CN109348603A - 双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统 - Google Patents

双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统 Download PDF

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CN109348603A CN201811449479.1A CN201811449479A CN109348603A CN 109348603 A CN109348603 A CN 109348603A CN 201811449479 A CN201811449479 A CN 201811449479A CN 109348603 A CN109348603 A CN 109348603A
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王智宏
孙澎勇
千承辉
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    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection
    • H05B47/29—Circuits providing for substitution of the light source in case of its failure

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Abstract

本发明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。本发明提出的数字+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。

Description

双灯故障诊断自动切换的快速稳定恒流源系统
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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，本发明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。
本发明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、串行通讯接口、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；串口与串行通讯接口连接；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；
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接口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。
数字+模拟双闭环快速稳定恒流源电路，通过如下三个阶段的工作模式达到稳流状态：
A、大预置值启动快速预热：
①状态信号端输出端置为0，表明该系统未处于稳定状态；
②DAC赋较大值DDA0；
增大标准电压，使系统快速热稳定，其中DDA0由式(1)计算：
式中，n为DAC的位数，I0为负载初始电流，其值为负载光源最大负载电流Imax与工作电流I之间的较大值，在不超过Imax的情况下，取I的120％，RS为采样电阻的阻值，UDA为DAC的最大输出电压；
B、双闭环PID粗调快稳：分时启动PID环节进行快速粗调，步骤如下：
①i＝1，启动ADC1采集处理，得采样电阻的采样电压的测量值DSi，并通过公式(2)计算得负载电流IS与工作电流I的误差ei：
式中，m1为ADC1的位数；UAD为ADC的最大输入电压；
②启动比例和微分环节，根据电流误差ei，以比例和微分两个环节按公式(3)调节DAC的赋值DDA：
Δi＝KP·ei+KD(ei-ei-1) (3)
其中：kP、kD分别为为比例和微分系数，分别按PD参数调节基本规则确定取值；则对应DDAi由公式(4)计算：
控制DAC转换器输出电压，使输出电流误差e尽快达到要求，加快调节过程，当输出电流误差e达到1％I要求时，结束PD调节，进入步骤③；否则i＝i+1，ADC1采集得DSi，按式(2)计算电流误差ei，继续循环本步骤；
③i＝1，设置预计调节时间，开始计时；
④PID环节调节DDAi。启动积分环节，消除比例和微分环节调节产生的净差，DDAi误差调整值Δi按式(5)确定：
其中：kI为积分系数，按PID参数调节基本规则确定取值，按公式(4)计算本次PID调整后的DDAi，当调节时间达到预计时间结束本步骤，进入步骤C；否则i＝i+1，根据ADC1采集数据DSi，按式(2)计算得误差ei，继续循环本步骤；
C、单闭环稳流：
DDA赋工作值，开始计时等待，当到达设置时间后，跳出等待。按公式(6)根据工作电流I对DAC赋值DDA：
固定控制处理模块标准电压输出端输出电压，启动电压采集端2的ADC采集处理，按双灯工作状态判断依据，根据其采集值Dk判断双灯工作状态：当判断结果为双灯切换状态，状态信号端输出置0，返回步骤A；当判断结果为工作灯或备用灯正常工作状态，由模拟闭环的恒流源电路独立工作，延时一定时间，使输出电流达到设定值，状态信号端输出置1；当判断结果为双灯故障状态，状态信号端输出置0，串口向仪器报送换灯警告信息。
双灯故障控制检测+自动切换电路，由双灯切换模块、控制处理模块、电源模块及可控恒流源模块的恒流源部分组成；双灯切换模块的双灯并联电路作为负载接入可控恒流源的负载接口正负端，电压采样端2与微处理器模块的电压采集端2连接，继电器控制端与控制处理模块的控制信号端连接，系统工作时，继电器处于闭合状态，利用场效应管栅源电压小于夹断电压则场效应管处于夹断区的特性，进行双灯的自动切换，通过比较电压采集端2的采样值Dk与不同状态下的Dkt，t＝1、2、3，判断双灯工作状态；其中：
Dk3＝0 (9)
式中，m2为ADC2的位数，UAD2为ADC2的最大输入电压，VCC为可控恒流源模块负载端的正端电压，U1为恒流I供电时灯两端的电压，U2为双灯切换模块中场效应管导通时漏极D、源极S的电压；
双灯工作状态判断方法：
(1)当Dk在Dk1附近时，为工作灯正常工作状态；
(2)当Dk在Dk2附近时，为备用灯正常工作状态，工作灯出现故障；
(3)当Dk在由Dk1附近跳变至Dk2附近时，为双灯切换状态；
(4)当Dk在Dk3附近时，为双灯故障状态，系统不工作；
当工作灯无故障而需要诊断备用灯时，继电器断开，根据电压采集端2的ADC2采样值Dk，判断备用灯是否有故障：
(1)当Dk在Dk2附近时，备用灯无故障；
(2)当Dk在Dk3附近时，备用灯有故障。
