CN115792689B - 电源量程切换方法、系统及电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源量程切换方法、系统及电源，系统包括正常工作电路、量程切换过渡电路和切换单元，本发明在正常状态通过正常工作电路实现电源输出，在量程切换时切换至量程切换过渡电路，等待量程开关切换完成和设定值稳定后，再经切换单元切换为正常工作电路，可以有效防止量程在切换过程中出现的不稳定现象，没有量程开关和设定值不同时切换的情况，使得量程切换有一个平滑的过渡，不依靠加速电路的信号处理来缓解电源的不稳定性，可以无限的增加量程，使电源输出更精准，更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电源测量领域，特别涉及一种电源量程切换方法、系统及电源。
背景技术
随着测量和控制技术的发展，器件对测量源的要求越来越高，从半导体的特性曲线、泄露电流、暗电流、耐压电压降等器件测量等项目的供电电源，源信号的电流可能从安培到非常微弱的微安、纳安或皮安，电压由千伏到毫伏、微伏的输出，电源从强到弱或者从弱到强，单一量程的电源无法满足宽范围高精度的要求，而采用多个量程的电源，而这种电源在量程的切换过程中，需要切换量程开关和设定值，由于电路处理的时序以及电路的延时，会让这两个信号出现不能完全同步，使量程切换过程中出现的输出不稳定的现象，导致测试存在失真或者出现其它异常现象。
为解决上述问题，现有技术一般会采用关断输出再切量程再输出，或者加快电路响应速度的方式，然而采用关断输出再切量程再输出的方式，在精密测试中不允许关断输出，因此无法采用关断输出再切量程再输出的方式，而加快电路的响应速度的方式依然存在不稳定的现象，只能改善不稳定的时间。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电源量程切换方法、系统及电源，能够减少电源在使用过程中因量程切换导致的输出不稳定，无需关断输出且无需加快电路的响应速度。
根据本发明第一方面实施例的电源量程切换系统，包括：正常工作电路,所述正常工作电路包括设定信号输入端、信号处理单元、输出调节单元和电源输出端，所述设定信号输入端连接所述信号处理单元的输入端，所述输出调节单元的输出端连接所述电源输出端；量程切换过渡电路，所述量程切换过渡电路包括设定信号量程切换单元、第一采样单元、第一信号放大单元、基准信号单元和量程切换过渡信号处理单元，所述设定信号量程切换单元连接至所述设定信号输入端和所述信号处理单元之间以用于根据设定信号判断是否需要进行量程切换并输出一个参考信号，所述第一采样单元的输入端连接所述输出调节单元的输出端，所述第一采样单元的输出端连接所述第一信号放大单元以用于将采样信号进行放大并分成两路，所述第一信号放大单元的一个输出端连接所述基准信号单元以用于通过采样信号形成基准信号，所述基准信号单元的输出端连接所述量程切换过渡信号处理单元的一个输入端，所述第一信号放大单元的另一个输出端连接所述量程切换过渡信号处理单元的另一个输入端，所述量程切换过渡信号处理单元根据采样信号和基准信号形成第一误差信号，切换单元，所述切换单元的输出端连接所述输出调节单元的输入端以用于输出电源调节信号，所述切换单元的第一输入端连接所述信号处理单元的输出端以用于输入正常工作信号，所述切换单元的第二输入端连接所述量程切换过渡信号处理单元的输出端以用于输入第一误差信号，切换单元在量程切换时通过第一误差信号调节输出调节单元的输出，等量程切换完成后再切换至正常工作信号控制输出调节单元的输出。
根据本发明第一方面实施例的电源量程切换系统，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式通过设定信号输入端输入设定信号给设定信号量程切换单元，设定信号量程切换单元根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号，信号处理单元接收参考信号并输出正常工作信号给切换单元，第一采样单元采样电源输出的电压电流并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元，切换单元在正常工作状态下输出正常工作信号给输出调节单元调节电源输出；切换单元在量程切换状态下切换第一误差信号输出给输出调节单元，待输出调节单元的输出稳定后再切换至正常工作信号输出给输出调节单元。本发明正常状态通过正常工作电路实现电源输出，在量程切换时切换至量程切换过渡电路，等待量程开关切换完成和设定值稳定后，再经切换单元切换为正常工作电路，可以有效防止量程在切换过程中出现的不稳定现象，没有量程开关和设定值不同时切换的情况，使得量程切换有一个平滑的过渡，不依靠加速电路的信号处理来缓解电源的不稳定性，可以无限的增加量程，使电源输出更精准，更稳定。
