Швидкий компаратор напруги на КМОП мікросхемі. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Швидкий компаратор напруги на КМОП мікросхемі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Захист апаратури від аварійних режимів роботи мережі, блоки безперебійного живлення

Коментарі до статті

Важливою частиною безперебійного джерела живлення, швидкодіючого дискретного стабілізатора напруги мережі або пристрою захисту від аварійного відхилення напруги мережі є вузол контролю напруги мережі або компаратор напруги мережі (КСН). Видима, на перший погляд, простота проблеми оманлива. Складність у тому, що на вході КСН є змінна або пульсуюча напруга, а вихідний сигнал КСН повинен бути безперервним.

Використовувати в даному випадку для згладжування різні RC-і LС-фільтри не можна, оскільки вони вносять суттєву затримку реакції КСН зміну напруги мережі. Отже, КРН повинен порівнювати вхідну напругу із зразковим періодично, синхронно з частотою мережі та пам'ятати результат попереднього порівняння до моменту наступного. Так як мережева напруга синусоїдальна і зазвичай має малий коефіцієнт гармонік (<6%), то можна контролювати амплітудне значення мережевої напруги і по ньому судити про величину діючого значення напруги. Як детектор амплітудного значення напруги можна використовувати так званий піковий детектор [3]. Недоліком використання пікового детектора є те, що його необхідно скидати щоразу перед новим виміром.

Більш функціонально простий пристрій можна побудувати на одновібраторі, що перезапускається, зі схемою контролю перевищення рівня мережевої напруги. У разі схему можна зібрати на цифрових мікросхемах, зокрема на КМОП схемах. Цей вибір не випадковий, так як параметри перемикання КМОП схем мають виключно високу температурну стабільність [1]: коливання температури середовища в межах від -55 до +125 ° С змінюють окремі ділянки передавальної характеристики не більше ніж на 5%. Слід очікувати, що в діапазоні температур від +15 до +35 ° С (що властиво для житлових приміщень) передатні характеристики будуть змінюватися не більше ніж на 0,6%, що краще за необхідні 1 ... 2%. До того ж КМОП схеми мають виключно мале енергоспоживання, що може виявитися важливим при використанні КРН у пристроях, що слідкують.

(Натисніть для збільшення)

У схемі (рис.1) на вхід INPUT подається досліджувана, попередньо випрямлена напруга мережі. У разі потреби гальванічної розв'язки напруга мережі подається через розділовий трансформатор. За допомогою дільника, що складається з підстроювального резистора R1 і резисторів R2, R3, КСН налаштовують певний поріг спрацьовування. Номінали резисторів дільника вказані для випадку, коли +UP=5 В, а амплітуда напруги на вході INPUT дорівнює 17 (~12 В діюче). Конденсатор С1 служить для фільтрації коротких імпульсних перешкод, що проникають із мережі. Діод VD1 обмежує вихідну напругу дільника на рівні +UP. На перших трьох інверторах DD1 та резисторах R4, R5 зібраний тригер Шмітта, який спрацьовує при досягненні мережевою напругою рівня спрацьовування Us1.

Одновибратор (ПЗ), що перезапускається, складається з КС-ланцюжка R6, С2 і тригера Шмітта, зібраного на інших трьох інверторах і резисторах R7, R9. Резистор R8 необхідний для отримання гістерези спрацьовування всього пристрою. Під +UP мається на увазі напруга живлення КМОП схеми 3...15 ст.

На рис.2 показані часові діаграми для схеми КРН, зображеної на рис. 1. Поки амплітуда напруги не досягла порога спрацьовування Uc1 тригера Шмітта, на його виході (висновок 6 DD1) присутній високий логічний рівень (ЛУ). На виході OUTPUT КСН (висновок 8 DD1) присутній низький ЛП, що сигналізує про те, що напруга мережі нижче заданого рівня.

Швидкий компаратор напруги на КМОП мікросхемі

Як тільки амплітуда напруги перевищить поріг спрацювання Uc1 тригера Шмітта, на його виході (висновок 6 DD1) з'являться імпульси низького ЛУ, синхронні з частотою мережі. Ці імпульси через діод VD1 надходять на вхід. Постійна часу RC-ланцюжка R6С2 обрана такою, щоб на виході ПЗ зберігався безперервний високий рівень, поки на його вхід надходять імпульси, що запускають, з виходу тригера Шмітта. Отже, на виході OUTPUT КСН буде присутній високий ЛУ, поки напруга мережі вища за заданий рівень.

На рис.3 зображено спрощену схему КСН на меншій кількості інверторів. Відмінність цієї схеми від схеми КСН, наведеної на рис.1, у цьому, що у ній традиційно включена RС-ланцюжок R6С2.

(Натисніть для збільшення)

Описані вище КРН (назвемо їх КРН першого виду) найбільш ефективні при контролі підвищення напруги мережі вище заданого рівня. При зникненні напруги мережі дана схема формує сигнал зниження рівня мережі із затримкою часу 7...10 мс, обумовленої постійної часу заряду RC-ланцюжка.

Частково позбутися зазначеної затримки при контролі зниження напруги мережі нижче заданого рівня дозволяє КСН другого виду, що працює за принципом вимірювання тривалості паузи DT, коли миттєва напруга напівсинусоїди на вході INPUT менша за Uc (рис.4).

Швидкий компаратор напруги на КМОП мікросхемі

Амплітуда Ua вимірюваної напруги мережі визначає інтервал DT згідно з виразом

DT=arcsin(Uc/Ua)/πf.

Нелінійність кривої вимірюваної напруги в інтервалі часу DT=10° можна знехтувати [2]. Якщо DT=10°, Ua=11Uc, і затримка спрацьовування КСН при зниженні напруги мережі дорівнює приблизно 0,6 мс.

