Способ допускового контроля постоянного напряжения Советский патент 1993 года по МПК G05F1/569 H02H7/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к средствам контроля уровней постоянного напряжения и защиты от их повышения и понижения. Область применения - пороговые измерители напряжения в источниках и системах вторичного электропитания.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля N-напряжений. где N- l+rrn-ki+K2 из которых I напряжений контролируются по нижнему уровню, т-напря- жений - по верхнему уровню, a ki и k2 напряжений по обоим уровням; где I, m, ki и К2 изменяются от 0 до N.

Цель изобретения достигается тем, что в способ допускового контроля постоянного напряжения, заключающийся в том, что формируют импульсное напряжение, максимальное и минимальное значение которого равны, соответственно, первому и второму напряжению, а частота равна частоте задающего сигнала/сравнивают его с третьим

напряжением, по результатам сравнения в любой момент времени формируют один из двух дискретных уровней выходного сигнала, по импульсному характеру которого судят о соответствии контролируемого напряжения допуском и исправности устройства для контроля, при контроле каждого из последующих напряжений о качестве задающего генератора используют выходной сигнал, полученный при контроле предыдущего напряжения, причем при контроле I напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений используют, соответственно, контролируемое, второе опорное и первое напряжение, при этом величину второго опорного напряжения выбирают ниже величины первого опорного напряжения и контролируемого напряжений при любых его изменениях, при контроле гл-напряженмй в качестве первого, второго и третьего напряжений используют, соответственно, первое опорное, второе опорное и контролируемое напряжение, при этом вто00

ел о

00 О

рое опорное напряжение выбирают по знаку противоположным первому опорному напряжению, при контроле ki напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений используют, соответственно, первое опорное, второе опорное и контролируемое напряжение, а при контроле k. напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений использованы, соответственно, контролируемое, второе опорное и первое опорное напряжение.

Существо изобретения состоит в том, что одному из измеряемых напряжений, большему чем другое, периодически (с заданной тактовой частотой) придают отрицательные приращения, во время которых напряжение того входа органа сравнения, где оно было большим, чем напряжение другого входа, становится, наоборот, меньшим. Величина этого приращения (глубина модуляции) и выбор напряжения, которому придают приращения (измеряемому или опорному) устанавливается в зависимости от того, к нарушению какого порога нужно реагировать: по понижению или по повышению из- меряемого напряжения.

При двухпороговом контроле модуляцию делают неполной в зависимости от обеспечиваемых порогов. Какое из сравниваемых напряжений модулировать, не име- ет значения, к нему предъявляется лишь требование преобладания исходного уровня модулируемого напряжения над другим.

На фиг,1 и фиг.2 представлены схемы устройств для реализации способа соответ- ственно для случая контроля понижения измеряемого напряжения, или - его повышения; на фиг.З и 4 даны два схемных варианта двухпредельного контроля порогов; на фиг.5 и б показано устройство для осуществления способа двухпорогового контроля в многоканальном варианте (в устройстве на фиг.5 выходом каждого канала есть логический сигнал, а в устройстве на фиг.6 активным элементом (транзистором) является выходной каскад компаратора с откпытым коллектором, принадлежащий предыдущему каналу); на фиг. 7-10 даны эпюры напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах органа срзвне- ния (компаратора) соответственно для схем фиг. 1-4, а также на выходе устройства.

Действие способа заключается в следующем. Одно из сравниваемых напряжений (измеряемое или опорное) модулируют, при- давая ему приращение вниз с тактовой частотой. Измеряемое напряжение, если оно больше допустимого для используемого органа сравнения, доводят до приемлемого уровня посредством операции деления.

При контроле по понижению модулируют измеряемое напряжение, а при контроле по повышению - опорное. Глубина модуляции устанавливается при контроле по понижению при любых возможных значениях измеряемого напряжения до уровня ниже опорного напряжения.

