BRPI0915846B1

BRPI0915846B1 - Dispositivo para detecção de corrente

Info

Publication number: BRPI0915846B1
Application number: BRPI0915846-4A
Authority: BR
Inventors: Lev Michael Barsky
Original assignee: Siemens Industry, Inc.
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2020-02-11
Also published as: WO2010006224A1; CA2730249C; IL240109A; IL210216A0; IL240109A0; CA2730249A1; US8031452B2; KR101595141B1; BRPI0915846A2; US20100008007A1; CN102089665A; CN102089665B; KR20110036732A

Abstract

dispositivo para detecção de corrente. um dispositivo para detecção de corrente é mostrado, e inclui um circuito de proteção (101) que tem uma entrada de corrente provida através de uma entrada positiva (102) e de uma entrada negativa (104) disposta em paralelo à entrada positiva (102), um par de diodos (114, 118) acoplando de forma comunicativa a entrada positiva (102) à entrada negativa (104), em que o par de diodos (114, 118) é configurado para proteger um amplificador operacional (116) de uma sobretensão e tensões negativas, e um detector de pico (124) em comunicação com o estágio de proteção, em que o detector de pico (124) é configurado para receber uma saída provida pelo amplificador de operação (116) do estágio de proteção, e onde o detector de pico (124) é configurado para criar uma saída de detector de pico (124) representativa da entrada de corrente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO PARA DETECÇÃO DE CORRENTE.

ANTECEDENTES [001] Métodos, sistemas, circuitos e dispositivos para detecção de sinal de tensão alta e discriminação tipicamente são complexos. A complexidade aumentada de métodos, sistemas, circuitos e dispositivos para detecção de sinal de tensão alta e discriminação aumenta os custos, e pode ser impraticável, quando um suprimento duplo ou dividido usado em métodos conhecidos não está disponível ou é inacessível, ou quando se utiliza um receptor diferencial é impossível. SUMÁRIO [002] Esta patente e a exposição provida aqui se referem a métodos, sistemas, circuitos e dispositivos para a detecção e a discriminação entre sinais ou correntes CA e CC de tensão alta entrando. Em particular, a modalidade mostrada provê um dispositivo ou circuito único configurado para a detecção e a diferenciação entre um sinal CA de tensão alta e um sinal CC. Em uma modalidade, o sinal CA de tensão alta, tal como um sinal de áudio a partir de um alto-falante, é detectado e recebido, enquanto o sinal CC é impedido de um carregamento CC de um amplificador. Um carregamento CC do amplificador pode ser evitado por um acoplamento capacitivo, por exemplo, um capacitor (C3), e, se necessário, um capacitor (C4) mostrados na figura 1.

[003] Em uma modalidade, um dispositivo para detecção de corrente é mostrado. O dispositivo inclui um circuito de proteção que tem uma entrada de corrente provida através de uma entrada positiva e uma entrada negativa disposta em paralelo com a entrada positiva, um par de diodos acoplando de forma comunicativa a entrada positiva e a entrada negativa, onde o par de diodos é configurado para proteção de um amplificador operacional de uma sobretensão e de tensões negativas, e um detector de pico em comunicação com o estágio de prote

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2/9 ção, onde o detector de pico é configurado para receber uma saída provida pelo amplificador de operação do estágio de proteção, e onde o detector de pico é configurado para criar uma saída de detector de pico representativa da entrada de corrente.

[004] Em uma modalidade, um dispositivo para a detecção de corrente é mostrado. O dispositivo inclui um circuito de proteção que tem uma entrada de corrente provida através de uma entrada positiva e uma entrada negativa disposta em paralelo com a entrada positiva, um par de diodos acoplando de forma comunicativa a entrada positiva e a entrada negativa, onde o par de diodos é configurado para proteção de um amplificador operacional de uma sobretensão e de tensões negativas, e um gatilho de Schmitt em comunicação com o estágio de proteção, onde o gatilho de Schmitt é configurado para receber uma saída provida pelo amplificador de operação do estágio de proteção, e onde o gatilho de Schmitt é configurado para criar uma saída representativa da entrada de corrente.

