Магниточувствительная интегральная схема для стабилизации электрического тока


 


Владельцы патента RU 2465630:

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

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в устройствах контроля и управления, в системах освещения, автоматики и роботехники, измерительной технике. Техническим результатом, полученным при решении данной задачи, является создание высокочувствительной магниточувствительной интегральной схемы (МЧИС) для стабилизации электрического тока, характеризующейся простотой конструкции и повышенной термической надежностью. Устройство содержит первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал на основе эффекта Холла, имеющего две управляющих полевых системы типа металл-диэлектрик-полупроводник и два контакта для включения его непосредственно в цепь стабилизируемого тока. Также устройство содержит операционный усилитель и каскад сравнения выходного сигнала операционного усилителя со значением тока, который необходимо стабилизировать. При этом операционный усилитель и каскад сравнения образуют петлю обратной связи между контактами для снятия ЭДС Холла первичного преобразователя магнитного поля и электродами полевых затворов управляющей полевой системы первичного преобразователя магнитного поля. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

 

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

Известно, что устройства стабилизации электрического тока, широко применяемые в различных областях техники, вне зависимости от конкретного принципа их функционирования, с неизбежностью содержат элемент измерения величины контролируемого тока и регулирующий элемент, управляющий величиной контролируемого тока и поддерживающий ее необходимое значение (Горшков Б.И. Радиоэлектронные устройства: справочник. М.: Радио и связь, 1984, 400 с.).

Недостатками таких электронных стабилизаторов тока являются сложность конструкции и большие массо-габаритные характеристики.

Наиболее близким к данному изобретению техническим решением, принятым за прототип, является устройство стабилизации электрического тока, содержащее измерительный элемент и интегральную схему (ИС) типа LM 117, состоящую из регулирующего элемента, операционного усилителя, каскада сравнения выходного сигнала операционного усилителя со значением тока, которое необходимо стабилизировать, и элементы, минимизирующие влияние изменений температуры окружающей среды (LM117/LM317A/LM3173-TerminalAdjustable Regulator [Электронный ресурс] // National Semiconductor: [сайт]. URL: http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf (дата обращения: 20.01.2011)). В качестве измерительного элемента используется резистор, регулирующий элемент представляет собой транзистор, включенный в цепь, ток которой подлежит регулированию и стабилизации, а связь измерительного и стабилизирующего элементов осуществляют через элемент управления. Таким образом, прототипу присущи использование двух функционально различных элементов, обеспечивающих возможность стабилизации электрического тока, и усложнение конструкции с целью повышения температурной надежности.

Однако это устройство обеспечивает стабилизацию токов, величина которых превосходит несколько миллиампер и не обеспечивает стабилизацию микротоков.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание магниточувствительной интегральной схемы (МЧИС) для стабилизации электрического тока, характеризующейся простотой конструкции, высокой температурной надежностью и возможностью стабилизации микротоков.

Поставленная задача достигается магниточувствительной интегральной схемой для стабилизации электрического тока, содержащей первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал на основе эффекта Холла, имеющий две управляющие полевые системы типа металл-диэлектрик-полупроводник и два контакта для включения непосредственно в цепь стабилизируемого тока, операционный усилитель и каскад сравнения выходного сигнала операционного усилителя со значением тока, который необходимо стабилизировать, при этом операционный усилитель и каскад сравнения образуют петлю обратной связи между контактами для снятия ЭДС Холла первичного преобразователя магнитного поля и электродами полевых затворов управляющей полевой системы первичного преобразователя магнитного поля.

В качестве первичного преобразователя магнитного поля может быть использован полевой датчик Холла, конструкция которого содержит две управляющих полевых системы типа металл-диэлектрик-полупроводник (Мордкович В.Н. и др. Полевой датчик Холла - новый тип преобразователя магнитного поля. Датчики и системы, 2003, №7, с.33-37).

