ДАТЧИК ТОКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области электронной техники и может быть использована в устройствах по определению заданного уровня тока в диапазоне от 150 мА и выше.
Известен датчик тока [1] (патент RU 75753 U1, МПК G01R 19/00, 20.08.2008), содержащий резистивный элемент, усилитель и блок питания.
Недостаток известного устройства состоит в том, что в данном устройстве используется резистивная структура, что затрудняет создание устройства, позволяющего определять достижения определенного уровня тока на кристалле микросхемы как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Известен датчик тока [2] (патент RU 81006 U1, МПК H02H 3/28, 27.02.2009), содержащий трансформатор тока, первичная обмотка которого подключена к шине контролируемого тока, а вторичная замкнута на нагрузочный резистор, конденсатор.
Недостаток известного устройства состоит в том, что датчик тока на основе токового трансформатора позволяет определять только уровень переменного тока. А, также, что для создания схемы определения уровня тока с использованием известного устройства необходимо создание токового трансформатора, что затрудняет создание устройства, позволяющего определять достижения определенного уровня тока на кристалле микросхемы как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является датчик тока, выполненный на эффекте Холла. Когда тонкий полупроводник располагается под прямым углом к магнитному полю и на него подаётся ток, на концах полупроводника возникает напряжение [3].
Известное устройство и предлагаемое используются для определения уровня тока. В известном устройстве может быть использован полупроводник. Известное устройство может быть использовано для определения уровня постоянного и переменного тока.
Недостатком известного устройства является то, что для реализации эффекта Холла необходимо создание магнитного поля, что затрудняет создание устройства, позволяющего определять достижение определенного уровня тока на кристалле микросхемы как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы и быть изготовленным в одном технологическом цикле.
В предлагаемом устройстве все элементы схемы могут быть выполнены по полупроводниковой технологии и, соответственно, всё устройство может быть выполнено на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы в одном технологическом цикле.
Задача полезной модели - создание устройства определения уровня тока в 150 мА, которое может быть изготовлено по полупроводниковой технологии в одной технологической цепочке на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Для решения поставленной задачи предлагается в датчике постоянного тока, включающем чувствительный и регистрирующий элементы, в качестве чувствительного элемента применить p-n-переход в прямосмещенном состоянии, включенный в контролируемую цепь, а в качестве регистрирующего элемента применить компаратор, который выдает сигнал о достижении повышенного уровня тока, причем компаратор подсоединить к p-n-переходу параллельно.
Во втором варианте выполнения предлагается в датчике переменного тока, включающем чувствительный и регистрирующий элементы, в качестве чувствительного элемента применить два параллельно включенных p-n-перехода обратной направленности, включенные в контролируемую цепь, а в качестве регистрирующего элемента применить компаратор, который выдает сигнал о достижении повышенного уровня тока, причем компаратор подсоединить к p-n-переходу параллельно.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется диаграммой изменения амплитуды напряжения шума приведенного к входу в прямосмещенном p-n-переходе кремниевого диода при изменении электрических и тепловых нагрузок, частота измерения 23 Гц и электрическими схемами.
На фиг. 1 изображена диаграмма изменения амплитуды напряжения шума приведенного к входу в прямосмещенном p-n-переходе кремниевого диода при изменении электрических и тепловых нагрузок, частота измерения 23 Гц.
На фиг.2 изображена электрическая схема датчика постоянного тока.
На фиг.3 изображена электрическая схема датчика переменного тока,
где
1 - р-n переход,
2-3 - контакты контролируемой цепи,
4 - компаратор,
5 - сигнал о достижении уровня тока в 150 мА,
6 - второй р-n переход.
В предлагаемой полезной модели для определения уровня тока в 150 мА используется эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения в прямой ветке p-n-перехода в диапазоне от 150 до 200 мА, описанный в статье Воронцов В.Н., Холкин В.Ю. Шумовая термоэлектродинамическая диагностика полупроводниковых приборов // РАН. Дефектоскопия. 1995, № 3» [4], и фиксации высокого уровня шума, как управляющего сигнала (фиг.1). Использование компенсационных способов включения данного устройства позволит определять уровень тока в контролируемой сети от 150 мА и выше.
Датчик тока работает следующим образом.
шум
0
шум
0
1. В случае определения уровня тока в цепи постоянного тока, p-n-переход 1 с помощью контактов 2 и 3 включается в прямосмещенном состоянии в контролируемую цепь, параллельно к p-n-переходу 1 подключен компаратор 4, который выдает сигнал о достижении повышенного уровня тока (фиг.2). Когда уровень тока, протекающий через p-n-переход 1, достигает уровня порядка 150 мА в p-n-переходе 1 генерируется избыточное шумовое напряжение (фиг.1), когда уровень шумового напряжения U становится больше U (U>U), компаратор 4 выдает сигнал 5 о достижении в контролируемой сети уровня тока 150 мА.
Установка диода в прямосмещенном состоянии практически не влияет на работоспособность схемы и соответственно не усложняет схемотехническое решение.
шум
0
шум
2. В случае определения уровня тока в цепи переменного тока, используется схема фиг.3, где в контролируемую сеть с помощью контактов 1 и 2 включаются два параллельно включенных p-n-перехода 1 и 6 обратной направленности, параллельно к p-n-переходу 1 и p-n-переходу 6 подключен компаратор 4, который выдает сигнал о достижении повышенного уровня тока (фиг.3). Когда уровень тока, протекающий через p-n-переходы 1 и 6, достигает уровня порядка 150 мА, в p-n-переходе 1 и 6 генерируется избыточное шумовое напряжение (фиг.1), когда уровень шумового напряжения U становится больше U (U>Uo), компаратор 4 выдает сигнал 5 о достижении в контролируемой сети уровня тока 150 мА.
Преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что оно может быть выполнено по полупроводниковой технологии в теле микросхемы, как часть её электрической схемы. Это позволит создать защиту микросхем от перегрузок, а также создать микросхемы с новыми функциональными возможностями.
Литература
1. Патент RU 75753 U1, МПК G01R 19/00, 20.08.2008.
2. Патент RU 81006 U1, МПК Н02Н 3/28, 27.02.2009.
3. Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 287 с: ил. - Библиография.: с. 269-270. - Предм. указ.: с.271-288. - ISBN 5-283-02473-3.
4. Воронцов В.Н., Холкин В.Ю. Шумовая термоэлектродинамическая диагностика полупроводниковых приборов // РАН. Дефектоскопия. 1995, № 3.