Регулировка напряжения выходного транзистора выходного сигнального каскада

Авторы патента:

G08C19/02 - в которых передаваемый сигнал характеризуется величиной тока или напряжения (G08C 19/36,G08C 19/38 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2553328:

ФЕНИКС КОНТАКТ ГМБХ & КО. КГ (DE)

Изобретение относится к разделителю прохождения сигналов. Технический результат заключается в упрощении конструкции разделителя прохождения сигналов и уменьшении отказов. Для этого предложен разделитель прохождения измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем, содержащий: вход (IN) на первичной стороне, выход (OUT) на вторичной стороне, преобразователь (100) постоянного тока для передачи входного тока Iin измерительного сигнала на первичной стороне, выходной каскад (200), содержащий транзистор (Т1), для обеспечения выходного тока Iout измерительного сигнала на вторичной стороне, цепь (400) питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны, управляющее устройство (300) для обеспечения регулируемого выходного напряжения (UR), при этом вспомогательное напряжение цепи (400) питания вспомогательной энергией регулируется на вторичной стороне управляющим устройство (300) с помощью измерительного устройства (500) на основании выходного напряжения (UR) таким образом, что потеря энергии транзистора (Т1) выходного каскада (200) не зависит от нагрузки (Rb), подсоединенной в рабочем состоянии, при этом измерительное устройство (500) сконфигурировано для определения коллекторного потенциала транзистора (Т1) выходного каскада. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Из уровня техники известно множество разделителей сигналов и разделителей прохождения сигналов.

Эти разделители (прохождения) сигналов на стороне входа принимают входной сигнал, который поступает гальванически изолированным от выхода. В этом случае обычно требуется вспомогательная силовая цепь для подачи энергии на вход и выход.

Для поддержания низкой потери энергии в случае малых нагрузок в этих разделителях (прохождения) сигналов напряжение питания выходного каскада должно быть адаптировано к моментальной потребности в энергии. Цепь этого типа описана, например, в DE 10322262. В этом случае вспомогательная энергия подается исключительно на выход сигнала, а вход сигнала питается от выхода сигнала.

В других решениях, таких как решение, описанное в DE 102007006503, применяется линейный регулятор и расположенный за ним импульсный стабилизатор. В этом случае выходной ток преобразователя постоянного тока посредством сопротивления преобразуется в сигнал напряжения, который подается в преобразователь напряжения в ток линейного регулятора. С помощью компаратора извлекают управляющий сигнал из цепи коллектор - эмиттер.

Обоим решениям присущи свои недостатки.

Решение согласно DE 10322262 отличается тем, что управляющее устройство является одним из компонентов цепи питания вспомогательной энергией. Кроме того, управляющее устройство регулирует напряжение питания самой выходной цепи с целью достижения конкретного выходного напряжения.

С одной стороны, конструкция этого типа является сложной и требует измерительных сопротивлений, а с другой стороны, должна регулироваться потеря энергии самого выходного каскада. Помимо этого, конструкция с измерительными сопротивлениями предрасположена к отказам.

Решение согласно DE 102007006503 отличается тем, что в нем требуется сопротивление для обеспечения падения напряжения, которое преобразуется преобразователем тока в напряжение.

Соответственно, в основу изобретения положена задача создания другого решения, в котором за счет изобретательского замысла преодолены недостатки известного уровня техники и которое может применяться как в разделителе сигналов, так и разделителе прохождения сигналов.

Решение задачи изобретения обеспечивается за счет разделителя (прохождения) сигналов для измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем. Этот разделитель (прохождения) сигналов имеет (питающий) вход IN на первичной стороне, выход OUT на вторичной стороне, преобразователь 100 постоянного тока для передачи входного тока Iin измерительного сигнала на первичной стороне, выходной каскад 200 для обеспечения выходного тока Iout сигнала на вторичной стороне и цепь 400 питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны.

Выходное напряжение UR управляющего устройства 300 регулируется с помощью измерительного устройства 500 таким образом, что потеря энергии транзистора T1 выходного каскада 200 преимущественно не зависит от нагрузки Rb, подсоединенной в рабочем состоянии.

В одном из вариантов осуществления изобретения питание выходного каскада 200 обеспечивается цепью 400 питания вспомогательной энергией и имеет преимущественно постоянное напряжение U.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения измерительное устройство 500 содержит транзистор T2, посредством которого определяется потенциал выходного каскада 200, а коллекторный выходной сигнал транзистора в целях управления подается на вход сигнала FB обратной связи управляющего устройства 300.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения измерительное устройство 500 содержит транзистор T2, который расположен таким образом, что его регулирование не влияет на выходной ток Iout измерительного сигнала.

В еще одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит преобразователь постоянного тока.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит преобразователь постоянного тока с двумя выпрямителями 420, 421, из которых выпрямитель 421 обеспечивает питание первичной стороны, а выпрямитель 420 обеспечивает регулирование подачи вспомогательного напряжения.

В еще одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения управляющее устройство 300 содержит понижающий трансформатор.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения выходной каскад 200 содержит преобразователь OP1 тока в ток.

Изобретение будет подробнее пояснено далее со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг.1 показана блок-схема первого варианта осуществления разделителя прохождения сигналов согласно изобретению,

на фиг.2 показана блок-схема второго варианта осуществления разделителя прохождения сигналов согласно изобретению, и

на фиг.3 показана блок-схема третьего варианта осуществления разделителя прохождения сигналов согласно изобретению.

В следующем далее описании изобретение будет подробнее пояснено со ссылкой на чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы, и соответственно описание относится ко всем чертежам, если не указано иное.

Предложенный в изобретении разделитель (прохождения) измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем содержит (питающий) вход IN на первичной стороне и выход OUT на вторичной стороне.

В случае сигналов с живым нулем определенный интервал значений сигнала интерпретируется как признак функционирования со сбоями. Сигналы с живым нулем обычно имеют интервал от 4 до 20 мА, и при падении тока ниже 4 мА или превышении 20 мА предполагается, что контролируемый прибор является неисправным. В этом случае в некоторых приборах предусмотрена возможность подачи сигнала тревоги. Может подаваться как местный сигнал тревоги мАу, например оптический и/или акустический, так и дистанционный посредством соответствующих сигнальных линий или сообщений.

Сигналы с мертвым нулем обычно не имеют интервала этого типа, и в этом случае по отсутствию входного тока невозможно судить о неисправности контролируемого прибора. Сигналы с мертвым нулем обычно имеют интервал от 0 до 20 мА.

В процессе работы, например, входной ток Iin измерительного сигнала на первичной стороне, который возбуждается питающим напряжением Usp, может подаваться на питающий вход IN на первичной стороне.

Затем входной ток Iin измерительного сигнала на первичной стороне подается на сторону входа в преобразователь 100 постоянного тока для передачи.

Затем переданный сигнал поступает в выходной каскад 200 для подачи выходного тока Iout измерительного сигнала на вторичной стороне.

Кроме того, разделитель прохождения сигналов согласно изобретению содержит цепь 400 питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны. Эта цепь Uh питания питает первичную сторону вспомогательной энергией посредством Usp и питает вторичную сторону вспомогательной энергией посредством U.

В данном случае Usp и U могут представлять собой различные напряжения. Usp предпочтительно выбирают таким образом, чтобы питать двухпроводной передатчик, например, 16 вольт или более.

Во всех вариантах осуществления изобретения выходное напряжение UR регулируется управляющим устройством 300 с помощью измерительного устройства 500 таки образом, что потеря энергии транзистора T1 выходного каскада 200 преимущественно не зависит от нагрузки Rb, подсоединенной в рабочем состоянии.

Питание выходного каскада 200 обеспечивается цепью 400 питания вспомогательной энергией и имеет преимущественно постоянное напряжение U.

В одном из выгодных вариантов осуществления преобразователь 100 постоянного тока содержит прерыватель 110, который прерывает принятый измерительный входной сигнал. Прерванный сигнал поглощает сигнал переменного тока и затем поступает в трансформатор 130. Трансформатор 130 подает переданный прерванный сигнал в выпрямитель 120, который в свою очередь генерирует сигнал постоянного тока на основании прерванного переданного сигнала. В данном случае трансформатором 130 может являться трансформатор с коэффициентом передачи 1:1 или также другими коэффициентами передачи. Кроме того, преобразователь 100 постоянного тока также может обеспечивать гальваническую изоляцию.

Выходной каскад 200 сконструирован в виде преобразователя тока- в-ток. С этой целью преобразователь тока-в-ток может иметь соответствующим образом подсоединенный операционный усилитель OP1.