Для стабилизации малых и микротоков в диапазоне порядка 10-6-10-3 А магниточувствительная интегральная схема может дополнительно содержать постоянный магнит, выполненный в виде ее основания.

Техническим результатом, полученным при решении данной задачи, является создание высокочувствительной МЧИС для стабилизации электрического тока, характеризующейся простотой конструкции и повышенной термической надежностью.

На фиг.1 изображена принципиальная схема МЧИС по изобретению.

В таблице 1 приведены данные о величинах тока, стабилизированного МЧИС по изобретению, при изменении величины сопротивления нагрузки RH в цепи стабилизируемого тока.

В таблице 2 приведены данные о величинах тока, стабилизированного МЧИС по изобретению, содержащей в качестве основания постоянный магнит, при изменении величины сопротивления нагрузки RH в цепи стабилизируемого тока.

В таблице 3 приведены данные о температурной зависимости величины тока, стабилизированного МЧИС по изобретению.

Заявляемая МЧИС содержит управляемый электрическим полем первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал 1, функционирующий на основе эффекта Холла и имеющий две управляющих полевых системы типа металл-диэлектрик-полупроводник, операционный усилитель 2, выполняющий функцию предварительного усиления магнитоиндуцированного сигнала первичного преобразователя магнитного поля 1 и каскад сравнения 3 выходного сигнала операционного усилителя 2 со значением тока, которое необходимо стабилизировать. Операционный усилитель 2 и каскад сравнения 3 образуют петлю обратной связи между выходными контактами 4 и 5 первичного преобразователя магнитного поля 1 и электродами полевых затворов 6 и 7 управляющей полевой системы первичного преобразователя магнитного поля 1, управляющих одновременно или по отдельности протеканием тока через первичный преобразователь магнитного поля 1. Причем первичный преобразователь магнитного поля 1 имеет два контакта 8 и 9 для включения МЧИС непосредственно в цепь 10, по которой протекает стабилизируемый ток.

Таким образом, в данной МЧИС первичный преобразователь магнитного поля 1 выполняет как функцию непрерывного измерения величины тока цепи, так и функцию поддержания величины тока на заданном уровне. Помимо этого, стабилизация тока, протекающего через первичный преобразователь, одновременно обеспечивает повышение устойчивости функционирования предлагаемой МЧИС при изменении температуры окружающей среды, поскольку физическая причина влияния температуры связана с изменением величины тока первичного преобразователя магнитного поля, которое автоматически корректируется петлей обратной связи вне зависимости от причины, породившей эти изменения.

Принцип действия предлагаемой МЧИС основан на том, что стабилизируемый ток индуцирует электрический сигнал на выходных контактах 4 и 5 первичного преобразователя магнитного поля 1. Указанный сигнал поступает на операционный усилитель 2, усиливается до необходимого уровня и через каскад сравнения 3 поступает на электроды любого из полевых затворов 6 и 7 или одновременно на оба электрода 6 и 7, управляющих величиной тока первичного преобразователя магнитного поля 1, что необходимым образом изменяет значение стабилизируемого тока в цепи 10. При возрастании тока в цепи 10 каскад сравнения 3 уменьшает потенциал на затворах 6 и/или 7 первичного преобразователя магнитного поля 1, что приводит к уменьшению значения тока в цепи 10 до требуемой стабилизируемой величины. Обратная картина наблюдается в том случае, если ток в цепи 10 уменьшается. Начальное значение потенциала на управляющих полевых затворах 6 и/или 7 первичного преобразователя магнитного поля 1 соответствует середине линейного участка холл-затворной характеристики.

