Устройство для контроля разряда источников питания постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК G01R19/165 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для сигнализации о предельно допустимом разряде источников питания постоянного тока с одноименным ограничением этого разряда в малогабаритных переносных радиоэлектронных приборах с автономными источниками питания постоянного тока.

Целью изобретения является упрощение схемы устройства путем исключения из схемы микромощного стабилизатора напряжения. .

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит источник питания 1, подключенные ему параллельно микромощный источник опорного напряжения 2 и делитель напряжения, состоящий из резисторов 3 и 4.

Прямой вход триггера Шмитта, состоящего из микромощного программируемого операционного усилителя 5, резистора б, задающего (программирующего) ток потребления этого-операционного усилителя, резистора 7 положительной обратной связи, подключен к выходу источника опорного напряжения 2, к первому выводу резистора 6 и к первому выводу резистора 7. Инверсный вход операционного усилителя подключен к средней точке делителя напряжения, образованного резисторами 3 и 4 и также к аноду диода 8, отрицательный вывод питания микромощного операционного усилителя 5 соединен с отрицательным выводом источника питания 1, положительный.вывод питания - к общей шине питания 9. Выход операционного усилителя 5 соединен вторым выводом резистора 7, с катодом свето- диода 10 и с отрицательными выводами, питания генератора импульсов 11 и умножителя напряжения 12.

Светодиод 10 соединен своим анодом с катодом диода 8 и с первым выводом трко- ограничивающего резистора 13, второй вывод которого соединен с общей шиной питания 9.

Выход генератора импульсов 11 подключен к входу умножителя напряжения 12. Положительные выводы питания генератора импульсов 11 и умножителя напряжения 12 соединены с общей шиной питания 9.

Выход умножителя напряжения 12 подключен к первому выводу накопительного конденсатора 14 и к входу электронного ключа, состоящего из мощного п-канально- го полевого транзистора 15 с рп-переходом и диода 1 б, причем к затвору полевого транзистора 15, являющегося входом электронного ключа, подсоединен анод диода 16. Исток транзистора 15 соединен с катодом

диода 16 и с вторым выводом накопительного конденсатора 14, а также с общей шиной питания 9.

Устройство работает следующим образом.

При полностью заряженном источнике питания 1 на выходе триггера Шмитта (операционного усилителя 5) напряжение отсутствует, т.е. имеет значение, близкое к нулю,

так как в этот момент напряжение на инвертирующем входе больше, чем на неинвертирующем. В результате Светодиод 10 не горит, диод 8 оказывается закрыт напряжением на инвертирующем входе, генератор

5 импульсов 11 и умножитель напряжения 12 не работают. Вследствие этого напряжение на накопительном конденсаторе 28 и затворе полевого транзистора 15 тоже будет равно нулю. Поэтому электронный ключ

0 окажется открытым, т.е. сопротивление канала транзистора 15 будет минимальным. В результате ток со стока транзистора 15 будет идти в цепь нагрузки.

При разряде источника питания 1 на5 пряжение на инвертирующем входе уменьшается пропорционально, а на. неинвертирующем оно стабилизировано микромощным источником опорного напряжения 2. Поэтому в некоторый момент, ког0 да напряжение источника питания 1 станет .. меньше установленного, триггер Шмитта переключается: на его выходе появится напряжение. Но его величина не будет равна напряжению источника питания 1, так как

5 при появлений напряжения на выходе операционного усилителя 5 и загорании светодиода 10 диод 8 откроется. Последнее ; означает включение цепи отрицательной обратной связи, образованной этим диодом

0 8 и светодиодом ТО. Диод 8 замыкает цепь обратной связи и фиксирует (стабилизирует) на выходе минимальное значение напряжения, которое необходимо для надежных -и устойчивых возбуждения и работы генера5 тора прямоугольных импульсов 11. Точное значение величины выходного напряжения устанавливается подбором резистора 13, который одновременно является токоогра- ничивающим для светодиода 10. Всегда

0 можно подобрать такой номинал резистора 13, при котором минимально возможное фиксированное выходное напряжение опе- рационного усилителя 5 обеспечило бы возбуждение генератора импульсов 11 и

5.удовлетворительное свечение светодиода 10. После того, как выходное напряжение стабилизировалось (зафиксировалось .на минимально необходимом значении), одновременно с зажиганием светоди- ода 10 начинают работу генератор

прямоугольных импульсов 11 и умножитель напряжения 12, так как их отрицательные выводы питания подключены непосредственно к выходу операционного усилителя 5. Импульсы, имеющие прямоугольную форму и стабилизированную амплитуду, с выхода генератора 11 поступают на вход умножителя напряжения 12. Последний начинает заряжать накопительный конденсатор 14 до отрицательного значения напряжения, ве- личина которого больше или по крайней мере равна напряжению отсечки полевого транзистора 15, образующего вместе с диодом 16 электронный ключ. Эта величина обеспечивается соответствующим выбором коэффициента умножения умножителя напряжения 12, После заряда накопительного конденсатора 14 транзистор 15 закрывается и разряд источника питания 1 через нагрузку прекращается. Величина запирающего отрицательного напряжения на конденсаторе 14 и, следовательно, на затворе полевого транзистора 15 электронного ключа не подвержена колебаниям напряжения источника питания, так как умножитель напряжения 12 и генератор 11 питаются стабилизированным (фиксиро- ванным) напряжением непосредственно с выхода триггера Шмитта (с выхода операционного усилителя 5). Эта величина запираю- щего напряжения может быть любой в зависимости от выбранного коэффициента умножения умножителя напряжения 12, что позволяет использовать в ключе полевые n-канальные транзисторы с любым напря- жением отсечки.

