Магниточувствительная интегральная схема



Магниточувствительная интегральная схема
Магниточувствительная интегральная схема

 


Владельцы патента RU 2465629:

Мордкович Виктор Наумович (RU)
Карпушин Михаил Петрович (RU)

Магниточувствительная интегральная схема относится к области электронных датчиков магнитного поля и может быть использована в автоматике и робототехнике, автоэлектронике, системах контроля и управления, измерительной технике, системах безопасности. Технический результат заключается в создании магниточувствительной интегральной схемы с переменной резонансной частотой автогенерации. Достигается за счет первичного преобразователя магнитного поля в электрический сигнал, функционирующего на основе эффекта Холла, имеющего, по крайней мере, одну управляющую полевую систему типа металл-диэлектрик-полупроводник, и автогенератор, причем выход первичного преобразователя соединен с входом автогенератора, а выход автогенератора соединен, по крайней мере, с одной из управляющих полевых систем. 2 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля, а более конкретно к магниточувствительным интегральным схемам (МЧИС). Области применения МЧИС - автоматика и робототехника, автоэлектроника, системы контроля и управления, измерительная техника, системы безопасности.

Известны МЧИС, в конструкции которых интегрированы первичный преобразователь магнитного поля, функционирующий на основе эффекта Холла, и сервисная электроника, обрабатывающая магнитоиндуцированный сигнал первичного преобразователя (Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника, М., ДМК, 2001, т.1, с.541). Воздействие магнитного поля на подобные МЧИС фиксируется по изменению их выходного напряжения.

Общим недостатком подобных МЧИС является ограниченное быстродействие.

Этот недостаток преодолен в наиболее близком к данному изобретению и принятом за прототип техническом решении (Касимов Ф.Д. Перспективы развития и применения микроэлектронной негатроники. Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2003, №5, с.5-9), где представлена МЧИС, содержащая традиционный первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал, функционирующий на основе эффекта Холла, и автогенератор на биполярных транзисторах, причем выход первичного преобразователя магнитного поля включен между базами двух транзисторов автогенератора.

Недостатком такой МЧИС является фиксированное значение резонансной частоты автогенерации (т.е. частоты, задаваемой автогенератором в отсутствие магнитного поля), что затрудняет использование МЧИС в устройствах, работающих при различных частотах, поскольку в этой ситуации необходимо под каждую конкретную задачу подбирать набор пассивных микроэлектронных компонентов (резисторов, конденсаторов), монтирующихся в аппаратуре отдельно от МЧИС. Это затрудняет изготовление магнитометрических микроэлектронных устройств на основе МЧИС и ухудшает их массогабаритные характеристики.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, является создание МЧИС, способной функционировать в широком диапазоне частот.

Техническим результатом, полученным при решении этой задачи, является создание МЧИС с переменной резонансной частотой автогенерации.

Поставленная задача достигается в конструкции МЧИС, содержащей первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал, функционирующий на основе эффекта Холла, и автогенератор, новизна которой заключается в том, что первичный преобразователь имеет, по крайней мере, одну управляющую полевую систему типа металл-диэлектрик-полупроводник, причем выход первичного преобразователя соединен с входом автогенератора, а выход автогенератора соединен, по крайней мере, с одной из управляющих полевых систем.

В качестве первичного преобразователя магнитного поля в изобретении может быть использован полевой датчик Холла (Мордкович В.Н. и др. Полевой датчик Холла - новый тип преобразователя магнитного поля. Датчики и системы, 2003, №7, с.33-37), изготавливаемый на основе структур «кремний на изоляторе», который имеет две управляющие полевые системы типа металл-диэлектрик-полупроводник, или имеющий холловские контакты к каналу полевой транзистор с индуцированным каналом, имеющий одну управляющую полевую систему типа металл-диэлектрик-полупроводник (Popovich R.S. Hall Effect Devices. Second Edition. Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing, 2004. - 419 p.).

