Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала Российский патент 2020 года по МПК G05B1/01 H03K5/24 

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

Зачастую современные системы автоматического контроля должны выдерживать значительное превышение рабочего напряжения в цепях подключения объекта контроля, в случае, если последний имеет дефект.

Близкое схемотехническое решение, описанное в патенте №2540808, содержит регулируемый стабилитрон, КМОП микросхему с триггером Шмитта, диодную оптопару и пять резисторов, что обеспечивает гальваническую развязку от входного сигнала и не требует изолированного источника питания.

Недостатком этого гальванически изолированного компаратора является то, что при увеличении входного напряжения компарирования происходит увеличение тока потребления от входного сигнала, причем пропорционально превышению входным сигналом напряжения компарирования. Данный недостаток ограничивает применение в компараторе оптоэлектронных переключателей логического сигнала, имеющих малый диапазон входного тока.

Цель изобретения - сделать ток потребления от источника входного сигнала гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала постоянным при входных напряжениях, значительно превышающих уровень компарирования.

Для решения этой задачи предлагается гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала, состоящий из первого и второго резисторов высокоомного делителя напряжения, регулируемого стабилитрона, стабилитрона, резистора питания стабилитрона, токозадающего резистора светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала, биполярного транзистора p-n-р проводимости, резистора блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона и оптоэлектронного переключателя логического сигнала.

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

На фигуре изображены:

1 - первый резистор высокоомного делителя напряжения;

2 - второй резистор высокоомного делителя напряжения;

3 - регулируемый стабилитрон Н142ЕН19 с выводами: О - Опора, К - Катод, А - Анод;

4 - стабилитрон;

5 - резистор питания стабилитрона;

6 - токозадающий резистор светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала;

7 - биполярный транзистор p-n-р проводимости;

8 - резистор блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона;

9 - оптоэлектронный переключатель логического сигнала;

+U вх - входной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала;

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

Выход - выходной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала;

+U - вывод для подключения питающего напряжения оптоэлектронного переключателя логического сигнала.

Минимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала определяется как сумма значений выходного напряжения включенного регулируемого стабилитрона 3, напряжения светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала 9 и напряжения стабилитрона 4, а максимальный уровень напряжения компарирования определяется предельно допустимым напряжением катод - анод регулируемого стабилитрона 3.

Максимальное напряжение входного сигнала

гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала определяется как сумма значений напряжения стабилизации стабилитрона 4 и предельно допустимого напряжения коллектор-база биполярного транзистора p-n-р проводимости 7.

Работает гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала следующим образом. Если входное напряжение не превышает уровень напряжения компарирования, то на катоде регулируемого стабилитрона 3 устанавливается напряжение, близкое к напряжению входного сигнала, за счет протекания остаточного тока катода регулируемого стабилитрона 3 через токозадающий резистор светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала 6, резистор блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона 8 и коллектор-эмиттер биполярного транзистора p-n-р проводимости 7. Оптоэлектронный переключатель логического сигнала 9 выключен, то есть на его выходе высокий уровень сигнала ТТЛ.

При превышении на входе гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала уровня напряжения компарирования, включится регулируемый стабилитрон 3, то есть стабилитрон 4 за счет тока через светодиод оптоэлектронного переключателя логического сигнала 9 и резистора питания стабилитрона 5 перейдет в режим стабилизации напряжения. Оптоэлектронный переключатель логического сигнала 9 включен, то есть на его выходе низкий уровень сигнала ТТЛ.

Ток светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала 9 является током коллектора биполярного транзистора p-n-р проводимости 7, он зависит только от значения напряжения стабилизации стабилитрона 4 и сопротивления токозадающего резистора светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала 6 и не изменяется при любом превышении входного напряжения над уровнем компарирования.

Уровень компарирования гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала задается первым и вторым резистором высокоомного делителя напряжения 1 и 2. Увеличение тока через первый и второй резистор высокоомного делителя напряжения 1 и 2 при значительном превышении входного напряжения над уровнем компарирования незначительны и не имеют большого влияния на ток нагрузки гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.

Изобретение относится к системам управления. Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала состоит из первого и второго резисторов высокоомного делителя напряжения, регулируемого стабилитрона, стабилитрона, резистора питания стабилитрона, токозадающего резистора светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала, биполярного транзистора p-n-р проводимости, резистора блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона и оптоэлектронного переключателя логического сигнала. Уровень компарирования входного напряжения задается высокоомным резисторным делителем напряжения, подключенным средним выводом к опоре регулируемого стабилитрона. Катод светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала подключен к катоду регулируемого стабилитрона, а анод, через транзистор и токозадающий резистор, к входному сигналу компаратора. Технический результат заключается в том, что ток потребления от источника входного сигнала гальванически изолированного компаратора остается постоянным при входных напряжениях, значительно превышающих уровень компарирования. 1 ил.

Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала, состоящий из первого и второго резисторов высокоомного делителя напряжения, регулируемого стабилитрона, оптоэлектронного переключателя логического сигнала, токозадающего резистора светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала, резистора блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона, отличающийся наличием биполярного транзистора p-n-р проводимости, стабилитрона, резистора питания стабилитрона, причем входной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала подключен к первому выводу первого резистора высокоомного делителя напряжения, первому выводу токозадающего резистора светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала и первому выводу стабилитрона, второй вывод первого резистора высокоомного делителя напряжения соединен с опорой регулируемого стабилитрона и первым выводом второго резистора высокоомного делителя напряжения, второй вывод токозадающего резистора светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала соединен с эмиттером биполярного транзистора р-n-р проводимости, база биполярного транзистора р-n-р проводимости соединена со вторым выводом стабилитрона и с первым выводом резистора питания стабилитрона, второй вывод резистора питания стабилитрона соединен с коллектором биполярного транзистора р-n-р проводимости, с первым выводом резистора блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона и с анодом светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала, катод регулируемого стабилитрона соединен со вторым выводом резистора блокировки срабатывания светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона и с катодом светодиода оптоэлектронного переключателя логического сигнала, общий вывод входного сигнала гальванически изолированного компаратора соединен со вторым выводом второго резистора высокоомного делителя напряжения и с анодом регулируемого стабилитрона, выходной вывод с оптоэлектронного переключателя логического сигнала является выходом гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.