电源；双通道
将判断发动机是否合格，不合格便将发动机送至 待修区，合格则按下合格按钮Ｉ０．７，将真空泵启 动２分钟把发动机冷却液抽干，至此，整个发动 机试验结束。
４ 结束语
该控制系统已在某汽车公司发动机生产线上 投入运行一年多了，实践证明，其具有结构简 单、可靠性好、自动化程度高等特点。笔者认 为，由于ＰＬＣ技术已十分完善，因此，通过技术 整合，采用ＰＬＣ控制的发动机试验台架测控系统 定会成为今后发展的趋势。
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第８卷 第１１期 ２００６年１１月
名企推介
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图１ 测试电源原理电路
器具有较高的精度。 在电压传感器测试通道中，ＴＲ２为升压型变
压器。由于本电源可以输出峰值超过２ ０００ Ｖ的高 压，因此，在输出导线正负两端并接精密电压霍 尔传感器和精密取样电阻，可根据输出电压的大 小产生一个精度较高的反馈电压，该反馈电压将 对所测试的电压传感器的输出值进行校核。
无论是电流通道还是电压通道，在理论上， 测试电源输出端都将得到如图２所示的波形。
图２ 输出电流 （电压） 波形
从图２可以看出，该电源输出的是一个个的 脉冲，其波形为正弦波正半周期的一部分，对于 电流通道，其输出电流大小可以用下式表示：
Ｉｏｕｔ＝Ｉ峰ｓｉｎ （ωｔｏｎ） 式中，ｔｏｎ、ｔｏｆｆ分别对应于开关管Ｑ１的开通与关断 时间。电压通道也与此类似。需要注意的是，由 于主变压器只工作在单象限，为防止变压器因饱 和而损坏，并留有充分的磁通恢复时间，开关管 的开通与关断时间需要满足以下条件：
传感器在出厂前必须进行精度校核以满足使 用要求。而ＬＥＭ传感器模块以其测量精度高、动 态响应快、测量范围宽等优点得到了广泛的应 用，因此选用ＬＥＭ高精度快速电压／电流模块作为 测量基准源［３］，笔者成功研制了一种电压／电流两 用的双通道传感器测试电源，来作为检测和校准 电压／电流传感器的专用设备。
１ 测试电源的工作原理
为ＬＶ１００－ ２０００，电流传感器模块选用的型号为 ＬＴ２００５－ Ｓ，具体的技术指标可以参见ＬＥＭ公司提 供的产品手册。
线形度 ＜０．１％ ＜０．１％
体积 （ｍｍ） １５０×２００×３００
质量 （ｋｇ） １５
３ 试验结果
图３是用示波器采集到的本测试电源的电流 通道输出量反馈值 （精密电流ＬＥＭ传感器模块输 出值） 波形，电压通道的波形与此类似。其中图 ３ （ａ） 为单个周期的波形，输出峰值为５．０ Ｖ，对 应的满量程为１ ２５０ Ａ，波形过渡光滑，无干扰信 号；图３ （ｂ） 为连续两个周期的输出波形。从图３ 可以看出，开关管Ｑ１的ｔｏｎ为５ ｍｓ，ｔｏｆｆ为２ ２００ ｍｓ， 即电源每隔２．２ ｓ即输出一个形如图３ （ａ） 的波形， 其目标峰值将随给定值的变化而线性变化。
该电源的设计分为主电路和控制系统两部 分。因为两个通道的工作原理相同，故将两通道 控制电路设计在一起。该测试电源以ＡＣ ２２０Ｖ为 电源输入，开关ＳＷ１或ＳＷ２闭合后 （分别对应电 流和电压测试通道），电源处于待机状态。当电 源控制系统接收到上位机工作允许信号后，电源 开始工作，功率开关管Ｑ１ （Ｑ２） 将依据驱动信号 的高低电平开通或关断。由于二极管Ｄ１ （Ｄ３） 的 反向阻断作用，电源只输出正弦波的正半周期的 一 部 分 ， 图 中 的 Ｄ２ （Ｄ４） 是 防 止 主 变 压 器 ＴＲ１ （ＴＲ２） 饱和的续流二极管。本设计将高精度电压／ 电流ＬＥＭ模块分别并联／串联在两个主变压器的副 边，与此相对应，设计时将需要测试的单个或多 个电压传感器并联在电压测试通道的输出端，而 将电流传感器串联在电流测试通道的输出端。
０ 前言
电量传感器是用来变换电压或电流的装置， 也是电力系统中供测量和保护用的重要设备之 一。电量传感器按用途可分为电压传感器和电流 传感器两大类。电压／电流传感器可将电力系统 中的大电流／大电压按照一定的比例变为标准的 小电流／小电压，以作为测量和保护的参数。因 此电量传感器的精度与动态响应时间尤为重要。
２ 测试电源的技术参数
按照上述方案试制的原理样机的具体技术参 数如表１所列。
在上述参数中，电流 （电压） 的最大量程对 应最大的反馈值且呈线性变化，即电源的输出电 流在０～１ ２５０ Ａ、输出电压在０～２ ０００ Ｖ之间变化
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Ｖｏｌ．８ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ ２００６
表１ 测试电源的技术参数
电流 电压
量大量程 １ ２５０ Ａ ２ ０００ Ｖ
最大反馈值 ５．０ Ｖ ５．０ Ｖ
精度 ±０．７％ ±０．２％
响应时间 ＜１ μｓ ＜２０ μｓ
时，其反馈值都在０～５．０ Ｖ之间线性变化。 该电源中的ＬＥＭ电压传感器模块选用的型号