CN210123465U

CN210123465U - 一种电源环路检测装置

Info

Publication number: CN210123465U
Application number: CN201920670843.0U
Authority: CN
Inventors: 蒋宇辰; 李富伟; 宋民
Original assignee: Shenzhen Siglent Technologies Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Siglent Technologies Co Ltd
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2029-05-10

Abstract

一种电源环路检测装置，包括信号输入端、控制模块、隔离器和激励源。信号输入端用于与被测电源环路连接；控制模块与信号输入端连接，接收信号输入端采集的被测电源环路的输入信号和输出信号；隔离器连接在控制模块和激励源之间，能够对激励源和控制模块进行电气隔离；激励源的输出端口用于与被测电源环路连接。由于激励源和控制模块之间连接有隔离器，使得激励源与控制模块及被测电源环路间形成电气隔离，激励源输出的激励信号与电源环路检测装置中的其他部件和被测电源环路没有共地关系，可将激励信号直接注入到被测电源环路中而不影响被测电源环路的工作状态。

Description

一种电源环路检测装置

技术领域

本发明涉及测试测量技术领域，具体涉及一种电源环路检测装置。

背景技术

电源是向电子设备提供电能的装置，是现代电子系统中必不可少的装置。现代电子系统中所使用的电源大多是通过反馈控制环路来达到稳定电压的目的，根据反馈理论可知，当反馈控制环路的特性发生变化时，环路就可能变得不稳定，这会使反馈控制环路的自动控制机制失效，从而使得电源的输出电压不能稳定在所要求的范围内，进而造成系统供电不足，甚至会因为系统过压而烧毁器件。为了避免这种情况的发生，在设计电源时，工程师会对电源的反馈控制环路的特性进行详细地测试，以保证电源的稳定性。

在对电源的反馈控制环路的环路特性进行测量时，常用的方法是注入法，也就是在环路中插入注入电阻，利用电源环路特性的测量装置对该注入电阻的两端进行测量便可得到电源的反馈控制环路的特性。但在测量中，因为测量装置和被测环路是共地连接的，如果直接将测量装置输出的激励信号接到注入电阻的两端，整个电源反馈控制环路的静态工作点就会遭到破坏，导致电源无法正常工作，也就无法测得有用的结果。

