ГАЛЬВАНИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННЫЙ КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ПИТАНИЕМ ОТ ВХОДНОГО СИГНАЛА
GALVANICALLY ISOLATED VOLTAGE COMPARATOR SUPPLIED BY INPUT SIGNAL

Изобретение относится к системам автоматического управления и контроля, в частности, для компарирования входного сигнала по установленному уровню напряжения с передачей результата компарирования через оптрон.
Цель изобретения - создать гальванически изолированный компаратор напряжения с передачей результата компарирования через оптрон, не требующий отдельного, гальванически изолированного, источника питающего напряжения. Гальванически изолированный компаратор напряжения с питанием от входного сигнала найдет применение в аппаратуре автоматического управления и контроля, в которой требуется гальваническая изоляция обрабатывающей части аппаратуры.
Современные микросхемы компараторов напряжения серий 521 бК0.347.015 ТУ, 1135 АЕЯР.431350.417 ТУ, 1481 АЕЯР.431350.431 ТУ обеспечивают точность компарирования в несколько мВ, но требуют отдельную опору напряжения и несколько источников питающего напряжения, что не позволяет использовать их в качестве компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.
Решить поставленную задачу позволяет использование интегральной микросхемы с фиксированным уровнем напряжения срабатывания - регулируемого стабилитрона Н142ЕН19, бК0.347098-12 ТУ.
Предлагаемый компаратор напряжения с точностью компарирования, соответствующей приведенным сериям микросхем, выполненный на регулируемом стабилитроне, диодной оптопаре, триггере Шмитта КМОП микросхемы и пяти резисторах, обеспечивает гальваническую развязку от входного сигнала и не требует изолированного источника питания.
Схема гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала приведена на чертеже.
На чертеже изображены:
1 - первый резистор высокоомного делителя напряжения;
2 - второй резистор высокоомного делителя напряжения;
3 - регулируемый стабилитрон H142EH19 с выводами: О - Опора, К - Катод, А - Анод;
4 - токозадающий резистор светодиода оптрона;
5 - резистор блокировки срабатывания оптрона от остаточного тока катода регулируемогого стабилитрона;
6 - диодная оптопара;
7 - резистор нагрузки фотодиода оптрона;
8 - триггер Шмитта КМОП микросхемы;
+Uвх - входной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;
OV вх - общий вывод входного сигнала гальванически изолированного компаратора напряжения;
Выход - выходной вывод гальванически изолированного компаратора напряжения;
+U - вывод для подключения питающего напряжения КМОП микросхемы.
Минимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала компаратора определяется выходным напряжением включенного регулируемого стабилитрона 3 и напряжением светодиода оптрона 6. Максимальный уровень напряжения компарирования входного сигнала компаратора определяется предельно допустимым напряжением катод - анод регулируемого стабилитрона 3 и для микросхемы H142EH19 составляет 30B. Максимальное напряжение входного сигнала компаратора определяется предельно допустимым током светодиода оптрона и значительно превышает уровень напряжения компарирования. Ток нагрузки на входной сигнал определяется током светодиода оптрона и при напряжении входного сигнала, равном уровню напряжения компарирования, составляет примерно 3 мА.
Работает компаратор напряжения следующим образом. Если входное напряжение не превышает уровень напряжения компарирования, то на опоре регулируемого стабилитрона 3 напряжение, определяемое высокоомным делителем на резисторах 1 и 2, меньше порога срабатывания, и регулируемый стабилитрон 3 выключен. На катоде регулируемого стабилитрона 3, в результате протекания остаточного тока катода регулируемого стабилитрона 3 через резисторы 4 и 5, устанавливается напряжение, близкое к напряжению входного сигнала. Оптрон 6 выключен, ток фотодиода оптрона 6 на резисторе 7 создает напряжение меньше порога срабатывания триггера Шмитта КМОП микросхемы 8. На выходе компаратора присутствует напряжение высокого логического уровня.
При достижении напряжения на высокоомном делителе напряжения на резисторах 1, 2 и, следовательно, на опоре регулируемого стабилитрона 3 уровня срабатывания регулируемого стабилитрона 3 произойдет его включение. На катоде регулируемого стабилитрона 3 установится напряжение, равное уровню срабатывания опоры. Ток, протекающий через светодиод оптрона 6 и токозадающий резистор 4, вызовет уменьшение сопротивления фотодиода оптрона 6, повышение напряжения на резисторе нагрузки фотодиода 7 и переключение триггера Шмитта КМОП микросхемы 8 в низкий логический уровень.
Входное напряжение, при котором происходит включение регулируемого стабилитрона 3, является уровнем компарирования гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала.
Небольшой входной ток опоры регулируемого стабилитрона 3 и высокоомного делителя напряжения на резисторах 1 и 2 не имеют большого влияния на ток нагрузки гальванически изолированного компаратора напряжения с питанием от входного сигнала и позволяют устанавливать уровень компарирования в большом диапазоне напряжения входного сигнала.