双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，包括控制处理、可控恒流源、双灯切换和电源四个模块，电源模块分别连接控制处理模块、可控恒流源模块和双灯切换模块，四个模块分别组成数字+模拟双闭环快速稳定恒流源电路和双灯故障控制检测+自动切换两个功能电路。本实用新型专利技术提出的数字+模拟双闭环电路，解决了现有恒流驱动卤钨灯稳定时间长、恒流源调试过程复杂等问题；双灯故障控制检测+自动切换无须控制，当工作灯出现故障时，能够自动切换备用灯作为光源，避免了现有仪器采用控制机械开关进行备用灯切换时的开合抖动和过冲而影响电路工作不稳定；提高了工作效率，降低了使用成本和运行费用。

A fast and stable constant current source system with automatic switching of dual lamp fault diagnosis

The utility model relates to a fast stable constant current source system with automatic switching of dual lamp fault diagnosis, which includes four modules: control processing module, controllable constant current source module, dual lamp switching module and power supply module. The power module is respectively connected with the control processing module, controllable constant current source module and dual lamp switching module. The four modules are respectively composed of digital + analog double closed-loop fast stable constant current source circuit and dual lamp fault control module Detect + auto switch two function circuits. The digital + analog double closed-loop circuit proposed by the utility model solves the problems such as the long stable time of the existing constant current drive tungsten halogen lamp, the complex debugging process of the constant current source, etc.; the double lamp fault control detection + automatic switching need not be controlled, when the working lamp fails, it can automatically switch the standby lamp as the light source, avoiding the switching on of the standby lamp when the existing instrument uses the control mechanical switch The jitter and overshoot affect the instability of the circuit, improve the work efficiency, reduce the use cost and operation cost.

【技术实现步骤摘要】
双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统
本技术涉及一种电子测量及控制、光谱分析及仪器定标等光源稳流供电的电路，尤其是适用于要求供电快速稳定、备用灯自动切换的仪器，特别是便携式光谱仪、机载高光谱的光源系统。
技术介绍
现有的恒流源技术成熟，采用基于标准电压的负反馈放大电路，通过比较标准电压与采样反馈电压，调整放大电路输出，从而控制负载电路中的电流恒定。通过改变标准电压，可实现恒流源的输出量的控制，称其为可控恒流源。精度和稳定性是恒流源的重要技术指标，目前国内外恒流源的稳定性、精度等指标均已经达到0.1％以上。但对恒流源的稳定调节时间，就目前研究而言关注度不大，资料显示的有：天水康采测控技术研究所曾滨(1994年)研发的高精度恒流源，稳定性可达到±0.005％，但是在10分钟内会出现电流缓慢上升或者下降的趋势；苏州大学吴茂成(2011年)研制的高精度宽范围恒流源输出电流为1uA-1A,精度为0.152％，稳定性为0.047％，预热时间为10min；在上世纪，便已经进行恒流源研究，但尚无恒流源快速稳定的研究报道。PID控制是常用的一种闭环调节控制方法，但在恒流源系统中，PID算法的应用并未明显提高恒流源的精度和稳定性。常州工学院鲍玉军等人(2013)设计的PID算法的变负载高稳定恒流源，输出电流0～2000mA，精度、恒流稳定性均达到0.1％。而且PID为动态调整，分析可知其调节快速性很难保证。此外，对于需要备用灯的仪器，其双灯切换常采用机械开关或模拟开关，二者对比，模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。为方便控制，常采用可控机械开关继电器，其开关频率低、开关切换时，由于开合抖动和电流过冲会对工作电路的稳定性造成影响，引入噪声；且有机械疲劳和安全隐患。
技术实现思路
本技术的目的是针对光谱仪光源光谱稳定性高、稳定时间短的要求，而现有恒流源存在工作前期缓慢变化而造成的稳定时间长问题，提供一种输出电流可控的“数字+模拟双闭环”快速稳定恒流源，其为通过“数字+模拟双闭环”的方式实现的一种能够快速稳定的可控恒流源。通过双闭环电路的大预置值启动快速预热、双闭环PID粗调快稳和单闭环稳流的三段工作模式，加快调节过程，快速达到电流稳定状态。同时，本技术的另一个目的是针对仪器工作灯和备用灯的切换采用控制机械开关时存在开合抖动和过冲而影响电路工作不稳定问题，提供一种双灯故障控制检测+自动切换的电路，利用场效应管的导通特性，实现工作灯自动故障检测和切换，无须控制器控制，只有在备用灯故障检测时需要控制，从而避免在供电系统工作时进行继电器的开合，影响仪器工作的稳定性。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，包括控制处理、可控恒流源、双灯切换和电源四个模块，电源模块分别连接控制处理模块、可控恒流源模块和双灯切换模块，四个模块分别组成数字+模拟双闭环快速稳定恒流源电路和双灯故障控制检测+自动切换两个功能电路；所述的控制处理模块，包括微处理器、标准电压输出端、电压采集端1、电压采集端2、控制信号端、状态信号端、串行通讯端、电源端UC组成，其中微处理器包括MPU、DAC、双通道ADC电路、串口、IO口；DAC通过IO口与标准电压输出端连接；双通道ADC通过IO口分别与电压采集端1、电压采集端2连接；串口与串行通信端口连接；控制信号端、状态信号端与微处理器的IO口连接；微处理器的电源口与电源端UC连接；所述的可控恒流源模块，由差分放大电路、采样电阻、反馈电路、标准电压输入端、反馈电压端、负载接口正负端、电源端UI组成，该模块为模拟闭环的恒流源电路，当标准电压输入端接入一标准电压，其输出的电流值为标准电压与采样电阻的比值，差分放大电路2个输入端：标准电压端和反馈电压端分别与标准电压输出端、反馈电路输出端相连，其输出端与采样电阻一端连接；反馈电路的2个输入端分别与采样电阻的2端相连，其输出端和差分放大电路的反馈电压输入端、反馈电压端连接；负载接口正端与电源端UI连接、负载接口负端与采样电阻一端串行连接；电源UI正负端分别与差分放大电路、反馈电路的正负供电端连接；所述的双灯切换模块，由双灯并联电路、负载接口正端、负载接口负端、电压采样端2、继电器控制端和电源端UDL组成，双灯并联电路的一路由工作灯与继电器K串联，另一路由备用灯与场效应管Q串联；电源端UDL分别与继电器K的电源端、场效应管Q的栅极G连接；负载接口正端与工作灯、备用灯连接端连接，负载接口负端与继电器K的开关端、场效应管Q的漏极D、电压采样端2连接；继电器控制端与继电器K的控制端引出；所述的电源模块，分别与处理控制、双灯切换和可控恒流源三个模块通过电源端连接，为其它三个模块提供所需的供电电压。可控恒流源模块的标准电压输入端与控制处理模块的标准电压输出端连接，反馈电压端与控制处理模块的电压采集端1连接，负载接口正负端与双灯切换模块的负载接口正负端连接；控制处理模块的电压采集端2、控制信号端分别与双灯切换模块的电压采样端2和继电器控制端连接，状态信号端和串行通讯端分别与外部控制器或上位机连接，向外部提供当前的工作状态。所述的数字+模拟双闭环快速稳定恒流源电路，由可控恒流源模块、控制处理模块、双灯切换模块的一路有效负载、电源模块组成；可控恒流源模块的标准电压输入端与控制处理模块的标准电压输出端连接，反馈电压端与控制处理模块的电压采集端1连接，负载接口正负端与双灯切换模块的负载接口正负端连接；三个模块通过电源端与电源模块相连。有益效果：本技术提出的数字+模拟双闭环电路，能快速稳定恒流源，解决了现有恒流驱动卤钨灯稳定时间长、恒流源调试过程复杂等问题；双灯故障控制检测+自动切换无须控制，当工作灯出现故障时，能够自动切换备用灯作为光源，避免了现有仪器采用控制机械开关进行备用灯切换时的开合抖动和过冲而影响电路工作不稳定现象；在系统非工作状态，还能够通过控制继电器的闭合与断开对两个灯分别进行故障检测。提高了工作效率，降低了使用成本和运行费用。附图说明图1为双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统结构框图。图2为附图1中控制处理模块结构框图。图3为附图1中可控恒流源结构框图。图4为本专利技术双灯故障控制检测+自动切换电路图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明：本专利技术双光源故障诊断自动切换的快速稳定恒流源电路系统包括控制处理、可控恒流源、双灯切换、电源四个模块，如图1所示。一种双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，包括控制处理、可控恒流源、双灯切换和电源四个模块，电源模块分别连接控制处理模块、可控恒流源模块和双灯切换模块，四个模块分别组成数字+模拟双闭环快速稳定恒流源电路和双灯故障控制检测+自动切换两个功能电路；所述的控制处理模块，包括微处理器、标准电压输出端、电压采集端1、电压采集端2、控制信号端、状态信号端、串行通讯端、电源端UC组成，其中微处理器包括MPU、DAC、双通道ADC电路、串口、IO口；DAC通过IO口与标准电压输出端连接；双通道ADC通过IO口分别与电压采集端1、电压采集端2连接；串口与串行通信端口连接；控制信号端、状态信号端与微处理器的IO口连接；微处理器的电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，包括控制处理、可控恒流源、双灯切换和电源四个模块，其特征在于，电源模块分别连接控制处理模块、可控恒流源模块和双灯切换模块，四个模块分别组成数字和模拟双闭环快速稳定恒流源电路和双灯故障控制检测和自动切换两个功能电路。