После того, как триггер Шмитта переключится и на его выходе появится стабили- зированное напряжение, опорное значение напряжения на его прямом входе увеличит- ся (его величина определяется номиналом резистора 7 положительной обратной связи; этот резистор 7 задает второе значение порогового напряжения, которое выше первого). Но так как одновременно включается цепь отрицательной обратной связи, образованной диодом 8 и загоревшимся свето- диодом 10, то операционный усилитель 5 стремится уравнять входное напряжение на своем инвертирующем входе с опорным значением напряжения на его прямом входе, т.е. на выходе операционного усилителя установится такое выходное напряжение, часть которого с делителя напряжения, образованного загоревшимся светодиодом 10 и резистором 13, передается через диод 8 на инвертирующий вход и примерно сравняется с опорным значением напряжения на прямом входе. Точное значение выходного напряжения подбирается только резистором 13 (так как прямое напряжение на загоревшемся светодиоде 10 мало изменяется при изменении протекающего через него тока и имеет определенное значение). В результате при переключении триггера Шмитта напряжение на его инвертирующем входе тоже возрастает, хотя до этого напряжение, создаваемое разряженным источником питания 1 в средней точке делителя напряжения, образованного резисторами 3 и 4, было меньше опорного.

Этот делитель напряжения не может препятствовать такому возрастанию напряжения инвертирующем входе ОУ, так как резисторы 3 и 4 выбираются порядка сотен килоОм или единиц мегаОм, и ток через них составляет единицы или доли микроампер. В результате делитель из резисторов 3 и А не препятствует работе введенной в устройство цепи отрицательной обратной связи.

Когда транзистор 15 ключа закроется, напряжение на источнике питания 1 неизбежно начнет самопроизвольно нарастать. Особенно быстро оно увеличивается, если разряд источника питания 1 производился большим.током. Но триггер Шмитта переключится только тогда, когда напряжение, создаваемое источником питания 1 в дели; теле напряжения, состоящем из резисторов 3 и 4, достигнет второго значения порогового напряжения, которое выше первого и которое устанавливается на обоих входах триггера Шмитта одинаковым. Как только напряжение, созданное делителем из резисторов 3 и 4 на инвертирующем входе операционного усилителя 5 триггера Шмитта, сравняется и затем превзойдет величину второго значения порогового напряжения, то сразу закроется диод 8, отключая цепь обратной связи, и триггер Шмитта переключится. Напряжение на выходе операционного усилителя 5 исчезает, гаснет светодиод 10, прекращают работать генератор импульсов 11 и умножитель напряжения 12; накопительный конденсатор 14 разряжается через обратное сопротивление диода 16 и транзистор 15 электронного ключа открывается. Этим самым предотвращается режим частого включения-выключения устройства, который может оказаться нежелательным для питаемой аппаратуры.

Таким образом, предлагаемое устройство путем исключения из иегамикромощного стабилизатора напряжения обладает более простой схемой.

Фор глу.л а изобретения . Устройство для контроля разряда источников питания постоянного тока, содержащее микромощный источник опорного напряжения, резистивный делитель напряженил, индикатор, выполненный на последовательно соединенных светодиоде и то- коограничивающем резисторе, триггер Шмитта, выполненный на микромощном программируемом операционном усилите- ле с резистором в цепи положительной обратной связи и программирующим резистором; подключенным между программирующим входом операционного усилителя и его иеинвертирующим входом, который соединен с выходом микромощного источника опорного напряжения, инвертирующий вход . микро.мощного программируемого операционного усилителя соединен с выходом резистивного дели- телянапряжения, генератор прямоугольных импульсов, умножитель напряжения, накопительный конденсатор, электронный ключ, выполненный на мощном полевом транзисторе и диоде, подклю- ченном между его затвором и истоком, первая входная клемма устройства для подключения контролируемого источника питания соединена с общей шиной, к которой также подключены первые выводы питания резистивного делителя напряжения, микромощного источника опорного напряжения, умножителя напряжения, микромощного программируемого операционного усилителя, генератора прямоугольных импульсов, первый вывод накопительного конденсатора, первый вывод индикатора и исток полевого транзистора электронного ключа, вторая входная клемма устройства для подключения контролируемого источника питания соединена с вторыми выводами питания резистивного делителя напряжения, микромощного источника опорного напряжения и микромощного программируемого операционного усилителя, выход которого соединен с вторым выводом индикатора, вторые выводы питания последовательно соединенных генератора прямоугольных импульсов и умножителя напряжения объединены, выход умножителя напряжения соединен с вторым выводом накопительного конденсатора и затвором полевого транзистора электронного ключа, сток которого соединен с выходом устройства, от/Гичающееся тем, что, с целью упрощения, введен диод, анод которого подключен к инвертирующему входу микромощного программируемого операционного усилителя триггера Шмитта, катод - к общим выводам анода светодиода и токоограничивающего резистора индикатора, выход триггера Шмитта соединен с вторым выводом питания генератора прямоугольных импульсов.

Использование: для сигнализации о предельно допустимом разряде источников питания постоянного тока с одновременным ограничением этого разряда в малогабаритных переносных радиоэлектронных приборах с автономными источниками питания постоянного тока. Сущность изобретения:устройство содержит контролируемый источник 1 питания, микромощный источник 2 опорного напряжения, резистианый делитель напряжения, состоящий из резисторов 3, 4, триггер Шмитта, состоящий из микромощного программируемого операционного усилителя 5, программирующего резистора 6, резистора 7 положительной обратной связи, диод 8, общую шину 9, индикатор, содержащий све- тодиод 10 и токоограничивающий резистор 13. генератор 11 импульсов, умножитель 12 напряжения, накопительный конденсатор 14. электронный ключ, содержащий полевой транзистор 15 и диод 16. 1 ил. (Л