CN114614456A - 一种钳位系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钳位系统和方法，提高钳位精度。本发明钳位系统，包括差动运算放大器、补偿运算放大器、单项导通二极管、主回路输出电路和采集电路，差动运算放大器与补偿运算放大器连接，补偿运算放大器与单项导通二极管连接，单项导通二极管与主回路输出电路连接，采集电路与主回路输出电路连接，采集电路与差动运算放大器连接。本实施例的钳位系统，在差动运算放大器和单项导通二极管之间设置补偿运算放大器，可以补偿二极管的导通压差，减小输出的固定偏差，提高钳位精度。本实施例的钳位方法，根据理论输出值和实际输出值建立修正模型，利用修正模型修正第一预设值和第二预设值，减小系统输出偏差，提高钳位精度。

Description

一种钳位系统和方法

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种钳位系统和方法。

背景技术

钳位是指将某点的电位限制在规定电位的措施，是一种过压保护技术，通过钳位电路实现钳位。现有的钳位电路中，使用双向二极管直接接到反馈运算放大器上，由于二极管存在导通压差，这个导通压差使得钳位有固定偏差，钳位误差一般在10%的范围，甚至更高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种钳位系统和方法，提高钳位精度。

为解决上述技术问题，本发明实施例一方面提供一种钳位系统，包括差动运算放大器、补偿运算放大器、单项导通二极管、主回路输出电路和采集电路，所述差动运算放大器的输出端与补偿运算放大器的输入端连接，补偿运算放大器的输出端与单项导通二极管的一端连接，单项导通二极管的另一端与主回路输出电路的输入端连接，采集电路的输入端与主回路输出电路的输出端连接，采集电路的输入端与差动运算放大器的输入端连接；还包括第一数模转换器和第二数模转换器，第一数模转换器的输出端与主回路输出电路的输入端连接，第二数模转换器的输出端与差动运算放大器的输入端连接。

作为本发明实施例的进一步改进，还包括校准测量模块，校准测量模块与主回路输出电路的输出端连接。

作为本发明实施例的进一步改进，还包括运算模块和数据通讯模块，所述运算模块的输入端与校准测量模块的输出端连接，运算模块的输出端与数据通讯模块的输入端连接，数据通讯模块的输出端分别与第一数模转换器的输入端和第二数模转换器的输入端连接。

作为本发明实施例的进一步改进，所述校准测量电路包括测量仪器。

作为本发明实施例的进一步改进，所述校准测量电路还包括检测电阻，检测电阻串联连接在主回路输出电路的输出端，测量仪器并联连接在检测电阻的两端。

作为本发明实施例的进一步改进，所述采集电路包括第一放大器，第一放大器的输入端与主回路输出电路的输出端连接，第一放大器的输出端与差动运算放大器的输入端连接。

作为本发明实施例的进一步改进，所述主回路输出电路包括第二放大器，第二放大器的输入端分别与单项导通二极管的输出端和第一数模转换器的输出端连接。

本发明实施例另一方面提供一种钳位方法，基于上述钳位系统，所述钳位方法包括以下步骤：

步骤10）确定n个测试理论值，根据测试理论值得到n个测试第一预设值和n个测试第二预设值；n表示大于等于2的整数；

步骤20）在第一数模转换器依次设置n个测试第一预设值，在第二数模转换器依次设置n个测试第二预设值，测量主回路输出电路的输出端，得到n个实际输出值；

步骤30）根据测试理论值和实际输出值，得到修正模型，如式（1）所示：

Y=AX+B 式（1）

式中，Y表示理论输出值，X表示实际输出值，A表示第一系数，B表示第二系数；

步骤40）通过所述修正模型，根据期望输出值得到理论输出值，根据理论输出值得到第一预设值和第二预设值，在第一数模转换器设置所述第一预设值，在第二数模转换器设置所述第二预设值。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：提供一种钳位系统和方法，提高钳位精度。本实施例的钳位系统，在差动运算放大器和单项导通二极管之间设置补偿运算放大器，可以补偿二极管的导通压差，减小输出的固定偏差，提高钳位精度。本实施例的钳位方法，根据理论输出值和实际输出值建立修正模型，利用修正模型和期望输出值得到理论输出值，进而修正用于在第一数模转换器和第二数模转换器设置的第一预设值和第二预设值，使得第一数模转换器和第二数模转换器的输出值更精确，减小系统输出偏差，提高钳位精度。