有益效果：本发明提出的数字+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为本发明“数字+模拟双闭环”快速稳定恒流源工作流程图。
图5为本发明双灯故障控制检测+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发明作进一步的详细说明：
本发明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、串行通讯接口、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；串口与串行通讯接口连接；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接口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。
控制处理模块采用stm32f103zet6微处理器和端口电路，如图2所示。微处理器内置有12位DAC和多通道ADC。端口电路包括标准电压输出端、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共7个端口。微处理器的DAC输出端引出标准电压输出端，选用微处理器ADC的2个输入通道分别引出电压采集端1、电压采集端2，微处理器一个I/O口引出状态信号端标志系统是否处于稳流工作状态、一个I/O口引出控制信号端作为控制信号端用于双灯切换模块开关控制，串行通讯端引出作为系统与其他设备的通讯接口。通过电源端UC与电源模块连接，获得3.3V供电电压。
可控恒流源如图3所示，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。各部分的内部链接关系是：标准电压输入端与反馈电路输出端，作为输入引入差分放大电路，差分放大电路输出端与采样电阻一端连接；采样电阻两端与反馈电路的输入端连接，负载接口与采样电阻串行连接。其中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。通过电源端UI与电源模块连接，获得±12V供电电压。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。该模块与处理控制模块以及双灯切换模块的一路有效负载组成“数字+模拟双闭环”快速稳定恒流源。“数字+模拟双闭环”快速稳定恒流源通过如下(如图4所示)的三个阶段的工作模式完成稳流工作：
A、大预置值启动快速预热：
①状态信号端输出端置为0，表明该系统未处于稳定状态。
②DAC赋较大值DDA0。
增大标准电压，使系统快速热稳定。其中DDA0由式(1)计算：
式中，n＝12，为DAC的位数；I0为负载初始电流，其值为负载光源最大负载电流Imax＝1.66A与工作电流I＝1.2A之间的较大值，取I0＝1.5A；RS＝1Ω，为采样电阻的阻值；UDA＝3.3V，为DAC的最大输出电压。则DDA0＝1861。
B、双闭环PID粗调快稳：分时启动PID环节进行快速粗调，步骤如下：
①i＝1，启动ADC1采集处理，得采样电阻的采样电压的测量值DSi，并通过式(2)计算得负载电流IS与工作电流I的误差ei：
式中，m1＝12，为ADC1的位数；UAD＝3.3V，为ADC的最大输入电压；则ei＝DSi/1241-1.2(A)。
②启动比例和微分环节，根据电流误差ei，以比例和微分2个环节按式(3)调节DAC的赋值DDA：
Δi＝KP·ei+KD(ei-ei-1) (3)
其中：kP＝0.378、kD＝0.02，分别为为比例和微分系数。则对应DDAi由式(4)计算：
控制DAC转换器输出电压，使输出电流误差e尽快达到要求，加快调节过程。当输出电流误差e达到1％I要求时，结束PD调节；否则i＝i+1，ADC1采集得DSi，按式计算电流误差ei，继续循环本步骤。
③i＝1，设置预计调节时间，开始计时；
④PID环节调节DDAi。启动积分环节，消除比例和微分环节调节产生的净差。设置预计调节时间，i＝1，DDAi误差调整值Δi按式(5)确定：
其中：kI为积分系数，按PID参数调节基本规则确定取值。按式(4)计算本次PID调整后的DDAi。当调节时间达到预计时间结束，否则i＝i+1，根据ADC1采集数据DSi，按式(2)计算得误差ei，继续循环本步骤。
C、单闭环稳流：
①DDA赋工作值，延时稳定：
根据工作电流I对DAC赋值DDA，DDA按公式(6)计算：
开始计时等待，当到达设置时间后，跳出等待；
②固定控制处理模块标准电压输出端输出电压，启动电压采集端2的ADC采集处理，按双灯工作状态判断依据根据其采集值Dk判断双灯工作状态：当判断结果为双灯切换状态，状态信号端输出置0，返回步骤A；当判断结果为工作灯或备用灯正常工作状态，由模拟闭环的恒流源电路独立工作，延时一定时间，使输出电流达到设定值，状态信号端输出置1；当判断结果为双灯故障状态，状态信号端输出置0，串口向仪器报送换灯警告信息。
双灯切换模块如图5所示，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、电动开关控制端和电源端UDL组成。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、电动开关控制端和电源端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的1口(3.3V)与继电器K的电源端，电源端UDL的2口(6V)与场效应管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。系统工作时，继电器处于闭合状态，利用场效应管栅源电压小于夹断电压则场效应管处于夹断区的特性，进行双灯的自动切换。在系统工作状态——继电器闭合，通过比较电压采集端2的采样值Dk与不同状态下的Dkt，t＝1、2、3，判断双灯工作状态；其中：
Dk3＝0(9)
式中，m2＝12，为ADC2的位数；UAD2＝3.3V，为ADC2的最大输入电压；VCC＝12V，为可控恒流源模块负载端的的正端电压；U1＝8.7，V为恒流I＝1.2A供电时灯两端的电压；U2＝1.3V，为双灯负载模块中场效应管Q导通时漏极D、源极S的电压。则Dk1＝4095，Dk2＝3226。双灯工作状态判断依据如下：
(1)当Dk在Dk1附近时，为工作灯正常工作状态；
(2)当Dk在Dk2附近时，为备用灯正常工作状态，工作灯出现故障；
(3)当Dk在由Dk1附近跳变至Dk2附近时，为双灯切换状态；
(4)当Dk在Dk3附近时，为双灯故障状态，系统不工作。
当工作灯无故障而需要诊断备用灯时，继电器断开，根据电压采集端2的ADC采样值Dk，判断备用灯是否出现故障：
(1)当Dk在Dk2附近时，备用灯无故障；
(2)当Dk在Dk3附近时，备用灯出现故障。