Схема КРН, що працює за вказаним принципом, зображена на рис.5, а часові діаграми - на рис.6.

(Натисніть для збільшення)

Швидкий компаратор напруги на КМОП мікросхемі

За допомогою вхідного дільника R1, R2, R3 досягають необхідного співвідношення Ua і Uc. Так як Uc у нашому випадку дорівнює напрузі перемикання КМОП схеми, що дорівнює UP/2, для отримання затримки <0,6 мс необхідно вибрати Ua=5,5UP.

Діод VD1 обмежує вихідну напругу дільника на рівні +UP. Напруга з виходу дільника надходить на вхід компаратора, що є тригером Шмітта, зібраного на перших двох інверторах DD1. Компаратор необхідний формування імпульсів високого ЛУ при перевищенні рівня полусинусоїди порога Uc. Високий ЛУ на виході компаратора через діод VD2 надходить на вхід першого, зібраного на третьому і четвертому інверторах DD1, на резисторах R7, R9, R10 і конденсаторі С2.

Підстроювальним резистором R1 домагаються безперервного сигналу високого ЛП на виході ПЗ при напрузі мережі вище заданого. При зниженні напруги мережі на виході першого з'являються імпульси низького ЛП, які через діод VD3 надходять на вхід другого, зібраного на п'ятому і шостому інверторах DDI, резисторах R6, R11, R12 і конденсаторі С3. З цих імпульсів на виході OUTPUT КСН другий ПЗ формує безперервний низький ЛП, що сигналізує про те, що напруга мережі нижче заданого рівня або взагалі відсутня. Резистор R8 служить для отримання необхідної гістерези характеристики перемикання КСН. З тимчасової діаграми (рис.6) видно, що з підвищенні напруги мережі високий ЛУ на виході КСН другого виду формується із запізненням приблизно 10 мс.

При повторенні схемотехнічних рішень слід враховувати, що через деякий розкид параметрів перемикання КМОП схем, можливо, знадобиться уточнення номіналу резистора R6 RC-ланцюжків. Для отримання гістерези характеристик перемикання КСН необхідно уточнити номінал резистора R8, що стоїть в ланцюгу позитивного зворотного зв'язку.

література:

Зельдін Б.А. Цифрові інтегральні мікросхеми в інформаційно-вимірювальній апаратурі. - Л.: Вища школа, 1986.
Міловзоров В.П., Мусолін А.К. Дискретні стабілізатори та формувачі напруги. - М.: Вища школа, 1986.
Пейтон А. Дж., Волш В. Аналогова електроніка на операційних підсилювачах. - М.: Біном, 1994.

Автор: В. Я. Володін

Дивіться інші статті розділу Захист апаратури від аварійних режимів роботи мережі, блоки безперебійного живлення.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Енергія з повітря підзарядить смартфон 07.06.2015

Нова технологія, розроблена дослідниками з Університету штату Огайо, дозволяє до 30% продовжити час роботи смартфона від акумуляторної батареї за рахунок отримання енергії з радіохвиль.

Під час передачі сигналів між мобільними пристроями, базовими станціями та Wi-Fi-роутерами велика кількість хвиль розсіюється. За словами одного з авторів розробки Чи-Чі Ченя (Chi-Chih Chen), що спеціалізується на проектуванні бездротових антен, лише близько 3% радіохвиль досягає заданої мети. Розробивши спеціальну систему, інженери змогли отримувати енергію з решти 97% і спрямовувати її на підзарядку батареї пристрою.

Система складається з антени, яка приймає радіохвилі, і випрямляча, який перетворює змінний струм в антені на постійний струм, необхідний для заряджання акумулятора. За керування системою відповідає спеціальний контролер.

Система дозволяє отримувати мікровати енергії. Цього недостатньо для забезпечення автономної роботи смартфона, що споживає в тисячу разів більше енергії, проте достатньо для того, щоби продовжити час роботи гаджета, пояснив Чень.

За словами Ченя, вилучення енергії відбувається лише тоді, коли смартфон працює на передачу сигналу. На прийомі сигналу функцію вимкнено. Система використовує власний сигнал смартфона, причому якість зв'язку залишається на високому рівні.

Ідея перетворення радіосигналів на електроенергію може виглядати неправдоподібною, проте основний принцип так само старий, як і електрика. Справа в тому, що радіохвилі насправді є високочастотною формою змінного струму.

Винахідники запатентували технологію та продали права на її використання американському стартапу Nikola Labs. На початку травня 2015 р. компанія TechCrunch Disrupt у Нью-Йорку продемонструвала перший продукт на її основі – чохол для iPhone 6, що включає всі необхідні компоненти системи. У червні 2015 р. стартап планує запустити збирання коштів на виробництво чохлів на краудфандинговому сайті Kickstarater. Очікується, що вартість такого аксесуару становитиме $100. Постачання планується розпочати у 4-місячний період.

Інші цікаві новини:

▪ Розумний підгузок на платформі Intel

▪ Іноземна мова не робить дітей більш уважними

▪ Акумулятор, що самозаряджається

▪ Небезпека глобального потепління для літаків

▪ Коворкінги можуть негативно впливати на творчість

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Типові інструкції з охорони праці (ТОІ). Добірка статей

▪ стаття Конституційне право Російської Федерації. Шпаргалка

▪ стаття Чим відрізняються незаймані та незаймані від своїх однолітків? Детальна відповідь

▪ стаття Монтажник будівельних машин та механізмів. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Магнітометри, теорія. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Простий зарядний пристрій для Ni-Cd та Ni-MH акумуляторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт