Что такое детектор напряжения

Мы в социальных сетях

Главное меню

Реклама на сайте

Раздел: справочные материалы радиолюбителя
материалы в категории

В статье описаны микросхемы для микропроцессорных устройств — детекторы напряжений (супервизоры), которые служат для четкого и точного определения момента снижения питающих напряжений до заданного уровня.
Показано, что будучи простыми трехвыводными устройствами, эти микросхемы имеют довольно большие функциональные возможности, которые позволяют применять их и в других интересных и полезных устройствах — источниках электропитания, зарядных устройствах для аккумуляторов, импульсных устройствах и т. д. Описаны результаты исследования микросхем супервизоров и даны рекомендации по их применению.

Массовое применение устройств с батарейным (в частности аккумуляторным) питанием сделало непрерывный контроль напряжения питания обязательным для многих устройств» например, калькуляторов, карманных компьютеров, МРЗ-плееров, электронных часов и т. д. Разрядка аккумуляторов ниже определенного уровня губительно сказывается на сроке их работы, также как и перезарядка. Кроме того, многие электронные приборы, даже при сетевом питании, чувствительны к изменению напряжения источника. В первую очередь это относится к таким устройствам, как микропроцессоры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модули памяти и т. д.

Одной из наиболее распространенных микросхем- детекторов напряжения является МС34064/33064, разработанная фирмой Motorola [1). Она выпускается также фирмами LinFinity Microelectronics, On Semiconductor и др. Микросхема ( рис. 1 ) содержит высокоточный температурно-ком-пенсированный источник опорного напряжения, делитель напряжения R1R2, прецизионный гистерезисный компаратор ГИК с нагрузочным резистором R3 и выходной ключевой транзистор VT с диодом VD.
В микросхеме 21 транзистор и она выпускается во всех наиболее распространенных корпусах для транзисторов и микросхем малой степени интеграции, например в транзисторном корпусе Т0226АА и в корпусах восьмивыводных микросхем 751 (SO-8) и 846А (Micro-8).

Основной задачей при разработке новых микросхем было их предельно простое применение по основному назначению (контроль за падением напряжения ниже заданного уровня) и наличие только трех выводов. Это несколько сужает возможные области применения таких массовых микросхем и требует внимательного изучения всех особенностей их работы, что и составляет цель данной статьи.
Прежде всего рассмотрим функциональную схему супервизора (рис. 1, а) более подробно. Ясно, что порог срабатывания задается напряжением опорного источника Uref = 1,2 В и делителем напряжения R1R2. В технической документации задаются пороги срабатывания и гистерезис, они приведены в табл. 1 .

Параметр Мин. Тип. Макс.
Верхний порог, В 4,5 4,61 4,7
Нижний порог. В 4,5 4,59 4,7
Гистерезис, В 0,01 0,02 0,05

Гистерезис необходим для исключения срабатывания компаратора от случайных быстрых изменений напряжения питания и шумов. Из-за существенной нелинейности входящих в супервизор элементов корректная работа устройства обеспечивается вблизи области срабатывания и далеко за ее пределами — примерно 1. 9 В, хотя допустимый диапазон входных напряжений шире — 1. 10В. Максимальная рассеиваемая мощность 520.. .650 мВт в зависимости от корпуса. Максимальный втекающий в выход ток — 100 мА, диапазон рабочих температур 0. +70°С для микросхем обычного применения и -40. +85 °С для микросхем в промышленном исполнении.

Статические характеристики микросхем МС34064/33064

В руководстве по микросхеме МС34064/33064 [1] приведено детальное описание статических характеристик микросхем. Рассмотрим основные их них. Главной является передаточная характеристика, показанная на рис. 2 .

Она описывает зависимость выходного напряжения от входного. Нетрудно заметить, что эта характеристика куда сложнее, чем это можно было бы предположить из идеализированного описания микросхемы. Лишь в средней части (в области входных напряжений примерно 1. 9В она соответствует описанию типовой роли прибора.

В области малых напряжений (менее 0,5 В), когда источник опорного напряжения перестает работать, передаточная характеристика имеет характерный выброс с линейным участком, на котором выходное напряжение равно входному, но уже при напряжении 0,5 В выходное напряжение падает практически до нуля и остается таким до увеличения входного напряжения до основного порога около 4,6 В. Далее, вплоть до напряжения чуть больше 9 В, выходное напряжение после скачка снова становится практически равным входному. А при входном напряжении более 9,2 В выходное напряжение скачком уменьшается практически до нуля. Причина подобного поведения не поясняется, но это означает, что микросхема может использоваться для двухпорогового контроля. Неясно и то, является ли точное значение 2 для отношения напряжений порогов преднамеренным или случайным обстоятельством.

Исследования показывают, что в малой области главного порога (напряжение около 4,6 В) передаточная характеристика имеет гистерезис, как показано на рис. 3.

При снятии характеристик в статическом режиме ширина петли гистерезиса составляет 20 мВ. Наличие гистерезиса исключает дребезг при переключении, как при нарастании, так и уменьшении контролируемого напряжения, а малая величина гистерезиса делает двойственность порога (при увеличении и уменьшении напряжения) практически незаметной

Высокая стабильность порога — отличительное качество микросхем данной серии. На рис. 4 представлены температурные изменения верхнего и нижнего порогов в диапазоне температуры окружающей среды ТА = -40.. .+85 °С, разность порогов уменьшается при понижении температуры.

Интересный вид имеют зависимости входного тока от входного напряжения, представленные на рис. 5 для трех значений температуры окружающей среды, в целом они носят почти линейный характер с небольшим отклонением от линейности в области малых значений, однако в области порогов (4,6 и 9,2 В) эти зависимости имеют характерные падающие и нестабильные участки, обусловленные регенеративным переключением устройства. В определенных условиях это может порождать паразитные или полезные релаксационные колебания с частотой 1 МГц и выше.

Когда транзистор VT микросхемы открыт, выходное напряжение определяется начальным участком воль-тамперной характеристики насыщенного транзистора. На рис. 6 показана зависимость выходного напряжения от втекающего выходного тока для разных значений температуры окружающей среды ТА.

Максимальное значение выходного тока (до выхода из насыщения) при нормальных условиях составляет около 25 мА> что достаточно для яркого свечения светодиодного индикатора или включения маломощного реле.

Для оценки свойств микросхем полезно также знать вольтамперную характеристику диода VD, она показана на рис. 7 . Из нее видно» что диод выдерживает ток до 70 мА при прямом падении напряжения на нем 1,6 В.

Статические характеристики супервизоров питания неплохо описывают их применение при медленно изменяющихся входных напряжениях, что характерно для многих стандартных применений таких микросхем. Из них следует, что по основному назначению их можно использовать при высокостабильном пороге около 4,6 В. Использование второго порога 9,2 В в технической документации не оговаривается, но, как показала практика, вполне возможно (максимальное напряжение питания с запасом взято равным 10 В).

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Узлы порогового контроля со светодиодными индикаторами являются самыми простыми. Устройство ( рис. 8, а ), приведенное в описании микросхемы, обеспечивает свечение светодиода при падении напряжения источника питания ниже основного порога 4,6 В.
При увеличении питающего напряжения свыше 9,2 В свечения прекращается. Если узел выполнен так, как показано на рис. 13, б , обеспечивается четкая индикация превышения напряжением питания значения 4,6 В, а также и контроль за спадом напряжения ниже 9,2 В. Порог можно увеличивать, включая вход через диод или подключая его к источнику питания через низкоомный (единицы кОм) делитель. К сожалению, способов понизить напряжение порога у данных микросхем нет.

Будучи высокочувствительными регенеративными устройствами со стабильным порогом срабатывания, супервизоры могут применяться в огромном количестве пороговых схем, например, в качестве триггеров Шмитта, устройств контроля сигналов с фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов, пороговых устройств контроля температуры с резисторными и диодными датчиками температуры и т. д. Принципы построения таких устройств вполне очевидны.

На рис 9 показан основной способ включения микросхемы супервизора питающего напряжения для создания сигнала сброса микропроцессорного устройства.
Резистор RH позволяет изменять петлю гистерезиса (ранее приводились данные для RH = 0), что дает возможность в широких пределах менять условия сброса микропроцессора. Обычно гистерезис позволяет создавать зону нечувствительности, предотвращающую сброс микропроцессорных устройств при небольших случайных скачках напряжения питания.

Детекторы напряжения питания могут использоваться в зарядных устройствах для контроля уровня зарядки аккумуляторных батарей. Примером может служить схема устройства, показанная на рис. 10 .

Устройство служит для контроля зарядки аккумуляторной батареи GB1 от солнечной батареи BL1. Пока уровень напряжения GB1 ниже основного порога, напряжение на выходе микросхемы супервизора равно нулю и внешний транзистор закрыт. Ток от солнечной батареи через диод заряжает GB1. Но если напряжение на GB1 начинает превышать заданный порог, сигнал на выходе супервизора увеличивается и внешний транзистор открывается, замыкая на себя ток элементов солнечной батареи. Перезарядка GB1 предотвращается и можно эксплуатировать аккумуляторную батарею без присмотра.

Читайте также:  Файлы браузера испорчены как переустановить яндекс браузер

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА МИКРОСХЕМАХ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Супервизоры также могут применяться при построении разнообразных импульсных устройств. Ниже описаны некоторые из них, рекомендуемые производителями микросхем импульсных устройств.