В качестве автогенератора может быть использован любой прибор, выполняющий эту функцию.

Выполнение МЧИС согласно изобретению позволяет за счет создания обратной связи между первичным преобразователем магнитного поля и автогенератором, путем изменения величины постоянного напряжения, приложенного от внешнего источника напряжения, по крайней мере, к одной из управляющих полевых систем первичного преобразователя, варьировать резонансную частоту автогенерации МЧИС.

На фиг.1 изображена принципиальная схема МЧИС по изобретению, содержащая первичный преобразователь, имеющий одну управляющую полевую систему типа металл-диэлектрик-полупроводник с подключением к ней выхода автогенератора.

На фиг.2 изображена принципиальная схема МЧИС по изобретению, содержащая первичный преобразователь, имеющий две управляющие полевые системы типа металл-диэлектрик-полупроводник, с подключением выхода автогенератора к ним обеим одновременно.

В таблице 1 приведены значения резонансной частоты генерации МЧИС, в которой в качестве первичного преобразователя магнитного поля использован полевой датчик Холла, при подключении выхода автогенератора к одной из управляющих полевых систем типа металл-диэлектрик-полупроводник (см. фиг.1) в отсутствие магнитного поля.

В таблицах 2 и 3 приведены значения резонансных частот генерации МЧИС, в которой в качестве первичного преобразователя магнитного поля использован полевой датчик Холла, при подключении выхода автогенератора одновременно к обеим управляющим полевым системам типа металл-диэлектрик-полупроводник (см. фиг.2) в отсутствие магнитного поля при задании автогенератором резонансной частоты, порядка двух сотен (таблица 2) или двух десятков кГц (таблица 3).

В таблице 4 приведены данные об изменении резонансной частоты генерации МЧИС, в которой в качестве первичного преобразователя магнитного поля использован полевой датчик Холла, при подключении выхода автогенератора одновременно к обеим управляющим полевым системам типа металл-диэлектрик-полупроводник (см. фиг.2) в случае воздействия на МЧИС постоянного магнитного поля различной напряженности.

Для всех таблиц принято: Uп - напряжение между электродами питания 8 и 9 первичного преобразователя магнитного поля, Uз1 - напряжение на затворе 6 первичного преобразователя магнитного поля, Uз2 - напряжение на затворе 7 первичного преобразователя, В - напряженность магнитного поля.

Конструкция МЧИС согласно изобретению состоит из первичного преобразователя магнитного поля 1, содержащего одну управляющую полевую систему типа металл-диэлектрик-полупроводник 6 (Фиг.1), или несколько, например две - 6 и 7 (Фиг.2), выход 2 которого соединен с входом 3 автогенератора 4. Выход 5 автогенератора 4 соединен, по крайней мере, с одной управляющей полевой системой типа металл-диэлектрик-полупроводник 6 (Фиг.1), или с несколькими, например, двумя - 6 и 7 (Фиг.2) первичного преобразователя магнитного поля 1.

Принцип действия предлагаемой МЧИС основан на том, что магнитное поле индуцирует электрический сигнал на выходе 2 первичного преобразователя магнитного поля 1, который поступает на вход 3 автогенератора 4 и изменяет резонансную частоту сигнала на выходе 5 автогенератора. В свою очередь сигнал с выхода 5 автогенератора 4, подается на, по крайней мере, одну из полевых систем типа металл-диэлектрик-полупроводник 6 или 7 первичного преобразователя 1 и стабилизирует рабочую частоту предлагаемой МЧИС. Изменение величины магнитоиндуцированного сигнала на выходе 2 первичного преобразователя 1 автоматически приведет к изменению резонансной частоты автогенератора 4. Величина магнитоиндуцированного сигнала на выходе 2 первичного преобразователя магнитного поля 1 пропорциональна как значению индукции магнитного поля, так и значению тока, протекающего через первичный преобразователь магнитного поля 1, в свою очередь определяемого как величиной подаваемых от внешних источников питания напряжений на затворах 6 и (или) 7, так и величиной напряжения, поданного между электродами питания 8 и 9 первичного преобразователя магнитного поля 1.