附图说明

图1是本发明实施例的钳位系统的结构框图；

图2是本发明优选实施例的钳位系统的结构框图；

图3是本发明实施例的钳位系统的电路图。

图中：差动运算放大器1、补偿运算放大器2、单项导通二极管3、主回路输出电路4、采集电路5、第一数模转换器6、第二数模转换器7、校准测量模块8、运算模块10、数据通讯模块11。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种钳位系统，如图1所示，包括差动运算放大器1、补偿运算放大器2、单项导通二极管3、主回路输出电路4和采集电路5，差动运算放大器1的输出端与补偿运算放大器2的输入端连接，补偿运算放大器2的输出端与单项导通二极管3的一端连接，单项导通二极管3的另一端与主回路输出电路4的输入端连接，采集电路5的输入端与主回路输出电路4的输出端连接，采集电路5的输出端与差动运算放大器1的输入端连接。还包括第一数模转换器6和第二数模转换器7，第一数模转换器6的输出端与主回路输出电路4的输入端连接，第二数模转换器7的输出端与差动运算放大器1的输入端连接。其中，第一数模转换器6用于将设置的第一预设值转换成电压或电流，第二数模转换器7用于将设置的第二预设值转换成电压或电流。

上述实施例的钳位系统的工作流程如下：

理论输出值为期望输出值，根据理论输出值得到用于设置在第一数模转换器6的第一预设值和用于设置在第二数模转换器7的第二预设值，第一数模转换器6将第一预设值转换成第一模拟量并输出给主回路输出电路4，主回路输出电路4输出实际输出量。采集电路5将实际输出量反馈给差动运算放大器1，第二数模转换器7将第二预设值转换成第二模拟量并输出给差动运算放大器1，差动运算放大器1将实际输出量与第二模拟量进行比较，输出差量给补偿运算放大器2，补偿运算放大器2跟随补偿单项导通二极管3，单项导通二极管3处于导通状态。

上述实施例的钳位系统，在差动运算放大器1和单项导通二极管3之间设置补偿运算放大器2，由于运算放大器输出必须有反馈，如果没有反馈会导致输出满偏达到电源值，所以设置补偿运算放大器2会使得单项导通二极管3一直处于导通状态，如图3所示，补偿运算放大器2的3脚输出为0，补偿运算放大器2的2脚跟随单项导通二极管3，单项导通二极管3的2脚也会0，这样补偿运算放大器2才能达到平衡，所以这时补偿运算放大器的1脚为0.5V。补偿运算放大器2可以将单项导通二极管3的压差补偿，减小系统输出的固定偏差，提高钳位精度。

作为优选例，如图2所示，本实施例的钳位系统还包括校准测量模块8，校准测量模块8与主回路输出电路4的输出端连接。

上述实施例的钳位系统，采用校准测量模块8对实际输出进行测量，得到实际输出值。设置多个测试理论输出值，根据测试理论输出值得到测试第一预设值和测试第二预设值，分别通过第一数模转换器6和第二数模转换器7设置，通过校准测量模块测量得到对应的多个实际输出值。将测量得到的实际输出值作为修正模型的输入变量，将测试理论输出值作为修正模型的输出变量，得到修正模型的第一系数A和第二系数B，从而得到修正模型，修正模型的表达式如式（1）：

Y=AX+B 式（1）

其中，X表示期望输出值，Y表示理论输出值，A表示第一系数，B表示第二系数。

利用修正模型，可以根据期望输出值得到理论输出值，进而得到第一预设值和第二预设值，从而可以对用于设置在第一数模转换器6的第一预设值和用于设置在第二数模转换器7的第二预设值进行修正，即修正第一数模转换器6和第二数模转换器7的输出值，使得第一数模转换器6和第二数模转换器7的输出值更精确，减小系统输出偏差，提高钳位精度，钳位精度由之前的10%提升至0.1%。钳位的精度提升对产品测试保护起到更精确定位。

