Устройство контроля напряжения

 

Использование: в приборах для измерения и индикации заданного уровня напряжения , в устройствах допускового контроля напряжения различных источников, в частности аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: устройство содержит резистивный делитель 1 напряжения, состоящий из резисторов 2 и 3 и соединенный с клеммами 4 первого источника напряжения, цепочку 5 из резистора 6 и светодиода 7, п-р-п-транзисторы 8, 9, диоды 10, 11, полевые транзисторы 12, 13,14, стабилитрон 15, резисторы 16, 17, 18, 19, второй резистивный делитель 20 напряжения, состоящий из резисторов 21,22, вы воды которого подключены к клеммам 23 второго источника напряжения . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Б. 1774277 A1 (я)5 G 01 R 19/165

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР,4 1.1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ"

K ABTOPCK0MY CSNQETEJlbCTBY (21) 482295C/21 (22) 03,05.90 (46) 07.11,92. Бюл, М 41 (71) Научно-исследовательский институт радиотехнической аппаратуры Научно-производственного объединения "Импульс" (72) А.С.Шарапов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1053014, кл. G 01 R 19/165, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

1Ф 1068825, кл. G 01 R 19/165, 1982. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ .

Р (57) Использование: в приборах для измерения и индикации заданного уровня напряжения, в устройствах допускового контроля напряжения различных. источников, в частности аккумуляторных батарей. Сущность изобретения: устройство содержит резистивный делитель 1 напряжения, состоящий из резисторов 2 и 3 и соединенный с клеммами 4 первого источника напряжения, цепочку 5 из резистора 6 и светодиода 7, и-р-и-транзисторы 8, 9, диоды 10, 11, полевые транзисторы 12, 13, 14, стабилитрон 15, резисторы 16, l7, 18, 19, второй резистивный делитель 20 напряжения, состоящий из резисторов 21, 22, вывады которого подключены к клеммам 23 второго источника напряжения. 3 ил.

1774277

10

Изобретение относится к устройствам измерения, а именно к приборам для измерения и индикации заданного уровня напряжения, и может быть использовано B устройствах дапускового контроля напряжения различных источников, в частности аккумуляторных батарей, Известна устрайс во контроля напряжения (1), содержащее резистивный делитель напряжения, выводами соединенный с клеммами источника напряжения, цепочку, состоящую из последовательно включенных резистора и источника опорного напряжения, соединенного с общей шиной устройства и минусовой шиной источника напряжения, Недостатком указанного устройства является низкая точность контроля и невысокая тврмостабильность (см. фиг. 3).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство (2), содержащее резистивный делитель напряжения, выводы которого соединены с шинами первого источника напряжения,. цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора и светодиода, подключенного к резистору своим анодом, и два п-р-п-транзистора, эмиттеры которых объединены.

Как отмечается в описании указанного устройства погрешность измерения составляет не менее +10 Я,, т,е. поле допуска погрешности 20 при высокой температурной погрешности, чта в большинстве практических применений оказывается неприемлемой. Кроме того, при применении, в частности, в переносных измерительных приборах двух (или более) аккумуляторных батарей возникает необходимость обеспечения контроля разряда любого из применяемых аккумуляторов с тем, чтобы по достижении критического потенциала при разряде любой из батарей используемые батареи аккумуляторов установить на режим заряда или подэаряда, не допуская возможности переразряда любой из батарей, который приводит к резкому снижению емкости переразряжаемой батареи и количеству рабочих циклов заряд-разряд.

Цель изобретения — повышение точности контроля и расширение области применения.

Соответствие заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" определяется тем, что благодаря признакам, отличающим предложенный объект от прототипа, а именно введения двух диодов, трех полевых транзисторов, стабилитрона, четырех резисторов, второго реэистивного делителя напряжения и осу15

45 ществления соответствующих необходимых связей, у него значительно повысилась точность, а также появилась возможность индикации разряда аккумуляторов при любом количестве источников питания.

Данные свойства, обусловившие достижение цели, отсутствуют у всех известных устройств аналогичного назначения.

На фиг, 1 представлена электрическая схема устройства контроля напряжения; на фиг. 2 — выходные характеристики устройства; на фиг, 3 — выходная характеристика устройства-прототипа.

