RU2540808C1

RU2540808C1 - Galvanically isolated voltage comparator supplied by input signal

Info

Publication number: RU2540808C1
Application number: RU2013154933/08A
Authority: RU
Inventors: Владимир Елизарович Ермишин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Рязанское конструкторское бюро "Глобус"
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-02-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: low load current to input signal allows excluding power supply source from the galvanically isolated voltage comparator. The comparator comprises an adjustable stabilitron H142EH19, a diode optron, CMOS microcircuit with Schmitt trigger. The level of input voltage comparison is set by a high-ohmic resistor divider connected by its middle output to the base of the adjusted stabilitron. The cathode of optron LED is connected to the cathode of the adjusted stabilitron while the anode through a current-setting resistor is connected to the comparator input signal. Schmitt trigger of CMOS microcircuit serves as an amplifier of the optron signal.

EFFECT: development of galvanically isolated voltage comparator that does not demand a galvanically isolated voltage supply source.

1 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля, в частности, для компарирования входного сигнала по установленному уровню напряжения с передачей результата компарирования через оптрон.The invention relates to automatic control and monitoring systems, in particular, for comparing the input signal at a specified voltage level with the transmission of the result of the comparison via an optocoupler.

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.The purpose of the invention is to create a galvanically isolated voltage comparator with the transmission of the result of the comparison via an optocoupler, which does not require a separate, galvanically isolated source of supply voltage. A galvanically isolated voltage comparator powered by the input signal will find application in automatic control and monitoring equipment, which requires galvanic isolation of the processing part of the equipment.

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.Modern microchips of voltage comparators of series 521 bK0.347.015 TU, 1135 AEYAR.431350.417 TU, 1481 AEYAR.431350.431 TU provide a precision of comparing several mV, but require a separate voltage support and several sources of supply voltage, which does not allow using them as a voltage comparator with powered by the input signal.

Решить поставленную задачу позволяет использование интегральной микросхемы с фиксированным уровнем напряжения срабатывания - регулируемого стабилитрона Н142ЕН19, бК0.347098-12 ТУ.The task can be solved by using an integrated circuit with a fixed level of operating voltage - an adjustable Zener diode N142EN19, bK0.347098-12 TU.

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.The proposed voltage comparator with a comparing accuracy corresponding to the given series of microcircuits, made on an adjustable zener diode, diode optocoupler, Schmitt CMOS chip trigger and five resistors, provides galvanic isolation from the input signal and does not require an isolated power source.

Схема гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала приведена на чертеже.The circuit of a galvanically isolated voltage comparator powered by an input signal is shown in the drawing.

На чертеже изображены:The drawing shows:

1 - первый резистор высокоомного делителя напряжения;1 - the first resistor of a high-resistance voltage divider;

2 - второй резистор высокоомного делителя напряжения;2 - second resistor of a high-resistance voltage divider;

3 - регулируемый стабилитрон H142EH19 с выводами: О - Опора, К - Катод, А - Анод;3 - adjustable Zener diode H142EH19 with conclusions: O - Support, K - Cathode, A - Anode;

4 - токозадающий резистор светодиода оптрона;4 - current-sensing resistor of the optocoupler LED;

5 - резистор блокировки срабатывания оптрона от остаточного тока катода регулируемогого стабилитрона;5 - resistor blocking the operation of the optocoupler from the residual current of the cathode of the adjustable zener diode;

6 - диодная оптопара;6 - diode optocoupler;

7 - резистор нагрузки фотодиода оптрона;7 - load resistor of the optocoupler photodiode;

8 - триггер Шмитта КМОП микросхемы;8 - Schmitt trigger CMOS chips;

+Uвх - входной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;+ Uin - input terminal of a galvanically isolated voltage comparator;

OV вх - общий вывод входного сигнала гальванически изолированного компаратора напряжения;OV I - the general output of the input signal of a galvanically isolated voltage comparator;

Выход - выходной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;Output - output terminal of a galvanically isolated voltage comparator;

+U - вывод для подключения питающего напряжения КМОП микросхемы.+ U - output for connecting the supply voltage of the CMOS chip.

