РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ ВЫХОДНОГО ТРАНЗИСТОРА ВЫХОДНОГО СИГНАЛЬНОГО КАСКАДА Российский патент 2015 года по МПК G08C19/02 

Из уровня техники известно множество разделителей сигналов и разделителей прохождения сигналов.

Эти разделители (прохождения) сигналов на стороне входа принимают входной сигнал, который поступает гальванически изолированным от выхода. В этом случае обычно требуется вспомогательная силовая цепь для подачи энергии на вход и выход.

Для поддержания низкой потери энергии в случае малых нагрузок в этих разделителях (прохождения) сигналов напряжение питания выходного каскада должно быть адаптировано к моментальной потребности в энергии. Цепь этого типа описана, например, в DE 10322262. В этом случае вспомогательная энергия подается исключительно на выход сигнала, а вход сигнала питается от выхода сигнала.

В других решениях, таких как решение, описанное в DE 102007006503, применяется линейный регулятор и расположенный за ним импульсный стабилизатор. В этом случае выходной ток преобразователя постоянного тока посредством сопротивления преобразуется в сигнал напряжения, который подается в преобразователь напряжения в ток линейного регулятора. С помощью компаратора извлекают управляющий сигнал из цепи коллектор - эмиттер.

Обоим решениям присущи свои недостатки.

Решение согласно DE 10322262 отличается тем, что управляющее устройство является одним из компонентов цепи питания вспомогательной энергией. Кроме того, управляющее устройство регулирует напряжение питания самой выходной цепи с целью достижения конкретного выходного напряжения.

С одной стороны, конструкция этого типа является сложной и требует измерительных сопротивлений, а с другой стороны, должна регулироваться потеря энергии самого выходного каскада. Помимо этого, конструкция с измерительными сопротивлениями предрасположена к отказам.

Решение согласно DE 102007006503 отличается тем, что в нем требуется сопротивление для обеспечения падения напряжения, которое преобразуется преобразователем тока в напряжение.

С одной стороны, конструкция этого типа является сложной и требует измерительных сопротивлений, а с другой стороны, должна регулироваться потеря энергии самого выходного каскада. Помимо этого, конструкция с измерительными сопротивлениями предрасположена к отказам.

Соответственно, в основу изобретения положена задача создания другого решения, в котором за счет изобретательского замысла преодолены недостатки известного уровня техники и которое может применяться как в разделителе сигналов, так и разделителе прохождения сигналов.

Решение задачи изобретения обеспечивается за счет разделителя (прохождения) сигналов для измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем. Этот разделитель (прохождения) сигналов имеет (питающий) вход IN на первичной стороне, выход OUT на вторичной стороне, преобразователь 100 постоянного тока для передачи входного тока Iin измерительного сигнала на первичной стороне, выходной каскад 200 для обеспечения выходного тока Iout сигнала на вторичной стороне и цепь 400 питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны.

Выходное напряжение UR управляющего устройства 300 регулируется с помощью измерительного устройства 500 таким образом, что потеря энергии транзистора T1 выходного каскада 200 преимущественно не зависит от нагрузки Rb, подсоединенной в рабочем состоянии.

В одном из вариантов осуществления изобретения питание выходного каскада 200 обеспечивается цепью 400 питания вспомогательной энергией и имеет преимущественно постоянное напряжение U.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения измерительное устройство 500 содержит транзистор T2, посредством которого определяется потенциал выходного каскада 200, а коллекторный выходной сигнал транзистора в целях управления подается на вход сигнала FB обратной связи управляющего устройства 300.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения измерительное устройство 500 содержит транзистор T2, который расположен таким образом, что его регулирование не влияет на выходной ток Iout измерительного сигнала.

В еще одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит преобразователь постоянного тока.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит преобразователь постоянного тока с двумя выпрямителями 420, 421, из которых выпрямитель 421 обеспечивает питание первичной стороны, а выпрямитель 420 обеспечивает регулирование подачи вспомогательного напряжения.