Типичным применением супервизора является возбудитель мощного полевого транзистора. Мощные полевые транзисторы крайне нежелательно запускать импульсами с пологими участками нарастания и спада, например треугольными [2]. В этом случае транзисторы длительное время находятся в состоянии, когда одновременно ток стока и напряжение на стоке велики, что ведет к резкому увеличению мгновенной рассеиваемой мощности, перегреву транзисторов и снижению к. п. д. ключевых устройств. На рис. 11 показана схема узла запуска, исключающего из входного напряжения область, где возможна перегрузка мощного полевого транзистора по мгновенной мощности рассеивания. Варианты умощнения выхода микросхемы рассмотрены в [3].

Малая инерционность срабатывания микросхемы супервизора не всегда является достоинством. Даже при создании сигнала сброса микропроцессора (применения микросхемы по прямому назначению) желательно создать задержку сигнала сброса, чтобы сброс не происходил при очень коротких перепадах напряжения питания. Для этого следует использовать дополнительный конденсатор CDLY который создает экспоненциальное нарастание сигнала сброса. Время задержки вычисляется выражением, приведенным в правом нижнем углу типовой схемы сброса микропроцессора ( рис. 12 ).

Микросхема супервизора напряжения может использоваться для формирования из входного сигнала задержанного перепада напряжения или задержанного прямоугольного импульса. Схема формирователя показана на рис. 13 , его основой является интегрирующая КС-цепь на входе, которая формирует экспоненциальные фронты и спады на входе микросхемы.

Если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе меньше второго порога составляет 9,2 В, выходной перепад формируется с задержкой в момент, когда экспоненциально растущее напряжение достигает уровня основного порога 4,6 В. Осциллограммы входного и выходного напряжения узла ( рис. 13 ) для такого случая показаны на рис 14 . Однако если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе микросхемы супервизора превышает второй порог 9,2 В, будет формироваться уже не выходной перепад, а выходной прямоугольный импульс. Это связано с тем, при достижении экспоненциальным напряжением значения второго порога транзистор микросхемы снова открывается и напряжение на выходе становится близким к нулю. Осциллограммы входного и выходного напряжения для последнего случая показаны на рис. 15 .

Длительность задержки выходного перепада составляет:

где UH — напряжение основного порога 4.6 В. Эта же формула при UH = 9,2 В определяет задержку второго (отрицательного) перепада выходного напряжения» а разность задержек — длительность выходного прямоугольного импульса.

Используя микросхему супервизора, можно построить и импульсный генератор (мультивибратор). Простейший вариант на основе использования второго порога работает не очень стабильно и дает жесткое самовозбуждение. Для того, чтобы срабатывал основной порог, узел приходится дополнять транзисторным инвертором, как показано на рис 16 . Он обеспечивает зарядку и разрядку конденсатора С через резистор R. При достижении верхнего входного напряжения петли гистерезиса транзистор включается и конденсатор разряжается до нижнего порога. Затем транзистор выключается, и конденсатор начинает заряжаться до верхнего входного напряжения петли гистерезиса и т. д.

Осциллограммы напряжения на конденсаторе С и коллекторе внешнего транзистора показаны на рис. 17 .

Поскольку разность порогов мала, напряжение на конденсаторе имеет участки почти линейного нарастания и спада. Импульсы напряжения на коллекторе внешнего транзистора близки к прямоугольным ( рис 17 ). Из-за малой разности порогов и малой допустимой неличины R частота колебаний генератора довольно велика и составляет около 300 кГц при R = 7,5 кОм.

Еще один вариант применения супервизора напряжения показан на рис 18 . Это маломощный импульсный стабилизатор (преобразователь) напряжения 11,5. 14,5 В в стабильное постоянное напряжение 5 В при токе 50 мА с максимальным изменением 35 мВ. При напряжении питания 12,6 В и изменении тока нагрузки 0.. .50 мА нестабильность выходного напряжения не превышает 12 мВ. Пульсации напряжения на выходе не более 60 мВ (полный размах), а КПД — 77 %. Любопытно отметить, что это довольно высокое значение коэффициента полезного действия, поскольку в маломощных стабилизаторах получить его намного труднее, чем в мощных, из-за значительной мощности, расходуемой на питание вспомогательных устройств.

Работа устройства основана на импульсном управлении биполярным транзистором МР5У51А,включенным по схеме ключевого понижающего стабилизатора релаксационного типа. Импульсы с коллектора транзистора фильтруются LC-фильтром, и его выходное напряжение используется как входное для микросхемы супервизора. Делитель на его входе повышает порог до уровня 5 В, которое с учетом пульсаций определяет выходное напряжение преобразователя.

