CS216889B1 - Zapojení obvodu pro vyhodnocení překročení napětí - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je zapojení obvodu pro vyhodnocení překročení napětí ve stejnosměrných obvodech nad předem zvolenou mez. Překročení napětí nad předem zvolenou mez je kontrolováno spojitě s možností předvolby meze co do tvaru. Přiváděný napěťový signál je prvním operačním zesilovačem upraven tak, že mění svou amplitudu a polaritu vůči svorce nulového potenciálu. Výstupní signál prvního operačního zesilovače je sčítán se signálem přivedeným z druhé vstupní svorky a k součtu těchto signálů je přičítán signál konstantní úrovně určující základní hladinu, od které se měří přepětí, viz připojený obrázek. Dosažení základní hladiny přepětí se identifikuje komparátorem tvořeným třetím operačním zesilovačem. Velikost skutečné hodnoty přepětí je vedena z výstupu druhého operačního zesilovače ke čtvrtému operačnímu zesilovači, který plní funkci sčítacího komparátoru. Vynález je určen k identifikaci vzniku nedovolených přepětí ve stejnosměrných obvodech, která by mohla poškodit spotřebiče.

Description

(54 Zapojení obvodu pro vyhodnocení překročení napětí

Vynález se týká zapojení obvodu pro vyhodnocení překročení napětí ve stejnosměrných obvodech nad předem zvolenou mez.

Dosavadní reléové nebo elektronické obvody sloužící pro vyhodnocení překročení napětí nad předem zvolenou mez nekontrolují překročení napětí spojitě, ale pouze v jednom nebo několika měřicích bodech. Nezaručují tedy identifikaci přepětí mimo kontrolované body a v aplikacích s požadovanou spojitou kontrolou, například ve spouštěcích zdrojích pro letadla, jsou tyto obvody nedostačující.

Zapojení obvodu podle vynálezu odstraňuje uvedené nevýhody a řeší daný úkol tak, že první operační zesilovač je připojen svým invertujícím vstupem jednak přes antiparalelně zapojené první a druhou ochrannou diodu ke svorce nulového potenciálu a jednak přes první odpor k první vstupní svorce obvodu, svým neinvertujícím vstupem přes čtvrtý odpor ke svorce nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes druhý odpor ke svorce kladného napájecího napětí a jednak přes první kondenzátor ke svorce nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes pátý odpor ke svorce záporného napájecího napětí a jednak přes druhý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu a svým výstupem jednak přes třetí odpor ke svému invertujícímu vstupu a jednak přes šestý odpor ke společnému bodu sedmého a osmého odporu propojeného s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače, kde druhý konec sedmého odporu je připojen ke svorce záporného referenčního napětí a druhý konec osmého odporu je připojen ke druhé vstupní svorce obvodu, druhý operační zesilovač je připojen svým invertujícím vstupem přes antiparalelně zapojené třetí a čtvrtou ochrannou diodu ke svorce nulového potenciálu, svým neinvertujícím vstupem přes jedenáctý odpor ke svorce nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes devátý odpor ke svorce kladného napájecího napětí a jednak přes třetí kondenzátor ke svorce nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes desátý odpor ke svorce záporného napájecího napětí a jednak přes čtvrtý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu a svým výstupem jednak přes paralelní kombinaci dvanáctého odporu a pátého kondenzátoru ke svému invertujícímu vstupu a jednak přes třináctý odpor k neinvertujícímu vstupu třetího operačního zesilovače, třetí operační zesilovač je svým invertujícím vstupem připojen přes čtrnáctý odpor ke svoree nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes patnáctý odpor ke svorce kladného napájecího napětí a jednak přes šestý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes šestnáctý odpor ke svorce záporného napájecího napětí a jednak přes sedmý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu a svým výstupem přes sedmnáctý odpor ke katodě druhé záchytné diody a anodě prví záchytní diody, přičemž katoda druhé záchytné diody je připojena jednak přes devatenáctý odpor k bázi prvního tranzistoru a jednak přes osmnáctý odpor k neinvertujícímu vstupu třetího operačního zesilovače, kde mezi neinvertujícím a invertujícím vstupem tohoto třetího operačního zesilovače jsou antiparalelně zapojeny pátá a šestá ochranná dioda, první tranzistor je svou bází připojen přes dvacátý odpor ke svorce nulového potenciálu a svým kolektorem přes dvacátýprvní odpor k bázi druhého tranzistoru, druhý tranzistor je svou bází připojen přes dvacátýdruhý odpor ke svorce kladného referenčního napětí, svým emitorem přes dvacátýtřetí odpor ke svorce kladného referenčního napětí a svým kolektorem jednak přes dvacátýčtvrtý odpor ke svorce záporného referenčního napětí, jednak přes osmý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu a jednak přes dvacátýpátý odpor k invertujícímu vstupu čtvrtého operačního zesilovače, přičemž čtvrtý operační zesilovač je připojen svým invertujícím vstupem jednak přes antiparalelně zapojené sedmou a osmou ochrannou diodu ke svorce nulového potenciálu a jednak přes dvacátýšestý odpor k výstupu druhého operačního zesilovače, svým neinvertujícím vstupem jednak přes dvacátýsedmý odpor ke katodě čtvrté záchytné diody a jednak přes dvacátýosmý odpor ke svorce nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes dvacátýdevátý odpor ke svorce kladného napájecího napětí a jednak přes devátý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes třicátý odpor ke svorce záporného napájecího napětí a jednak přes desátý kondenzátor ke svorce nulového potenciálu, svým kompensačním vstupem přes jedenáctý kondenzátor a třicátýprvní odpor ke svorce záporného napájecího napětí a svým výstupem jednak přes sériovou kombinaci třicátéhodruhého odporu a dvanáctého kondenzátoru ke kompensačnímu vstupu a jednak přes třicátytřetí odpor a anodě třetí záchytné diody a katodě čtvrté záchytné diody propojených s výstupní svorkou obvodu, kde katody první a třetí záchytné diody jsou propojeny a spojeny se svorkou kladného referenčního napětí a anody druhé a čtvrté záchytné diody jsou propojeny a spojeny se svorkou záporného referenčního napětí.