实用新型内容

本申请提供一种电源环路检测装置，以解决将激励信号直接注入被测电源环路中时影响被测电源环路的工作状态的问题。

一种实施例中提供一种电源环路检测装置，包括信号输入端、控制模块、隔离器和激励源；

所述信号输入端用于与被测电源环路连接，采集被测电源环路的输入信号和输出信号；

所述控制模块与所述信号输入端连接，用于接收所述信号输入端采集的信号，对该信号进行处理并输出被测电源环路特性的测量结果；

所述控制模块还通过所述隔离器与所述激励源连接，用于产生控制激励源的控制信号，所述隔离器用于对所述激励源和所述控制模块进行电气隔离；

所述激励源包括输出端口，所述输出端口用于与被测电源环路连接，所述激励源用于根据隔离器隔离传输的所述控制信号产生激励信号，并将该激励信号注入给被测电源环路。

一种实施例中提供一种电源环路检测装置，包括示波器和激励源，所述示波器包括信号输入端、控制模块和隔离器；

一种实施例中提供一种电源环路检测装置，包括示波器、隔离器和激励源，所述示波器包括信号输入端和控制模块；

进一步的，所述激励源的输出端口连接注入电阻的两端，所述注入电阻连串联在被测电源环路的输出端和所述被测电源环路的反馈网络之间。

进一步的，所述信号输入端包括第一输入端口和第二输入端口，所述第一输入端口和所述第二输入端口分别连接所述注入电阻的两端。

进一步的，所述控制模块包括主控单元和为所述电源环路检测装置提供电能的电源模块；

所述主控单元包括输入端和激励源控制端，该输入端与所述信号输入端连接，该激励源控制端通过所述隔离器与激励源的控制端连接；

所述电源模块包括供电端，该供电端通过所述隔离器与激励源的受电端连接，所述电源模块通过所述供电端为所述激励源供电。

进一步的，所述隔离器包括用于隔离电源模块的电源隔离装置和用于隔离信号的信号隔离装置；

所述信号隔离装置包括第一端口和第二端口，所述第一端口通过数字总线与所述主控单元的激励源控制端连接，所述第二端口通过数字总线与所述激励源的控制端连接；

所述电源隔离装置包括输入端和输出端，该输入端与所述电源模块的供电端连接，该输出端与所述激励源的受电端连接。

进一步的，所述信号隔离装置为光电耦合器、光纤通信装置、数字隔离芯片或信号变压器。

进一步的，所述电源隔离装置为隔离式开关电源或变压器。

依据上述实施例的电源环路检测装置，由于信号输入端与被测电源环路保持共地连接，激励源通过隔离器与控制模块连接，隔离器具有电气隔离的作用，从而使得激励源与控制模块及被测电源环路间形成电气隔离，激励源输出的激励信号将与电源环路检测装置中的其他组件及被测电源环路没有共地关系，这时将激励信号直接注入到被测电源环路中时便不会影响被测电源环路的工作状态。

附图说明

图1为现有技术中测试电源环路特性的系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电源环路检测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种具体的电源环路检测装置的结构示意图；

图4为使用本申请的电源环路检测装置测量电源环路特性的原理框图；

图5为本申请实施例提供的另一种电源环路检测装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的又一种电源环路检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

目前，工程师通常用注入法测量电源反馈控制环路(以下简称电源环路)的特性。为了防止将激励信号直接注入被测电源环路中时影响被测电源环路的工作状态，现有技术采用了注入变压器来解决该问题，具体可参见图1。图1示出了现有技术中一种测试电源环路特性的系统，如图1所示，电阻Rf和Rg组成电源环路的反馈网络，电阻Ri是插入到环路中的注入电阻，其阻值远远小于电路中原本的电阻Rf和Rg，以保证注入电阻对电源环路的影响可以忽略不计。因为用来测量电源环路特性的测量装置和被测件是共地的连接关系，如果直接将测量装置输出的激励信号接到Ri的两端，那么整个电源环路的静态工作点就会遭到破坏，电源将无法正常工作。因此在图1中，使用一个注入变压器Ti将测量装置输出的激励信号与被测的电源环路隔离开，在避免破坏电源环路工作状态的同时，又能把激励信号注入到电源环路中去以完成测试。

在使用图1所示的方案测量电源环路的特性时，测量装置输出的激励信号经注入变压器Ti后由注入电阻Ri的a端注入到电源环路中去，经过电阻Rf和Rg组成的反馈网络和放大器U后，最终回到电源环路的输出端(即注入电阻Ri的b端)；这样，只要用测量装置测试Ri两端的电压和相位关系便可以得到电源环路的幅频和相频特性，实现对电源环路特性的测量。

图1所示的方案在测量电源环路的特性时需要使用注入变压器Ti将激励信号与被测的电源环路隔离开，但注入变压器Ti是特制的变压器，这种变压器与常规的变压器区别较大，需要使用特殊的材料和绕制方法进行制造，其制造成本比较高，而且无法大规模生产。另一方面，受到注入变压器Ti自身物理性质的限制，其下限频率很难降低，而且在高频时因受到其寄生参数的影响，注入变压器Ti的高频特性也较差，因此，注入变压器Ti可用的频率范围有限，性能受限。再者，注入变压器Ti上也不能承载直流电流，否则会使磁芯饱和性能大打折扣，这便对测试环境提出了更高的要求，使用受到限制。

基于此，提出本申请的方案。在本申请实施例中，提出一种新的电源环路检测装置，该装置通过在激励源与控制模块之间连接隔离器，能够将激励源与控制模块及被测电源环路进行了电气隔离，使激励信号与控制模块及被测电源环路不共地；而该装置的信号输入端仍与被测电源环路共地连接，激励信号可直接注入到被测电源环路。通过隔离器的电气隔离，解决了将激励信号直接注入被测电源环路中时影响被测电源环路工作状态的问题，且在测量时不再需要额外的注入变压器，避免了使用注入变压器时所带来的成本高、性能受限和测试环境受限等问题。