根据本发明的一些实施例，所述输出调节单元与所述切换单元之间设置有第二信号放大单元。
根据本发明的一些实施例，还包括信号放大反馈单元和第二采样单元，所述第二采样单元的输入端连接所述输出调节单元的输出端，所述第二采样单元的输出端连接所述信号放大反馈单元的输入端，所述信号放大反馈单元的输出端连接所述信号处理单元的反馈端以用于使信号处理单元根据反馈信号和参考信号生成第二误差信号。
根据本发明的一些实施例，所述基准信号单元与所述第一信号放大单元之间设置有基准开关。
根据本发明的一些实施例，所述基准信号单元内设置有信号保持电路以用于在基准开关断开后保持基准信号的稳定。
根据本发明的一些实施例，还包括FPGA，所述FPGA连接所述基准开关的控制端。
根据本发明的一些实施例，所述第一信号放大单元内设置有选择电路以用于选择输出电压采样信号或电流采样信号。
根据本发明的一些实施例，还包括FPGA，所述FPGA连接所述切换单元的控制端。
根据本发明第二方面实施例电源量程切换方法，包括以下步骤：
输入设定信号给设定信号量程切换单元；
根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号；
信号处理单元接收参考信号并输出正常工作信号给切换单元；
第一采样单元采样电源输出的电压电流并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元；
切换单元在正常工作状态下输出正常工作信号给输出调节单元调节电源输出；切换单元在量程切换状态下切换第一误差信号输出给输出调节单元，待输出调节单元的输出稳定后再切换至正常工作信号输出给输出调节单元。
根据本发明第二方面实施例的电源量程切换方法，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式通过设定信号输入端输入设定信号给设定信号量程切换单元，设定信号量程切换单元根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号，信号处理单元接收参考信号并输出正常工作信号给切换单元，第一采样单元采样电源输出的电压电流并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元，切换单元在正常工作状态下输出正常工作信号给输出调节单元调节电源输出；切换单元在量程切换状态下切换第一误差信号输出给输出调节单元，待输出调节单元的输出稳定后再切换至正常工作信号输出给输出调节单元。本发明正常状态通过正常工作电路实现电源输出，在量程切换时切换至量程切换过渡电路，等待量程开关切换完成和设定值稳定后，再经切换单元切换为正常工作电路，可以有效防止量程在切换过程中出现的不稳定现象，没有量程开关和设定值不同时切换的情况，使得量程切换有一个平滑的过渡，不依靠加速电路的信号处理来缓解电源的不稳定性，可以无限的增加量程，使电源输出更精准，更稳定。
根据本发明第三方面实施例电源，所述电源包括上述的电源量程切换系统。
根据本发明第三方面实施例的电源，至少具有如下有益效果：
本发明实施方式通过设定信号输入端输入设定信号给设定信号量程切换单元，设定信号量程切换单元根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号，信号处理单元接收参考信号并输出正常工作信号给切换单元，第一采样单元采样电源输出的电压电流并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元，切换单元在正常工作状态下输出正常工作信号给输出调节单元调节电源输出；切换单元在量程切换状态下切换第一误差信号输出给输出调节单元，待输出调节单元的输出稳定后再切换至正常工作信号输出给输出调节单元。本发明正常状态通过正常工作电路实现电源输出，在量程切换时切换至量程切换过渡电路，等待量程开关切换完成和设定值稳定后，再经切换单元切换为正常工作电路，可以有效防止量程在切换过程中出现的不稳定现象，没有量程开关和设定值不同时切换的情况，使得量程切换有一个平滑的过渡，不依靠加速电路的信号处理来缓解电源的不稳定性，可以无限的增加量程，使电源输出更精准，更稳定。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例中电源量程切换系统的原理框图；
图2为本发明实施例中电源量程切换方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1所示，一种电源量程切换系统，包括：正常工作电路、量程切换过渡电路和切换单元。
具体的，正常工作电路包括设定信号输入端、信号处理单元、输出调节单元和电源输出端，设定信号输入端用于输入设定信号，设定信号输入端连接信号处理单元的输入端，输出调节单元的输出端连接电源输出端；