Устройство контроля напряжения содержит резистивный делитель 1 напряжения, состоящий иэ резисторов 2 и 3 и соединенный с клеммами 4 первого источника напряжения, цепочку 5, состоящую из последовательно соединенных резистора 6 и светодиода 7, подключенного к резистору своим анодом, два и-р-и-транзистора 8 и 9, эмиттеры которых объединены, два диода

10 и 11, три полевых транзистора 12, 13 и t 4, стабилитрон 15, четыре резистора 16, 17, 18 и 19 и второй резистивный делитель 20 напряжения, содержащий резисторы 21, 22, выводы которого подключены к клеммам 23 второго исгочника напряжения. Минусовая шина последнего соединена с общей шиной устройства, минусовой шиной первого источника напряжения и через стабилитрон 15 с эмиттером первого и второго и-р-и-транзисторов 8 и 9, коллекторы которых через цепочку 5 из резистора 6 и светодиода 7 соединены с катодами первого и второго диодов 10 и 11 и са стоком первого полевого транзистора 12, исток которого через резистор 16 соединен с его затвором и с первыми выводами резисторов 17, 18, 19.

Второй вывод резистора 17 соединен с базой первого и-р-п-транзистора 8 и со стоком второго полевого транзистора 13, затвор которого подключен к среднему выводу первого резистивнаго делителя 1, а исток — к эмиттеру первого и-р-и-транзистора 8, ис,току третьего полевого транзистора 9 и второму выводу резистора 18. Второй-вывод резистора 19 подключен к базе второго и-рп-транзистора 9 и стоку третьего полевого транзистора 14, затвор которого подключен к среднему выводу второго резистивного делителя 20 напряжения. Положительные клеммы 4,23 первого и второго источников напряжения соединены соответственно с анОДами ДиаДОв 10, 11.

Устройство контроля напряжения работает следующим образом, Напряжение контролируемых источников питания через диоды 10 и 11, включенные в прямом направлении, подается через

1774277 резистор 6 и светодиод 7 на коллекторы и-р-и-транзисторов 8 и 9 и на сток полевого транзистора 12, работающего при наличии резистора 16 в цепи истока транзистора в режиме стабилизатора тока. проходящего через резисторы 17, 18 и 19. При этом стабилитрон 15 формирует относительно общей шины устройства опорное напряжение на истоках полевых транзисторов 13 и 14 и эмиттерах и-р-и-транзисторов 8 и 9. Со средних выводов резистивных делителей 1 и 20 напряжение источников пит-ния подается соответственно на затворы полевых транзисторов 13 и 14.

В исходном состоянии, когда напряжения источников питания имеют значения выше заданного и потенциалы затворов полевых транзисторов 13 и 14 имеют положительные значения относительно истоков, сопротивление переходов сток — исгок минимально, переходы база — эмиттер и-р-итранзисторов 8 и 9 зашунтированы и токи резисторов 17 и 19 протекают через полевые транзисторы 13 и 14. При этом переходы коллектор — эмиттер и-р-п-транзисторов

8 и 9 закрыты, ток через цепочку, состоящую из резистора 6 и светодиода 7, не течет и светодиод не светится, По мере снижения напряжения любого из источников питания потенциалы средних точек резистивных делителей 1 и 20 напряжений, а соответственно и потенциалы затворов полевых транзисторов 13 и 14 снижаются, переходя к отрицательному значению относительно истоков и увеличивая сопротивление перехода сток — исток.

По достижении потенциалом любого из затворов значения напряжения отсечки сопротивление перехода сток — исток резко возрастает и ток резисторов 17 и 19 начинает протекать через переход база — эмиттер соответствующего и-р-A-тоанзистора. При этом открывается переход коллектор— эмиттер Il-p-п-транзистора и начинает протекать ток через светодиод 7, сигнализируя о том, что напряжение одного из источников достигло критического значения и необходима установка источников питания в режим заряда или подзаряда. Кроме того, в случае питания от данных источников переносной измерительной аппаратуры свечение светодиода 7 сигнализирует о возможном увеличении погрешности измерений за счет пониженного напряжения питания.

Аналогичная сигнализация происходит и при пропадании напряжения питания одного из источников, Диодная сборка, состоящая из диодов

10 и 11, необходима для того, чтобы питание устройства контроля напряжения всегда осуществлялось от наименее разряженного источника питания с большим потенциалом, улучшая выходные характеристики устрой5 ства, На фиг. 2 представлень выходные характеристики устройства, из которых следует, что точность установления момента срабатывания составляет 5 мВ при пороге

10 срабатывания 7 В, т.е. относительная точность срабатывания составляет

Л ср, = 00% 0,072%.

