RU2022275C1 - Power source discharge monitoring device - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has high duty factor pulse bus, transistor switch, resistive divider, Schmitt flip-flop, display. Transistor switch has transistor, resistors, voltage regulator diode. Resistive divider has three resistors. Schmit flip-flop is built around EXCLUSIVE OR silicon-metal-oxide-semiconductor gate and feedback resistor. EFFECT: reduced size and mass. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для сигнализации о разряде первичных источников питания ниже заданного уровня. The invention relates to measuring technique and can be used to signal the discharge of primary power sources below a predetermined level.

Известно устройство для контроля напряжения, содержащее компаратор и две цепи формирования напряжения, первая из которых состоит из последовательно включенных резистора и полупроводникового диода, а вторая - из последовательно включенных полупроводникового диода и резистора. Обе цепи подключены параллельно контролируемому источнику напряжения. Выход первой цепи формирования, обеспечивающий опорное напряжение, подключен к первому входу компаратора, выход второй цепи формирования подключен к второму входу компаратора. A device for controlling voltage is known, comprising a comparator and two voltage generating circuits, the first of which consists of a series-connected resistor and a semiconductor diode, and the second of a series-connected semiconductor diode and a resistor. Both circuits are connected in parallel with a monitored voltage source. The output of the first formation circuit providing the reference voltage is connected to the first input of the comparator, the output of the second formation circuit is connected to the second input of the comparator.

Недостатком этого устройства является большое токопотребление, так как контролируемый источник постоянно нагружен на цепи формирования напряжения. The disadvantage of this device is the large current consumption, since the controlled source is constantly loaded on the voltage generating circuit.

Известно устройство для индикации снижения напряжения постоянного тока, содержащее ламбда-диод, состоящий из комплементарной пары полевых транзисторов с объединенными истоками, биполярный транзистор, соединенный эмиттером с общей шиной, а коллектором - с элементом индикации, резистор и резистивный делитель с регулируемым плечом, при этом крайние выводы делителя соединены со стоками полевых транзисторов, а средний вывод - с затвором второго полевого транзистора, сток которого соединен с затвором первого полевого транзистора и с входом устройства; сток первого транзистора соединен с базой биполярного транзистора, между эмиттером и базой которого включен резистор. A device for indicating a decrease in DC voltage, comprising a lambda diode, consisting of a complementary pair of field effect transistors with combined sources, a bipolar transistor connected by an emitter to a common bus, and a collector to an indication element, a resistor and a resistive divider with an adjustable arm, the extreme terminals of the divider are connected to the drains of the field-effect transistors, and the middle terminal is connected to the gate of the second field-effect transistor, the drain of which is connected to the gate of the first field-effect transistor and to the input stroystva; the drain of the first transistor is connected to the base of the bipolar transistor, between which the resistor is connected between the emitter and the base.

Токопотребление в этом устройстве существенно меньше, особенно когда контролируемое напряжение достаточно велико. При понижении контролируемого напряжения, когда его величина еще далеко не достигает порога открывания биполярного транзистора, токопотребление возрастает и сохраняется сравнительно большим довольно продолжительное время. The current consumption in this device is significantly less, especially when the controlled voltage is large enough. With a decrease in the controlled voltage, when its value still does not reach the threshold for opening the bipolar transistor, the current consumption increases and remains relatively large for a rather long time.

Прототипом заявляемого устройства выбрано устройство для контроля разряда источника питания, содержащее триггер Шмидта, резистивный делитель напряжения и индикатор, при этом вывод питания триггера Шмидта подключен к источнику опорного напряжения, крайние выводы делителя напряжения включены между выводами контролируемого источника, а выход делителя напряжения подключен к входу триггера Шмидта, выход которого соединен с входом индикатора. Триггер Шмидта выполнен на двух полупроводниковых транзисторах. The prototype of the claimed device is a device for controlling the discharge of a power source containing a Schmidt trigger, a resistive voltage divider and an indicator, while the power output of the Schmidt trigger is connected to a reference voltage source, the extreme terminals of the voltage divider are connected between the terminals of the controlled source, and the output of the voltage divider is connected to the input Schmidt trigger, the output of which is connected to the indicator input. Schmidt trigger is made on two semiconductor transistors.

Недостатком этого устройства также является большое токопотребление, так как параллельно клеммам контролируемой батареи подключена постоянная нагрузка: резистивный делитель напряжения, параметрический стабилизатор напряжения, одно из плеч триггера Шмидта. The disadvantage of this device is also a large current consumption, since a constant load is connected in parallel with the terminals of the controlled battery: a resistive voltage divider, a parametric voltage regulator, one of the shoulders of the Schmidt trigger.

Целью изобретения является снижение токопотребления. The aim of the invention is to reduce current consumption.