[005] Em uma outra modalidade, um dispositivo para a detecção de corrente é mostrado. O dispositivo inclui um circuito de proteção que tem uma entrada de corrente provida através de uma entrada positiva e uma entrada negativa disposta em paralelo com a entrada positiva, um capacitor disposto ao longo da entrada positiva, um capacitor de entrada negativa disposto ao longo da entrada negativa; e um par de diodos acoplando de forma comunicativa a entrada positiva e a entrada negativa, onde o primeiro diodo é disposto entre a entrada positiva e a entrada negativa e o segundo diodo é disposto ao longo da entrada positiva, e onde o par de diodos é configurado para proteção de um amplificador operacional de uma sobretensão e de tensões negativas. O dispositivo ainda inclui um comparador em comunicação com o estágio de proteção, onde o gatilho de comparador é configurado para receber uma saída provida pelo amplificador de operação do

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3/9 estágio de proteção, e onde o gatilho de comparador é configurado para a criação de uma saída de comparador representativa da entrada de corrente.

[006] Outras modalidades são mostradas, e cada uma das modalidades pode ser usada sozinha ou em conjunto em combinação. Recursos adicionais e vantagens das modalidades mostradas são descritos aqui, e serão evidentes a partir da Descrição Detalhada a seguir e das figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [007] A figura 1 ilustra uma modalidade de um circuito de detecção e de discriminação de acordo com a exposição provida aqui; e [008] a figura 2 ilustra um fluxograma representativo de um processo de detecção e de determinação de exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA [009] Esta patente e a exposição provida aqui se referem a métodos, sistemas, circuitos e dispositivos para a detecção da presença de um sinal CA de tensão alta ou nível ou corrente utilizando um receptor de extremidade de sinal de suprimento único. Em uma modalidade, o sinal CA de tensão alta, tal como o sinal de áudio a partir de um alto-falante, é detectado e recebido, enquanto o sinal CC é impedido de carregar CC um amplificador.

[0010] Os métodos, sistemas, circuitos e dispositivos mostrados utilizam um suprimento único, o que tipicamente é barato de se implementar e transmitir, quando comparado com um suprimento duplo. Por exemplo, em um sistema ou em uma configuração de suprimento único, apenas uma fonte de tensão e um retorno são necessários, isto é, apenas 2 fios para transmissão de potência. A título de comparação, em uma configuração de suprimento dividido ou duplo, duas fontes tensão: um positivo e um negativo e um retorno (circuito adicional + 3 fios para transmissão) são necessários, desse modo se aumentando o

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4/9 custo total e a complexidade da configuração. Suprimentos únicos, tipicamente são mais comuns do que suprimentos duplos ou divididos, e, portanto, são mais prontamente disponíveis a partir do sistema sobrejacente. Além disso, os métodos mostrados, sistemas, circuitos e dispositivos incluem ou incorporam uma proteção de sobretensão, o que permite que um projetista de sistema crie uma interface com sinais de tensão alta, tal como um áudio de 100 V, para um receptor acionado com um suprimento único de tensão (relativamente) baixa.

[0011] Um receptor de extremidade única, em oposição a um receptor diferencial, ainda provê uma opção efetiva em termos de custos, quando utilizado com um suprimento único. Por exemplo, as economias de custo podem ser realizadas usando-se um transmissor de extremidade única e um único fio de sinal. Mais ainda, a fonte de sinal pode estar localizada próxima do receptor (por exemplo, um microfone disposto substancialmente adjacente a um amplificador) ou, se a qualidade de sinal for de menor importância (por exemplo, se o sistema for utilizado apenas para a detecção da presença de um sinal), um projetista poderá utilizar uma referência comum para o transmissor e o receptor (por exemplo, o retorno de potência funcionaria bem, já que provavelmente já conecta os dois dispositivos diretamente ou através do suprimento de potência de sistema sobrejacente), um transmissor de extremidade única (isto é, um op-amp), e um fio único como a fonte de sinal. De fato, em um caso como este, um capacitor 108 (C4) pode ser desnecessário, porque a referência é o aterramento.