实施例一：

请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种电源环路检测装置的结构示意图，该电源环路检测装置包括信号输入端10、控制模块20、隔离器30和激励源40。信号输入端10用于与被测电源环路连接，采集被测电源环路的输入信号和输出信号；控制模块20与信号输入端10连接，并通过隔离器30与激励源40连接，控制模块20用于产生控制激励源40的控制信号，并接收由信号输入端10采集的被测电源环路的输入信号和输出信号，对采集的信号进行处理并输出被测电源环路特性的测量结果；隔离器30连接在控制模块20和激励源40之间，能够对激励源40和控制模块20进行电气隔离；激励源40包括输出端口E，该输出端口E用于与被测电源环路连接，具体的，输出端口E连接插入到被测电源环路的输出端和被测电源环路的反馈网络之间的注入电阻的两端，该激励源40用于根据隔离器30隔离传输的控制信号产生激励信号，并将该激励信号注入给被测电源环路。

本实施例提供的电源环路检测装置，在激励源和控制模块之间连接有隔离器，通过隔离器对激励源与控制模块进行电气隔离，使得激励源输出的激励信号与装置中的其他组件及被测电源环路没有共地关系，这时将激励信号直接注入到被测电源环路中时便不会影响被测电源环路的工作状态。

实施例二：

基于实施例一，本实施例提供一种具体的电源环路检测装置，其结构示意图参见图3，该电源环路检测装置同样包括信号输入端10、控制模块20、隔离器30和激励源40。其中，控制模块20包括主控单元201和为电源环路检测装置提供电能的电源模块202；主控单元201包括输入端P和激励源控制端M，该输入端P与信号输入端10连接，该激励源控制端M通过隔离器30与激励源40的控制端C连接；电源模块202包括供电端G，该供电端G通过隔离器30与激励源40的受电端D连接，该电源模块202通过供电端G为激励源40供电，同时也为整个电源环路检测装置提供电能。

具体的，隔离器30包括用于隔离电源模块的电源隔离装置301和用于隔离信号的信号隔离装置302。电源隔离装置301包括输入端w1和输出端w2，该输入端w1与电源模块202的供电端G连接，输出端w2与激励源40的受电端D连接。信号隔离装置302包括第一端口m1和第二端口m2，其中的第一端口m1通过数字总线与主控单元201的激励源控制端M连接，第二端口m2通过数字总线与激励源40的控制端C连接。其中的信号隔离装置302可以是数字隔离芯片、光电耦合器、光纤通信模块或者信号变压器，能够将其第一端口m1的信号和第二端口m2的信号隔离，但第二端口m2的信号仍与第一端口m1的信号相同，即能够实现信号的隔离传输，这样，在将激励源40与主控单元201进行信号隔离的同时能够将激励源控制端M输出的控制信号传输给激励源40，通过该控制信号控制激励源40产生激励信号。其中的电源隔离装置301可以是隔离式开关电源或变压器，电源模块202通过供电端G为激励源40提供电能，该电能通过电源隔离装置301隔离传输给激励源40。

激励源40的输出端口E通过电缆连接到注入电阻Ri的两端，将激励信号直接注入到被测电源环路，其中的注入电阻Ri串接在被测电源环路的输出端和被测电源环路的反馈网络之间。信号输入端10包括第一输入端口S1和第二输入端口S2，第一输入端口S1连接注入电阻Ri的一端，第二输入端口S2连接注入电阻Ri的另一端，主控单元201通过S1和S2分别采集被测电源环路的输入信号和输出信号，进而对采集的信号进行处理并输出被测电源环路特性的测量结果。

实际应用中，注入电阻Ri可以是独立的电阻，在对被测电源环路的特性进行测试时，由测试人员将其插入被测电源环路的输出端和被测电源环路的反馈网络之间。注入电阻Ri也可以是集成到电源环路检测装置中的电阻，为了保证其能够满足各种被测电源环路的测试需求，该注入电阻Ri可以是可调电阻。

