Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала

Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала

Реферат

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

Цель изобретения - создать гальванически изолированный компаратор напряжения с передачей результата компарирования через оптрон, не требующий отдельного, гальванически изолированного, источника питающего напряжения. Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала найдет применение в аппаратуре автоматического управления и контроля, в которой требуется гальваническая изоляция обрабатывающей части аппаратуры.

Современные микросхемы компараторов напряжения серий 521 бК0.347.015 ТУ, 1135 АЕЯР.431350.417 ТУ, 1481 АЕЯР.431350.431 ТУ обеспечивают точность компарирования в несколько мВ, но требуют отдельную опору напряжения и несколько источников питающего напряжения, что не позволяет использовать их в качестве компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.

Решить поставленную задачу позволяет использование интегральной микросхемы с фиксированным уровнем напряжения срабатывания - регулируемого стабилитрона Н142ЕН19, бК0.347098-12 ТУ.

Предлагаемый компаратор напряжения с точностью компарирования, соответствующей приведенным сериям микросхем, выполненный на регулируемом стабилитроне, диодной оптопаре, триггере Шмитта КМОП микросхемы и пяти резисторах, обеспечивает гальваническую развязку от входного сигнала и не требует изолированного источника питания.

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

На чертеже изображены:

1 - первый резистор высокоомного делителя напряжения;

2 - второй резистор высокоомного делителя напряжения;

3 - регулируемый стабилитрон H142EH19 с выводами: О - Опора, К - Катод, А - Анод;

4 - токозадающий резистор светодиода оптрона;

5 - резистор блокировки срабатывания оптрона от остаточного тока катода регулируемогого стабилитрона;

6 - диодная оптопара;

7 - резистор нагрузки фотодиода оптрона;

8 - триггер Шмитта КМОП микросхемы;

+Uвх - входной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;

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

Выход - выходной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;

+U - вывод для подключения питающего напряжения КМОП микросхемы.

Минимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала компаратора определяется выходным напряжением включенного регулируемого стабилитрона 3 и напряжением светодиода оптрона 6. Максимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала компаратора определяется предельно допустимым напряжением катод - анод регулируемого стабилитрона 3 и для микросхемы H142EH19 составляет 30B. Максимальное напряжение входного сигнала компаратора определяется предельно допустимым током светодиода оптрона и значительно превышает уровень напряжения компарирования. Ток нагрузки на входной сигнал определяется током светодиода оптрона и при напряжении входного сигнала, равном уровню напряжения компарирования, составляет примерно 3 мА.

Работает компаратор напряжения следующим образом. Если входное напряжение не превышает уровень напряжения компарирования, то на опоре регулируемого стабилитрона 3 напряжение, определяемое высокоомным делителем на резисторах 1 и 2, меньше порога срабатывания, и регулируемый стабилитрон 3 выключен. На катоде регулируемого стабилитрона 3, в результате протекания остаточного тока катода регулируемого стабилитрона 3 через резисторы 4 и 5, устанавливается напряжение, близкое к напряжению входного сигнала. Оптрон 6 выключен, ток фотодиода оптрона 6 на резисторе 7 создает напряжение меньше порога срабатывания триггера Шмитта КМОП микросхемы 8. На выходе компаратора присутствует напряжение высокого логического уровня.

При достижении напряжения на высокоомном делителе напряжения на резисторах 1, 2 и, следовательно, на опоре регулируемого стабилитрона 3 уровня срабатывания регулируемого стабилитрона 3 произойдет его включение. На катоде регулируемого стабилитрона 3 установится напряжение, равное уровню срабатывания опоры. Ток, протекающий через светодиод оптрона 6 и токозадающий резистор 4, вызовет уменьшение сопротивления фотодиода оптрона 6, повышение напряжения на резисторе нагрузки фотодиода 7 и переключение триггера Шмитта КМОП микросхемы 8 в низкий логический уровень.

Входное напряжение, при котором происходит включение регулируемого стабилитрона 3, является уровнем компарирования гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.

Небольшой входной ток опоры регулируемого стабилитрона 3 и высокоомного делителя напряжения на резисторах 1 и 2 не имеют большого влияния на ток нагрузки гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала и позволяют устанавливать уровень компарирования в большом диапазоне напряжения входного сигнала.

Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала, содержащий регулируемый стабилитрон, диодную оптопару, триггер Шмитта КМОП микросхемы и пять резисторов, причем входной сигнал подключен к токозадающему резистору светодиода оптрона и первому выводу первого резистора высокоомного резисторного делителя напряжения, второй вывод первого резистра высокоомного резисторного делителя напряжения соединен с опорой регулируемого стабилитрона и первым выводом второго резистора высокомного резисторного делителя, второй вывод токозадающего резистора светодиода оптрона соединен с анодом светодиода оптрона и первым выводом резистора блокирующего включение оптрона от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона, катод регулируемого стабилитрона соединен с катодом светодиода оптрона и вторым выводом резистора блокирующего включение оптрона от остаточного тока катода регулируемого стабилитрона, общий вывод входного сигнала компаратора соединен с анодом регулируемого стабилитрона и вторым выводом второго резистора высокоомного резисторного делителя напряжения, катод фотодиода оптопары соединен с выводом питающего напряжения КМОП микросхемы, анод фотодиода оптопары соединен с входом триггера Шмитта КМОП микросхемы и первым выводом резистора нагрузки фотодиода оптопары, второй вывод которого соединен с общим выводом питающего напряжения КМОП микросхемы, выход триггера Шмитта КМОП микросхемы является выходом гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.