216 889

Výhodou obvodu podle vynálezu je skutečnost, že překročení napětí nad povolenou mez předem stanovenou je kontrolováno spojitě a dále možnost jednoduché předvolby povolené meze co do tvaru. Zapojení obvodu umožňuje, že předvolené meze přepětí jsou nezávislé na okolních vlivech, například teplotě, napájecím napětí a podobně.

Příklad zapojení obvodu podle vynálezu je zobrazen na připojeném výkresu. První operační zesilovač 14 je zde připojen svým invertujicim vstupem jednak přes antiparalelně zapojené první a druhou ochrannou diodu 10, 11 ke svorce 1 nulového potenciálu a jednak přes první odpor 8 k první vstupní svorce 2 obvodu, svým neinvertujícím vstupem přes čtvrtý odpor 15 ke svorce 1 nulového potenciálu. Kladným napájecím vstupem je první operační zesilovač 14 připojen jednak přes druhý odpor 9 ke svorce 3 kladného napájecího napětí a jednak přes první kondenzátor 12 ke svorce 1 nulového potenciálu, záporným napájecím vstupem je pak připojen jednak přes pátý odpor 17 ke svorce 5 záporného napájecího napětí a jednak přes druhý kondenzátor 16 ke svorce 1 nulového potenciálu. Svým výstupem je první operační zesilovač 14 připojen jednak přes třetí odpor 13 ke svému invertujícímu vtupu a jednak přes šestý odpor 18 ke společnému bodu sedmého a osmého odporu 19, 20 propojeného s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače 23. Druhý konec sedmého odporu 19 je připojen ke svorce 6 záporného referenčního napětí a druhý konec osmého odporu 20 je připojen ke druhé vstupní svorce 2’ obvodu.