作为优选例，校准检测模块8包括测量仪器。优选的，测量仪器采用万用表。

本实施例钳位系统用于钳位电压源的输出时，采用测量仪器直接测量输出电压。

本实施例钳位系统用于钳位电流源的输出时，优选的，校准检测模块还包括检测电阻，检测电阻串联连接在主回路输出电路的输出端，测量仪器并联连接在检测电阻的两端。如图3所示，开关S3闭合，采用测量仪器测量检测电阻的电压，从而得到输出电流。

作为优选例，如图2所示，本实施例钳位系统还包括运算模块10和数据通讯模块11，运算模块10的输入端与校准测量模块8的输出端连接，运算模块10的输出端与数据通讯模块11的输入端连接，数据通讯模块11的输出端分别与第一数模转换器6的输入端和第二数模转换器7的输入端连接。

校准测量模块8将测量得到的实际输出值发送给运算模块10，运算模块10将实际输出值作为修正模型的输入变量，将理论输出值作为修正模型的输出变量，得到修正模型，修正模型的表达式如式（1）：

Y=AX+B 式（1）

其中，X表示实际输出值，Y表示理论输出值。

运算模块10利用修正模型，根据期望输出值得到理论输出值，运算模块10再根据理论输出值得到第一预设值和第二预设值，通过数据通讯模块11将第一预设值传送给第一数模转换器6，将第二预设值传送给第二数模转换器7。

本实施例系统通过校准测量模块8、运算模块10和数据通讯模块11实现根据实际输出自动修正第一预设值和第二预设值，得到更精确的第一预设值和第二预设值，补偿整个系统的输出偏差，使得系统输出值更接近想要得到的钳位输出值，提高钳位精度。

作为优选例，采集电路5包括第一放大器，第一放大器的输入端与主回路输出电路4的输出端连接，第一放大器的输出端与差动运算放大器1的输入端连接。第一放大器将主回路输出电路的输出值按比例反馈给差动运算放大器1。

作为优选例，主回路输出电路4包括第二放大器，第二放大器的输入端分别与单项导通二极管的输出端和第一数模转换器6的输出端连接。第一数模转换器6的输出值通过第二放大器按比例放大输出。

本发明实施例的钳位系统的电路图如图3所示。当图中的开关S1的接头3与接头2连接，开关S2的接头1和接头2连接，开关S3的接头1和接头4断开时，本实施例钳位系统可用于钳位电压源的输出。当开关S1的接头1与接头2连接，开关S2的接头3和接头2连接，开关S3的接头1和接头4连接时，本实施例钳位系统可用于钳位电流源的输出。

本发明实施例还提供一种钳位方法，基于上述实施例和优选实施例提供的钳位系统，钳位方法包括以下步骤：

步骤10）确定n个测试理论值，根据测试理论值得到n个测试第一预设值和n个测试第二预设值；n表示大于等于2的整数；

步骤20）在第一数模转换器6依次设置n个测试第一预设值，在第二数模转换器7依次设置n个测试第二预设值，测量主回路输出电路4的输出端，得到n个实际输出值；

步骤30）根据测试理论值和实际输出值，得到修正模型，如式（1）所示：

Y=AX+B 式（1）

式中，Y表示理论输出值，X表示实际输出值，A表示第一系数，B表示第二系数；

步骤40）通过所述修正模型，根据期望输出值得到理论输出值，根据理论输出值得到第一预设值和第二预设值，在第一数模转换器6设置所述第一预设值，在第二数模转换器7设置所述第二预设值。

本实施例钳位方法，考虑到系统的输出偏差，设置不同的理论输出值，测量得到实际输出值，根据理论输出值和实际输出值得到修正模型，利用修正模型，可以根据期望输出值得到理论输出值，进而得到第一预设值和第二预设值，对用于设置在第一数模转换器6的第一预设值和用于设置在第二数模转换器7的第二预设值进行修正，即修正第一数模转换器6和第二数模转换器7的输出值，使得第一数模转换器6和第二数模转换器7的输出值更精确，减小系统输出偏差，提高钳位精度。

