Устройство контроля напряжения Советский патент 1992 года по МПК G01R19/165 

4нг. 1

Изобретение относится к устройствам измерения, а именно к приборам для измерения и индикации заданного уровня напряжения, и может быть использовано в устройствах допускового контроля напряжения различных источников, в частности аккумуляторных батарей.

Известно устройство контроля напряжения 1, содержащее резистивный делитель напряжения, выводами соединенный с клеммами источника напряжения, цепочку, состоящую из последовательно включенных резистора и источника опорного напряжения, соединенного с общей шиной устройства и минусовой шиной источника напряжения.

Недостатком указанного устройства является низкая точность контроля и невысокая термостабильность (см. фиг. 3).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство 2, содержащее резистивный делитель напряжения, выводы которого соединены с шинами первого источника напряжения, цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора и светодиода, подключенного к резистору своим анодом, и два л-р-п-транзистора,, эмиттеры которых объединены.

Как отмечается в описании указанного устройства погрешность измерения состав- ляет не менее +10%, т.е. поле допуска погрешности 20% при высокой температурной погрешности, что в большинстве практических применений оказывается неприемлемой. Кроме того, при применении, в частности, в переносных измерительных приборах двух (или более) аккумуляторных батарей возникает необходимость обеспечения контроля разряда любого из применяемых аккумуляторов с тем, чтобы по достижении критического потенциала при разряде любой из батарей используемые батареи аккумуляторов установить на режим заряда или подзаряда, не допуская возможности переразряда любой из батарей, который приводит к резкому снижению емкости переразряжаемой батареи и количеству рабочих циклов заряд-разряд.

Цель изобретения - повышение точности контроля и расширение области применения.

Соответствие заявляемого технического решения критерию существенные отличия определяется тем, что благодаря признакам, отличающим предложенный объект от прототипа, а именно введения двух диодов, трех полевых транзисторов, стабилитрона, четырех резисторов, второго резистивного делителя напряжения и осуществления соответствующих необходимых связей, у него значительно повысилась точность, а также появилась возможность индикации разряда аккумуляторов при любом

количестве источников питания.

Данные свойства, обусловившие достижение цели, отсутствуют у всех известных устройств аналогичного назначения.

На фиг. 1 представлена электрическая

0 схема устройства контроля напряжения; на фиг. 2 - выходные характеристики устройства; на фиг. 3 - выходная характеристика устройства-п рототи п а.

Устройство контроля напряжения со5 держит резистивный делитель 1 напряжения, состоящий из резисторов 2 и 3 и соединенный с клеммами 4 первого источника напряжения, цепочку 5, состоящую из последовательно соединенных резистора 6

0 и светодиода 7, подключенного к резистору своим анодом, два п-р-п-транзистора 8 и 9, эмиттеры которых объединены, два диода 10и 11,три полевых транзистора 12,13 и 14, стабилитрон 15, четыре резистора 16, 17, 18

5 и 19 и второй резистивный делитель 20 напряжения, содержащий резисторы 21, 22, выводы которого подключены к клеммам 23 второго источника напряжения. Минусовая шина последнего соединена с общей

0 шиной устройства, минусовой шиной первого источника напряжения и через стабилитрон 15 с эмиттером первого и второго п-р-п-транзисторов 8 и 9, коллекторы которых через цепочку 5 из резистора 6 и свето5 диода 7 соединены с катодами первого и второго диодов 10 и 11 и со стоком первого полевого транзистора 12, исток которого через резистор 16 соединен с его затвором и с первыми выводами резисторов 17, 18, 19.

0 Второй вывод резистора 17 соединен с базой первого п-р-п-транзистора 8 и со стоком второго полевого транзистора 13,затвор которого подключен к среднему выводу первого резистивного делителя 1, а исток - к

5 эмиттеру первого п-р-п-транзистора 8, ис- .току третьего полевого транзистора 9 и второму выводу резистора 18. Второй вывод резистора 19 подключен к базе второго п-р- п-транзистора 9 и стоку третьего полевого

0 транзистора 14, затвор которого подключен к среднему выводу второго резистивного делителя 20 напряжения. Положительные клеммы 4,23 первого и второго источников напряжения соединены соответственно с

5 анодами диодов 10, 11.

Устройство контроля напряжения работает следующим образом.