Druhý operační zesilovač 23 je připojen svým invertujicim vstupem přes antiparialelně zapojené třetí a čtvrtou ochrannou diodu 21, 22 ke svorce 1 nulového potenciálu, svým neinvertujícím vstupem přes jedenáctý odpor 28 ke svorce 1 nulového potenciálu. Svým kladným napájecím vstupem je druhý operační zesilovač 23 připojen jednak přes devátý odpor 24 ke svorce 3 kladného· napájecího napětí a jednak přes třetí kondenzátor 25 ke svorce 1 nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem je pak připojen jednak přes desátý odpor 26 ke svorce 5 záporného napájecího napětí a jednak přes čtvrtý kondenzátor 27 ke svorce 1 nulového potenciálu. Svým výstupem je druhý operační zesilovač 23 připojen jednak přes paralelní kombinaci dvanáctého odporu 29 a pátého kondenzátorů 30 ke svému invertujícímu vstupu a jednak přes třináctý odpor 31 k neinvertujícímu vstupu třetího operačního zesilovače 35.

Třetí operační zesilovač 35 je svým inver tujícím vstupem připojen přes čtrnáctý odpor 34 ke svorce 1 nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes patnáctý odpor 36 ke svorce 3 kladného napájecího napětí a jednak přes šestý kondenzátor 37 ke svorce 1 nulového potenciálu a svým záporným napájecím vstupem jednak přes šestnáctý odpor 38 ke svorce 5 záporného napájecího napětí a jednak přes sedmý kondenzátor 39 ke svorce 1 nulového potenciálu. Svým výstupem je třetí operační zesilovač 35 připojen přes sedmnáctý odpor 40 ke katodě druhé záchytné diody 43 a anodě první záchytné diody 42. Katoda druhé záchytné diody 43 je připojena jednak přes devatenáctý odpor 44 k bázi prvního tranzistoru 46 a jednak přes osmnáctý odpor 41 k neinvertujícímu vstupu třetího operačního zesilovače 35. Mezi neinvertujícím a invertujicim vstupem tohoto třetího operačního zesilovače 35 jsou antiparalelně zapojeny pátá a šestá ochranná dioda 32, 33.

První tranzistor 46 je svou bází připojen přes dvacátý odpor 45 ke svorce 1 nulového potenciálu a svým emitorem rovněž ke svorce 1 nulového· potenciálu a svým kolektorem přes dvacátýprvní odpor 47 k bázi druhého tranzistoru 49.

Druhý tranzistor 49 je svou bází připojen přes dvacátýdruhý odpor 48 ke svorce 4 kladného referenčního napětí, svým emitorem přes dvacátýtřetí odpor 50 rovněž ke svorce 4 kladného referenčního napětí a svým kolektorem jednak přes dvacátý čtvrtý odpor 52 ke svorce 6 záporného referenčního napětí, jednak přes osmý kondenzátor 51 ke svorce 1 nulového potenciálu a jednak přes dvacátýpátý odpor 53 k invertujícímu vstupu čtvrtého operačního zesilovače 59.

Čtvrtý operační zesilovač 59 je připojen svým invertujicim vstupem jednak přes antiparalelně zapojené sedmou a osmou ochrannou diodu 55, 56 ke svorce 1 nulového potenciálu a jednak přes dvacátýšestý odpor 54 k výstupu druhého operačního zesilovače 23, svým neinvertujícím vstupem jednak přes dvacátýsedmý odpor 57 ke katodě čtvrté záchytné diody 70 a jednak přes dvacátýosmý odpor 58 ke svorce 1 nulového potenciálu. Svým kladným napájecím vstupem je připojen jednak přes dvacátýdevátý odpor 60 ke svorce 3 kladného napájecího napětí a jednak přes devátý kondenzátor 61 ke svorce 1 nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes třicátý odpor 62 ke svorce 5 záporného napájecího napětí a jednak přes desátý kondenzátor 63 ke svorce 1 nulového potenciálu. Svým kompensačním vstupem je čtvrtý operační zesilovač 59 připojen přes jedenáctý kondenzátor 65 a třicátýprvní odpor 64 ke svorce 5 záporného napájecího napětí a svým výstupem jednak přes sériovou kombinaci třicátého druhého odporu 67 a dvanáctého kondenzátorů 66 ke kompenzačnímu vstupu a jednak přes třicátýtřetí odpor 68 k anodě třetí záchytné diody 69 a katodě čtvrté záchytné diody 70 propojených s výstupní svorkou 7 obvodu. Katody první a třetí záchytné diody 42, 69 jsou propojeny