В одном из выгодных вариантов осуществления цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит трансформатор напряжения постоянного тока. Он может быть сконструирован аналогично преобразователю 100 постоянного тока. В данном случае цепь 400 питания вспомогательной энергией содержит прерыватель 410, который прерывает подаваемое вспомогательное напряжение Uh. Прерванный сигнал поглощает сигнал напряжения переменного тока и затем поступает в трансформатор 430. Трансформатор 430 передает два прерванных сигнала.

Первый прерванный переданный сигнал поступает в первый выпрямитель 420, который в свою очередь генерирует сигнал напряжения постоянного тока на основании прерванного переданного сигнала. Сигнал напряжения постоянного тока подается в управляющее устройство 300 или в операционный усилитель ОР1 в выходном каскаде 200, в том числе в виде напряжения U.

Второй прерванный переданный сигнал поступает во второй выпрямитель 421, который в свою очередь генерирует сигнал напряжения постоянного тока на основании прерванного переданного сигнала. Сигнал напряжения постоянного тока подается в том числе в виде питающего напряжения Usp.

В данном случае трансформатором 420 может являться трансформатор с коэффициентом передачи 1:1 соответствующего напряжения с первичной стороны на вторичную сторону или также с другими коэффициентами передачи. Кроме того, трансформатор напряжения постоянного тока также может обеспечивать гальваническую изоляцию в цепи 400 питания вспомогательной энергией.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.1, напряжение, требуемое для управления нагрузкой Rb, генерируется управляющим устройством 300. Этим управляющим устройством 300 может являться, например, работающий в режиме коммутации источник питания. В данном случае выходное напряжение управляющего устройства 300 регулируется таким образом, что коллекторный потенциал выходного транзистора T1, который находится в выходном каскаде 200, оставался постоянно независимым от выходного тока Iout и выходной нагрузки Rb. В этом случае коллекторный потенциал T1 задается напряжением затвора транзистора T2 измерительного устройства 500. Управляющее напряжение, создаваемое в коллекторе T2, подается на вход сигнала обратной связи управляющего устройства 300.

Управляющая мощность T2 преимущественно должна быть ограничена для сведения к минимуму искажения измерительного сигнала, поскольку управляющая мощность извлекается из измерительного сигнала.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2, выходной транзистор T1 находится на стороне выхода управляющего устройства 300 и также может представлять собой работающий в режиме коммутации источник питания. В данном случае транзистор T2 корректирует управляющее напряжение таким образом, чтобы потенциал коллектор - эмиттер выходного транзистора T1 оставался постоянно независимым от выходного тока Iout и выходной нагрузки Rb. Таким образом, управляющее напряжение приблизительно соответствует потенциалу база - эмиттер T2. Рабочая точка транзистора T2 корректируется посредством сопротивления R1. За счет размещения выходного транзистора T1 на стороне выхода управляющего устройства 300 обеспечивается отсутствие влияния управляющей мощности транзистора T2 на измерительный сигнал.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.3, выходное напряжение работающего в режиме коммутации источника питания регулируется таким образом, чтобы выходное напряжение обычно превышало выходное напряжение операционного усилителя OP1 в выходном каскаде 200. В этом случае величина превышения обычно обеспечивается за счет последовательного расположения межсоединения эмиттер - база транзистора T2 и диода D1.

Поскольку в данном случае генерирование управляющего напряжения посредством измерительного устройства 500 не предусматривает прямого подсоединения к нагрузке и соответственно через нагрузку Rb не может протекать остаточный ток, выходной каскад 200 может устанавливать ток сигнала вплоть до 0 мА.

Таким образом, в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг.2 и 3, измерительное устройство 500 может содержать транзистор T2, посредством которого определяют выходное напряжение UR транзистора T1. Коллекторный выходной сигнал транзистора T2 в целях управления подается на вход сигнала обратной связи FB управляющего устройства 300.

Кроме того, в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг.2 и 3, измерительное устройство 500 содержит транзистор T2, который расположен таким образом, что его регулирование не влияет на выходной ток Iout измерительного сигнала.

