УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗРЯДА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01R19/165 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для сигнализации о разряде первичных источников питания ниже заданного уровня.

Известно устройство для контроля напряжения, содержащее компаратор и две цепи формирования напряжения, первая из которых состоит из последовательно включенных резистора и полупроводникового диода, а вторая - из последовательно включенных полупроводникового диода и резистора. Обе цепи подключены параллельно контролируемому источнику напряжения. Выход первой цепи формирования, обеспечивающий опорное напряжение, подключен к первому входу компаратора, выход второй цепи формирования подключен к второму входу компаратора.

Недостатком этого устройства является большое токопотребление, так как контролируемый источник постоянно нагружен на цепи формирования напряжения.

Известно устройство для индикации снижения напряжения постоянного тока, содержащее ламбда-диод, состоящий из комплементарной пары полевых транзисторов с объединенными истоками, биполярный транзистор, соединенный эмиттером с общей шиной, а коллектором - с элементом индикации, резистор и резистивный делитель с регулируемым плечом, при этом крайние выводы делителя соединены со стоками полевых транзисторов, а средний вывод - с затвором второго полевого транзистора, сток которого соединен с затвором первого полевого транзистора и с входом устройства; сток первого транзистора соединен с базой биполярного транзистора, между эмиттером и базой которого включен резистор.

Токопотребление в этом устройстве существенно меньше, особенно когда контролируемое напряжение достаточно велико. При понижении контролируемого напряжения, когда его величина еще далеко не достигает порога открывания биполярного транзистора, токопотребление возрастает и сохраняется сравнительно большим довольно продолжительное время.

Прототипом заявляемого устройства выбрано устройство для контроля разряда источника питания, содержащее триггер Шмидта, резистивный делитель напряжения и индикатор, при этом вывод питания триггера Шмидта подключен к источнику опорного напряжения, крайние выводы делителя напряжения включены между выводами контролируемого источника, а выход делителя напряжения подключен к входу триггера Шмидта, выход которого соединен с входом индикатора. Триггер Шмидта выполнен на двух полупроводниковых транзисторах.

Недостатком этого устройства также является большое токопотребление, так как параллельно клеммам контролируемой батареи подключена постоянная нагрузка: резистивный делитель напряжения, параметрический стабилизатор напряжения, одно из плеч триггера Шмидта.

Целью изобретения является снижение токопотребления.

Для достижения цели в устройство для контроля разряда источника питания, содержащее триггер Шмидта, резистивный делитель напряжения, выход которого соединен с входом триггера Шмидта, и индикатор, подключенный к выходу триггера Шмидта, введены шина импульсов большой скважности и транзисторный ключ со стабилитроном в нагрузочной цепи, при этом триггер Шмидта выполнен на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый крайний вывод резистивного делителя подключен к стабилизированному выходу транзисторного ключа, второй вывод - к соответствующему полюсу контролируемого источника, вход транзисторного ключа подключен к шине импульсов большой скважности, а выводы питания транзисторного ключа и триггера Шмидта подключены к клеммам контролируемого источника.

Достижимость положительного эффекта обусловлена тем, что в паузе между входными импульсами устройство практически не потребляет ток (токопотребление КМОП-логического элемента составляет порядка десятых долей микроампер). Потребление тока возникает только при поступлении импульсов, и оно тем меньше, чем больше скважность импульсов и меньше длительность. Такой режим длится в течение всего времени разряда батареи до порога, вызывающего изменение состояния триггера Шмидта. Существует большое число запитываемых от малогабаритных источников питания устройств, в составе которых имеются импульсные генераторы и делители частоты. В частности, это - электронные часы, дозиметры, микрокалькуляторы, где всегда можно подобрать соответствующий вывод.

Устройство построено из известных элементарных решений, в частности триггер Шмидта на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ заимствован из журнала "Радио", N 8, 1985, с.32. Транзисторный ключ и резистивный делитель также не новы. Новым является использование известных элементов в новой совокупности, образованной новыми связями, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже приведена схема заявляемого устройства.

Устройство содержит шину 1 импульсов большой скважности, транзисторный ключ 2, резистивный делитель 3, триггер 4 Шмидта, индикатор 5. Ключ 2 содержит транзистор 6, резисторы 7 и 8, стабилитрон 9. Резистивный делитель 3 состоит из резисторов 10-12, причем резистор 11 выполнен регулируемым. Триггер 4 Шмидта состоит из КМОП-логического элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, один из входов которого соединен с общей шиной, а другой, являющийся входом триггера, через резистор 14 соединен с его выходом. Клеммы контролируемого источника 15 питания подключены к выводам питания транзисторного ключа 2 и КМОП-логического элемента 13. Первый крайний вывод резистивного делителя 3 подключен к точке соединения резистора 8 и стабилитрона 9, включенных последовательно в цепь коллектора транзистора 6, к базе которого через резистор 7 подключена шина 1 импульсов большой скважности. Выход резистивного делителя 3 подключен к входу триггера 4 Шмидта.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе триггера Шмидта присутствует лог. "0". На шину 1 устройства поступают импульсы большой скважности, и на выходе ключа 2 формируются импульсы с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона 9. Эти стабилизированные импульсы поступают на вход триггера 4. Порог срабатывания U_пор триггера Шмидта зависит от напряжения питания и составляет U_пор=0,5 U_пит.

Напряжение на выходе резистивного делителя U_д имеет стабильную величину и определяется как:
U_g = · , где U_ст - напряжение на стабилитроне 9;
R₁₀, R₁₁, R₁₂, R₁₄ - сопротивления резисторов 10, 11, 12, 14 соответственно.

Регулировка напряжения срабатывания устройства осуществляется изменением величины резистора R₁₁.

Пока U_д< U_пор, на выходе триггера Шмидта присутствует лог. "0". При снижении напряжения U_пит уменьшается и U_пор и в момент, когда U_пор=U_д, триггер Шмидта переключается и на его выходе устанавливается уровень лог. "1", запускающий индикатор 5, выполненный, например, на жидкокристаллических индикаторах. Для устойчивого переключения триггера 4 и сохранения малого токопотребления в режиме лог. "1" необходимо, чтобы R₁₂ ≥ 2R₁₄.

Таким образом, в течение всей работы источника питания в процессе снижения его напряжения до критического уровня потребление тока устройством контроля очень незначительно (порядка долей мкА) и определяется, в основном, скважностью входных импульсов, которую можно сделать достаточно большой.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в малогабаритных электронных приборах. Сущность изобретения: устройство для контроля разряда источника питания содержит шину импульсов большой скважности, транзисторный ключ, резистивный делитель, триггер Шмидта, индикатор. Транзисторный ключ содержит транзистор, резисторы, стабилитрон. Резистивный делитель состоит из трех резисторов. Триггер Шмидта выполнен на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и резисторе обратной связи. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗРЯДА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ, содержащее транзисторный ключ, а также последовательно соединенные резистивный делитель напряжения, триггер Шмидта и индикатор, отличающееся тем, что, с целью снижения токопотребления, в него введены шина импульсов большой скважности и стабилитрон, а триггер Шмидта выполнен на КМОП логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем шина импульсов большой скважности соединена с входом транзисторного ключа, в коллекторную цепь которого включен стабилитрон, первый крайний вывод резистивного делителя подключен к первому выводу стабилитрона, второй крайний вывод - к второму выводу стабилитрона и соответствующему полюсу контролируемого источника питания, а выводы питания транзисторного ключа и триггера Шмидта подключены к контролируемому источнику питания.