[发明专利]一种快速大功率恒电流电化学测试前端电路

说明书

本发明公开了一种快速大功率恒电流电化学测试前端电路，所述电路包括：电压负反馈单元、功率输出单元、电流采集单元、三电极测量单元、电压采集单元、补偿电流源单元，操作人员只需要通过设定激励信号、补偿电流源控制信号的幅值以及第一可控继电器的开关状态，即可使得该电化学测量前端电路输出阶跃电流激励信号。该电化学测量前端电路输出电流大，可实现快速上升时间，并且上升时间可调，突破了现有电化学恒电流测试中输出阶跃电流幅度小、上升时间较慢、上升时间不可控的限制，可同时测试电化学体系响应电流和响应电压，适用于各种要求的阶跃电流测试目的，具有电路系统简单、工作稳定、控制精确的特点。

技术领域

本发明涉及电化学测试技术领域，更具体地，涉及一种快速大功率恒电流电化学测试前端电路。

背景技术

在电化学测试中，控制流过电化学体系的电流测量方法，也叫做恒电流法。恒电流法是指控制流过研究电极的电流按一定的具有电流突跃的波形规律变化，同时测量电极电势随时间的变化(称为计时电势法，chronopotentiometry)，进而分析电极过程的机理、计算电极的有关参数或电极等效电路中各元件的数值。

在控制电流阶跃暂态测量方法中，流过电极的电流的波形有很多种，但是它们都有一个共同的特点，即在某一时刻电流发生突跃，然后在一定的时间范围内恒定在某一数值上。在电化学测量中，关注的是电极/溶液界面的电势，但通常无法直接测得单一两相界面的电势差，而是测量由研究电极和标准电极组成的电池的电动势作为研究对象，称为相对电池电势。使用电势差计测量电化学电池两极的电池电动势时，实际上得到的是三个界面的内部电势差之和，也可以看成三个界面的外部电势差之和。上述标准电极通常称为参比电极，测量研究电极的电势都是相对于参比电极的电势，所以要求参比电极的电势固定不变，不能有电流流过参比电极导致极化。

如图1所示，为了同时测量电极电势和流过电极的电流，在电化学测量中常常采用三电极体系。如果使用两电极的话，当流过的电流太大，就会造成参比电极的极化。所以增加一个辅助电极，用于提供研究电极极化电流去向。三电极体系由研究电极、参比电极、辅助电极组成。电流从辅助电极流到研究电极，参比电极用于提供参比电势，没有电流流过。使用三电极测量方法，可以同时测试电化学体系对电流激励的响应电压信号和响应电流信号。

在现有的电化学恒电流测试技术中，通常仅仅使用集成运算放大器组成的电路结合三电极测量单元进行电流的控制，常常受限于运算放大器的性能参数，无法输出过大的电流，上升时间较慢且对于不同输出电流上升时间不可控。

在现有技术中，公开号为CN109596694A，中国发明专利于2019年4月9日，公开了一种适用于不同阻抗电化学体系的测量分析装置,该方案通过电压负反馈实现的一种电压、电流的小幅度正弦波可切换控制，没有实现输出大电流的、上升时间可调节的阶跃电流的电路。

发明内容

本发明为克服上述现有的电化学测试前端电路无法设置输出电流的上升时间缺陷，提供一种快速大功率恒电流电化学测试前端电路。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种快速大功率恒电流电化学测试前端电路，包括以下步骤：包括电压负反馈单元、功率输出单元、电流采集单元、三电极测量单元、电压采集单元、补偿电流源单元，

所述电压负反馈单元的同相输入端通过第一电阻与施加的激励信号连接，所述电压负反馈单元的输出端与所述功率输出单元的输入端连接；

所述功率输出单元的输出端连接至所述电流采集单元的第一输入端，所述电流采集单元的第二输入端连接至所述补偿电流源单元的第一输入端，所述补偿电流源单元的第二输入端连接至补偿电流源控制信号；所述补偿电流源单元输出端连接至参考地端；

所述电流采集单元的输出端通过第三电阻连接至所述电压负反馈单元的反相输入端，形成电压负反馈从而控制电流采集单元两输入端的电压差；