Список позиций:

вход на первичной стороне	IN
выход на вторичной стороне	OUT
преобразователь постоянного тока	100
прерыватель	110
выпрямитель	120
трансформатор	130
выходной каскад	200
управляющее устройство	300
цепь питания вспомогательной энергией	400
прерыватель	410
выпрямитель	420, 421
измерительное устройство	500
входной ток измерительного сигнала
на первичной стороне	Iin
выходной ток измерительного сигнала
на вторичной стороне	Iout
сопротивление	R1
нагрузка	Rb
напряжение	U
транзистор	T1, T2
вход сигнала обратной связи	FB
операционный усилитель	OP1
диод	D1
вспомогательное напряжение	Uh
регулируемое выходное напряжение	UR

1. Разделитель прохождения измерительных сигналов с мертвым нулем или живым нулем, содержащий:
вход (IN) на первичной стороне,
выход (OUT) на вторичной стороне,
преобразователь (100) постоянного тока для передачи входного тока Iin измерительного сигнала на первичной стороне,
выходной каскад (200), содержащий транзистор (Т1), для обеспечения выходного тока Iout измерительного сигнала на вторичной стороне,
цепь (400) питания вспомогательной энергией первичной стороны и вторичной стороны,
управляющее устройство (300) для обеспечения регулируемого выходного напряжения (UR),
отличающийся тем, что вспомогательное напряжение цепи (400) питания вспомогательной энергией регулируется на вторичной стороне управляющим устройство (300) с помощью измерительного устройства (500) на основании выходного напряжения (UR) таким образом, что потеря энергии транзистора (Т1) выходного каскада (200) не зависит от нагрузки (Rb), подсоединенной в рабочем состоянии,
при этом измерительное устройство (500) сконфигурировано для определения коллекторного потенциала транзистора (Т1) выходного каскада.

2. Разделитель прохождения измерительных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что питание выходного каскада (200) обеспечивается цепью (400) питания вспомогательной энергией и имеет преимущественно постоянное напряжение (U).

3. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что измерительное устройство (500) содержит транзистор (Т2), посредством которого задается напряжение выходного каскада (200), а выходной сигнал транзистора в целях управления подается на вход сигнала (FB) обратной связи управляющего устройства (300).

4. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что измерительное устройство (500) содержит транзистор (Т2), который расположен таким образом, что его регулирование не влияет на выходной ток (Iout) измерительного сигнала.

5. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цепь (400) питания вспомогательной энергией содержит трансформатор напряжения постоянного тока.

6. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что цепь (400) питания вспомогательной энергией содержит трансформатор напряжения постоянного тока с двумя выпрямителями (420, 421), из которых выпрямитель (421) обеспечивает питание первичной стороны, а выпрямитель (420) обеспечивает регулирование подачи вспомогательного напряжения.

7. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что управляющее устройство (300) содержит понижающий трансформатор.

8. Разделитель прохождения измерительных сигналов по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выходной каскад (200) содержит преобразователь (ОР1) тока в ток.

Изобретение относится к технике измерения параметров технологических процессов и дистанционной передачи полученных данных. Техническим результатом является создание надежного простого устройства, выполняющего как функции приемника интерфейса 4-20 мА, так и функции передатчика интерфейса 4-20 мА, с питанием от токовой петли этого интерфейса.

Система передачи данных с нанорезисторами // 2452037

Изобретение относится к области радиотехники, к области электрической и оптической связи и может использоваться для обработки сигналов в процессе их передачи и приема.

Инструмент шины и способ для прогнозируемого ограничения энергопотребления в двухпроводной инструментальной шине // 2449378

Изобретение относится к инструменту шины и способу для прогнозируемого ограничения энергопотребления в двухпроводной шине. .

Двунаправленный, гальванически развязанный канал передачи // 2413308

Изобретение относится к устройству и способу передачи с потенциальной развязкой сигналов постоянного и переменного токов в обоих направлениях по одному и тому же и единственному, гальванически развязанному каналу.

Верификация тока контура управления процесса // 2413307

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в технологических процессах. .

Средства диагностики беспроводного полевого устройства для производственного процесса // 2372667

Трансмиттер с двухпротокольным интерфейсом // 2358325

Изобретение относится к области автоматики, в частности к дистанционному управлению промышленными процессами. .

Электронный блок полевого прибора и полевой прибор (варианты) // 2343554

Двухпроводной передатчик с изолированным выходом can // 2338262

Устройство обработки с цепью отключения // 2331899

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах обработки, используемых в производственных процессах. .

