ГАЛЬВАНИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННЫЙ КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ПИТАНИЕМ ОТ ВХОДНОГО СИГНАЛА Российский патент 2015 года по МПК G05B1/01 

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля, в частности, для компарирования входного сигнала по установленному уровню напряжения с передачей результата компарирования через оптрон.

Цель изобретения - создать гальванически изолированный компаратор напряжения с передачей результата компарирования через оптрон, не требующий отдельного, гальванически изолированного, источника питающего напряжения. Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала найдет применение в аппаратуре автоматического управления и контроля, в которой требуется гальваническая изоляция обрабатывающей части аппаратуры.

Современные микросхемы компараторов напряжения серий 521 бК0.347.015 ТУ, 1135 АЕЯР.431350.417 ТУ, 1481 АЕЯР.431350.431 ТУ обеспечивают точность компарирования в несколько мВ, но требуют отдельную опору напряжения и несколько источников питающего напряжения, что не позволяет использовать их в качестве компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.

Решить поставленную задачу позволяет использование интегральной микросхемы с фиксированным уровнем напряжения срабатывания - регулируемого стабилитрона Н142ЕН19, бК0.347098-12 ТУ.

Предлагаемый компаратор напряжения с точностью компарирования, соответствующей приведенным сериям микросхем, выполненный на регулируемом стабилитроне, диодной оптопаре, триггере Шмитта КМОП микросхемы и пяти резисторах, обеспечивает гальваническую развязку от входного сигнала и не требует изолированного источника питания.

Схема гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала приведена на чертеже.

На чертеже изображены:

1 - первый резистор высокоомного делителя напряжения;

2 - второй резистор высокоомного делителя напряжения;

3 - регулируемый стабилитрон H142EH19 с выводами: О - Опора, К - Катод, А - Анод;

4 - токозадающий резистор светодиода оптрона;

5 - резистор блокировки срабатывания оптрона от остаточного тока катода регулируемогого стабилитрона;

6 - диодная оптопара;

7 - резистор нагрузки фотодиода оптрона;

8 - триггер Шмитта КМОП микросхемы;

+Uвх - входной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;

OV вх - общий вывод входного сигнала гальванически изолированного компаратора напряжения;

Выход - выходной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;

+U - вывод для подключения питающего напряжения КМОП микросхемы.

Минимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала компаратора определяется выходным напряжением включенного регулируемого стабилитрона 3 и напряжением светодиода оптрона 6. Максимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала компаратора определяется предельно допустимым напряжением катод - анод регулируемого стабилитрона 3 и для микросхемы H142EH19 составляет 30B. Максимальное напряжение входного сигнала компаратора определяется предельно допустимым током светодиода оптрона и значительно превышает уровень напряжения компарирования. Ток нагрузки на входной сигнал определяется током светодиода оптрона и при напряжении входного сигнала, равном уровню напряжения компарирования, составляет примерно 3 мА.

Работает компаратор напряжения следующим образом. Если входное напряжение не превышает уровень напряжения компарирования, то на опоре регулируемого стабилитрона 3 напряжение, определяемое высокоомным делителем на резисторах 1 и 2, меньше порога срабатывания, и регулируемый стабилитрон 3 выключен. На катоде регулируемого стабилитрона 3, в результате протекания остаточного тока катода регулируемого стабилитрона 3 через резисторы 4 и 5, устанавливается напряжение, близкое к напряжению входного сигнала. Оптрон 6 выключен, ток фотодиода оптрона 6 на резисторе 7 создает напряжение меньше порога срабатывания триггера Шмитта КМОП микросхемы 8. На выходе компаратора присутствует напряжение высокого логического уровня.

При достижении напряжения на высокоомном делителе напряжения на резисторах 1, 2 и, следовательно, на опоре регулируемого стабилитрона 3 уровня срабатывания регулируемого стабилитрона 3 произойдет его включение. На катоде регулируемого стабилитрона 3 установится напряжение, равное уровню срабатывания опоры. Ток, протекающий через светодиод оптрона 6 и токозадающий резистор 4, вызовет уменьшение сопротивления фотодиода оптрона 6, повышение напряжения на резисторе нагрузки фотодиода 7 и переключение триггера Шмитта КМОП микросхемы 8 в низкий логический уровень.

Входное напряжение, при котором происходит включение регулируемого стабилитрона 3, является уровнем компарирования гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.

Небольшой входной ток опоры регулируемого стабилитрона 3 и высокоомного делителя напряжения на резисторах 1 и 2 не имеют большого влияния на ток нагрузки гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала и позволяют устанавливать уровень компарирования в большом диапазоне напряжения входного сигнала.

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля. Техническим результатом является создание гальванически изолированного компаратора напряжения, не требующего отдельного, гальванически изолированного, источника питающего напряжения. Он достигается тем, что небольшой ток нагрузки на входной сигнал позволяет исключить источник питания гальванически изолированного компаратора. Компаратор содержит регулируемый стабилитрон H142EH19, диодный оптрон, КМОП микросхему с триггером Шмитта. Уровень компарирования входного напряжения задается высокоомным резисторным делителем, подключенным средним выводом к опоре регулируемого стабилитрона. Катод светодиода оптрона подключен к катоду регулируемого стабилитрона, а анод, через токозадающий резистор, - к входному сигналу компаратора. Усилителем сигнала оптрона служит триггер Шмитта КМОП микросхемы. 1 ил.

Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала, содержащий регулируемый стабилитрон, диодную оптопару, триггер Шмитта КМОП микросхемы и пять резисторов, причем входной сигнал подключен к токозадающему резистору светодиода оптрона и первому выводу первого резистора высокоомного резисторного делителя напряжения, второй вывод первого резистра высокоомного резисторного делителя напряжения соединен с опорой регулируемого стабилитрона и первым выводом второго резистора высокомного резисторного делителя, второй вывод токозадающего резистора светодиода оптрона соединен с анодом светодиода оптрона и первым выводом резистора блокирующего включение оптрона от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона, катод регулируемого стабилитрона соединен с катодом светодиода оптрона и вторым выводом резистора блокирующего включение оптрона от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона, общий вывод входного сигнала компаратора соединен с анодом регулируемого стабилитрона и вторым выводом второго резистора высокоомного резисторного делителя напряжения, катод фотодиода оптопары соединен с выводом питающего напряжения КМОП микросхемы, анод фотодиода оптопары соединен с входом триггера Шмитта КМОП микросхемы и первым выводом резистора нагрузки фотодиода оптопары, второй вывод которого соединен с общим выводом питающего напряжения КМОП микросхемы, выход триггера Шмитта КМОП микросхемы является выходом гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.