图4示出了使用本申请的电源环路检测装置测量电源环路特性的原理框图，如图4所示，进行电源环路特性的测量时，在被测电源环路中插入注入电阻Ri，即就是将注入电阻Ri连接于被测电源环路的输出端和被测电源环路的反馈网络(即电阻Rf和Rg组成的反馈网络)之间。激励源40的输出端口E通过电缆接到注入电阻Ri与反馈网络的连接端和被测电源环路的输出端，即注入电阻Ri插入被测电源环路后，将电缆连接到注入电阻Ri的a端和b端，使激励源40能够将激励信号注入到被测电源环路。电源环路检测装置工作时，供电端G将电能传输到电源隔离装置301，该电能经过电源隔离装置301的隔离后传输给激励源40，为激励源40提供电能；同时，主控单元201产生控制激励源40的控制信号，该控制信号输入到隔离器30的信号隔离装置302，信号隔离装置302对该控制信号进行隔离后输出给激励源40，通过该控制信号控制激励源40产生激励信号。在该过程中，电源环路检测装置通过隔离器30将激励源40与控制模块20进行了信号和电源上的隔离，这时，激励源40产生的激励信号与电源环路检测装置中的其它部件便是电气隔离的，且与被测电源环路也是电气隔离的，也即激励信号与电源环路检测装置中的其它部分以及被测电源环路不存在共地的关系。这时，可以将激励源40产生的激励信号直接注入到注入电阻Ri的两端，解决了非隔离信号影响被测电源环路工作状态的问题，同时，与现有技术相比，不再需要额外的注入变压器，避免了使用注入变压器时所带来的成本高、性能受限和测试环境受限等问题。

此时，激励源40将产生的激励信号通过注入电阻Ri的a端注入到被测电源环路中，经过电阻Rf和Rg组成的反馈网络反馈到放大器U的反相输入端，再经放大器U的放大之后从注入电阻Ri的b端输出。这样，只要将信号输入端10连接到注入电阻Ri的两端，即就是将信号输入端10的第一输入端口S1与注入电阻Ri的a端连接，将信号输入端10的第二输入端口S2与注入电阻Ri的b端连接，便可采集被测电源环路的输入信号和输出信号。主控单元201通过分析输入信号和输出信号之间的电压关系和相位关系，便可以得到被测电源环路的幅频和相频特性，然后将该测量结果显示出来。其中，信号输入端10与被测电源环路之间仍然是共地连接的关系。

本实施例提供的电源环路检测装置，控制模块包括与信号输入端连接的主控单元和为整个电源环路检测装置提供电能的电源模块，隔离器包括电源隔离装置和信号隔离装置，主控单元通过该信号隔离装置连接激励源的控制端，通过该信号隔离装置对激励源和主控单元进行了信号隔离；电源模块通过电源隔离装置连接激励源的受电端，通过该电源隔离装置将激励源与整个电源环路检测装置的供电电源隔离。即就是，通过在控制模块和激励源之间连接隔离器，实现了激励源与电源环路检测装置中其他组件的信号隔离和电源隔离。在将信号输入端接到注入电阻两端进行电源环路特性的测试时，信号输入端与被测电源环路仍是共地连接的关系，而激励源产生的激励信号与控制模块及被测电源环路是电气隔离的，即没有共地的关系，因此可以直接将激励源产生的激励信号注入到注入电阻上而不会影响被测电源环路的工作状态。而且不再需要额外的注入变压器，避免了使用注入变压器时所带来的成本高、性能受限和测试环境受限等问题。

上述各实施例的电源环路检测装置可以是对具有波特图测量功能的示波器进行结构上的改进而得到的新的示波器，即就是，在示波器的激励源与控制模块(包括电源模块和主控单元)之间连接隔离器，通过该隔离器可以将激励源与示波器中其它部件以及被测电源环路电气隔离开，激励信号与装置中其它部件以及被测电源环路不存在共地的关系，这时便可以将激励源产生的激励信号直接注入到注入电阻的两端而不影响被测电源环路的工作状态，结构简单。

实施例三：

基于与实施例一和实施例二同样的发明构思，图5示出了另一种电源环路检测装置的结构示意图，该电源环路检测装置基于示波器实现，如图5所示，该电源环路检测装置包括示波器100、隔离器30和激励源40，其中的示波器100包括信号输入端10和控制模块20。其中，隔离器30、激励源40、输入端10和控制模块20之间的连接关系以及工作原理与实施例一相同，具体可参见实施例一。在实际应用中，隔离器30和激励源40可以是一个整体，即隔离器30和激励源40共同组成一个隔离的激励源，也可以是两个分体的独立部件。