В еще одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения управляющее устройство 300 содержит понижающий трансформатор.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения выходной каскад 200 содержит преобразователь OP1 тока в ток.

Изобретение будет подробнее пояснено далее со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема первого варианта осуществления разделителя прохождения сигналов согласно изобретению,

на фиг.2 показана блок-схема второго варианта осуществления разделителя прохождения сигналов согласно изобретению, и

на фиг.3 показана блок-схема третьего варианта осуществления разделителя прохождения сигналов согласно изобретению.

В следующем далее описании изобретение будет подробнее пояснено со ссылкой на чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы, и соответственно описание относится ко всем чертежам, если не указано иное.

Предложенный в изобретении разделитель (прохождения) измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем содержит (питающий) вход IN на первичной стороне и выход OUT на вторичной стороне.

В случае сигналов с живым нулем определенный интервал значений сигнала интерпретируется как признак функционирования со сбоями. Сигналы с живым нулем обычно имеют интервал от 4 до 20 мА, и при падении тока ниже 4 мА или превышении 20 мА предполагается, что контролируемый прибор является неисправным. В этом случае в некоторых приборах предусмотрена возможность подачи сигнала тревоги. Может подаваться как местный сигнал тревоги мАу, например оптический и/или акустический, так и дистанционный посредством соответствующих сигнальных линий или сообщений.

Сигналы с мертвым нулем обычно не имеют интервала этого типа, и в этом случае по отсутствию входного тока невозможно судить о неисправности контролируемого прибора. Сигналы с мертвым нулем обычно имеют интервал от 0 до 20 мА.

В процессе работы, например, входной ток Iin измерительного сигнала на первичной стороне, который возбуждается питающим напряжением Usp, может подаваться на питающий вход IN на первичной стороне.

Затем входной ток Iin измерительного сигнала на первичной стороне подается на сторону входа в преобразователь 100 постоянного тока для передачи.

Затем переданный сигнал поступает в выходной каскад 200 для подачи выходного тока Iout измерительного сигнала на вторичной стороне.

Кроме того, разделитель прохождения сигналов согласно изобретению содержит цепь 400 питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны. Эта цепь Uh питания питает первичную сторону вспомогательной энергией посредством Usp и питает вторичную сторону вспомогательной энергией посредством U.

В данном случае Usp и U могут представлять собой различные напряжения. Usp предпочтительно выбирают таким образом, чтобы питать двухпроводной передатчик, например, 16 вольт или более.

Во всех вариантах осуществления изобретения выходное напряжение UR регулируется управляющим устройством 300 с помощью измерительного устройства 500 таки образом, что потеря энергии транзистора T1 выходного каскада 200 преимущественно не зависит от нагрузки Rb, подсоединенной в рабочем состоянии.

Питание выходного каскада 200 обеспечивается цепью 400 питания вспомогательной энергией и имеет преимущественно постоянное напряжение U.

В одном из выгодных вариантов осуществления преобразователь 100 постоянного тока содержит прерыватель 110, который прерывает принятый измерительный входной сигнал. Прерванный сигнал поглощает сигнал переменного тока и затем поступает в трансформатор 130. Трансформатор 130 подает переданный прерванный сигнал в выпрямитель 120, который в свою очередь генерирует сигнал постоянного тока на основании прерванного переданного сигнала. В данном случае трансформатором 130 может являться трансформатор с коэффициентом передачи 1:1 или также другими коэффициентами передачи. Кроме того, преобразователь 100 постоянного тока также может обеспечивать гальваническую изоляцию.

Выходной каскад 200 сконструирован в виде преобразователя тока- в-ток. С этой целью преобразователь тока-в-ток может иметь соответствующим образом подсоединенный операционный усилитель OP1.

