一种电压电流变换的方法.pdf

本发明提供一种电压-电流变换电路，包括放大器，输入电压连接放大器的同相输入端，放大器的反向输入端接地，其特征在于，放大器的输出端连接达林顿电路的基极，在放大器的同相输入端与达林顿电路的集电极之间跨接第一电阻，放大器的反相输入端与电源的正极之间跨接第二电阻，第二电阻与第一电阻之间连接第三电阻，达林顿电路的射极通过第四电阻接地。本发明的优点是：准确度高；热稳定性好；线性好；抗干扰性好；工作性能稳定可靠；多只本发明的电压-电流变换电路可以同时接入一个电压参考点(共地)，同时进行测量和变送；实现对于多路故障信号的共地巡回检测；性能价格比高；电路简单，实现容易。

1.  一种电压-电流变换的方法，其步骤为：
步骤1、将输入电压(Vi4)接入放大器(N4)的同相输入端；
步骤2、将放大器(N4)的反相输入端接地，其特征在于，
步骤3、将达林顿电路的基极接入放大器(N4)的输出端，达林顿电路的集电极通过第一电阻(Rc)接电源(E)的正极；
步骤4、在放大器(N4)的同相输入端与达林顿电路的集电极之间跨接第二电阻(R10)，在放大器(N4)的反相输入端与电源(E)的正极之间跨接第三电阻(R9)；
步骤5、将达林顿电路的射极通过第四电阻(RL4)接地，使得输出电流(Io4)与输入电压(Vi4)成正比，比例系数为第一电阻阻值的倒数。