具体的，与实施例二相同，其中的控制模块20也包括主控单元201和为电源环路检测装置提供电能的电源模块202，隔离器30也包括用于隔离电源模块202的电源隔离装置301和用于隔离信号的信号隔离装置302。各部分的连接关系及工作原理可参见实施例二，此处不再赘述。

实施例四：

基于与实施例三同样的发明构思，图6示出了又一种电源环路检测装置的结构示意图，该电源环路检测装置同样基于示波器实现，与实施例三不同的是，本实施例提供的电源环路检测装置包括示波器200和激励源40，其中的示波器200包括信号输入端10、控制模块20和隔离器30，即隔离器30置于示波器200的内部。同样的，控制模块20也包括主控单元201和为电源环路检测装置提供电能的电源模块202，隔离器30也包括用于隔离电源模块202的电源隔离装置301和用于隔离信号的信号隔离装置302。各部分的连接关系及工作原理可参见实施例二，此处不再赘述。

上述实施例中提到的示波器是具有波特图绘制功能的示波器，主控单元201产生控制信号以及对采集的输入信号和输出信号进行处理以得到被测电源环路特性的具体过程(即绘制波特图的过程)可以是申请号为201810744961.1、发明名称为“一种绘制波特图的方法和示波器”的专利给出的处理过程。

本申请实施例提供的电源环路检测装置通过在控制模块(包括电源模块和主控单元)和激励源之间连接隔离器，将产生激励信号的激励源与控制模块和被测电源环路有效地隔离开，激励源产生的激励信号可以直接注入到被测电源环路中，解决了非隔离信号影响被测电源环路工作状态的问题。同时，避免了现有技术中使用注入变压器对信号进行隔离时的问题，与现有技术相比，本申请实施例提供的电源环路检测装置可以产生如下的有益效果：

(1)低成本：本申请的电源环路检测装置在测量电源环路时无需使用注入变压器，所使用的隔离器无需特殊的材料和制造方法，生产制造成本低，通用性强。

(2)高性能：本申请的电源环路检测装置在测量电源环路时没有下限频率的限制，可工作到直流状态，在高频下也不存在如注入变压器那样受寄生参数影响而性能极具下降的问题，该电源环路检测装置测量电源环路特性时的工作频宽远远高于使用注入变压器测量时的工作频宽。

(3)适应性强：本申请的电源环路检测装置是对控制模块产生的控制信号(该信号为数字信号)进行隔离，激励源产生的激励信号可以直接注入到被测电源环路中，这与现有技术中要使用注入变压器对激励信号进行隔离不同，由于激励源电路要比注入变压器耐受直流电流的能力更强，因此，本申请的电源环路检测装置可以耐受一定的直流电流而不会降低性能，从而降低了对测试环境及被测件的要求，进而提高了测试的效率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims

1.一种电源环路检测装置，其特征在于，包括信号输入端、控制模块、隔离器和激励源；

2.一种电源环路检测装置，其特征在于，包括示波器和激励源，所述示波器包括信号输入端、控制模块和隔离器；

3.一种电源环路检测装置，其特征在于，包括示波器、隔离器和激励源，所述示波器包括信号输入端和控制模块；

4.如权利要求1至3中任一项所述的电源环路检测装置，其特征在于，所述激励源的输出端口连接注入电阻的两端，所述注入电阻串接在被测电源环路的输出端和所述被测电源环路的反馈网络之间。

5.如权利要求4所述的电源环路检测装置，其特征在于，所述信号输入端包括第一输入端口和第二输入端口，所述第一输入端口和所述第二输入端口分别连接所述注入电阻的两端。

6.如权利要求1至3中任一项所述的电源环路检测装置，其特征在于，所述控制模块包括主控单元和为所述电源环路检测装置提供电能的电源模块；

7.如权利要求6所述的电源环路检测装置，其特征在于，所述隔离器包括用于隔离电源模块的电源隔离装置和用于隔离信号的信号隔离装置；

8.如权利要求7所述的电源环路检测装置，其特征在于，所述信号隔离装置为光电耦合器、光纤通信装置、数字隔离芯片或信号变压器。

9.如权利要求7所述的电源环路检测装置，其特征在于，所述电源隔离装置为隔离式开关电源或变压器。