В таблице 1 приведены экспериментальные данные, подтверждающие возможность использования МЧИС по изобретению на основе первичного преобразователя магнитного поля типа полевого датчика Холла для стабилизации электрического тока. В эксперименте стабилизировались три различных значения номинала тока, протекающего через цепь 10, порядка 10 мкА, 250 мкА и 1 мА. Соответствующие значения задавались источником питания типа PSP-603. С помощью изменения величины сопротивления нагрузки RH, находящегося в цепи стабилизируемого тока 10, создавалась ситуация, которая должна была бы привести к аналогичному изменению величины тока, протекающего через цепь. Однако, как следует из данных таблицы 1, за счет использования МЧИС по изобретению, при изменении сопротивления нагрузки RH в 3×104 раз величина тока вне зависимости от выбранного номинала стабилизируется с точностью порядка ±5%.

При использовании МЧИС по изобретению, в которой в качестве основания использовался постоянный магнит, напряженностью порядка 10 мТл, при изменении нагрузки в цепи стабилизуемого тока в 3×104 раз величина тока стабилизируется с точностью порядка ±2,2% (таблица 2).

Таблица 3 иллюстрирует температурную зависимость величины стабилизированного тока при включении МЧИС по изобретению в токовую цепь 10, содержащую сопротивление нагрузки RH, равное 15000 Ом. Из таблицы видно, что изменение величины тока в цепи 10 при изменении температуры от комнатной (23°С) до 150°С составляет около 2% от своего значения при комнатной температуре.

Таким образом предлагаемая настоящим изобретением МЧИС позволит упростить конструкцию микроэлектронного стабилизатора тока и осуществлять стабилизацию микро- и малых токов в диапазоне от 10-6 А до 10-3 А.

Таблица 1
Величина стабилизированного тока, мкА Величина сопротивления нагрузки, Ом
10,3 15000
10,5 7500
11,2 0,5
245 15000
249 7500
265 0,5
1002 15000
1024 7500
1078 0,5
Таблица 2
Величина стабилизированного тока, мкА Величина сопротивления нагрузки, Ом
1,00 15000
1,01 7500
1,04 0,5
188 15000
195 7500
196 0,5
1002 15000
1029 7500
1037 0,5
Таблица 3
Величина стабилизированного тока, мкА Температура, °С
196 23
196 50
194 100
192 150

1. Магниточувствительная интегральная схема для стабилизации электрического тока, содержащая первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал на основе эффекта Холла, имеющий две управляющих полевых системы типа металл-диэлектрик-полупроводник и два контакта для включения его непосредственно в цепь стабилизируемого тока, операционный усилитель и каскад сравнения выходного сигнала операционного усилителя со значением тока, который необходимо стабилизировать, при этом операционный усилитель и каскад сравнения образуют петлю обратной связи между контактами для снятия ЭДС Холла первичного преобразователя магнитного поля и электродами полевых затворов управляющей полевой системы первичного преобразователя магнитного поля.

2. Магниточувствительная интегральная схема для стабилизации электрического тока по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит постоянный магнит, выполненный в виде ее основания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электронных датчиков магнитного поля, а более конкретно к магниточувствительным интегральным схемам (МЧИС). .

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 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.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в однофазных и трехфазных выпрямителях. Достигаемый технический результат - преобразование однополупериодного корректора коэффициента мощности в двухполупериодный с сохранением общей точки входного и выходного напряжения. Однофазный безмостовой корректор коэффициента мощности содержит два полностью управляемых вентиля, три диода, индуктивный накопитель и конденсатор фильтра, диод 1 анодом подключен к фазе сети, катодом - к аноду управляемого вентиля 2, катод которого подключен к соединенным между собой катодом диода 3 и первым выводом индуктивного накопителя 4, анод диода 3 соединен с нейтралью сети, второй вывод индуктивного накопителя 4 подключен к соединенным между собой анодами управляемого вентиля 5 и диода 6, катод управляемого вентиля 5 соединен с нейтралью сети, катод диода 6 подключен к положительному выводу конденсатора фильтра 7, отрицательный вывод которого соединен с нейтралью сети, отличающийся тем, что введены диод 8 и диод 9, анодами подключенные к катоду управляемого вентиля 5, катод диода 8 подключен к фазе сети, катод диода 9 - к нейтрали сети. 1 ил.
Наверх