一种电压-电流变换的方法
技术领域
本发明涉及一种电压-电流变换的方法，用于变送类仪表以及高压变频器功率单元中的缺相、过压、欠压、器件过流、光纤断路、单元过温等各种检测装置中，属于电压电流变换电路技术领域。
背景技术
在目前单元串联式高压变频技术方案中，每个功率单元相对独立工作，受电后经过整流、滤波、辅助电源启动、接受控制信号等过程，再进入正常变频、输出功率。正常工作过程中，单元控制器需要主动检测各种故障信息，如输入缺相、过压、欠压、器件过流、光纤断路、单元过温等，并及时作出判断和处理并上报主控单元。
在单元控制器检测各种故障信息时，必须对各种故障信号进行处理。为提高抗干扰性能，尤其是对于长距离信号传送，通常采用电压-电流转换技术，使信号电流变送输出，输出的变送电流经过一个负载电阻而产生压降，这个压降则作为下一级放大器信号电压的采样输入。
普通的电压-电流变换器多为如图1所示的负载浮地型、如图2所示的输入浮地的负载接地型、或如图3所示的输入、输出不同相的负载接地型。负载浮地型电压-电流变换器包括反相放大器N1，反相放大器N1的同相输入端连接输入电压Vi1，反相放大器N1的反相输入端通过电阻R1接地，反相放大器N1的输出端通过电阻RL1连接电阻R1。输入浮地的负载接地型电压-电流变换器包括反相放大器N2，反相放大器N2的反相输入端直连反相放大器N2的输出端，输入电压Vi2的一个电极连接反相放大器N2的同相输入端，输入电压Vi2的另一个电极通过电阻RL2接地，反相放大器N2的输出端通过电阻R2连接电阻RL2。输入、输出不同相的负载接地型电压-电流变换器包括反相放大器N3，输入电压Vi3通过电阻R3连接反相放大器N3的反向输入端，反相放大器N3的反向输入端与输出端之间跨接电阻R5，反相放大器N3的输出端通过串联的电阻R6及电阻RL3接地，反相放大器N3的同向输入端通过电阻R4连接与电阻R6与电阻RL3之间。
如果要采用多只电压-电流变换模块同时将输入信号和输出信号的参考点接入同一个电压参考点(共地)，同时进行测量和变送，是不能直接采用负载浮地型的电压-电流变换器，也是不能直接采用输入浮地的负载接地型电压-电流变换器的。因为如图1所示，由于电阻RL1的负信号端接地，会导致电阻R1对地短路，而电阻R1是决定函数Io1＝Vi1/R1中比例系数的关键，Io1为电阻RL1上的电流，从该数学模型就能看出，若R1＝0，则Io1＝∞，电路就无法正常工作；如图2所示，由于Vi2的电压参考点将负载电阻RL2对地短路，这时RL2上的电流Io2全部对地分路，实际上这时电阻RL2的正信号端就是地，所以在这一点也就没有电流输出了。
对于多路信号的巡回检测，与共地检测一样，也不能直接采用负载浮地型的电压-电流变换器或输入浮地的负载接地型电压-电流变换器的，若要采用负载浮地型的电压-电流变换器或输入浮地的负载接地型电压-电流变换器，那么一定要增加其它电路配置，这就使得电路结构复杂；若采用输入、输出不同相的负载接地型电压-电流变换器，如图3所示，因为电阻RL3上的电流Io3的方向与Vi3的方向正好相反，所以每一个检测回路都要增加一个反相放大器，也将使电路复杂化。
发明内容
本发明的目的是提供一种电路结构简单、性能优良且为巡回检测所实用的既能满足输入、输出信号共地又能满足输入、输出相位相同的负载接地型电压-电流变换方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种电压-电流变换的方法，其步骤为：
步骤1、将输入电压接入放大器的同相输入端；
步骤2、将放大器的反相输入端接地，其特征在于，
步骤3、将达林顿电路的基极接入放大器的输出端，达林顿电路的集电极通过第一电阻接电源的正极；
步骤4、在放大器的同相输入端与达林顿电路的集电极之间跨接第二电阻，在放大器的反相输入端与电源的正极之间跨接第三电阻；
步骤5、将达林顿电路的射极通过第四电阻接地，使得输出电流与输入电压成正比，比例系数为第一电阻阻值的倒数。
由于输出级采用达林顿电路，则放大器的功耗非常小，使得放大器的工作十分稳定可靠，尤其是热稳定性特别好，因此还可以大幅度增加有效输出功率。
由该方法可知，本发明具有如下优点：准确度高；热稳定性好；线性好；抗干扰性好；工作性能稳定可靠；多只本发明的电压-电流变换电路可以同时接入一个电压参考点(共地)，同时进行测量和变送；实现对于多路故障信号的共地巡回检测；性能价格比高；电路简单，实现容易。
附图说明
图1为负载浮地型电压-电流变换器的电原理图；
图2为输入浮地的负载接地型电压-电流变换器的电原理图；
图3为输入、输出不同相的负载接地型电压-电流变换器的电原理图；
图4为本发明提供的一种电压-电流变换电路的电原理图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
实施例
如图4所示，为本发明提供的一种电压-电流变换电路的电原理图，由放大器N4、第一电阻Rc、第二电阻R10、第三电阻R9、第四电阻RL4、第五电阻R7、第六电阻R8、第一达林顿管V1及第二达林顿管V2组成，其中第一达林顿管V1及第二达林顿管V2组成达林顿电路，该电路通过下列步骤得到：
步骤1、将输入电压Vi4接入放大器N4的同相输入端；
步骤2、将放大器N4的反相输入端接地，其特征在于，
步骤3、将达林顿电路的基极接入放大器N4的输出端，达林顿电路的集电极通过第一电阻Rc接电源E的正极；
步骤4、在放大器N4的同相输入端与达林顿电路的集电极之间跨接第二电阻R10，在放大器N4的反相输入端与电源E的正极之间跨接第三电阻R9；
步骤5、将达林顿电路的射极通过第四电阻RL4接地，使得输出电流Io4与输入电压Vi4成正比，比例系数为第一电阻阻值的倒数，即Io4＝Vi4/Rc。该关系式可以通过下列步骤推导得出：
令放大器N4同相输入端上的压降为Va，放大器N4反相输入端上的压降为Vb，第一达林顿管V1及第二达林顿管V2上的压降为V0。
令R7＝R8＝R9＝R10，
则 Va＝E[R8/(R8+R9)]＝E/2，Vb＝(Vo+Vi4)[R7/(R7+R10)]＝(Vo+Vi4)/2
∵Va＝Vb，
∴E/2＝(Vo+Vi4)/2，
∴E＝Vo+Vi4
又∵E＝Vo+IcRc，
∴Vo+IcRc＝Vo+Vi4，
∴IcRc＝Vi4，
∴Ic＝Vi4/Rc，
∵Ic＝αIo4，
∴αIo4＝Vi4/Rc，
∴Io4＝Vi4/αRc，
结论：Io4＝Vi4/Rc(由于达林顿管的β＝β1β2很大，∴α接近于1，故令α＝1，得出上述结论)即Io是Vi4的正比例函数，1/Rc是比例系数。式中，α＝β/(1+β)，α为共基极短路电流放大系数，β为共发射极短路电流放大系数。