За рубежом супервизоры питания выпускаются почти всеми полупроводниковыми
фирмами, например [4, 5]. Относительно давно существует отечественная серия микросхем К1171СП2хх [6], начат выпуск серии микросхем К1274хх [7], функциональная схема показана на рис 19. Источник опорного напряжения изображен в виде стабилитрона.
Обозначение «хх» указывает на типовое напряжение порога срабатывания— 29 при пороге 2,83. 2,97 В, 33 при 3,23. 3,37 В и т. д. до 45 при 4,43. 4,57 В. Выпуск ряда модификаций микросхем с разными порогами упрощает их выбор. Максимальное допустимое рабочее напряжение увеличено до 15 В. В остальном микросхемы аналогичны описанным МС34064, в том числе и по принципам схемного применения.

ЛИТЕРАТУРА:
1. МС34064, МС33064. Undervoltage Sensing Circuit. Motorola, 1пс.У 1996.
2. В. П. Дьяконов, А. А. Максимчук, А. М. Ремнев, В. Ю. Смердов. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова. — М: СОЛОН-Р, 2002.
3. С. Алексеев. Триггеры Шмита без источника питания. — Схемотехника, 2002, Л«? 12, с. 24.
4. KIA7019AP/AF/AT- KIA7045AP/ AF/AT. Bipolar Linear Integrated Circuit KEC, 2002.
5. M. Потапчук. Супервизоры серии MCPIOx фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11.
6. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. —М; Додэка, 1998.
7. А. Нефедов. Новые микросхемы для источников питания. — М.: Ремонт и сервис, 2006, .№? 5, с. 61, 62.

Мы в социальных сетях

Главное меню

Реклама на сайте

Раздел: справочные материалы радиолюбителя
материалы в категории

В статье описаны микросхемы для микропроцессорных устройств — детекторы напряжений (супервизоры), которые служат для четкого и точного определения момента снижения питающих напряжений до заданного уровня.
Показано, что будучи простыми трехвыводными устройствами, эти микросхемы имеют довольно большие функциональные возможности, которые позволяют применять их и в других интересных и полезных устройствах — источниках электропитания, зарядных устройствах для аккумуляторов, импульсных устройствах и т. д. Описаны результаты исследования микросхем супервизоров и даны рекомендации по их применению.

Массовое применение устройств с батарейным (в частности аккумуляторным) питанием сделало непрерывный контроль напряжения питания обязательным для многих устройств» например, калькуляторов, карманных компьютеров, МРЗ-плееров, электронных часов и т. д. Разрядка аккумуляторов ниже определенного уровня губительно сказывается на сроке их работы, также как и перезарядка. Кроме того, многие электронные приборы, даже при сетевом питании, чувствительны к изменению напряжения источника. В первую очередь это относится к таким устройствам, как микропроцессоры, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модули памяти и т. д.

Одной из наиболее распространенных микросхем- детекторов напряжения является МС34064/33064, разработанная фирмой Motorola [1). Она выпускается также фирмами LinFinity Microelectronics, On Semiconductor и др. Микросхема ( рис. 1 ) содержит высокоточный температурно-ком-пенсированный источник опорного напряжения, делитель напряжения R1R2, прецизионный гистерезисный компаратор ГИК с нагрузочным резистором R3 и выходной ключевой транзистор VT с диодом VD.
В микросхеме 21 транзистор и она выпускается во всех наиболее распространенных корпусах для транзисторов и микросхем малой степени интеграции, например в транзисторном корпусе Т0226АА и в корпусах восьмивыводных микросхем 751 (SO-8) и 846А (Micro-8).

Основной задачей при разработке новых микросхем было их предельно простое применение по основному назначению (контроль за падением напряжения ниже заданного уровня) и наличие только трех выводов. Это несколько сужает возможные области применения таких массовых микросхем и требует внимательного изучения всех особенностей их работы, что и составляет цель данной статьи.
Прежде всего рассмотрим функциональную схему супервизора (рис. 1, а) более подробно. Ясно, что порог срабатывания задается напряжением опорного источника Uref = 1,2 В и делителем напряжения R1R2. В технической документации задаются пороги срабатывания и гистерезис, они приведены в табл. 1 .

Параметр Мин. Тип. Макс.
Верхний порог, В 4,5 4,61 4,7
Нижний порог. В 4,5 4,59 4,7
Гистерезис, В 0,01 0,02 0,05

Гистерезис необходим для исключения срабатывания компаратора от случайных быстрых изменений напряжения питания и шумов. Из-за существенной нелинейности входящих в супервизор элементов корректная работа устройства обеспечивается вблизи области срабатывания и далеко за ее пределами — примерно 1. 9 В, хотя допустимый диапазон входных напряжений шире — 1. 10В. Максимальная рассеиваемая мощность 520.. .650 мВт в зависимости от корпуса. Максимальный втекающий в выход ток — 100 мА, диапазон рабочих температур 0. +70°С для микросхем обычного применения и -40. +85 °С для микросхем в промышленном исполнении.