Напряжение контролируемых источников питания через диоды 10 и 11, вклгачен- ныев прямом направлении, подается через

резистор 6 и светодиод 7 на коллекторы п-р-п-транзисторов 8 и 9 и на сток полевого транзистора 12, работающего при наличии резистора 16 в цепи истока транзистора в режиме стабилизатора тока, проходящего через резисторы 17, 18 и 19. При этом стабилитрон 15 формирует относительно общей шины устройства опорное напряжение на истоках полевых транзисторов 13 и 14 и эмиттерах п-р-п-транзисторов 8 и 9. Со средних выводов резистивных делителей 1 и 20 напряжение ивточников питания подается соответственно на затворы полевых транзисторов 13 и 14.

В исходном состоянии, когда напряже- ния источников питания имеют значения выше заданного и потенциалы затворов полевых транзисторов 13 и 14 имеют положительные значения относительно истоков, сопротивление переходов сток - исгок минимально, переходы база - эмиттер п-р-п- транзисторов 8 и 9 зашунтированы и токи резисторов 17 и 19 протекают через полевые транзисторы 13 и 14. При этом переходы коллектор - эмиттер п-р-п-транзисторов 8 и 9 закрыты, ток через цепочку, состоящую из резистора 6 и светодиода 7, не течет и светодиод не светится.

По мере снижения напряжения любого из источников питания потенциалы средних точек резистивных делителей 1 и 20 напряжений, а соответственно и потенциалы затворов полевых транзисторов 13 и 14 снижаются, переходя к отрицательному значению относительно истоков и увеличи- вая сопротивление перехода сток - исток.

По достижении потенциалом любого из затворов значения напряжения отсечки сопротивление перехода сток - исток резко возрастает и ток резисторов 17 и 19 начина- ет протекать через переход база - эмиттер соответствующего n-p-n-тоанзистора. При этом открывается переход коллектор - эмиттер n-p-n-транзистора и начинает протекать ток через светодиод 7, сигнализируя о том, что напряжение одного из источников достигло критического значения и необходима установка источников питания в режим заряда или подзаряда. Кроме того, в случае питания от данных источников пере- носной измерительной аппаратуры свечение светодиода 7 сигнализирует о возможном увеличении погрешности измерений за счет пониженного напряжения питания.

Аналогичная сигнализация происходит и при пропадании напряжения питания одного из источников,

Диодная сборка, состоящая из диодов 10 и 11, необходима для того, чтобы питание

устройства контроля напряжения всегда осуществлялось от наименее разряженного источника питания с большим потенциалом, улучшая выходные характеристики устройства.

На фиг. 2 представлены выходные характеристики устройства, из которых следует, что точность установления момента срабатывания составляет 5 мВ при пороге срабатыванитл/ В, т е. относительная точность срабатывания составляет

ACp, -ioO% 0,072%.

/ D

Изменение напряжения срабатывания от изменения напряжения питания составляет 50 мВ, т.е. относительная погрешностьл .50мВ

А пит

7 В

-100% 0,J

Изменение порога срабатывания от изменения температуры составляет 0,08 В, т.е. относительная погрешность

At0 8 - 100% 1,2%. / о

Общая погрешность составляет

ip+AJW+A А«

0,082 + 0,,,44%.

Следовательно, погрешность определения порога срабатывания устройства с учетом изменения напряжения питания и температур л окружающей среды составляет не более 1,5%, что значительно меньше погрешности аналога и прототипа, выходная характеристика которых при т° 25°С представлена на фиг. 3.

Из характеристики видно, что точного порога срабатывания у устройства контроля напряжения нет, так как начало возрастания тока светодиода (точка 1) еще не озна-i чает, что оператор при таких значениях тока обнаружит свечение светодиода, которое зависит от экземпляра светодиода, угла зрения, разброса характеристик, освещенности помещения и т.д. С достаточной степенью точности можно считать, что момент загорания светодиода можно надежно зафиксировать при изменении тока светодиода в пределах 0,1-0,6 мА (точки 1 и 2 фиг. 3). В таком случае погрешность определения порога срабатывания определяется как

А ср.

AUCP. U2-U1 (Uz-Ul)-2

U

ср.

и

ср

(U2+Ui)

где 1)2 - напряжение источника при токе светодиода 0,6 мА;

Ui - напряжение источника при токе светодиода 0.1 мА;

,. U2 +1Н - UCpj

д- 11шттйгга2 т-е-составляет около 20%, что подтверждается данными и в описании устройства по авт. св. № 1068825 (±10%, что составляет поле допуска в 20%).