При контроле по повышению опорное напряжение модулируют полностью, причем с изменением полярности получаемого напряжения (глубина модуляции в области измененной полярности значения не имеет). При двухпороговом контроле модулируют одно из сравниваемых напряжений, при этом модуляцию устанавливают частичную, на глубину, равную разнице между заданными пороговыми уровнями напряжения.

До тех пор, пока немодулированное напряжение находится в зоне модуляции другого сравниваемого напряжения, т.е. располагается между его верхним и нижним уровнями, результатом сравнения являются импульсы, синхронные с тактовыми, активирующими процесс модуляции. Имея результирующие импульсы, судят о положительном исходе контроля и об исправности средства контроля по данному способу.

При контроле одновременно многих напряжений прибегают к последовательному (друг за другом) контролю каждого из напряжений. Если получен положительный результат контроля ранее контролируемого напряжения, то этот результат используют для проведения операции модуляции при проведении контроля следующего напряжения. Устройство, реализующее способ, состоит из компаратора 1 (при необходимости сопряжения выхода устройства с цифровыми логическими схемами - компаратор с открытым коллектором), резистора 2 и модуляционного элемента 3, который может быть выполнен на основе транзистора А (фиг.1 и 2) или логического элемента с открытым коллектором 5 (в простейшем случае - инвертора). При двухпороговом контроле в модуляционный элемент входит резистор 6, включенный между выходом этого элемента и коллектором транзистора (4) или логического элемента (5). Вход для подключения измеряемого напряжения, если оно больше допустимого для используемого органа сравнения, подключается к органу сравнения через делитель 7 (фиг.1 и 2).

Измеряемое напряжение подключают (см.фиг.1) к одному из входов органа сравнения через резистор 2 (а при необходимости и через делитель 7), к которому подключен также выход модуляционного элемента или непосредственно (фиг.З). Если

на выходе органа сравнения нужно получить положительный импульс (в дальнейшем рассматривается именно такой случай), то в устройстве по фиг.1 измеряемое напряжение поступает на инвертирующий вход, а на фиг.З на - неинвертирующий. В устройствах по фиг.2 и фиг.4 измеряемое напряже- ние подается соответственно на неинвертирующий и инвертирующий входы компаратора (на фиг.4 - через резистор 2, к общей точке которого со входом компаратора подключен выход модуляционного элемента 3).

В устройстве по фиг.1 и 4 неинвертирующий вход компаратора 1 является входом для подключения опорного напряжения. На схеме фиг.2 и 3 ко входу опорного напряжения компаратора подключен также выход модуляционного элемента 3. Ко входу модуляционного элемента подключается задающий генератор.

В многоканальном устройстве по фиг.5 входы модуляционных узлов каналов 8.2...8п подключены к выходам каналов соответственно каналов 8.1...8(п-1).

Эпюры 9 и 10 (фиг.7-10) показывают напряжения соответственно на неинвертирующем и инвертирующем входах органа сравнения (компаратора 1), а эпюра 11 - напряжение на его выходе. Показаны также эволюции эпюр при колебаниях измеряемого напряжения - в том числе за пределы пороговых значений.

Устройство действует так: модуляцию одного из сравниваемых напряжений осуществляют путем деления этого напряжения. Во время паузы между тактовыми импульсами (импульсами тактового генератора) деления нет и напряжение данного (первого) входа компаратора 1, поступающего на него через резистор 2, больше (эпюра 9 на фиг.7. 8, 9. 10), чем напряжение второго входа (эпюра 10 на фиг. 7. 8, 9, 10). При каждом появлении тактового импульса напряжение первого входа снижается:

1. По крайней, мере, ниже до уровня опорного напряжения при контроле по понижению (фиг.7);

2. До нуля и даже со сменой полярности (фиг.8) за счет использования напряжения смещения, имеющего полярность, противоположную измеряемому и опорному напряжениям;

3. На величину, равную разнице между верхним и нижним порогами измерения (фиг.Эи 10).