В одном из выгодных вариантов осуществления цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит трансформатор напряжения постоянного тока. Он может быть сконструирован аналогично преобразователю 100 постоянного тока. В данном случае цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит прерыватель 410, который прерывает подаваемое вспомогательное напряжение Uh. Прерванный сигнал поглощает сигнал напряжения переменного тока и затем поступает в трансформатор 430. Трансформатор 430 передает два прерванных сигнала.

Первый прерванный переданный сигнал поступает в первый выпрямитель 420, который в свою очередь генерирует сигнал напряжения постоянного тока на основании прерванного переданного сигнала. Сигнал напряжения постоянного тока подается в управляющее устройство 300 или в операционный усилитель ОР1 в выходном каскаде 200, в том числе в виде напряжения U.

Второй прерванный переданный сигнал поступает во второй выпрямитель 421, который в свою очередь генерирует сигнал напряжения постоянного тока на основании прерванного переданного сигнала. Сигнал напряжения постоянного тока подается в том числе в виде питающего напряжения Usp.

В данном случае трансформатором 420 может являться трансформатор с коэффициентом передачи 1:1 соответствующего напряжения с первичной стороны на вторичную сторону или также с другими коэффициентами передачи. Кроме того, трансформатор напряжения постоянного тока также может обеспечивать гальваническую изоляцию в цепи 400 питания вспомогательной энергией.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1, напряжение, требуемое для управления нагрузкой Rb, генерируется управляющим устройством 300. Этим управляющим устройством 300 может являться, например, работающий в режиме коммутации источник питания. В данном случае выходное напряжение управляющего устройства 300 регулируется таким образом, что коллекторный потенциал выходного транзистора T1, который находится в выходном каскаде 200, оставался постоянно независимым от выходного тока Iout и выходной нагрузки Rb. В этом случае коллекторный потенциал T1 задается напряжением затвора транзистора T2 измерительного устройства 500. Управляющее напряжение, создаваемое в коллекторе T2, подается на вход сигнала обратной связи управляющего устройства 300.

Управляющая мощность T2 преимущественно должна быть ограничена для сведения к минимуму искажения измерительного сигнала, поскольку управляющая мощность извлекается из измерительного сигнала.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2, выходной транзистор T1 находится на стороне выхода управляющего устройства 300 и также может представлять собой работающий в режиме коммутации источник питания. В данном случае транзистор T2 корректирует управляющее напряжение таким образом, чтобы потенциал коллектор - эмиттер выходного транзистора T1 оставался постоянно независимым от выходного тока Iout и выходной нагрузки Rb. Таким образом, управляющее напряжение приблизительно соответствует потенциалу база - эмиттер T2. Рабочая точка транзистора T2 корректируется посредством сопротивления R1. За счет размещения выходного транзистора T1 на стороне выхода управляющего устройства 300 обеспечивается отсутствие влияния управляющей мощности транзистора T2 на измерительный сигнал.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.3, выходное напряжение работающего в режиме коммутации источника питания регулируется таким образом, чтобы выходное напряжение обычно превышало выходное напряжение операционного усилителя OP1 в выходном каскаде 200. В этом случае величина превышения обычно обеспечивается за счет последовательного расположения межсоединения эмиттер - база транзистора T2 и диода D1.

Поскольку в данном случае генерирование управляющего напряжения посредством измерительного устройства 500 не предусматривает прямого подсоединения к нагрузке и соответственно через нагрузку Rb не может протекать остаточный ток, выходной каскад 200 может устанавливать ток сигнала вплоть до 0 мА.

Таким образом, в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг.2 и 3, измерительное устройство 500 может содержать транзистор T2, посредством которого определяют выходное напряжение UR транзистора T1. Коллекторный выходной сигнал транзистора T2 в целях управления подается на вход сигнала обратной связи FB управляющего устройства 300.

Кроме того, в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг.2 и 3, измерительное устройство 500 содержит транзистор T2, который расположен таким образом, что его регулирование не влияет на выходной ток Iout измерительного сигнала.