Испытания МЧИС, изготовленных согласно изобретению (Фиг.1-2), и проведенные в отсутствие магнитного поля (таблицы 1-3), показали, что резонансная частота генерации предлагаемой МЧИС зависит как от подаваемых от внешних источников питания величин напряжения на затворы 6 и 7 первичного преобразователя магнитного поля, так и от напряжения между электродами питания 8 и 9, вне зависимости (таблица 1) как от числа управляющих полевых систем, так и от выбранного значения задаваемой автогенератором основной частоты, порядка двух сотен (таблица 2) или двух десятков кГц (таблица 3).

Частота автогенерации предлагаемой МЧИС зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Сказанное иллюстрируется таблицей 4, на примере МЧИС, в которой в качестве первичного преобразователя магнитного поля выступает полевой датчик Холла, содержащий две управляющие полевые системы. При этом выход автогенератора подключается одновременно как к обеим управляющим полевым системам (см. фиг.2).

Таким образом, из рассмотрения таблиц 1-4 становится очевидным, что в предлагаемой МЧИС существует простая возможность изменить резонансную частоту автогенерации путем изменения величины напряжений, подаваемых на управляющие полевые системы первичного преобразователя и (или) напряжения между его электродами питания. В то же время для того, чтобы достичь подобного эффекта в прототипе, необходимо изменить набор пассивных микроэлектронных компонентов (резисторов, конденсаторов), монтирующихся в аппаратуре отдельно от МЧИС.

Из рассмотрения таблиц 1-4 следует, что разработанная МЧИС способна функционировать в широком диапазоне частот, в отличие от прототипа, способного функционировать только при фиксированном значении частоты автогенератора, что в свою очередь определяет возможность применения разработанной МЧИС в магнитометрических устройствах, работающих при различных частотах.

Таблица 1
Uп, В Uз1, В Uз2, В F, Гц
10 10 0 182535
10 10 4 185962
10 10 10 188571
10 10 12 183407
10 10 14 177588
10 10 20 169784
10 0 10 184576
10 4 10 189957
10 10 10 188571
10 12 10 181953
10 14 10 176400
10 20 10 168633
Таблица 2
Uп, В Uз1=Uз2, B F, Гц
10 0 206404
10 2 208362
10 4 210293
10 6 211177
10 8 210292
10 10 207320
10 12 204260
10 14 198568
10 16 190846
10 18 182582
10 20 175807
1 10 161339
2 10 162594
4 10 169148
6 10 183614
8 10 202916
10 10 207320
12 10 208919
14 10 209750
16 10 209410
Таблица 3
Uп, В Uз1=Uз2, B F, Гц
10 0 23695
10 2 23685
10 4 28168
10 6 31134
10 8 30186
10 10 29254
10 12 28365
10 14 28164
10 16 28424
10 18 27047
10 20 27122
1 10 25813
2 10 25984
4 10 26843
6 10 28130
8 10 28490
10 10 19280
12 10 29617
14 10 30038
16 10 30017
Таблица 4
В, мТл F, Гц
0 28060
30 28289
70 28785
120 29076

Магниточувствительная интегральная схема, содержащая первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал, функционирующий на основе эффекта Холла, и автогенератор, отличающаяся тем, что преобразователь имеет, по крайней мере, одну управляющую полевую систему типа металл-диэлектрик-полупроводник, причем выход первичного преобразователя соединен с входом автогенератора, а выход автогенератора соединен, по крайней мере, с одной из управляющих полевых систем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного тока в постоянный с последующим преобразованием в переменный для питания электроприводов электровозов переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных трехфазных электроэнергетических сетях. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в серийно выпускаемых асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, используемых в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области силовой преобразовательной техники, и может быть использовано во вторичных источниках питания. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам автоматического управления многофункциональным энергетическим комплексом (МЭК), встроенным в энергосистему, работающим на пассивную нагрузку, т.е.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах и системах бесперебойного питания переменного тока, а также в устройствах автоматики и измерительной техники.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генераторами, снабженными регуляторами напряжения этих источников.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразовательной технике, электроприводе и других областях техники. .

Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к устройствам коррекции коэффициента мощности для источников вторичного электропитания с бестрансформаторным входом, и может найти широкое применение в устройствах питания силовой электроники для обеспечения работы в широком диапазоне входных напряжений и получения высокого коэффициента мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на тяговых трансформаторных подстанциях железных дорог, городского электрического транспорта, для электропередачи постоянного тока в электроэнергетических системах, на электростанциях с МГД-генераторами, в преобразователях ветроэлектрических установок, солнечных фотоэлектрических преобразователей и других источников энергии постоянного тока для преобразования в энергию переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в устройствах контроля и управления, в системах освещения, автоматики и роботехники, измерительной технике

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в повышающих преобразователях

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано и может быть использовано в силовой электронике

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электроснабжения потребителей, расположенных вдоль трасс

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в схеме управления коэффициентом мощности и к универсальному сетевому источнику электропитания

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе, получающем питание от однофазной сети переменного тока. Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности. Многозонный выпрямительно-инверторный преобразователь переменного тока содержит параллельные ключевые мосты, трансформатор с одной или более вторичными обмотками, диодное плечо, образующие схему двухполупериодного мостового выпрямителя с возможностью зонно-фазного регулирования, соединенного с коллекторным электродвигателем, датчик тока первичной сети и датчик напряжения первичной сети, подключенные к системе управления. Каждое ключевое управляемое плечо состоит из последовательно включенных диода и управляемого электронного ключа, в качестве которого может использоваться IGBT транзистор (модуль). При зонно-фазном управлении выпрямительно-инверторным преобразователем после момента перехода напряжения через ноль с помощью управляемых ключевых плеч на электродвигатель сначала подается напряжение с малой обмотки трансформатора, а через некоторое время подается дополнительное напряжение с дополнительной обмотки трансформатора, которое через некоторое время снимается. Время включения и выключения дополнительной обмотки трансформатора выбирают такими, чтобы сдвиг тока сети относительно напряжения сети на первой гармонике сетевой частоты уменьшить до нуля. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях, входящих в состав системы энергообеспечения электронной, электромеханической и осветительной аппаратуры. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования энергии и точности работы однофазного безмостового корректора коэффициента мощности. В способе управления корректором коэффициента мощности во время интервала положительной полуволны питающего напряжения сети первый силовой ключ поддерживается во включенном состоянии, а на второй силовой ключ поступают импульсы управления. Во время интервала отрицательной полуволны питающего напряжения сети второй силовой ключ поддерживается во включенном состоянии, а на первый силовой ключ поступают импульсы управления, при этом входное напряжение измеряется системой управления, основанной на цифровом сигнальном процессоре с помощью двух однополупериодных выпрямителей с идентичными коэффициентами деления. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для пуска и компенсации реактивной мощности асинхронных двигателей большой мощности с вентиляторной нагрузкой или пускаемых без нагрузки. Технический результат - уменьшение потерь в рабочем режиме за счет исключения перекомпенсации асинхронного двигателя и повышение надежности. Устройство для пуска и компенсации реактивной мощности обеспечивает ограничение пускового тока в процессе пуска и оптимальную компенсацию реактивной мощности асинхронного двигателя в рабочем режиме. Устройство содержит обмотки статора с двумя параллельно включенными в каждой фазе конденсаторами, которые в процессе пуска в заданной точке переходного режима автоматически переключаются с параллельного на последовательное соединение конденсаторов и параллельно фазам сети. 1 ил.
Наверх