216 889 a spojeny se svorkou 4 kladného referenčního napětí a anody druhé a čtvrté záchytné diody 43, 70 jsou propojeny a spojeny se svorkou 6 záporného referenčního napětí.

Funkce obvodu podle vynálezu je následující. Měřené napětí je přiváděno na první a druhou vstupní svorku 2, 2’, přitom na druhé vstupní svorce 2’ je napětí vždy kladnější než na první vstupní svorce 2 obvodu. Napěťový signál z první vstupní svorky 2 obvodu je prvním operačním zesilovačem 14 upraven tak, že mění polaritu vůči svorce 1 nulového potenciálu a amplitudu. Ochranné diody 10, 11 (první a druhá ochranná dioda) chrání invertující vstup prvního operačního zesilovače 14 proti napěťovému přetížení, odpory a kondenzátory 9, 17, 12, 16 v jeho napájecích větvích filtrují napájecí napětí. Pomocí prvního odporu 8 a třetího odporu 13 je vhodně upravováno zesílení prvního operačního zesilovače 14, čtvrtý odpor 15 pak symetrizuje impedance na obou vstupech tohoto prvního operačního zesilovače 14. Výstupní signál prvního operačního zesilovače 14 je veden pres šestý odpor 18 a je sčítán se signálem přivedeným z druhé vstupní svorky 2’ obvodu přes osmý odpor 20. K součtu těchto signálů je přičítán signál konstantní úrovně ze svorky 8 záporného referenčního napětí přes sedmý odpor 19, který určuje základní hladinu, od které se měří předpětí, přičemž výsledek je přiváděn na invertující vstup druhého operačního zesilovače 23 (včetně zpětnovazebního singálu z výstupu druhého operačního zesilovače 23 přes dvanáctý odpor 29 a pátý kondenzátor 30). Druhý operační zesilovač 23 má svůj invertující vstup chráněn napěťově třetí a čtvrtou ochrannou diodou 21, 22, jedenáctý odpor 28 je symetrizační, odpory a kondenzátory 24, 26, 25 a 27 v napájecích větvích filtrují napájecí napětí.

Dosažení základní hladiny přepětí se identifikuje komparátorem, tvořeným třetím operátorem, tvořeným třetím operačním zesilovačem 35, kdy napěťový signál za sedmnáctým odporem 40 úrovně logické nuly znamená dosažení této základní hladiny přepětí. Hystereze tohoto komparátoru je dána poměrem odporů 41, 31, čtrnáctý odpor 34 je symetrizační. Vstupy komparátoru jsou napěťově chráněny pátou a šestou ochrannou diodou 32, 33, odpory a kondenzátory v napájecích větvích komparátoru 38, 37, 38 a 39 filtrují napájecí napětí. Sedmnáctý odpor 40 chrání výstup třetího operačního zesilovače 35 proti proudovému přetížení. Rozkmit třetího operačního zesilovače 35 je definován první a druhou záchytnou diodou 42, 43 připojenými ke zdroji referenčního napětí na svorkách 4, 6 obvodu.

Osmý kondenzátor 51, na kterém se pomocí odporu 52 definuje tvar povoleného přepětí, je při logickém signálu 1 na výstupu třetího operačního zesilovače 35 za odporem 40 (který odpovídá stavu bez přepětí) nabit přes druhý tranzistor 49 a odpor 50 na referenční napětí svorky 4 kladného referenčního napětí. Druhý tranzistor 49 je saturován pomocí zesilovače tvořeného prvním tranzistorem 46 a odpory 47 a 44. Odpory 45 a 48 definují klidový proud uvedených tranzistorů 46 a 49.