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.The minimum voltage level for comparing the input signal of the comparator is determined by the output voltage of the included adjustable zener diode 3 and the voltage of the LED of the optocoupler 6. The maximum voltage level for comparing the input signal of the comparator is determined by the maximum allowable voltage of the cathode - anode of the adjustable zener diode 3 and for the H142EH19 chip is 30B. The maximum voltage of the input signal of the comparator is determined by the maximum allowable current of the optocoupler LED and significantly exceeds the level of the voltage of the comparator. The load current on the input signal is determined by the current of the optocoupler LED and when the input signal voltage is equal to the level of the comparing voltage, it is about 3 mA.

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.The voltage comparator operates as follows. If the input voltage does not exceed the level of the comparing voltage, then at the support of the adjustable zener diode 3, the voltage determined by the high-resistance divider on the resistors 1 and 2 is less than the threshold, and the adjustable zener diode 3 is turned off. At the cathode of the adjustable zener diode 3, as a result of the residual current flowing from the cathode of the adjustable zener diode 3 through resistors 4 and 5, a voltage close to the voltage of the input signal is established. The optocoupler 6 is turned off, the current of the photodiode of the optocoupler 6 on the resistor 7 creates a voltage lower than the threshold of the Schmitt trigger CMOS chip 8. At the output of the comparator there is a high logic level voltage.

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.When the voltage on the high-impedance voltage divider on the resistors 1, 2 and, therefore, on the support of the adjustable zener diode 3 of the response level of the adjustable zener diode 3, it turns on. At the cathode of the adjustable zener diode 3, a voltage equal to the level of operation of the support will be established. The current flowing through the LED of the optocoupler 6 and the current-sensing resistor 4 will cause a decrease in the photodiode resistance of the optocoupler 6, an increase in the voltage across the load resistor of the photodiode 7, and the Schmitt trigger of the CMOS chip 8 will switch to a low logic level.

Входное напряжение, при котором происходит включение регулируемого стабилитрона 3, является уровнем компарирования гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.The input voltage at which the adjustable zener diode 3 is turned on is the comparing level of a galvanically isolated voltage comparator powered by the input signal.

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.The small input current of the support of the adjustable zener diode 3 and the high-resistance voltage divider on resistors 1 and 2 do not have a large effect on the load current of a galvanically isolated voltage comparator powered by the input signal and allow you to set the level of comparing in a large voltage range of the input signal.

Claims

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. A galvanically isolated voltage comparator powered by an input signal containing an adjustable zener diode, a diode optocoupler, a Schmitt CMOS chip and five resistors, the input signal being connected to a current-sensing resistor of the optocoupler LED and the first output of the first resistor of the high-resistance resistor voltage divider, the second output of the first resistor of the high-resistance resistor resistor the voltage divider is connected to the support of an adjustable zener diode and the first output of the second resistor high resistor divides Firing, the second output of the current-causing resistor of the optocoupler LED is connected to the anode of the optocoupler LED and the first output of the resistor blocking the inclusion of the optocoupler from the residual current of the cathode of the regulated zener diode, the cathode of the adjustable zener diode is connected to the cathode of the LED of the optocoupler and the second output of the resistor blocking the inclusion of the optocoupler from the residual current of the cathode of the adjustable stabilizer the output signal of the comparator is connected to the anode of the adjustable zener diode and the second output of the second resistor a voltage divider, the cathode of the optocoupler photodiode is connected to the CMOS chip supply voltage, the anode of the optocoupler is connected to the Schmitt trigger input of the CMOS chip and the first output of the load resistor of the optocoupler photodiode, the second pin of which is connected to the common output of the CMOS chip voltage supply, the CMOS trigger output is the output of a galvanically isolated voltage comparator powered by the input signal.