Читайте также:  Как сшить варежки из флиса ребенку

Статические характеристики микросхем МС34064/33064

В руководстве по микросхеме МС34064/33064 [1] приведено детальное описание статических характеристик микросхем. Рассмотрим основные их них. Главной является передаточная характеристика, показанная на рис. 2 .

Она описывает зависимость выходного напряжения от входного. Нетрудно заметить, что эта характеристика куда сложнее, чем это можно было бы предположить из идеализированного описания микросхемы. Лишь в средней части (в области входных напряжений примерно 1. 9В она соответствует описанию типовой роли прибора.

В области малых напряжений (менее 0,5 В), когда источник опорного напряжения перестает работать, передаточная характеристика имеет характерный выброс с линейным участком, на котором выходное напряжение равно входному, но уже при напряжении 0,5 В выходное напряжение падает практически до нуля и остается таким до увеличения входного напряжения до основного порога около 4,6 В. Далее, вплоть до напряжения чуть больше 9 В, выходное напряжение после скачка снова становится практически равным входному. А при входном напряжении более 9,2 В выходное напряжение скачком уменьшается практически до нуля. Причина подобного поведения не поясняется, но это означает, что микросхема может использоваться для двухпорогового контроля. Неясно и то, является ли точное значение 2 для отношения напряжений порогов преднамеренным или случайным обстоятельством.

Исследования показывают, что в малой области главного порога (напряжение около 4,6 В) передаточная характеристика имеет гистерезис, как показано на рис. 3.

При снятии характеристик в статическом режиме ширина петли гистерезиса составляет 20 мВ. Наличие гистерезиса исключает дребезг при переключении, как при нарастании, так и уменьшении контролируемого напряжения, а малая величина гистерезиса делает двойственность порога (при увеличении и уменьшении напряжения) практически незаметной

Высокая стабильность порога — отличительное качество микросхем данной серии. На рис. 4 представлены температурные изменения верхнего и нижнего порогов в диапазоне температуры окружающей среды ТА = -40.. .+85 °С, разность порогов уменьшается при понижении температуры.

Интересный вид имеют зависимости входного тока от входного напряжения, представленные на рис. 5 для трех значений температуры окружающей среды, в целом они носят почти линейный характер с небольшим отклонением от линейности в области малых значений, однако в области порогов (4,6 и 9,2 В) эти зависимости имеют характерные падающие и нестабильные участки, обусловленные регенеративным переключением устройства. В определенных условиях это может порождать паразитные или полезные релаксационные колебания с частотой 1 МГц и выше.

Когда транзистор VT микросхемы открыт, выходное напряжение определяется начальным участком воль-тамперной характеристики насыщенного транзистора. На рис. 6 показана зависимость выходного напряжения от втекающего выходного тока для разных значений температуры окружающей среды ТА.

Максимальное значение выходного тока (до выхода из насыщения) при нормальных условиях составляет около 25 мА> что достаточно для яркого свечения светодиодного индикатора или включения маломощного реле.

Для оценки свойств микросхем полезно также знать вольтамперную характеристику диода VD, она показана на рис. 7 . Из нее видно» что диод выдерживает ток до 70 мА при прямом падении напряжения на нем 1,6 В.

Статические характеристики супервизоров питания неплохо описывают их применение при медленно изменяющихся входных напряжениях, что характерно для многих стандартных применений таких микросхем. Из них следует, что по основному назначению их можно использовать при высокостабильном пороге около 4,6 В. Использование второго порога 9,2 В в технической документации не оговаривается, но, как показала практика, вполне возможно (максимальное напряжение питания с запасом взято равным 10 В).

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Узлы порогового контроля со светодиодными индикаторами являются самыми простыми. Устройство ( рис. 8, а ), приведенное в описании микросхемы, обеспечивает свечение светодиода при падении напряжения источника питания ниже основного порога 4,6 В.
При увеличении питающего напряжения свыше 9,2 В свечения прекращается. Если узел выполнен так, как показано на рис. 13, б , обеспечивается четкая индикация превышения напряжением питания значения 4,6 В, а также и контроль за спадом напряжения ниже 9,2 В. Порог можно увеличивать, включая вход через диод или подключая его к источнику питания через низкоомный (единицы кОм) делитель. К сожалению, способов понизить напряжение порога у данных микросхем нет.

Будучи высокочувствительными регенеративными устройствами со стабильным порогом срабатывания, супервизоры могут применяться в огромном количестве пороговых схем, например, в качестве триггеров Шмитта, устройств контроля сигналов с фоторезисторов, фотодиодов и фототранзисторов, пороговых устройств контроля температуры с резисторными и диодными датчиками температуры и т. д. Принципы построения таких устройств вполне очевидны.