Точность формирования порога срабатывания устройства можно повысить, если вместо задающего токового резистора 18, задающего ток стабилитрона, установить дополнительный стабилитрон, При этом общая погрешность порога срабатывания не превышает 1,1%.

На предприятии-заявителе были изго- товлены макетные образцы устройства контроля напряжения, которые показали высокую эффективность их использования, малую погрешность и высокую стабильность порога срабатывания.

Формула изобретения Устройство контроля напряжения, содержащее резистивный делитель напряжения, выводы которого соединен с шинами первого источника напряжения, цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора и светодиода, подключенноцелью повышения точности и расширения области применения, в него дополнительно введены два диода, три полевых транзистора, стабилитрон, четыре резистора и второй резистивный делитель напряжения, выводы которого подключены к шинам второго источника напряжения, минусовая шина которого соединена с общей шиной устройства, минусовой шиной первого источника напряжения и через стабилитрон с эмиттерами первого и второго n-p-n-транзисторов, коллекторы которых через цепочку из светодиода и резистора соединены с катодами первого и второго диодов и стоком первого полевого транзистора, исток которого через первый дополнительный резистор соединен с его затвором и первыми выводами второго, третьего и четвертого дополнительных резисторов, второй вывод третьего дополнительного резистора соединен с базой первого n-p-n-транзистора и стоком второго полевого транзистора, затвор которого подключен к среднему выводу первого рези- стивного делителя, а исток - к эмиттеру первого n-p-n-транзистора, истоку третьего полевого транзистора и второму выводу второго дополнительного резистора, второй вывод четвертого дополнительного резистора подключен к базе второго п-р-п-тран- зистора и стоку третьего полевого транзистора, затвор которого подключен к среднему выводу второго резистивного делителя напряжения, положительные шины первого и второго источников напряжения

го к резистору своим анодом, два n-p-n-транзистора, эмиттеры которых объе- 35 соединены соответственно с анодами пер динены, отличающееся тем. что, с вого и второго диодов.

3 4 S 0 ле ,9 V vs. 8 9 Ю

0

0

5

5

0

целью повышения точности и расширения области применения, в него дополнительно введены два диода, три полевых транзистора, стабилитрон, четыре резистора и второй резистивный делитель напряжения, выводы которого подключены к шинам второго источника напряжения, минусовая шина которого соединена с общей шиной устройства, минусовой шиной первого источника напряжения и через стабилитрон с эмиттерами первого и второго n-p-n-транзисторов, коллекторы которых через цепочку из светодиода и резистора соединены с катодами первого и второго диодов и стоком первого полевого транзистора, исток которого через первый дополнительный резистор соединен с его затвором и первыми выводами второго, третьего и четвертого дополнительных резисторов, второй вывод третьего дополнительного резистора соединен с базой первого n-p-n-транзистора и стоком второго полевого транзистора, затвор которого подключен к среднему выводу первого рези- стивного делителя, а исток - к эмиттеру первого n-p-n-транзистора, истоку третьего полевого транзистора и второму выводу второго дополнительного резистора, второй вывод четвертого дополнительного резистора подключен к базе второго п-р-п-тран- зистора и стоку третьего полевого транзистора, затвор которого подключен к среднему выводу второго резистивного делителя напряжения, положительные шины первого и второго источников напряжения

5 соединены соответственно с анодами пер вого и второго диодов.

Использование: в приборах для измерения и индикации заданного уровня напряжения, в устройствах допускового контроля напряжения различных источников, в частности аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: устройство содержит рези- стивный делитель 1 напряжения, состоящий из резисторов 2 и 3 и соединенный с клеммами 4 первого источника напряжения, цепочку 5 из резистора 6 и светодиода 7, п-р-п-транзисторы 8, 9, диоды 10, 11, полевые транзисторы 12, 13,14, стабилитрон 15, резисторы 16, 17, 18, 19, второй резистив- ный делитель 20 напряжения, состоящий из резисторов 21,22, вы воды которого подключены к клеммам 23 второго источника напряжения. 3 ил.

3 4 г 6 s.e sf 7 z/ гг. & 9 w

Јnz --/Ј.

er,.-wЈ

,Юв

Ј°- 4s°e

Фиг. 2

fHffj2j)

i/

ti, /,&fifc

Фиг. 3

Ј f&S

г, о