Při dosaženi základní hladiny povoleného přepětí, kdy signál za odporem 40 má velikost logické nuly, se tranzistory 46 a 49 uzavřou a kondenzátor 51 je vybíjen odporem 52. Velikost skutečné hodnoty přepětí je vedena z výstupu druhého operačního zesilovače 23 přes odpor 54 na invertující vstup čtvrtého operačního zesilovače 59, kam je rovněž přiváděna velikost povoleného tvaru přepětí přes odpor 53. Čtvrtý zesilovač 59 plní funkci sčítacího komparátoru. Je-li signál skutečné hodnoty přepětí z výstupu druhého operačního zesilovače 23 větší než signál povoleného tvaru přepětí z kondenzátorů 51, je na výstupu komparátoru tvořeného čtvrtým operačním zesilovačem 59 za odporem 68 na výstupní svorce 7 obvodu přítomen signál o velikosti logické jedničky. Hysterese uvedeného komparátoru je definována poměrem odporů 57 a 58. Ochranné diody 55, 56 chrání invertující vstup čtvrtého operačního zesilovače 59 před napěťovým přetížením, odpory a kondenzátory 60, 61, 62 a 63 tvoří filtry napájecího napětí uvedeného operačního zesilovače. Odpory 64, 67 a kondenzátory 65, 66 upravují frekvenční přenos čtvrtého operačního zesilovače 59 a odpor 68 pak chrání jeho výstup před proudovým přetížením. Záchytné diody 69, 70 definují napěťový rozkmit čtvrtého operačního zesilovače 59 za odporem 68. Termín operační zesilovač v popisu uváděný zahrnuje samozřejmě i příslušné prvky upravující jeho frekvenční přenos, i když nejsou podrobně specifikovány.

Zapojení obvodu podle vynálezu je určeno pro takové aplikace, kde je zapotřebí identifikovat vznik nedovolených přepětí ve stejnosměrných obvodech, která by mohla poškodit spotřebiče. Jedná se zejména o ochranu spotřebičů napájených usměrňovači řízenými nebo neřízenými s vyhlazovacími filtry, například automobilů a letadel.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení obvodu pro vyhodnocení překročení napětí ve stejnosměrných obvodech nad předem zvolenou mez, obsahujíc! operační zesilovače, vyznačující se tím, že první operační zesilovač (14) je připojen svým invertujícím vstupem jednak přes antiparalelně zapojené první a druhou ochrannou diodu (10, 11) ke svorce (1) nulového potenciálu a jednak přes první odpor (8) k první vstupní svorce (2) obvodu, svým neinvertujícím vstupem přes čtvrtý odpor (15) ke svorce (1) nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes druhý odpor (9) ke svorce (3) kladného napájecího napětí a jednak přes první kondenzátor (12) ke svorce (1) nulového potenciálu, Svým záporným napájecím vstupem jednak přes pátý odpor (17) ke svorce (5) záporného napájecího napětí a jednak přes druhý kondenzátor (16) ke svorce (1) nulového potenciálu a svým výstupem jednak přes třetí odpor (13) ke svému invertujícímu vstupu a jednak přes šestý odpor (18) ke společnému hodu sedmého a osmého odporu (19,

