ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в различных электротехнических устройствах, где необходимо гальваническое разделение вторичной цепи преобразователя от первичной и одновременно высокая точность передачи однополярного постоянного (медленно меняющегося, пульсирующего) напряжения со входа на выход преобразователя при значительном динамическом диапазоне этого напряжения.
Известны различные устройства с гальваническим разделением, обеспечивающие передачу постоянного напряжения с входа на выход. Наиболее распространенными являются устройства, в которых для передачи входного напряжения на выход через гальвашгческое разделение используется способ модулящш - демодуляции (сокращенно М - ДМ). В таких устройствах входное напряжение модулируется напряжением заданной частоты, т.е. становится переменным, а после устройства гальванического разделения осуществляется обратный процесс. В качестве устройства гальванического разделения используется, как правило, трансформатор или оптоэлектронный прибор (диодный или транзисторный оптрон).
Значительно реже на практике используются устройства, в которых передача входного напряжения на выход осуществляется с помощью, так называемого «летающего конденсатора. В этом случае конденсатор переключателями поочередно подключается к источнику входного напряжения и к входу устройства. (B.C. Г тников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., Энергоатомиздат. 1988).
В этих случаях практическая реализация устройств обоими способами сопряжена с техническими трудностями, а погрешность выходного напряжения относительно входного оказывается значительной.
в первом случае практически сложно обеспечить идентичность характеристик устройства до гальванического разделения, в котором осуществляется модуляция входного напряжения, и устройства после гальванического разделения, в котором осуществляется демодуляция сигнала. Температурная нестабильность такого устройства оказывается значительной и требует принятия специальных мер по термостабилизации характеристик, что как правило, значительно усложняет схему и снижает надежность устройства в целом.
Во втором с.11учае возникает ногрешность преобразования за счет разряда конденсатора в течение времени перекоммутации. Существенным недостатком является также возникновение коммутационных помех, что требует принятия специальных мер, что как правило, также усложняет схечу и снижает надежность устройства в целом.
За нрототип принят усилитель с гальваническим разделением входного и выходного напряжения, в котором гальваническое разделение осуществляется с помощью диодного оптрона. Усилитель состоит из входного устройства (усилителя), выходного устройства (усилителя), устройства (усилрггеля) обратной связи и дифференциального диодного оптрона. Для уменьщения погрешности в усилителе применен дифференциальный диодный оптрон с устройством (усилителем) обратной связи. Если коэффициенты передачи оптрона от входа до его выходов равны между собой и равны также коэффициенты усиления выходного устройства и устройства обратной связи, то теоретически усилитель должен иметь стабильный коэффициент усиления (B.C. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., Энергоатомиздат. 1988).
Причинами, препятствующими получению требуемого технического результата при использовании прототипа,являются следующие: - практически коэффициенты усиления устройства обратной связи и выходного устройства отличаются друг от друга, а разница коэффициентов усиления непостоянна при изменении температуры;
-коэффициенты передачи дифференциального диодного онтрона от его входа к каждому из выходов неидентичны и непостоянны при изменении температуры;
-значительная погрешность коэффициента нередачи устройства с гальваническим разделением в динамическом диапазоне входного напряжения.
-собственный коэффициент передачи дифференциального диодного оптрона имеет небольшую величину (практически единицы и менее процента), что ухудшает шумовую характеристику усилителя.
Это значительно снижает точность передачи входного напряжения. Задача, на решение которой направлено создание полезной модели, заключается в том, чтобы устранить указанные недостатки:
1)создать устройство - преобразователь постоянного напряжения с гальваническим разделением выходнои входнои цепей, имеющий заданный коэффициент передачи входного напряжения;
2)обеспечить стабильность коэффициента передачи в шрфоком динамическом диапазоне входного напряжения и в большом диапазоне рабочих температур, тем самым повысить точность передачи входного напряжения и стабильность в широком диапазоне температур.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен преобразователь постоянного напряжения, содержаш,ий последовательно соединенные: входное устройство, устройство гальванического разделения, и выходное устройство.