[0012] A figura 1 ilustra um módulo de detecção de exemplo ou circuito 100 configurado para a detecção da presença de um sinal CA de tensão ou nível alto ou corrente utilizando um receptor de extremidade única de suprimento único, enquanto se evita o carregamento CC simultâneo do amplificador. Em particular, o circuito de detecção de exemplo 100 inclui uma interface, um módulo ou circuito de prote

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5/9 ção 101 configurado para a detecção de um sinal CA provido ou comunicado através da entrada de sinal positivo “Signal In +” (identificada pelo número de referência 102) e da entrada de sinal negativo “Signal In -“ (identificada pelo número de referência 104), enquanto simultaneamente se desconsidera e/ou ignora qualquer sinal CC provido através das entradas 102, 104, desse modo se evitando um carregamento CC do gerador de sinal, tal como um amplificador de áudio. [0013] Em uma modalidade de exemplo, a interface de proteção de exemplo ou circuito 101 inclui um par de capacitores acoplados de forma capacitiva 106 (C3) e 108 (C4) dispostos em cooperação com os resistores 110 (R5) e 112 (R6). O capacitor 106 (C3) é disposto ao longo da entrada 102 e o capacitor 108 (C4) é disposto ao longo da entrada 104. O resistor 110 (R5) é configurado e disposto para prover um retorno de corrente para os capacitores 106 (C3) e 108 (C4). Em particular, o resistor 110 (R5) acopla de forma comunicativa a entrada 102 à entrada 104. O resistor 112 (R6) é configurado e disposto ao longo da entrada 102 para a limitação ou o controle de outra forma da corrente de entrada recebida através das entradas 102, 104. Em uma outra modalidade, o capacitor 106 (C3) e o capacitor 108 (C4) podem ser omitidos, se um carregamento CC do amplificador não for uma consideração ou preocupação de projeto. Em ainda uma outra modalidade, o capacitor 108 (C4) pode ser removido, onde um fio único para sinalização com uma referência de aterramento comum é utilizado.

[0014] O diodo 114 (D1) acopla de forma comunicativa a entrada 102 à entrada 104 e protege o amplificador operacional (op-amp) 116 (U1A) de uma sobretensão. De modo similar, um diodo 118 (D2) é disposto ao longo da entrada 102 e é configurado para proteger o op-amp 116 (U1A) de uma tensão negativa. Uma topologia de amplificador diferencial pode ser utilizada nesta situação, ao invés do circuito até e incluindo o seguidor de tensão ou amplificador operacional (op-amp)

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116 (U1A). Contudo, com uma das entradas ligada ao aterramento, ainda é tecnicamente um receptor de extremidade única, independentemente de que implementação seja usada.

[0015] O capacitor 120 (C5) acopla de forma comunicativa a entrada 102 à entrada 104 e é configurada para evitar erros para menos de tensão negativa durante a transição de um sinal de entrada CA recebido através da entrada 102 para a entrada 104 de tensão positiva para negativa. O resistor 122 (R7) pode ser disposto em paralelo com o capacitor 120 (C5) e o diodo 114 (D1), e provê, controla e regula um fluxo de corrente a partir da entrada 102 através do diodo 118 (D2) para a entrada 104, desse modo evitando que o diodo 118 (D2) capture o ruído do ambiente, tal como o ruído de linha de potência de 60 Hz dos Estados Unidos. Em outras palavras, o fluxo de corrente menor constante através do diodo 118 (D2) impede que ele capture o ruído do ambiente e uma outra interferência.