Комплекс сбора и обработки сигналов тревожной информации // 2557480

Изобретение относится к системам телесигнализации. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости передачи сигналов тревожной информации по каналу связи. Имеются n измерительных каналов в составе датчиков (1), преобразователей (2), фильтров (3), усилителей (4) и компараторов уровней (5), а также задатчик уровня (6), два коммутатора (7, 10), устройство управления (8), m интеграторов (91-9m), источник питания с преобразователем (12, 13), блок выходных данных (17), передатчик (18), канал связи (19) и приемник (20). В комплекс введены: селектор (11), компаратор нулевого уровня (14), управляемый генератор счетных импульсов (15) и счетчик (16) - для аналого-цифрового преобразования сигналов тревоги с управляемой частотой следования счетных импульсов; анализатор ошибок (22), блок сравнения (23), дополнительный передатчик (24), обратный канал связи (25) и дополнительный приемник (26) - для формирования и передачи в схему аналого-цифрового преобразования команды управления длительностью элементов сигналов тревоги, передаваемых по каналу связи в условиях помех; блок отображения состояний объектов (21) - для отображения уровня сигнала тревоги с детализацией объекта и команды на изменение частоты следования счетных импульсов. 1 ил.

Диагностика тока двухпроводного контура управления процессом // 2575693

Группа изобретений относится к передатчику параметра процесса. Технический результат - обеспечение точного способа обнаружения ошибок в диапазоне. Для этого предложен передатчик параметра процесса, содержащий: процессор, цифро-аналоговый (D/A) преобразователь, компонент управления контура, принимающий аналоговый сигнал и управляющий двухпроводным контуром управления процессом на основании напряжения, сгенерированного на резистивном элементе, и диагностический компонент контура, включающий в себя аналоговый компаратор, который сравнивает первое значение сигнала, указывающее на аналоговый сигнал от D/A преобразователя, со вторым значением сигнала, указывающим на выходной сигнал передатчика, чтобы определить, содержит ли выходной сигнал передатчика ошибку в диапазоне, и в ответ выводящий индикатор ошибки процессору, причем второе значение генерируется в зависимости от напряжения на резистивном элементе. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Проверка тока контура управления процессом // 2601186

Изобретение относится к технологическим устройствам в системах управления и мониторинга процессов. Технический результат - в повышении точности диагностики устройства. Технологическое устройство (102) содержит датчик (120) технологического параметра, выполненный с возможностью генерирования выходного сигнала (126), указывающего обнаруженный технологический параметр; схему (122) вывода тока контура, выполненную с возможностью регулирования тока контура в двухпроводном контуре (106) управления процессом до некоторого значения на основании выходного сигнала; схему (140) измерения тока контура, соединенную с контуром управления процессом и выполненную с возможностью генерирования измеренного значения (142) тока контура на основе тока контура; и схему (124) проверки тока контура, выполненную с возможностью аппроксимации значения тока контура на основе выходного сигнала и свойств фильтра (150, 156) нижних частот и генерирования диагностического сигнала (144) на основании сравнения аппроксимированного значения (164) тока контура и измеренного значения тока контура. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии (варианты) // 2642807

Изобретение относится к устройствам передачи сигналов от аналоговых датчиков к измерительной системе и может использоваться в стационарных комплексах непрерывного контроля различных физических величин. Технический результат - повышенная помехоустойчивость, надежность, достоверность функционирования элементов, имеющих более низкие рабочие напряжения. Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии связи содержит датчик с аналоговым выходом, вход управления узла с управляемым сопротивлением, выход которого соединен с первым концом одного из проводов двухпроводной линии, вторые концы которых соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии соединен с общим выводом датчика с аналоговым выходом, вывод питания которого соединен с первым концом первого провода двухпроводной линии. Приемный узел содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с выводами токоприемного резистора, а выход является выходом сигнала. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

Система передачи сигналов от датчиков с аналоговым выходом по двухпроводной линии связи // 2646311

Изобретение относится к устройствам передачи сигналов. Технический результат - повышение надежности, расширение области применения и достоверности функционирования. Для этого предложена система передачи сигналов, которая содержит датчик с аналоговым выходом, выход которого соединен с входом импедансного элемента, выход которого соединен с выводом питания датчика, у двухпроводной линии связи концы проводов соединены с первым и вторым контактами приемного узла, который содержит токоприемный резистор, а также источник постоянного напряжения, отрицательная шина которого является общей шиной приемного узла, а первый конец второго провода двухпроводной линии связи соединен с общим выводом датчика, приемный узел содержит токоприемный усилитель, входы которого соединены с первым и вторым выводами токоприемного резистора, которые соединены соответственно с положительной шиной источника постоянного напряжения и первым контактом приемного узла, второй контакт которого соединен с общей шиной, выход токоприемного усилителя является выходом сигнала, а вывод питания датчика соединен с выходом стабилизатора напряжения, общий вывод и вход которого соединены с общим выводом датчика и первым концом первого провода. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.