   20) propojeného s invertujícím vstupem druhého operačního zesilovače (23), kde druhý konec sedmého odporu (19) je připojen ke svorce (6) záporného referenčního napětí a druhý konec osmého odporu (20) je připojen ke druhé vstupní svorce (2’j obvodu, druhý operační zesilovač (23) je připojen svým invertujícím vstupem přes antiparalalně zapojené třetí a čtvrtou ochrannou diodu (21, 22] ke svorce (1) nulového potenciálu, svým neinvertujícím vstupem přes jedenáctý odpor (28) ke svorce (1) nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes devátý odpor (24) ke svorce (3) kladného napájecího napětí a jednak přes třetí kondenzátor) (25] ke svorce (1) nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes desátý odpor (26) ke svorce (5) záporného napájecího napětí a jednak přes čtvrtý kondenzátor (27) ke svorce (lj nulového potenciálu a svým výstupem jednak přes paralelní kombinaci dvanáctého odporu (29) a pátého kondenzátoru (30) ke svému invertujícímu vstupu a jednak přes třináctý odpor (31) k neinvertu jícímu vstupu třetího operačního zesilovače (35), třetí operační zesilovač (35) je svým invertujícím vstupem připojen přes čtrnáctý odpor (34) ke svorce (1) nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes patnáctý odpor (36) ke svorce (3) kladného napájecího napětí a jednak přes šestý kondenzátor (37) ke svorce (1) nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes šestnáctý odpor (38) ke svorce (5) záporného napájecího napětí a jednak přes sedmý kondenzátor (39) ke svorce (1) nulového· potenciálu a svým výstupem přes sedmnáctý odpor (40) ke katodě druhé zá8 chytné diody (43) a anodě první záchytné diody (42), přičemž katoda druhé záchytné diody (43) je připojena jednak přes devatenáctý odpor (44) k bázi prvního tranzistoru (46) a jednak pres osmnáctý odpor (41) k neinvertu jícímu vstupu třetího operačního zesilovače (35), kde mezi neinvertujícím a invertujícím vstupem tohoto třetího operačního zesilovače (35) jsou antiparalelně zapojeny pátá a šestá ochranná dioda (32, 33), první tranzistor (46) je svou bází připojen přes dvanáctý odpor (45) ke svorce (1) nulového potenciálu, svým emltorem ke svorce (1) nulového potenciálu a svým kolektorem přes dvacátýprvní odpor (47) k bázi druhého tranzistoru (49), druhý tranzistor (49) je svou bází připojen přes dvacátýdruhý odpor (48) ke svorce (4) kladného referenčního napětí, svým emitorem přes dvacátýtřetí odpor (50) ke svorce (4) kladného referenčního napětí a svým kolektorem jednak přes dvacátýčtvrtý odpor (52) ke svorce (6) záporného referenčního napětí, jednak přes osmý kondenzátor (51) ke svorce (1) nulového potenciálu a jednak přes dvacátýpátý odpor (53) k invertujícímu vstupu čtvrtého operačního zesilovače (59), přičemž čtvrtý operační zesilovač (59) je připojen svým invertujícím vstupem jednak přes antiparalelně zapojené sedmou a osmou ochrannou diodu (55, 56) ke svorce (1) nulového potenciálu a jednak přes dvacátýšestý odpor (54) k výstupu druhého operačního zesilovače (23), svým neinvertujícím vstupem jednak přes dvacátýsedmý odpor (57) ke katodě čtvrté záchytné diody (70) a jednak přes dvacátýosmý odpor (58) ke svorce (lj nulového potenciálu, svým kladným napájecím vstupem jednak přes dvacátýdevátý odpor (60) ke svorce (3) kladného napájecího napětí a jednak přes devátý kondenzátor (61) ke svorce (lj nulového potenciálu, svým záporným napájecím vstupem jednak přes třicátý odpor (62) ke svorce (5) záporného napájecího napětí a jednak přes desátý kondenzátor (63) ke svorce (1) nulového potenciálu, svým kompensačním vstupem pres jedenáctý kondenzátor (65) a třicátýprvní odpor (64) ke svorce (5) záporného napájecího napětí a svým výstupem jednak přes sériovou kombinaci třicátéhodruhého odporu (67) a dvanáctého kondenzátoru (66) ke kompensačnímu vstupu a jednak přes třicátýtřetí odpor (68) k anodě třetí záchytné diody (69) a katodě čtvrté záchytné diody (70) propojených s výstupní svorkou (7) obvodu, kde katody první a třetí záchytné diody (42, 69} jsou spojeny a propojeny se svorkou (4) kladného referenčního napětí a anody druhé a čtvrté záchytné diody (43, 70) jsou spojeny a propojeny se svorkou (6) záporného referenčního napětí.