Признаки прототипа, совпадаюш;ие с существенными признаками заявляемой полезной модели:
- преобразователь постоянного напряжения содержит последовательно включенные: входное устройство, устройство гальванического разделения, выходное устройство.
Существенные признаки, отличительные от прототина, в предложенном преобразователе следующие:
„и„ „
-между входным устройством и устройством гальванического разделения введен преобразователь «напряжение - частота (на специализированной микросхеме (К, КР) 1108ПП1), преобразующий напряжение в импульсную последовательность сигналов, причем каждой величине напряжения соответствует определенная частота импульсов;
-в качестве устройства гальванического разделения использован одноканальный транзисторный оптрон, имеющий значительно больший собственный коэффициент передачи;
-между выходным устройством и устройством гальванического разделения введен преобразователь «частота - напряжение (на специализированной микросхеме (К,КР) 1108ПП1), осуществляющий обратное преобразование импульсной последовательности сигналов в постоянное напряжение, причем каждой частоте импульсов соответствует определенное напряжение.
Сущность полезной модели поясняется чертежом - структурной схемой преобразователя.
Преобразователь содержит входное устройство 1, преобразователь «напряжение - частота 2, устройство гальванического разделения 3 (в виде одноканального транзисторного оптоэлектронного прибора), преобразователь «частота - напряжение 4, выходное устройство 5.
Преобразователь работает следующим образом
Постоянное напряжение поступает на входное устройство 1, которое преобразует величину напряжения в величину, необходимую для работы преобразователя «напряжение - частота 2 в заданном режиме. При величине входного напряжения, недостаточной для работы преобразователя «напряжение - частота 2 в заданном режиме, в качестве входгюго устройства 1 используется масштабирующий усилитель. При величине входного напряжения, достаточной для работы преобразователя «напряжение - частота 2,в качестве входного устройства 1 используется усилитель с единичным коэффициентом передачи. При величине входного напряжения, превышающей необходи.мое для работы преобразователя «напряжение - частота 2, в качестве
х2-ш - / /
ВХОДНОГО устройства 1 используется делитель напряжения. С выхода входного устройства 1 напряжение поступает на вход преобразователя «нанряжение - частота 2, который преобразует это напряжение UBX (пич) в импульсную
последовательность сигналов с частотой Гимп Коэффициент преобразования определяется по формуле: Кпр (пнч) -. Импульсная последовательность сигналов через устройство гальванического разделемия . 3 поступает на вход преобразователя «частота - напряжение 4, который преобразует импульсную последовательность сигналов в напряжение ивыхспчн)- Коэффици-J.т/-ивых(ПЧН)т
ент преобразования определяется по формуле: Кпр (пчн)  -т-  Если
коэффициенты преобразования Кпр(пчн) и Кпр(пнч) равны, то напряжение на выходе преобразователя «частота - напряжение 4 (ивыхотчн)) будет равно напряжению на входе преобразователя «напряжение - частота 2 (ивх(пнч)),- при этом устройство гальванического разделения 3 (в виде одноканального транзисторного оптоэлектронного прибора) не вносит погрешности в преобразованное напряжение ивых(пчн), так как работает в импульсном режиме.
С выхода преобразователя «частота - напряжение 4 напряжение поступает на вход выходного устройства 5, предназначенного для согласования выходного сопротивления преобразователя «частота - напряжение 4 и сопротивления нагрузки, для исключения влияния нагрузки на работу преобразователя «частота - напряжение 4. В качестве выходного устройства 5 может бьггь использован буферный усилитель с единичным коэффициентом передачи или масштабируюпщй усилитель, в зависимости от необходимого уровня выходного напряжения преобразователя.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает заданный коэффициент передачи, стабильность коэффициента передачи в широком динамическом диапазоне входного напряжения и рабочих температур в большом диапазоне и, следовательно, обладает существенными преимуш,ествами по сравнению с прототипом.
.
f
UBX ШНЧ)