Для достижения цели в устройство для контроля разряда источника питания, содержащее триггер Шмидта, резистивный делитель напряжения, выход которого соединен с входом триггера Шмидта, и индикатор, подключенный к выходу триггера Шмидта, введены шина импульсов большой скважности и транзисторный ключ со стабилитроном в нагрузочной цепи, при этом триггер Шмидта выполнен на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый крайний вывод резистивного делителя подключен к стабилизированному выходу транзисторного ключа, второй вывод - к соответствующему полюсу контролируемого источника, вход транзисторного ключа подключен к шине импульсов большой скважности, а выводы питания транзисторного ключа и триггера Шмидта подключены к клеммам контролируемого источника. To achieve the goal, a device for controlling the discharge of a power source containing a Schmidt trigger, a resistive voltage divider, the output of which is connected to the input of the Schmidt trigger, and an indicator connected to the output of the Schmidt trigger, have a long duty cycle pulse bus and a transistor switch with a zener diode in the load circuit, in this case, the Schmidt trigger is made on the CMOS logic element EXCLUSIVE OR, the first extreme output of the resistive divider is connected to the stabilized output of the transistor switch, the second output to the corresponding stvuyuschemu pole controlled source, input transistor switch connected to the bus high pulse duty cycle and power terminals of the transistor switch and Schmitt trigger connected to the terminals of the controlled light.

Достижимость положительного эффекта обусловлена тем, что в паузе между входными импульсами устройство практически не потребляет ток (токопотребление КМОП-логического элемента составляет порядка десятых долей микроампер). Потребление тока возникает только при поступлении импульсов, и оно тем меньше, чем больше скважность импульсов и меньше длительность. Такой режим длится в течение всего времени разряда батареи до порога, вызывающего изменение состояния триггера Шмидта. Существует большое число запитываемых от малогабаритных источников питания устройств, в составе которых имеются импульсные генераторы и делители частоты. В частности, это - электронные часы, дозиметры, микрокалькуляторы, где всегда можно подобрать соответствующий вывод. The attainability of the positive effect is due to the fact that in the pause between the input pulses the device practically does not consume current (the current consumption of the CMOS logic element is about tenths of a microampere). Current consumption occurs only when pulses arrive, and it is the smaller, the longer the pulse ratio and the shorter the duration. This mode lasts for the entire time the battery is discharged to a threshold that causes a change in the state of the Schmidt trigger. There are a large number of devices powered from small-sized power supplies, which include pulse generators and frequency dividers. In particular, these are electronic watches, dosimeters, microcalculators, where you can always find the appropriate output.

Устройство построено из известных элементарных решений, в частности триггер Шмидта на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ заимствован из журнала "Радио", N 8, 1985, с.32. Транзисторный ключ и резистивный делитель также не новы. Новым является использование известных элементов в новой совокупности, образованной новыми связями, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия". The device is built from well-known elementary solutions, in particular the Schmidt trigger on the CMOS logic element EXCLUSIVE OR borrowed from the journal "Radio", N 8, 1985, p.32. The transistor switch and resistive divider are also not new. New is the use of known elements in a new population formed by new relationships, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "Significant differences".

На чертеже приведена схема заявляемого устройства. The drawing shows a diagram of the inventive device.

Устройство содержит шину 1 импульсов большой скважности, транзисторный ключ 2, резистивный делитель 3, триггер 4 Шмидта, индикатор 5. Ключ 2 содержит транзистор 6, резисторы 7 и 8, стабилитрон 9. Резистивный делитель 3 состоит из резисторов 10-12, причем резистор 11 выполнен регулируемым. Триггер 4 Шмидта состоит из КМОП-логического элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, один из входов которого соединен с общей шиной, а другой, являющийся входом триггера, через резистор 14 соединен с его выходом. Клеммы контролируемого источника 15 питания подключены к выводам питания транзисторного ключа 2 и КМОП-логического элемента 13. Первый крайний вывод резистивного делителя 3 подключен к точке соединения резистора 8 и стабилитрона 9, включенных последовательно в цепь коллектора транзистора 6, к базе которого через резистор 7 подключена шина 1 импульсов большой скважности. Выход резистивного делителя 3 подключен к входу триггера 4 Шмидта. The device contains a bus 1 pulses of high duty cycle, a transistor switch 2, a resistive divider 3, a Schmidt trigger 4, indicator 5. The key 2 contains a transistor 6, resistors 7 and 8, a zener diode 9. Resistive divider 3 consists of resistors 10-12, and the resistor 11 made adjustable. Schmidt trigger 4 consists of a CMOS logic element 13 EXCLUSIVE OR, one of the inputs of which is connected to a common bus, and the other, which is the trigger input, is connected through its resistor 14 to its output. The terminals of the controlled power supply 15 are connected to the power terminals of transistor switch 2 and CMOS logic element 13. The first extreme terminal of resistive divider 3 is connected to the connection point of resistor 8 and zener diode 9, connected in series to the collector circuit of transistor 6, to the base of which is connected through resistor 7 bus 1 pulses of high duty cycle. The output of the resistive divider 3 is connected to the input of the trigger 4 Schmidt.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии на выходе триггера Шмидта присутствует лог. "0". На шину 1 устройства поступают импульсы большой скважности, и на выходе ключа 2 формируются импульсы с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона 9. Эти стабилизированные импульсы поступают на вход триггера 4. Порог срабатывания U_пор триггера Шмидта зависит от напряжения питания и составляет U_пор=0,5 U_пит.In the initial state, a log is present at the output of the Schmidt trigger. "0". High duty cycle pulses are sent to the device bus 1, and pulses with an amplitude equal to the stabilization voltage of the Zener diode 9 are generated at the output of the key 2. These stabilized pulses are fed to the input of the trigger 4. The response threshold U _{then of the} Schmidt trigger depends on the supply voltage and is U _then = 0 _.5 U _pit .