Список позиций:

вход на первичной стороне IN выход на вторичной стороне OUT преобразователь постоянного тока 100 прерыватель 110 выпрямитель 120 трансформатор 130 выходной каскад 200 управляющее устройство 300 цепь питания вспомогательной энергией 400 прерыватель 410 выпрямитель 420, 421 измерительное устройство 500 входной ток измерительного сигнала   на первичной стороне Iin выходной ток измерительного сигнала   на вторичной стороне Iout сопротивление R1 нагрузка Rb напряжение U транзистор T1, T2 вход сигнала обратной связи FB операционный усилитель OP1 диод D1 вспомогательное напряжение Uh регулируемое выходное напряжение UR

Изобретение относится к разделителю прохождения сигналов. Технический результат заключается в упрощении конструкции разделителя прохождения сигналов и уменьшении отказов. Для этого предложен разделитель прохождения измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем, содержащий: вход (IN) на первичной стороне, выход (OUT) на вторичной стороне, преобразователь (100) постоянного тока для передачи входного тока Iin измерительного сигнала на первичной стороне, выходной каскад (200), содержащий транзистор (Т1), для обеспечения выходного тока Iout измерительного сигнала на вторичной стороне, цепь (400) питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны, управляющее устройство (300) для обеспечения регулируемого выходного напряжения (UR), при этом вспомогательное напряжение цепи (400) питания вспомогательной энергией регулируется на вторичной стороне управляющим устройство (300) с помощью измерительного устройства (500) на основании выходного напряжения (UR) таким образом, что потеря энергии транзистора (Т1) выходного каскада (200) не зависит от нагрузки (Rb), подсоединенной в рабочем состоянии, при этом измерительное устройство (500) сконфигурировано для определения коллекторного потенциала транзистора (Т1) выходного каскада. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Разделитель прохождения измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем, содержащий:
вход (IN) на первичной стороне,
выход (OUT) на вторичной стороне,
преобразователь (100) постоянного тока для передачи входного тока Iin измерительного сигнала на первичной стороне,
выходной каскад (200), содержащий транзистор (Т1), для обеспечения выходного тока Iout измерительного сигнала на вторичной стороне,
цепь (400) питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны,
управляющее устройство (300) для обеспечения регулируемого выходного напряжения (UR),
отличающийся тем, что вспомогательное напряжение цепи (400) питания вспомогательной энергией регулируется на вторичной стороне управляющим устройство (300) с помощью измерительного устройства (500) на основании выходного напряжения (UR) таким образом, что потеря энергии транзистора (Т1) выходного каскада (200) не зависит от нагрузки (Rb), подсоединенной в рабочем состоянии,
при этом измерительное устройство (500) сконфигурировано для определения коллекторного потенциала транзистора (Т1) выходного каскада.

2. Разделитель прохождения измерительных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что питание выходного каскада (200) обеспечивается цепью (400) питания вспомогательной энергией и имеет преимущественно постоянное напряжение (U).

3. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что измерительное устройство (500) содержит транзистор (Т2), посредством которого задается напряжение выходного каскада (200), а выходной сигнал транзистора в целях управления подается на вход сигнала (FB) обратной связи управляющего устройства (300).

4. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что измерительное устройство (500) содержит транзистор (Т2), который расположен таким образом, что его регулирование не влияет на выходной ток (Iout) измерительного сигнала.

5. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цепь (400) питания вспомогательной энергией содержит трансформатор напряжения постоянного тока.

6. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цепь (400) питания вспомогательной энергией содержит трансформатор напряжения постоянного тока с двумя выпрямителями (420, 421), из которых выпрямитель (421) обеспечивает питание первичной стороны, а выпрямитель (420) обеспечивает регулирование подачи вспомогательного напряжения.

7. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что управляющее устройство (300) содержит понижающий трансформатор.

8. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выходной каскад (200) содержит преобразователь (ОР1) тока в ток.