На рис 9 показан основной способ включения микросхемы супервизора питающего напряжения для создания сигнала сброса микропроцессорного устройства.
Резистор RH позволяет изменять петлю гистерезиса (ранее приводились данные для RH = 0), что дает возможность в широких пределах менять условия сброса микропроцессора. Обычно гистерезис позволяет создавать зону нечувствительности, предотвращающую сброс микропроцессорных устройств при небольших случайных скачках напряжения питания.

Детекторы напряжения питания могут использоваться в зарядных устройствах для контроля уровня зарядки аккумуляторных батарей. Примером может служить схема устройства, показанная на рис. 10 .

Устройство служит для контроля зарядки аккумуляторной батареи GB1 от солнечной батареи BL1. Пока уровень напряжения GB1 ниже основного порога, напряжение на выходе микросхемы супервизора равно нулю и внешний транзистор закрыт. Ток от солнечной батареи через диод заряжает GB1. Но если напряжение на GB1 начинает превышать заданный порог, сигнал на выходе супервизора увеличивается и внешний транзистор открывается, замыкая на себя ток элементов солнечной батареи. Перезарядка GB1 предотвращается и можно эксплуатировать аккумуляторную батарею без присмотра.

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА МИКРОСХЕМАХ СУПЕРВИЗОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Супервизоры также могут применяться при построении разнообразных импульсных устройств. Ниже описаны некоторые из них, рекомендуемые производителями микросхем импульсных устройств.

Типичным применением супервизора является возбудитель мощного полевого транзистора. Мощные полевые транзисторы крайне нежелательно запускать импульсами с пологими участками нарастания и спада, например треугольными [2]. В этом случае транзисторы длительное время находятся в состоянии, когда одновременно ток стока и напряжение на стоке велики, что ведет к резкому увеличению мгновенной рассеиваемой мощности, перегреву транзисторов и снижению к. п. д. ключевых устройств. На рис. 11 показана схема узла запуска, исключающего из входного напряжения область, где возможна перегрузка мощного полевого транзистора по мгновенной мощности рассеивания. Варианты умощнения выхода микросхемы рассмотрены в [3].

Малая инерционность срабатывания микросхемы супервизора не всегда является достоинством. Даже при создании сигнала сброса микропроцессора (применения микросхемы по прямому назначению) желательно создать задержку сигнала сброса, чтобы сброс не происходил при очень коротких перепадах напряжения питания. Для этого следует использовать дополнительный конденсатор CDLY который создает экспоненциальное нарастание сигнала сброса. Время задержки вычисляется выражением, приведенным в правом нижнем углу типовой схемы сброса микропроцессора ( рис. 12 ).

Микросхема супервизора напряжения может использоваться для формирования из входного сигнала задержанного перепада напряжения или задержанного прямоугольного импульса. Схема формирователя показана на рис. 13 , его основой является интегрирующая КС-цепь на входе, которая формирует экспоненциальные фронты и спады на входе микросхемы.

Если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе меньше второго порога составляет 9,2 В, выходной перепад формируется с задержкой в момент, когда экспоненциально растущее напряжение достигает уровня основного порога 4,6 В. Осциллограммы входного и выходного напряжения узла ( рис. 13 ) для такого случая показаны на рис 14 . Однако если предельное напряжение экспоненциального перепада на входе микросхемы супервизора превышает второй порог 9,2 В, будет формироваться уже не выходной перепад, а выходной прямоугольный импульс. Это связано с тем, при достижении экспоненциальным напряжением значения второго порога транзистор микросхемы снова открывается и напряжение на выходе становится близким к нулю. Осциллограммы входного и выходного напряжения для последнего случая показаны на рис. 15 .

Длительность задержки выходного перепада составляет:

где UH — напряжение основного порога 4.6 В. Эта же формула при UH = 9,2 В определяет задержку второго (отрицательного) перепада выходного напряжения» а разность задержек — длительность выходного прямоугольного импульса.

Используя микросхему супервизора, можно построить и импульсный генератор (мультивибратор). Простейший вариант на основе использования второго порога работает не очень стабильно и дает жесткое самовозбуждение. Для того, чтобы срабатывал основной порог, узел приходится дополнять транзисторным инвертором, как показано на рис 16 . Он обеспечивает зарядку и разрядку конденсатора С через резистор R. При достижении верхнего входного напряжения петли гистерезиса транзистор включается и конденсатор разряжается до нижнего порога. Затем транзистор выключается, и конденсатор начинает заряжаться до верхнего входного напряжения петли гистерезиса и т. д.

Осциллограммы напряжения на конденсаторе С и коллекторе внешнего транзистора показаны на рис. 17 .