本实施例钳位系统用于钳位电流源的输出时，确定n个测试理论电流值，根据测试理论电流值得到n个测试第一预设值和n个测试第二预设值，通过第一数模转换器6分别设置n个测试第一预设值，通过第二数模转换器7分别设置n个测试第二预设值，用万用表测得n个实际输出电压值，根据I（实际输出电流值）=U（实际输出电压值）/R（检测电阻的电阻值），得到n个实际输出电流值。根据测试理论电流值和实际输出电流值，得到修正模型：Y=AX+B，根据期望输出电流值和修正模型，得到理论输出电流值，根据理论输出电流值得到第一预设值和第二预设值，分别通过第一数模转换器6和第二数模转换器7设置。

本实施例钳位系统用于钳位电压源的输出时，确定n个测试理论电压值，根据测试理论电压值得到n个测试第一预设值和n个测试第二预设值，通过第一数模转换器6分别设置n个测试第一预设值，通过第二数模转换器7分别设置n个测试第二预设值，用万用表测得n个实际输出电压值。根据测试理论电压值和实际输出电压值，得到修正模型： Y=AX+B，通过修正模型，根据期望输出电压值得到理论输出电压值，根据理论输出电压值得到第一预设值和第二预设值，分别通过第一数模转换器6和第二数模转换器7设置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种钳位系统，其特征在于，包括差动运算放大器（1）、补偿运算放大器（2）、单项导通二极管（3）、主回路输出电路（4）和采集电路（5），所述差动运算放大器（1）的输出端与补偿运算放大器（2）的输入端连接，补偿运算放大器（2）的输出端与单项导通二极管（3）的一端连接，单项导通二极管（3）的另一端与主回路输出电路（4）的输入端连接，采集电路（5）的输入端与主回路输出电路（4）的输出端连接，采集电路（5）的输入端与差动运算放大器（1）的输入端连接；还包括第一数模转换器（6）和第二数模转换器（7），第一数模转换器（6）的输出端与主回路输出电路（4）的输入端连接，第二数模转换器（7）的输出端与差动运算放大器（1）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的钳位系统，其特征在于，还包括校准测量模块（8），校准测量模块（8）与主回路输出电路（4）的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的钳位系统，其特征在于，还包括运算模块（10）和数据通讯模块（11），所述运算模块（10）的输入端与校准测量模块（8）的输出端连接，运算模块（10）的输出端与数据通讯模块（11）的输入端连接，数据通讯模块（11）的输出端分别与第一数模转换器（6）的输入端和第二数模转换器（7）的输入端连接。

4.根据权利要求2所述的钳位系统，其特征在于，所述校准测量电路（8）包括测量仪器。

5.根据权利要求4所述的钳位系统，其特征在于，所述校准测量电路（8）还包括检测电阻，检测电阻串联连接在主回路输出电路（4）的输出端，测量仪器并联连接在检测电阻的两端。

6.根据权利要求1所述的钳位系统，其特征在于，所述采集电路（5）包括第一放大器，第一放大器的输入端与主回路输出电路（4）的输出端连接，第一放大器的输出端与差动运算放大器（1）的输入端连接。

7.根据权利要求1所述的钳位系统，其特征在于，所述主回路输出电路（4）包括第二放大器，第二放大器的输入端分别与单项导通二极管（3）的输出端和第一数模转换器（6）的输出端连接。

8.一种钳位方法，其特征在于，基于所述权利要求1-7任意一项所述的钳位系统，所述钳位方法包括以下步骤：

步骤10）确定n个测试理论值，根据测试理论值得到n个测试第一预设值和n个测试第二预设值；n表示大于等于2的整数；

步骤20）在第一数模转换器（6）依次设置n个测试第一预设值，在第二数模转换器（7）依次设置n个测试第二预设值，测量主回路输出电路（4）的输出端，得到n个实际输出值；

步骤30）根据测试理论值和实际输出值，得到修正模型，如式（1）所示：

Y=AX+B 式（1）

式中，Y表示理论输出值，X表示实际输出值，A表示第一系数，B表示第二系数；

步骤40）通过所述修正模型，根据期望输出值得到理论输出值，根据理论输出值得到第一预设值和第二预设值，在第一数模转换器（6）设置所述第一预设值，在第二数模转换器（7）设置所述第二预设值。

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