[0016] O circuito de detecção de exemplo 100 ainda inclui um detector de pico 124 disposto em comunicação com o op-amp 116 (U1A). O op-amp 116 (topologia de seguidor de tensão) pode ser utilizado como um buffer de tensão, provendo uma saída de impedância baixa à mesma tensão que o sinal limitado da interface de proteção precedente ou circuito 101 ou outro circuito passivo. Se necessário, e se um carregamento da fonte de sinal não for um problema, o módulo ou circuito 100 pode ser implementado sem o buffer de tensão, com a fonte de sinal carregando o capacitor de acumulação 130 (C6) diretamente através de um resistor de limitação de corrente único (não mostrado) desse modo substituindo o resistor 112 (R6) e o resistor 134 (R8).

[0017] O resistor 134 (R8) limita a corrente provida pelo op-amp 116 (U1A). O detector de pico 124 por sua vez utiliza o diodo 126 (D3) para carregamento de um capacitor 130 (C6) para o valor de tensão positiva mais alto de um sinal de entrada 128 recebido a partir do op

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7/9 amp 116 (U1A), enquanto evita uma descarga de tensão ao longo de qualquer outro percurso além do resistor de sangria 132 (R9). A tensão de pico armazenada em buffer ou armazenada juntamente com a combinação de valores de capacitor 130 (C6) e resistor 132 (R9) dispostos em paralelo com cada outro determina a quantidade de tempo que o capacitor 130 (C6) leva para descarregar. Este tempo de descarga também é referido como um atraso de tosse. O resistor de limitação de correspondente (resistor 134 (R8) ou a resistência em série do circuito passivo, se o buffer de tensão for omitido, conforme descrito acima) determinará o tempo de carga do capacitor 130 (C6) e, portanto, ajudará a determinar o tempo de resposta do circuito inteiro (em combinação com as propriedades de op-amp, o valor do capacitor 130 (C6) e as propriedades de gatilho de saída). Alternativamente, outros meios para controle do tempo de descarga podem incluir a utilização de um comutador físico (mecânico) ou eletrônico para reinicialização do detector de pico 124, ao invés de ou além do tempo de descarga ou atraso de tosse.

[0018] O detector de pico 124 ainda inclui um gatilho de Schmitt construído em torno de ou sobre um op-amp 135 (U1C) em cooperação com os resistores 136 (R3) e 138 (R4). O gatilho de Schmitt é essencialmente um circuito comparador que retorna positivo quando a relação dos resistores 136 (R3) e 138 (R4) determina a histerese. O capacitor 137 (C7) pode ser um capacitor de “aceleração” usado para aceleração da velocidade de comutação do op-amp e para se evitarem oscilações indesejadas. O capacitor 137 (C7) pode ser omitido, mas é recomendado quando se usa um gatilho de Schmitt baseado em opamp. A histerese de um gatilho de Schmitt geralmente descreve um par de limites selecionáveis ou ajustáveis. Quando uma entrada para o gatilho de Schmitt está acima de um primeiro limite, o gatilho de Schmitt provê uma saída alta. Quando a entrada para o gatilho de Schmitt

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8/9 está abaixo de um segundo limite, o gatilho de Schmitt mantém o valor ou a magnitude da entrada. Em outras palavras, quando uma entrada para um gatilho de Schmitt não de inversão está acima de um limite alto, o gatilho de Schmitt provê uma saída alta. A saída permanece alta até a entrada para o gatilho de Schmitt cair abaixo do limite baixo. O comportamento de um gatilho de Schmitt de inversão é o mesmo, com exceção de níveis de saída, os quais são baixos para uma entrada alta e altos para uma entrada baixa.

[0019] O gatilho de Schmitt incorporado no detector de pico 124 pode ser um gatilho baixo ativo, tal como um sinal de saída negativo ou um suprimento indica a presença de um sinal de entrada positivo. Um comparador ou circuito alto ativo pode ser utilizado ou substituído, com base no comportamento desejado e na seleção de peças.