Читайте также:  Как удалить запах пота из сапог

Поскольку разность порогов мала, напряжение на конденсаторе имеет участки почти линейного нарастания и спада. Импульсы напряжения на коллекторе внешнего транзистора близки к прямоугольным ( рис 17 ). Из-за малой разности порогов и малой допустимой неличины R частота колебаний генератора довольно велика и составляет около 300 кГц при R = 7,5 кОм.

Еще один вариант применения супервизора напряжения показан на рис 18 . Это маломощный импульсный стабилизатор (преобразователь) напряжения 11,5. 14,5 В в стабильное постоянное напряжение 5 В при токе 50 мА с максимальным изменением 35 мВ. При напряжении питания 12,6 В и изменении тока нагрузки 0.. .50 мА нестабильность выходного напряжения не превышает 12 мВ. Пульсации напряжения на выходе не более 60 мВ (полный размах), а КПД — 77 %. Любопытно отметить, что это довольно высокое значение коэффициента полезного действия, поскольку в маломощных стабилизаторах получить его намного труднее, чем в мощных, из-за значительной мощности, расходуемой на питание вспомогательных устройств.

Работа устройства основана на импульсном управлении биполярным транзистором МР5У51А,включенным по схеме ключевого понижающего стабилизатора релаксационного типа. Импульсы с коллектора транзистора фильтруются LC-фильтром, и его выходное напряжение используется как входное для микросхемы супервизора. Делитель на его входе повышает порог до уровня 5 В, которое с учетом пульсаций определяет выходное напряжение преобразователя.

За рубежом супервизоры питания выпускаются почти всеми полупроводниковыми
фирмами, например [4, 5]. Относительно давно существует отечественная серия микросхем К1171СП2хх [6], начат выпуск серии микросхем К1274хх [7], функциональная схема показана на рис 19. Источник опорного напряжения изображен в виде стабилитрона.
Обозначение «хх» указывает на типовое напряжение порога срабатывания— 29 при пороге 2,83. 2,97 В, 33 при 3,23. 3,37 В и т. д. до 45 при 4,43. 4,57 В. Выпуск ряда модификаций микросхем с разными порогами упрощает их выбор. Максимальное допустимое рабочее напряжение увеличено до 15 В. В остальном микросхемы аналогичны описанным МС34064, в том числе и по принципам схемного применения.

ЛИТЕРАТУРА:
1. МС34064, МС33064. Undervoltage Sensing Circuit. Motorola, 1пс.У 1996.
2. В. П. Дьяконов, А. А. Максимчук, А. М. Ремнев, В. Ю. Смердов. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова. — М: СОЛОН-Р, 2002.
3. С. Алексеев. Триггеры Шмита без источника питания. — Схемотехника, 2002, Л«? 12, с. 24.
4. KIA7019AP/AF/AT- KIA7045AP/ AF/AT. Bipolar Linear Integrated Circuit KEC, 2002.
5. M. Потапчук. Супервизоры серии MCPIOx фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11.
6. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. —М; Додэка, 1998.
7. А. Нефедов. Новые микросхемы для источников питания. — М.: Ремонт и сервис, 2006, .№? 5, с. 61, 62.

В некоторых случаях для измерения напряжения нет смысла использовать аналоговый или цифровой вольтметр, а есть смысл сделать предлагаемый мной бюджетный прибор на микроконтроллере, который будет индицировать и издавать звуковой сигнал при заранее настроенных пороговых значениях напряжения.

Реализованный на микроконтроллере PIC16F628A алгоритм позволяет измерить напряжение с разрешением в 4 бита. Для этого в микроконтроллере задействован компаратор (однобитный АЦП) и ИОН, где ИОН пошагово изменяет напряжение, а компаратор сравнивает потенциалы. Принципиальная схема прибора приведена на рисунке 1. Используя делитель напряжения собранный на резисторах R2 и R3 можно задавать измеряемый диапазон напряжения. В таблице 1 указаны значения детектируемого напряжения и соответствующая им индикация в шестнадцатеричной системе на семисегментном индикаторе HL1. Если читателя не устраивает реализуемый диапазон, то можно путём подборки резисторов R2 и R3 сделать свой делитель напряжения. DA1 – любой операционный усилитель усиливающий ток.

Питание прибора осуществляется от постоянного или переменного источника напряжения 9 -15 В при токе 0.5 A, которое подключается к разъёму X1. Далее напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 и фильтруется конденсаторами C1 – C4. Для стабилизированного питания микроконтроллера был выбран линейный стабилизатор напряжения DA2. При питании устройства постоянным напряжением 12 В максимальный потребляемый ток составляет 70 мА.