Claims (4)

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+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、串行通讯接口、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；串口与串行通讯接口连接；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；
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接口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。
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。
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，数字+模拟双闭环快速稳定恒流源电路，通过如下三个阶段的工作模式达到稳流状态：
A、大预置值启动快速预热：
①状态信号端输出端置为0，表明该系统未处于稳定状态；
②DAC赋较大值DDA0；
增大标准电压，使系统快速热稳定，其中DDA0由式(1)计算：
式中，n为DAC的位数，I0为负载初始电流，其值为负载光源最大负载电流Imax与工作电流I之间的较大值，在不超过Imax的情况下，取I的120％，RS为采样电阻的阻值，UDA为DAC的最大输出电压；
B、双闭环PID粗调快稳：分时启动PID环节进行快速粗调，步骤如下：
①i＝1，启动ADC1采集处理，得采样电阻的采样电压的测量值DSi，并通过公式(2)计算得负载电流IS与工作电流I的误差ei：
式中，m1为ADC1的位数；UAD为ADC的最大输入电压；
②启动比例和微分环节，根据电流误差ei，以比例和微分两个环节按公式(3)调节DAC的赋值DDA：
Δi＝KP·ei+KD(ei-ei-1) (3)
其中：kP、kD分别为为比例和微分系数，分别按PD参数调节基本规则确定取值；则对应DDAi由公式(4)计算：
控制DAC转换器输出电压，使输出电流误差e尽快达到要求，加快调节过程，当输出电流误差e达到1％I要求时，结束PD调节，进入步骤③；否则i＝i+1，ADC1采集得DSi，按式(2)计算电流误差ei，继续循环本步骤；
③i＝1，设置预计调节时间，开始计时；
④PID环节调节DDAi。启动积分环节，消除比例和微分环节调节产生的净差，DDAi误差调整值Δi按式(5)确定：
其中：kI为积分系数，按PID参数调节基本规则确定取值，按公式(4)计算本次PID调整后的DDAi，当调节时间达到预计时间结束本步骤，进入步骤C；否则i＝i+1，根据ADC1采集数据DSi，按式(2)计算得误差ei，继续循环本步骤；
C、单闭环稳流：
①DDA赋工作值，延时稳定：
根据工作电流I对DAC赋值DDA，DDA按公式(6)计算：
开始计时等待，当到达设置时间后，跳出等待；
②固定控制处理模块标准电压输出端输出电压，启动电压采集端(2)的ADC2采集处理，按双灯工作状态判断依据，根据其采集值Dk判断双灯工作状态：当判断结果为双灯切换状态，状态信号端输出置0，返回步骤A；当判断结果为工作灯或备用灯正常工作状态，由模拟闭环的恒流源电路独立工作，延时一定时间，使输出电流达到设定值，状态信号端输出置1；当判断结果为双灯故障状态，状态信号端输出置0，串口向仪器报送换灯警告信息。
4.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，双灯故障控制检测+自动切换电路，由双灯切换模块、控制处理模块、电源模块及可控恒流源模块的恒流源部分组成；双灯切换模块的双灯并联电路作为负载接入可控恒流源的负载接口正负端，电压采样端(2)与微处理器模块的电压采集端(2)连接，继电器控制端与控制处理模块的控制信号端连接，系统工作时，继电器处于闭合状态，利用场效应管栅源电压小于夹断电压则场效应管处于夹断区的特性，进行双灯的自动切换，通过比较电压采集端(2)的采样值Dk与不同状态下的Dkt，t＝1、2、3，判断双灯工作状态；其中：
Dk3＝0 (9)
式中，m2为ADC2的位数，UAD2为ADC2的最大输入电压，VCC为可控恒流源模块负载端的正端电压，U1为恒流I供电时灯两端的电压，U2为双灯切换模块中场效应管导通时漏极D、源极S的电压；
双灯工作状态判断方法：
(1)当Dk在Dk1附近时，为工作灯正常工作状态；
(2)当Dk在Dk2附近时，为备用灯正常工作状态，工作灯出现故障；
(3)当Dk在由Dk1附近跳变至Dk2附近时，为双灯切换状态；
(4)当Dk在Dk3附近时，为双灯故障状态，系统不工作；
当工作灯无故障而需要诊断备用灯时，继电器断开，根据电压采集端(2)的ADC2采样值Dk，判断备用灯是否有故障：
(1)当Dk在Dk2附近时，备用灯无故障；
(2)当Dk在Dk3附近时，备用灯有故障。
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