Модуляция достигается подгрузкрй инвертирующего входа компаратора 1 модуляционным элементом 3, в котором на время действия импульса задающего генератора

открывается транзистор 4 (фиг.1, 2) или выходной транзистор компаратора 5 с открытым коллектором (фиг.З, 4). Неполная модуляция в схемах контроля с двумя поро- гами (фиг.З, 4) получается благодаря резистору 6, который включается в схему делителя, образующегося этим резистором совместно с резистором 2 при наличии импульса задающего генератора. Глубину не0 полной модуляции устанавливают выбором соотношения величин сопротивлений резисторов 2 и 6.Л Если есть необходимость в уменьшении входного (измеряемого) напряжения, то его

5 делят постоянно действующим делителем 7 (фиг. 1,2).

При отклонении входного напряжения за заданные пределы - вниз по схеме фиг.1, фиг.З и 4 (см.эпюры 9, 10 на фиг.7,9,10) или

0 вверх в схемах на фиг.2,3,4 (см.эпюры 9, 10 на фиг.8. 9,10), прекращается пересечение уровней напряжений на обоих входах компаратора. Вместо этого устанавливается преобладание одного напряжения над дру5 гим, которое больше не зависит от импульсов задающего генератора. Соответственно и на выходе компаратора (эпюра 11 на фиг. 7,з 8,9,10), а значит, и на выходе устройства, исчезают импульсы и устанавливается по0 стоянный уровень на все время, пока напряжение одного из входов компаратора доминирует над напряжением другого входа. По тому, какой именно уровень устанавливается - низкий (логический нуль) или

5 высокий (логическая единица) определяют, в какую сторону произошло отклонение измеряемого напряжения от граничного уровня, при котором импульсы на выходе устройства еще существуют.

0 . Если требуется получить на выходе импульсы отрицательной полярности (а не положительной), то входы компаратора (инвертирующий .и неинвертирующий) меняют местами.

5 Частота и длительность тактовых импульсов (импульсов задающего генератора) могут быть произвольными и их выбор зависит от быстродействия используемого компаратора и особенностей схем,

0 осуществляющих далнейшую обработку сигналов, получаемых с компаратора. Такими схемами могут быть, например, триггер- ные. Характерно, что условием наличия импульсов (эпюра 11) на выходе устройства

5 являются соответствие измеряемого напряжения оговоренным пределам и одновременно полная исправность самого устройства. Действительно, в случае неисправности компаратора (1), резистора (2), модулирующего элемента (3), прекращения

поступления тактовых импульсов на этот элемент импульсы на выходе устройства исчезают, причем принципиально. Так как в сущности способ предполагает (а устройство осуществляет) перенос импульсов зада- ющего генератора (при выполнении вышеуказанных условий) на пыход устройства, то ситуации, когда эти импульсы присутствовали бы на выходе устройства при неисправностях в его схеме, исключаются, что позволяет однозначно судить о качестве измеряемого напряжения и вместе с тем - об исправности схемы устройства контроля.

В многоканальном варианте импульсы с выхода компаратора 1 в канале меньшего номера приводят (фиг.5) в действие модуляционный элемент канала, имеющего следующий по порядку номер. контролируемые напряжения соответствуют оговоренным допускам, то на выходе компаратора последнего канала будут импульсы, произошедшие от задающего генератора и свидетельствующие о норме всех контролируемых напряжений. Возможна и более простая (а потому и предпочтитель- пая) реализация способа (фиг.6), когда ком- паратср с открытым коллекторным выходом предшествующего канала работает как активный элемент (вместо транизистора 4 или логического элемента с открытым коллекто- ром 5 в схеме модуляционного элемента следующего канала), Разумеется, при многоканальном контроле в каждом канале может вестись контроль по понижению, повышению или двухпороговый - независи- мо от того, какой вид контроля осуществляется в других каналах. В общем случае вид контроля в любом канале является независимым от того, какой контроль осуществляется в иных каналах.