5мВ

Изменение напряжения срабатывания от изменения напряжения питания составляет < 50 мВ, т.е. относительная погрешность

Л пит - .100% < 0,8%

Изменение порога срабатывания от изменения температуры составляет 0,08 В, т,е.

25 относительная погрешность о .1QQ% (1 2%

-7В

30 Общая погрешность составляет

Ло Лср + Лпит + т Г 2 2 2о

= p p82+ 0,8 + t,2 = 1,44 .

Следовательно, погрешность определения порога срабатывания устройства с учетом изменения напряжения питания и температур,i окружающей среды составляет не более 1,5%, что значительно меньше погрешности аналога и прототипа, выходная характеристика которых при t = 25 С представлена на фиг. 3, Из характеристики видно, что точного,, порога срабатывания у устройства контроля

45 напряжения нет, так как начало возраста-, ния тока светодиода (точка 1) еще не оэна чает, что оператор при таких значениях тока обнаружит свечение светодиода, которое зависит от экземпляра светодиода, угла .50 зрения, разброса характеристик, освещенности помещения и т.д. С достаточной степенью точности можно считать, что момент загорания светодиода можно надежно зафиксировать при изменении тока светодио55 да в пределах 0,1-0,6мА(точки 1 и 2 фиг, 3).

В таком случае погрешность определения порога срабатывания определяется как

ЛЫср. 02 — 01 02 - 01 2

0ср. Оср (02 + 01) 1774277

T °

3 4 5 б og сгя где 02 — напряжение источника при токе светодиода 0,6 мА;

0> — напряжение источника при токе светодиода 0.1 мА; и U2+ U1

2 е

СР (1,7В + 1,4B) - 0,2, т.е. сос.гавляет около 20, что подтверждается данными и в описании устройства по авт. св, М

1068825 (ч-10, что составляет поле допуска в 20/).

Точность формирования порога срабатывания устройства можно повысить, если вместо задающего токового резистора 18, задающего ток стабилитрона, установить дополнительный стабилитрон, При этом общая погрешность порога срабатывания не превышает 1,1, На предприятии-заявителе были изготовлены макетные образцы устройства контроля напряжения, которые показали ! высокую эффективность их использования, малую погрешность и высокую стабильность порога срабатывания, Формула изобретения

Устройство контроля напряжения, содержащее реэистивный делитель напряжения, выводы которого соединены с шинами первого источника напряжения, цепочку, состоящую из последовательно соединенных резистора и светодиода, подключенного к резистору своим анодом, два п-р-п-транзистора, эмиттеры которых обьединены, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с

8 e целью повышения точности и расширения области применения, в него дополнительно введены два диода, три полевых транзистора, стабилитрон, четыре резистора и второй

5 резистивный делитель напряжения, выводы которого подключены к шинам второго источника напряжения, минусовая шина которого соединена с общей шиной устройства, минусовой шиной первого источника напря10 жения и через стабилитрон с эмиттерами первого и второго п-р-п-транзисторов, коллекторы которых через цепочку из светодиода и резистора соединены с катодами первого и второго диодов и стоком первого

15 полевого транзистора, исток которого через первый дополнительный резистор соединен с его затвором и первыми выводами второго, третьего и четвертого дополнительных резисторов, второй вывод третьего допол20 нительного резистора соединен с базой первого и-р-и-транзистора и стоком второго полевого транзистора, затвор которого подключен к среднему выводу первого резистивного делителя, а исток — к эмиттеру

25 первого п-р-п-транзистора, истоку третьего полевого транзистора и второму выводу второго дополнительного резистора, второй вывод четвертого дополнительного резистора подключен к базе второго и-р-и-тран30 зистора и стоку третьего полевого транзистора, затвор которого подключен к среднему выводу второго резистивного делителя напряжения, положительные шины первого и второго источников напряжения

35 соединены соответственно с анодами первого и второго диодов.

7 я 8 У Е

1774277

< ср

/ //ф

/

/

/

/

/ ,/

/

/

/

I

/

/ /

/ е

/

/

/

l,,т /В/

/5 @

Я,0

ЖГ. 3

Составитель А. Шарапов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор, Н. Король

Редактор С. Кулакова

Заказ 3924 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101