СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАДАННОГО УРОВНЯ ТОКА
METHOD TO DETERMINE SPECIFIED CURRENT LEVEL

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для определения заданного уровня тока в диапазоне от 150 мА и выше.
Известен способ определения уровня тока с использованием резистивного элемента, включенного в измеряемую цепь [1].
Недостатком известного способа определения уровня тока состоит в том, что для создания схемы определения уровня тока необходимо создание резистивной структуры, что затрудняет создание устройства, позволяющего определять достижение определенного уровня тока на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Известен способ определения уровня тока с использованием токовых трансформаторов [1].
Недостатком известного способа определения уровня тока состоит в том, что способ определения уровня тока на основе токового трансформатора, позволяет определять только уровень переменного тока. А также, что для создания схемы определения уровня тока с использованием известного способа необходимо создание токового трансформатора, что затрудняет создание устройства, позволяющего определять достижение определенного уровня тока на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения уровня тока с использованием эффекта Холла. Согласно эффекту Холла, когда тонкий полупроводник располагается под прямым углом к магнитному полю, и на него подается ток, на концах полупроводника возникает напряжение [1].
Недостатком известного способа определения уровня тока состоит в том, 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.
Задача изобретения - создание способа определения заданного уровня тока, позволяющего создать устройства определения заданного уровня тока от 150 мА и выше, в том числе и для защиты электронных схем от повышенного уровня тока, которое можно изготавливать по полупроводниковой технологии в одной технологической цепочки на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Для решения поставленной задачи предлагается в способе определения заданного уровня тока, включающем пропускание тока через контролируемую цепь и регистрацию информации об уровне тока датчиком, в качестве датчика использовать р-n-переход в прямосмещенном состоянии, включенный в контролируемую цепь, а судить о достижении заданного уровня тока в цепи по появлению повышенного уровня шумового напряжения в прямой ветке р-n-перехода. Данное решение предназначено для цепей постоянного тока.
Дополнительным отличием предлагаемого способа является то, что параллельно первому р-n-переход дополнительно подключен второй р-n-переход обратной направленности. Это решение предназначено для цепей переменного тока.
Таким образом, для определения заданного уровня тока используется эффект генерации повышенного уровня шумового напряжения в прямой ветке р-n-перехода в диапазоне от 150 до 200 мА, описанный «Воронцов В.Н., Холкин В.Ю. Шумовая термоэлектродинамическая диагностика полупроводниковых приборов // РАН. Дефектоскопия. 1995, №3» [2] и фиксации высокого уровня шумового напряжения, как управляющего сигнала фиг.1. При использовании компенсационных способов включения данный способ позволяет определять достижения уровня тока в контролируемой сети от 150 мА и выше.
На фиг.1 изображена диаграмма изменения амплитуды напряжения шума, приведенного к входу в прямосмещенном р-n-переходе кремниевого диода при изменении электрических и тепловых нагрузок, частота измерения 23 Гц.
На фиг.2 изображена электрическая схема устройства определения заданного уровня тока в цепи постоянного тока.
На фиг.3 изображена электрическая схема устройства определения заданного уровня тока в цепи переменного тока.
1, 2 - контакты контролируемой цепи, 3 - р-n-переход, 4 - регистрирующее устройство, 5 - второй р-n-переход.
Способ определения заданного уровня тока осуществляется следующим образом.
1. В случае определения уровня тока в цепи постоянного тока, р-n-переход 3 с помощью контактов 1 и 2 включается в прямосмещенном состоянии в контролируемую цепь фиг.2. Когда уровень тока, протекающий через р-n-переход 3, достигает уровня порядка 150 мА в р-n-переходе 3 генерируется избыточное шумовое напряжение фиг.1, которое регистрируется устройством 4.
Установка диода в прямосмещенном состоянии практически не влияет на работоспособность схемы и соответственно не усложняет схемотехническое решение.
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 р-n-перехода 3 и 5 обратной направленности. Когда уровень тока, протекающий через р-n-переходы 3 и 5, достигает уровня порядка 150 мА в р-n-переходе 3 и 5 генерируется избыточное шумовое напряжение фиг.1, которое регистрируется устройством 4.
Достоинствами предлагаемого способа является то, что возможно с использованием этого способа выполнить устройства определения уровня тока или напряжения на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы.
Что позволяет встраивать системы контроля тока, в любые системы, использующие полупроводниковые микросхемы, не ухудшая массогабаритные показатели.
Экономический эффект достигается тем, что устройства контроля тока можно не выполнять в качестве отдельного элемента, а изготавливать по полупроводниковой технологии в одной технологической цепочки на кристалле микросхемы, как часть электронной схемы полупроводниковой микросхемы. Связи с тем, что для схемотехнической реализации данного способа используется небольшое количество элементов, площадь микросхемы изменится незначительно и соответственно себестоимость микросхемы практически не изменится. С учетом большого количества электронных устройств, в которых используется системы контроля критического уровня тока, исключение отдельно выполненного элемента дает значительный экономический эффект.
Литература
1. Шульц Ю. Электроимерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 287 с.: ил. - Библиограф.: с.269-270. - Предм. указ.: с.271-288. - ISBN 5-283-02473-3.
2. Воронцов В.Н., Холкин В.Ю. Шумовая термоэлектродинамическая диагностика полупроводниковых приборов // РАН. Дефектоскопия. 1995, №3.