[0020] Um buffer de tensão 140 (U1B) protege e evita que o opamp 135 (U1C) interaja com o capacitor 130 (C6). O buffer de tensão 140 (U1B) facilita e/ou simplifica o projeto de circuito geral ao evitar ou proteger contra interações indesejadas com qualquer circuito que se siga. A referência ou saída associada ao op-amp 135 (U1C) é provida ou escalonada pela relação de resistores 142 (R1) e 144 (R2) derivada da tensão de suprimento, enquanto o capacitor 146 (C2) provê um filtro de passa-baixa. Um seguidor de tensão 148 (U1D) armazena em buffer ou armazena de outra forma a referência ou saída associada ao op-amp 135 (U1C). Esta referência pode ser retirada do armazenamento em buffer (com cuidado), não filtrada ou implementada de outra forma, por exemplo, com uma referência de tensão discreta comercial. A saída provida pelo detector de pico 124, “Detect Out”, é alta (próxima da linha de suprimento positivo) para um sinal inativo ou um sinal abaixo de um primeiro limite, e alta (próxima da linha de suprimento negativo) para um sinal ativo ou um sinal acima de um segundo limite.

[0021] A figura 2 ilustra um fluxograma 1200 representativo de um

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9/9 processo de detecção e de determinação de exemplo. No bloco 202, um sinal representativo de uma mudança de corrente ou de tensão, uma corrente se alternando, uma corrente contínua positiva e/ou uma correte contínua negativa pode ser recebido em um circuito de proteção. No bloco 204, o circuito de proteção filtra o sinal utilizando pelo menos um par de diodos configurados para a filtragem de sobretensões e/ou tensões negativas. No bloco 205, a saída é recebida em um detector de pico. No bloco 208, o detector de pico provê uma saída representativa do sinal recebido no estágio de entrada. Dito de uma outra forma, o circuito de saída provê uma saída com base na comparação de uma tensão de referência conhecida com o sinal extraído pelo bloco 206.

[0022] Deve ser entendido que várias mudanças e modificações nas modalidades presentemente preferidas descritas aqui serão evidentes para aqueles versados na técnica. Mudanças e modificações podem incluir, mas não estão limitadas à seleção de peça ou componente, seleção de valores ou características de componente, arranjo preciso e/ou layout, inclusão de um suprimento único ou duplo. Estas mudanças podem ser implementadas para se afetar ou alterar a performance do circuito de exemplo 100. Essas mudanças de modificações podem ser feitas sem que se desvie do espírito e do escopo da presente invenção, e sem diminuição de suas vantagens pretendidas. Portanto, pretende-se que essas mudanças e modificações sejam cobertas pelas concretizações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para detecção de corrente, com um circuito de proteção (101) que compreende, uma entrada de corrente provida através de uma entrada positiva (102) e de uma entrada negativa (104) disposta em paralelo com a entrada positiva (102);

um detector de pico (124) em comunicação com o circuito de proteção, sendo que o detector de pico (124) é configurado para receber uma saída provida pelo amplificador operacional (116), e sendo que o detector de pico (124) é configurado para criar uma saída de detector de pico (124) representativa da entrada de corrente, caracterizado pelo fato de que apresenta, um capacitor de entrada positiva (106) disposto ao longo da entrada positiva (102);

um capacitor de entrada negativa (108) disposto ao longo da entrada negativa (104);

um par de diodos (114, 118) acoplando de forma comunicativa a entrada positiva (102) à entrada negativa (104), sendo que o par de diodos (114, 118) é configurado para proteger um amplificador operacional (116) de uma sobretensão e tensões negativas; e
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o capacitor de entrada positiva (106) e o capacitor de entrada negativa (108) são configurados para proteger o amplificador operacional (116) de uma condição de carregamento CC.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o detector de pico (124) compreende um gatilho de Schmitt.
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o detector de pico (124) compreende um comparador.

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5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o par de diodos (114, 118) inclui um primeiro diodo (114) disposto entre a entrada positiva (102) e a entrada negativa (104) e o segundo diodo (118) é disposto ao longo da entrada positiva (102).