Напряжение на выходе резистивного делителя U_д имеет стабильную величину и определяется как:
U_g =

·

, где U_ст - напряжение на стабилитроне 9;
R₁₀, R₁₁, R₁₂, R₁₄ - сопротивления резисторов 10, 11, 12, 14 соответственно.The voltage at the output of the resistive divider U _d has a stable value and is defined as:
U _g =

·

where U _article - voltage on the zener diode 9;
R ₁₀ , R ₁₁ , R ₁₂ , R ₁₄ - resistance of the resistors 10, 11, 12, 14, respectively.

Регулировка напряжения срабатывания устройства осуществляется изменением величины резистора R₁₁.The adjustment voltage of the device is carried out by changing the value of the resistor R ₁₁ .

Пока U_д< U_пор, на выходе триггера Шмидта присутствует лог. "0". При снижении напряжения U_пит уменьшается и U_пор и в момент, когда U_пор=U_д, триггер Шмидта переключается и на его выходе устанавливается уровень лог. "1", запускающий индикатор 5, выполненный, например, на жидкокристаллических индикаторах. Для устойчивого переключения триггера 4 и сохранения малого токопотребления в режиме лог. "1" необходимо, чтобы R₁₂ ≥ 2R₁₄.While U _d <U _then , at the output of the Schmidt trigger there is a log. "0". When the voltage U _pit decreases, both U _pore and at the moment when U _pore = U _d , the Schmidt trigger switches and the log level is set at its output. "1", the starting indicator 5, made, for example, on liquid crystal indicators. For stable switching of trigger 4 and maintaining low current consumption in log mode. “1” requires that R ₁₂ ≥ 2R ₁₄ .

Таким образом, в течение всей работы источника питания в процессе снижения его напряжения до критического уровня потребление тока устройством контроля очень незначительно (порядка долей мкА) и определяется, в основном, скважностью входных импульсов, которую можно сделать достаточно большой. Thus, during the entire operation of the power source in the process of reducing its voltage to a critical level, the current consumption by the control device is very insignificant (of the order of fractions μA) and is determined mainly by the duty cycle of the input pulses, which can be made quite large.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗРЯДА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ, содержащее транзисторный ключ, а также последовательно соединенные резистивный делитель напряжения, триггер Шмидта и индикатор, отличающееся тем, что, с целью снижения токопотребления, в него введены шина импульсов большой скважности и стабилитрон, а триггер Шмидта выполнен на КМОП логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем шина импульсов большой скважности соединена с входом транзисторного ключа, в коллекторную цепь которого включен стабилитрон, первый крайний вывод резистивного делителя подключен к первому выводу стабилитрона, второй крайний вывод - к второму выводу стабилитрона и соответствующему полюсу контролируемого источника питания, а выводы питания транзисторного ключа и триггера Шмидта подключены к контролируемому источнику питания. DEVICE FOR MONITORING THE POWER SUPPLY DISCHARGE, containing a transistor switch, as well as a resistive voltage divider, Schmidt trigger and indicator connected in series, characterized in that, in order to reduce current consumption, a long duty cycle pulse and a zener diode are introduced into it, and the Schmidt trigger is made on CMOS logic element EXCLUSIVE OR, and the bus pulses of high duty cycle connected to the input of the transistor switch, in the collector circuit of which is connected a zener diode, the first extreme output of the resistive d divisor is connected to the first terminal of the zener diode, a second end output - to the second terminal of the Zener diode and the corresponding pole of the controlled power source and power terminals of the transistor switch and the Schmitt trigger is connected to a controlled power source.

Images