量程切换过渡电路包括设定信号量程切换单元、第一采样单元、第一信号放大单元、基准信号单元和量程切换过渡信号处理单元，设定信号量程切换单元连接至设定信号输入端和信号处理单元之间，第一采样单元的输入端连接输出调节单元的输出端，第一采样单元的输出端连接第一信号放大单元，第一信号放大单元的一个输出端连接基准信号单元，基准信号单元的输出端连接量程切换过渡信号处理单元的一个输入端，第一信号放大单元的另一个输出端连接量程切换过渡信号处理单元的另一个输入端，
切换单元的输出端连接输出调节单元的输入端，切换单元的第一输入端连接信号处理单元的输出端，切换单元的第二输入端连接量程切换过渡信号处理单元的输出端。
需要说明的是，本发明实施例的工作流程为：
设定信号输入端输出设定信号给设定信号量程切换单元，设定信号是指能调节当前量程的电压或电流大小的一个信号，由软件通过数模转换来得到，本实施例中设定信号通过FPGA产生，设定信号量程切换单元根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号，如果不需要则进入正常工作流程，如果需要进行量程切换则进入量程切换流程。
正常工作流程为：信号处理单元接收参考信号然后输出一个正常工作信号给切换单元，切换单元将正常工作信号输出给输出调节单元，输出调节单元根据正常工作信号调节电流/电压的输出。
量程切换流程为：第一采样单元采样输出调节单元的输出端的电压电流，作为电源输出的电流电压并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元，本实施例中且元单元采用电子开关，其作用是切换正常工作信号和第一误差信号，切换单元将正常工作信号转为过渡的第一误差信号给输出调节单元，等待开关切换完成和设定值稳定后，再经切换单元切换为正常工作信号，使电源的量程切换过程稳定。
其中，输出调节单元与切换单元之间设置有第二信号放大单元，正常工作信号或第一误差信号经过放大后再输入至输出调节单元。
其中，为了提高正常工作流程中电源输出的稳定，还包括信号放大反馈单元和第二采样单元，第二采样单元的输入端连接输出调节单元的输出端，第二采样单元的输出端连接信号放大反馈单元的输入端，信号放大反馈单元的输出端连接信号处理单元的反馈端。
需要说明的是，第二采样单元同样采样电源输出的电压电流值，形成一个第二采样信号，第二采样信号通过信号放大反馈单元的处理形成一个反馈信号给信号处理单元，信号处理单元将参考信号中的电压/电流与反馈信号中的电压/电流进行对比，得到第二误差信号，信号处理单元通过加法器或减法器实现比对功能，正常工作状态时切换单元将第二误差信号经过第二信号放大单元放大后输出给输出调节单元，输出调节单元根据第二误差信号调节电源输出，确保输出的稳定，当反馈信号与参考信号中的电压/电流保持一致时，代表输出已经基本稳定。
需要说明的是，在线性电源中输出调整单元根据误差信号调节输出的方式是控制调整管的导通程度；在开关电源输出调整单元根据误差信号调节输出的方式是控制开关管的时间长短或者频率快慢。
其中，需要说明的是，本实施例中基准信号单元生成的基准信号是根据第一采样信号生成的，因此不是一个固定值，一但采样信号发生变动，基准信号也会变动，但这会影响第一误差信号的生成，本发明在第一信号放大单元之间设置有基准开关，第一采样信号经过基准开关后再进入基准信号单元，在基准信号稳定后，断开基准开关，不再关联采样信号，基准信号稳定的时间通常为基准开关闭合后的几十微秒到一百微秒左右。但断开基准开关后，基准信号没有输入源，可能会发生变化，因此基准信号单元内设置有信号保持电路，通过信号保持电路来维持基准信号在切量程过程中不发生变化。本实施例中基准信号单元还包括信号取绝对值电路、电路放大电路等常规的基准信号生成电路；基准开关在切换量程的时候打开，打开一段时间后，当基准信号稳定后再断开基准开关，才能进行切换量程动作。
需要说明的是，本发明还包括FPGA，FPGA连接基准开关的控制端和切换单元的控制端，通过FPGA控制基准开关的开闭和切换单元的切换，FPGA还连接设定信号输入端生成并输出设定信号。
其中，第一信号放大单元内设置有选择电路以用于选择输出电压采样信号或电流采样信号，因为量程切换分为电压量程切换和电流量程切换，所以通过选择电路来选择输出电压采样信号或电流采样信号，切什么量程选择什么信号，选择完后再进行信号放大。
本发明还涉及一种电源量程切换方法，参考图2所示，包括以下步骤：
S100、输入设定信号给设定信号量程切换单元；
S200、设定信号量程切换单元根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号；
S300、信号处理单元接收参考信号并输出正常工作信号给切换单元；
S400、第一采样单元采样电源输出的电压电流并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元；
