多通道电流传感器自动测试系统

　　摘 要：多通道电流传感器自动测试系统可以根据测试需求，实现电流传感器的比例误差、上升时间、零点偏置、零点漂移、线性度等参数的自动测试。其中精密恒流源输出可至200 A，准确度优于0.01%，多台并联可达到2 kA。覆盖了大多数中低准确度的测试需求，同时可配合准确度高达10-6的标准电流传感器解决更高准确度的测试需求。

　　关键词：电流传感器;自动测试;精密恒流源;比例误差

　　0 引言

　　随着电力系统的发展，电流测量需求促使着电流传感器行业日新月异，各种规格、类型的电流传感器层出不穷，对测试设备的需求也越来越高[1]。在以往的电流传感器生产/校准过程中，每一项技术指标都需要一套专用测试系统，复杂且效率低下，覆盖能力较差[2-3]。针对上述问题，本文提出一种多通道电流传感器自动测试系统，能够自动测试传感器的各项基本参数，保存数据，生成图表。提高生产效率的同时能够保证所有传感器都经过测试筛选，大大提升了生产的可靠性。

　　本测试系统主要测试项目有直流比例误差、上升时间、电流响应速度、零点偏置、零点漂移、线性度等。

　　1 测试系统组成

　　多通道电流传感器自动测试系统原理框图如图1所示，包括精密恒流源、桥式换向模块及逻辑控制单元、标准电流传感器、传感器供电及可编程负载阵列、多路复用器(MUX)、信号调理电路、高精度ADC、主控制器、数据处理及储存模块、通信模块及人机交互模块。

　　精密恒流源为数字/模拟双闭环的程控电流源，为被测传感器提供测试电流，同时可以并机或等安匝法以提高等效电流范围[4]。桥式换向及逻辑控制模块可以根据人机交互输入信息改变被测电流传感器的输入电流方向。标准电流传感器为与被测电流传感器比例一致、精度更高且有上级校准数据的标准电流传感器，在精密恒流源准确度与被测传感器准确度不满足1/3关系时使用，作为比较测试法的主要标准。

　　测试系统具体技术指标如表1所示，直接测试法与比较测试法可以将比例误差的测试范围扩展到10-5[5-6]，覆盖市面上绝大多数电流传感器。

　　2 测试系统原理及测试方法

　　2.1 精密恒流源

　　精密恒流源模块[7-11]采用磁通门电流传感器作为输出电流反馈，其原理框图如图2所示。市电经过保险丝、共模滤波器等转换为交流低压，经过整流滤波模块成直流低压给MOSFET供电，作为主功率输出级。基准电压源为ADC、DAC提供稳定的电压参考信号;用户界面的设定的电流值经过微控制器转换为对应的数值发送给DAC，DAC将该数值通过R2R结构将基准电压源的电压值分出具体电压信号作为误差比较模块的参考信号，输出大电流经过传感器等比例变换为小电流经过采样电阻转换为电压信号，该电压信号经过低通滤波及增益变换后进入误差比较模块与参考信号进行比较，误差比较模块输出为一定增益的反极性的差模信号，该差模信号经过滤波后作为功率MOSFET的栅极驱动信号，控制MOSFET的导通程度从而控制输出电流大小。同时增益模块的输出信号进入ADC模块，经过模数转换后进入微控制器，实时监测恒流源输出电流大小。

　　2.2 多通道采集模块

　　多通道数据采集模块如图3所示，包括负载电路阵列、MUX、全差分运算放大器、程控滤波器、8通道精密ADC、1通道高速ADC、SoC控制器、Webserver等。

　　可编程负载阵列经过MUX切换到不同信号调理通道。输入信号经过增益可控的差分运放调节适合增益后进入程控源滤波部分选择凌特公司的LTC1594作为抗混叠滤波器件，滤波器带宽小于fs/2采样率，能有效抑制杂散的无用频率信号，同时，由于有源滤波器拥有较高的输入阻抗及较低的输出阻抗，使得信号调理部分能更容易地驱动精密ADC。精密ADC选用ADI公司的LTC2380作为模数转换器，该ADC在30.5 sps时具有145 dB的动态范围，满足高精度的使用需求，同时内部具有SINC1滤波器，在高速采集模式下可以抑制50/60 Hz供電干扰，进一步保证转换后信号的可靠性。ADC数据端与FPGA采用ADum2602作为隔离期间，该隔离保证可以将数字部分对地的影响降到很低，同时能保证SoC控制器的安全。

　　FPGA经过ADC Driver逻辑控制ADC进行转换的同时将数据经过加窗进行FFT转换，FFT转换后的频域数据能够进一步分析传感器的噪声频谱。大量的数据经过RAM缓存后通过AXI-4等高速总线传输到内部的轻量级Linux系统中，当客户端链接时，内建的Webserver能将这些数据显示到客户端界面上。根据交互界面的输入可完成数据保存、图表生成等功能。同时外扩高速串行计算机扩展总线标准(PCIe)接口、网口(Ethernet)等高速数据导入/到处接口及调试用的串口(RS232)。

　　2.3 直流比例误差测试

　　2.3.1 直接测试法

　　对于0.05级及以下采用直接测试法，具体原理如图3所示，恒流源输出电流经过换向模块穿过电流传感器回到恒流源，被测电流传感器输出经过可编程负载阵列转换为电压信号后经过信号调理电路调整到ADC满量程输入范围，微控制器控制ADC将该电信号转换为数值，经过式(1)换算可以直接得到传感器的直流比例误差。

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文章名称： 多通道电流传感器自动测试系统

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