Если одно из напряжений станет контролироваться с отрицательным исходом, то пропадут импульсы на выходе последнего компаратора, что будет свидетельствовать об отказе одного из контролируемых источ- никое питания. В каком именно канале зарегистрирован отказ, можно судить по тому, на выходе какого канала с наименьшим номером исчезли импульсы.

Таким образом преимущество заявляв- мого способа от прототипа выражается в том, что появляется возможность контроля многих (N) напряжений, как по нижнему пределу (I напряжений), так по верхнему уровню (т напряжений), так и по обоим пре- делам одновременно: ki и k2 напряжений в зависимости от того, какое из сравниваемых напряжений (опорное или измеряемого) удобно подвергать операции модуляции.

При этом упрощается аппаратурная реализация благодаря тому, что полученный сигнал от контроля предыдущего напряжения используется для производства операции модуляции в последующем канале (независимо от вида .выполняемого в нем контроля). Кроме того, наряду с выполнени: ем основной задачи: определять, не отклоняется ли измеряемое напряжение за заданные пределы, достигается еще и функция контроля выполнения всех операций способа, т.е. функция диагностирования исправного состояния элементов устройства, осуществляющего способа. Полезным является и то, что сигналы, получаемые при реализации способа, имеют форму имгпульсов (в том числе с логическими уровнями цифровых микросхем). Это дает возможность легко сопрягать устройство, осуществляющее способ, с цифровыми логическими схемами для последующей обработки.

Дополнительным преимуществом способа при двухпороговом контроле является простота его реализации: орган сравнения (компаратор) нужен только один, а не два, которые требуются при реализации традиционного способа. Вводимый модуляционный элемент проще и дешевле экономящегося органа сравнения (компаратора). Все это позволяет сделать вывод как о достоверном, так и о безызбыточном контроле.

Фор мула изобретен и я

Способ допускового контроля постоянного напряжения, заключающийся в том, что формируют импульсное напряжение, максимальное и минимальное значение которого равны соответственно первому и второму напряжениям, а частота равна частоте задающего сигнала, сравнивают его с третьим напряжением, по результатам сравнения в любой момент времени формируют один из двух дискретных уровней выходного сигнала, по импульсному характеру которого судят о соответствии контролируемого напряжения допускам и исправности устройства для контроля, отличающийся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения контроля N напряжений, где N l+m+ki+k2, из которых I напряжений контролируются по нижнему уровню, m-напряжений - по верхнему уровню, a ki и К2, напряжений по обоим уровням, где I, т, ki и k2 изменяются от 0 до N. при контроле каждого из последующих напряжений в качестве задающего сигнала используют выходной сигнал, полученный при контроле предыдущего напряжения, причем при контроле I напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений используют соответственно контролируемое, второе опорное и первое опорное напряжения, при этом величину второго опорного напряжения выбирают ниже величины первого опорного напряжения и контролируемого напряжения при любых его изменениях, при контроле m-напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений используют соответственно первое опорное, второе опорное и контролируемое

0

напряжение, при этом второе опорное напряжение выбирают по знаку противоположным первому опорному напряжению, при контроле ki напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений используют соответственно первое опорное, второе опорное и контролируемое напряжение, а при контроле k2 напряжений в качестве первого, второго и третьего напряжений использованы соответственно контролируемое, второе опорное и первое опорное напряжение.

Данный способ позволяет осуществить контроль N напряжений, где N l+m+ki+k2, из которых I напряжений контролируют по нижнему уровню, m напряжений - по верхнему уровню, a ki и К2 по обоим уровням, где I, m, ki и К2 изменяются от 0 до N, при этом при контроле каждого из последующих напряжений в качестве задающего сигнала используют выходной сигнал, полученный при контроле предыдущего напряжения. 10 ил.

Уизм.

1/IS3/4.

+/71/ЯГ.

Фиг. 1

j

фиг. 6

ULULJ

фиг. 8

,1ПППП

UilMU

if

(puff. 9

uuu

fpЈ/Ј.f0