[發明專利]基于電荷平衡的高精度微弱電流測量電路及方法有效
| 申請號： | 202110500371.6 | 申請日： | 2021-05-08 |
| 公開（公告）號： | CN113238088B | 公開（公告）日： | 2023-01-20 |
| 發明（設計）人： | 楊建;萬清;李昕雨;龔嵐;黃平;范杰;黃秋;張曉棟 | 申請（專利權）人： | 中國測試技術研究院輻射研究所 |
| 主分類號： | G01R19/00 | 分類號： | G01R19/00 |
| 代理公司： | 成都禾創知家知識產權代理有限公司 51284 | 代理人： | 劉凱 |
| 地址： | 610056 四*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 電荷 平衡 高精度 微弱 電流 測量 電路 方法 | ||
1.一種基于電荷平衡的高精度微弱電流測量電路，其特征在于，包括電流源、積分器、模數轉換器和測量控制單元；
所述電流源包括兩個電流方向相反可交替工作的恒流源I1和恒流源I2，其由測量控制單元控制切換，且電流源的電流絕對值大于待測電流的絕對值；
所述積分器包括積分電容C1和低偏置電流的運算放大器U1，所述積分電容C1連接于運算放大器U1的反相輸入端和輸出端之間；待測微弱電流和電流源輸出端共同連接到運算放大器U1的反相輸入端；
所述模數轉換器連接到運算放大器U1的輸出端，采集固定時間點的積分器輸出電壓信號，并將積分器輸出電壓信號發送給測量控制單元；
所述測量控制單元對固定時間點的積分器輸出電壓信號進行分析，判斷該點的積分器輸出電壓是否超量程或過零，根據過零情況進行兩個恒流源的切換，并對兩個恒流源導通次數進行計數，用于計算輸入電流I。
2.根據權利要求1所述的基于電荷平衡的高精度微弱電流測量電路，其特征在于，所述微弱電流單次測量總周期為工頻周期的整數倍。
3.一種基于權利要求1所述測量電路的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟1：積分器輸出電壓信號采樣；
步驟2：超量程判斷：判斷積分器輸出電壓是否超量程，若超量程，則設置超量程標志并進入下一步；若未超量程則進入下一步；
步驟3：過零判斷：若積分器輸出電壓小于零，則開啟提供負向電流的恒流源I2，積分器對輸入電流I及恒流源I2輸入的電流I2之和進行積分，積分器輸出電壓線性上升；當積分器輸出電壓大于等于零時，開啟提供正向電流的恒流源I1，積分器對輸入電流I及恒流源I1輸入的電流I1之和進行積分，積分器輸出電壓線性下降；
步驟4：電流源計數：經過時間T后，重復步驟1、步驟2和步驟3，并對電流源中的兩個恒流源的導通狀態進行計數；若干周期T之后測量結束；
步驟5：計算輸入電流I：
輸入電流I與恒流源開啟的次數以及積分器輸出電壓與初始電壓的差值存在線性關系，公式如下：
式中：V為測量結束時積分器輸出電壓；V0為測量啟動時積分器輸出電壓；T為積分器輸出電壓采樣周期；x為恒流源I1開啟次數；y為恒流源I2開啟次數；I為輸入電流；I1為恒流源I1的電流；I2為恒流源I2的電流；IL為系統泄漏電流；C1為積分電容；
假設所有電流均為恒流，則將上式變為以下公式：
則輸入電流為：
4.根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于，通過多點刻度法來擬合輸入電流大小，設K1＝I1，K2＝I2，K3＝IL，其公式如下：
其中，K0、K1、K2和K3為系數；
所述多點刻度法中選擇至少4個刻度點。
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