【技术特征摘要】
1.一种双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，包括控制处理、可控恒流源、双灯切换和电源四个模块，其特征在于，电源模块分别连接控制处理模块、可控恒流源模块和双灯切换模块，四个模块分别组成数字和模拟双闭环快速稳定恒流源电路和双灯故障控制检测和自动切换两个功能电路。2.按照权利要求1所述的双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，其特征在于，所述的控制处理模块，包括微处理器、标准电压输出端、电压采集端(1)、电压采样端(2)、控制信号端、状态信号端、串行通讯端、电源端UC组成，其中微处理器包括MPU、DAC、双通道ADC电路、串口、IO口；DAC通过IO口与标准电压输出端连接；双通道ADC通过IO口分别与电压采集端(1)、电压采样端(2)连接；串口与串行通信端口连接；控制信号端、状态信号端与微处理器的IO口连接；微处理器的电源口与电源端UC连接。3.按照权利要求1所述的双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统，其特征在于，所述的可控恒流源模块，由差分放大电路、采样电阻、反馈电路、标准电压输入端、反馈电压端、负载接口正负端、电源端UI组成，该模块为模拟闭环的恒流源电路，当标准电压输入端接入一标准电压，其输出的电流值为标准电压与采样电阻的比值，差分放大电路两个输入端：标准电压端和反馈电压端分别与标准电压输出端、反馈电路输出端相连，其输出端与采样电阻一端连接；反馈电路的两个输入端分别与采样电阻的两端相连，其输出端和差分放大电路的反馈电压输入端、反馈电压端连接；负载接口正端与电源端UI连接、负载接口负端与采样电阻一端串行连接；电源UI正负端分别与差分放大电路、反馈电路的正负供电端连接。4.按照权利要求1所述的双灯故障诊断自...

【专利技术属性】
技术研发人员：王智宏，孙澎勇，千承辉，王豫喆，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22