S500、切换单元在正常工作状态下输出正常工作信号给输出调节单元调节电源输出；切换单元在量程切换状态下切换第一误差信号输出给输出调节单元，待输出调节单元的输出稳定后再切换至正常工作信号输出给输出调节单元。
本发明还涉及一种电源，包括上述实施例的电源量程切换系统。
本发明在正常状态通过正常工作电路实现电源输出，在量程切换时切换至量程切换过渡电路，等待量程开关切换完成和设定值稳定后，再经切换单元切换为正常工作电路，可以有效防止量程在切换过程中出现的不稳定现象，没有量程开关和设定值不同时切换的情况，使得量程切换有一个平滑的过渡，不依靠加速电路的信号处理来缓解电源的不稳定性，可以无限的增加量程，使电源输出更精准，更稳定。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种电源量程切换系统，其特征在于，包括：
正常工作电路,所述正常工作电路包括设定信号输入端、信号处理单元、输出调节单元和电源输出端，所述设定信号输入端连接所述信号处理单元的输入端，所述输出调节单元的输出端连接所述电源输出端；
量程切换过渡电路，所述量程切换过渡电路包括设定信号量程切换单元、第一采样单元、第一信号放大单元、基准信号单元和量程切换过渡信号处理单元，所述设定信号量程切换单元连接至所述设定信号输入端和所述信号处理单元之间以用于根据设定信号判断是否需要进行量程切换并输出一个参考信号，所述第一采样单元的输入端连接所述输出调节单元的输出端，所述第一采样单元的输出端连接所述第一信号放大单元以用于将采样信号进行放大并分成两路，所述第一信号放大单元的一个输出端连接所述基准信号单元以用于通过采样信号形成基准信号，所述基准信号单元的输出端连接所述量程切换过渡信号处理单元的一个输入端，所述第一信号放大单元的另一个输出端连接所述量程切换过渡信号处理单元的另一个输入端，所述量程切换过渡信号处理单元根据采样信号和基准信号形成第一误差信号，
切换单元，所述切换单元的输出端连接所述输出调节单元的输入端以用于输出电源调节信号，所述切换单元的第一输入端连接所述信号处理单元的输出端以用于输入正常工作信号，所述切换单元的第二输入端连接所述量程切换过渡信号处理单元的输出端以用于输入第一误差信号，切换单元在量程切换时通过第一误差信号调节输出调节单元的输出，等量程切换完成后再切换至正常工作信号控制输出调节单元的输出。
2.根据权利要求1所述的电源量程切换系统，其特征在于：所述输出调节单元与所述切换单元之间设置有第二信号放大单元。
3.根据权利要求1所述的电源量程切换系统，其特征在于：还包括信号放大反馈单元和第二采样单元，所述第二采样单元的输入端连接所述输出调节单元的输出端，所述第二采样单元的输出端连接所述信号放大反馈单元的输入端，所述信号放大反馈单元的输出端连接所述信号处理单元的反馈端以用于使信号处理单元根据反馈信号和参考信号生成第二误差信号。
4.根据权利要求1所述的电源量程切换系统，其特征在于：所述基准信号单元与所述第一信号放大单元之间设置有基准开关。
5.根据权利要求4所述的电源量程切换系统，其特征在于：所述基准信号单元内设置有信号保持电路以用于在基准开关断开后保持基准信号的稳定。
6.根据权利要求4所述的电源量程切换系统，其特征在于：还包括FPGA，所述FPGA连接所述基准开关的控制端以用于控制基准开关的开闭。
7.根据权利要求1所述的电源量程切换系统，其特征在于：所述第一信号放大单元内设置有选择电路以用于选择输出电压采样信号或电流采样信号。
8.根据权利要求1所述的电源量程切换系统，其特征在于：还包括FPGA，所述FPGA连接所述切换单元的控制端以用于控制切换单元的切换。
9.一种电源量程切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
输入设定信号给设定信号量程切换单元；
设定信号量程切换单元根据设定信号设定的电流/电压值来判断是否需要进行量程切换并输出一个对应的参考信号；
信号处理单元接收参考信号并输出正常工作信号给切换单元；
第一采样单元采样电源输出的电压电流并生成采样信号，将采样信号经第一信号放大单元后分为两路，一路采样信号输入基准信号单元生成基准信号，基准信号和另一路采样信号输入量程切换过渡信号处理单元对比生成第一误差信号输入给切换单元；
切换单元在正常工作状态下输出正常工作信号给输出调节单元调节电源输出；切换单元在量程切换状态下切换第一误差信号输出给输出调节单元，待输出调节单元的输出稳定后再切换至正常工作信号输出给输出调节单元。
10.一种电源，其特征在于，所述电源包括权利要求1至8任意一项所述的电源量程切换系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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