Напряжения, В

Индикация

При включении прибора происходит чтение EEPROM памяти микроконтроллера в которой записаны настройки прибора. По умолчанию заданы: детектор включен, выбран «внутренний диапазон», первое пороговое значение 0, второе пороговое значение 0. (Т.е. после включения не подав детектируемое напряжение, прибор будет сигнализировать о нуле!) После чего прибор согласно настройкам детектирует напряжение. Если нажать кнопку менее 1 с, то прибор будет инвертировать работу детектора, включая или выключая его. При нажатии и удержании кнопки более 1 с, прибор переходит в режим настройки первого порогового напряжения детектора. Длительность удержания кнопки помогает различать звуковой сигнал. Так при нажатии и удержании кнопки менее 1 с происходит генерация звука, затем при удержании кнопки более 1 с генерация звука прекращается. Выбор первого порогового значения детектора происходит последовательным нажатием на кнопку менее 1 с. От 0 до F (т.е. от 0 до 15), после F происходит обнуление. Выбранное значение отображается на семисегментном индикаторе. Для перехода к настройке второго порогового значения напряжения детектора нужно нажать и удерживать кнопку более 1 с. Выбор второго порогового значения начинается с установленного первого порогового значения и инкрементируется последовательным нажатием на кнопку менее 1 с. После F прибор начинает выбор с установленного первого порогового значения. Выбираемые значения отображается на семисегментном индикаторе. Для выбора диапазона детектора нужно нажать и удерживать кнопку более 1 с. Нажатием на кнопку менее 1 с происходит выбор диапазона детектора. Если у HL1 горят сегменты «E», «D», «C», то выбран «внутренний диапазон», т.е. прибор в исходном состоянии будет сигнализировать о детектировании напряжении в диапазоне от первого до второго порогового напряжения. Если у HL1 горят сегменты «F», «A», «B», то выбран «внешний диапазон», т.е. прибор в исходном состоянии будет сигнализировать о детектировании напряжении в диапазоне от минимального (0) до первого порогового напряжения и от второго порогового до максимального (F) напряжения (где первое и второе пороговое значение не входят во «внешний диапазон»). После нажатия и удержания кнопки более 1 с прибор сохранит настройки в EEPROM памяти микроконтроллера и перейдёт в исходный режим.

Алгоритм управления прибором кнопкой изображен на рисунке 2.

В исходном состоянии прибор измеряет напряжение, поданное на вилку XP1. Если детектор включен и напряжение на вилке XP1 входит в детектируемый диапазон, то прибор сигнализирует об этом, т.е. происходит периодическое мерцание семисегментного индикатора HL1 (отображая напряжение) и излучатель звука P1 издаёт периодический сигнал. Если напряжение на вилки XP1 не входит в настроенный диапазон или детектор выключен, то прибор не сигнализирует о вхождении измеренного напряжения в детектируемый диапазон, а HL1 индицирует измеренное напряжение. При выходе за пределы измеряемого диапазона (смотреть таблицу *), то у HL1 горит сегмент «G», а P1 издаёт звуковой сигнал.

Микроконтроллер DD1 имеет функциональные выводы VREF, AN1, RA0, RB0 – RB2, CCP1, RB4 – RB7 которые служат для ввода и вывода информации. Тактовой кнопкой SB1 добиваются настройки прибора, которая подключена к выводу RA0 через токоограничивающий резистор R12. В отжатом положении тактовой кнопки SB1 резистор R13 имитирует низкий логический уровень. Cемисегментный индикатор HL1 подключается к выводам RB0 – RB2, RB4 – RB7 через токоограничивающие резисторы R4 – R10. К выводу CCP1 (аппаратная реализация ШИМ, частота 2.4 кГц, скважность 2) через токоограничивающий резистор R11 подключен излучатель звука P1. Микроконтроллер DD1 не имеет функции принудительного сброса, вывод для сброса подключен через резистор R1 к положительному потенциалу питания. Для генерации тактовой частоты в микроконтроллере используется встроенный RC-генератор тактовой частоты на кристалле.

В данном устройстве можно заменить следующие детали. Микроконтроллер DD1 из серии PIC16F628A-I/P-xxx с рабочей тактовой частотой 20 МГц в корпусе DIP18. Стабилизатор напряжения DA2 отечественный КР142ЕН5А (5 В, 1.5 А). Диодный мост VD1 можно применить любой из серии 2Wxx. Разъём питания X1 аналогичный указанному на схеме с центральным контактом d=2.1 мм. Угловая вилка XP1 с шагом контактов 2.54 мм. Неполярные конденсаторы С1 и С4 номиналом 0.01 – 0.47 µF x 50 V. Излучатель звука P1 с рабочей частотой 2.4 кГц. Cемисегментный индикатор HL1 с общим катодом.
Думаю, что данный прибор может быть применён в разных областях. Например, для автомобилистов, которым нужно знать напряжение на аккумуляторе.

Ниже вы можете скачать прошивку и исходник на ассемблере

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *