RU2074396C1 - High-speed converter of alternating voltage to digital deviation code - Google Patents
High-speed converter of alternating voltage to digital deviation code Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074396C1 RU2074396C1 SU5056631/09A SU5056631A RU2074396C1 RU 2074396 C1 RU2074396 C1 RU 2074396C1 SU 5056631/09 A SU5056631/09 A SU 5056631/09A SU 5056631 A SU5056631 A SU 5056631A RU 2074396 C1 RU2074396 C1 RU 2074396C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- outputs
- information
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрических измерений и может использоваться в качестве быстродействующего датчика кода отклонения действующего значения входного напряжения от его номинального значения при построении информационно-измерительных, а также регулирующих систем. The invention relates to the field of electrical measurements and can be used as a high-speed sensor code deviation of the effective value of the input voltage from its nominal value when building information-measuring, as well as regulatory systems.
Известен быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное [1] содержащий трансформатор, двухполупериодный выпрямительный диодный мост, резистивный делитель напряжения, сглаживающий конденсатор, повторитель напряжения, усилитель переменной составляющей напряжения, сумматор напряжений, источник напряжения смещения. Known high-speed AC to DC converter [1] containing a transformer, a half-wave rectifier diode bridge, a resistive voltage divider, a smoothing capacitor, a voltage follower, an alternating voltage component amplifier, a voltage combiner, a bias voltage source.
Недостатками аналога является низкое быстродействие (из-за инерционности усилителя переменной составляющей напряжения, выполненного на базе операционного усилителя постоянного тока с разделительным конденсатором на входе), а также высокий уровень пульсаций выходного напряжения преобразователя. The disadvantages of the analogue are the low speed (due to the inertia of the amplifier of the variable voltage component, made on the basis of an operational DC amplifier with an isolation capacitor at the input), as well as a high level of ripple of the output voltage of the converter.
Известен также преобразователь амплитуды переменного напряжения в постоянное [2] содержащий фазоинвертор, диодно-емкостные запоминающие ячейки, коммутаторы, диодный элемент ИЛИ, сумматор, компараторы, формирователи. Also known is an AC to DC amplitude converter [2] comprising a phase inverter, diode-capacitive storage cells, switches, an OR diode element, an adder, comparators, shapers.
Недостатками преобразователя являются: а) низкая точность, обусловленная наличием фазоинвертора, который вносит погрешность из-за различных параметров полуобмоток; б) неодинаковая длительность ступенек выходного напряжения преобразователя, формирующихся после окончания каждого очередного полупериода сетевого напряжения (проявляется при переходных процессах преобразователя и обусловлен изменяющимся опорным напряжением компараторов, подающимся на их входы с выхода устройства) этот недостаток затрудняет синхронизацию преобразователя с последующими блоками систем и устройств, в которые входит преобразователь, а иногда вносит дополнительную погрешность в работу всей системы в целом; в) высокий уровень пульсаций (из-за большого разрядного тока диодно-емкостных запоминающих ячеек через входное сопротивление сумматора). The disadvantages of the converter are: a) low accuracy due to the presence of a phase inverter, which introduces an error due to various parameters of the semi-windings; b) the uneven duration of the steps of the output voltage of the converter, formed after the end of each next half-cycle of the mains voltage (manifests itself during transient processes of the converter and is caused by the changing reference voltage of the comparators supplied to their inputs from the output of the device), this drawback makes it difficult to synchronize the converter with subsequent blocks of systems and devices, which includes the converter, and sometimes introduces an additional error in the operation of the entire system as a whole; c) a high level of ripple (due to the large discharge current of the diode-capacitive storage cells through the input resistance of the adder).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное [3] содержащий понижающий трансформатор, фильтр низких частот, инвертор, нуль-орган, аналоговые ключи, формирователи, амплитудные пиковые детекторы, сумматор со сглаживанием, источник опорного напряжения. The closest technical solution to the proposed one is a high-speed AC to DC converter [3] containing a step-down transformer, a low-pass filter, an inverter, a zero-organ, analog switches, drivers, amplitude peak detectors, an adder with smoothing, a voltage reference source.
Недостатками преобразователя являются:
а) низкая точность, обусловленная несколькими причинами:
во-первых, необходимостью идентификации выходных сигналов двух каналов преобразователя;
во-вторых, зависимостью абсолютной погрешности (вносимой амплитудными пиковыми детекторами) от уровня входного напряжения преобразователя, величина которой определяется постоянной времени разряда запоминающего конденсатора амплитудного пикового детектора, которая определяется входными токами операционных усилителей, обратными токами диодов и свойствами самого запоминающего конденсатора (см. фиг.1);
в-третьих, низким быстродействием, обусловленным наличием на выходе преобразователя инерционного звена;
в-четвертых, малым предельно-допустимым значением амплитуды сигнала на входе (и выходе) амплитудного пикового детектора (около 1,5 В), при котором сохраняется его работоспособность;
б) необходимость переключения вручную диапазона измерения при различных уровнях входного сетевого напряжения;
в) невозможность непосредственного подключения преобразователя к интерфейсу вычислительных систем (так как на выходе преобразователя формируется аналоговый сигнал).The disadvantages of the Converter are:
a) low accuracy due to several reasons:
firstly, the need to identify the output signals of the two channels of the converter;
secondly, the dependence of the absolute error (introduced by the amplitude peak detectors) on the input voltage level of the converter, the value of which is determined by the discharge time constant of the amplitude peak detector capacitor, which is determined by the input currents of the operational amplifiers, the reverse currents of the diodes, and the properties of the storage capacitor itself (see Fig. .1);
thirdly, low speed due to the presence of an inertial link at the output of the converter;
fourthly, a small maximum permissible value of the signal amplitude at the input (and output) of the amplitude peak detector (about 1.5 V), at which its operability is maintained;
b) the need to manually switch the measuring range at various levels of the input mains voltage;
c) the impossibility of directly connecting the converter to the interface of computing systems (since an analog signal is generated at the converter output).
Технические задачи, решаемые изобретением:
а) повышение точности измерения исследуемого сигнала;
б) повышение удобства в эксплуатации устройства.Technical problems solved by the invention:
a) improving the accuracy of the measurement of the investigated signal;
b) improving the usability of the device.
Указанные технические задачи решаются благодаря тому, что в быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий понижающий трансформатор, выводы первичной обмотки которого соединены с входными клеммами устройства, первый вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с общей шинойустройства, а второй вывод обмотки соединен с входом фильтра низших частот, выход которого соединен с входами первого инвертора и нуль-органа, выход которого соединен с прямым входом первого и инверсным входом второго формирователей короткого импульса, первый и второй аналоговые ключи, дополнительно введены элемент И, элемент И-НЕ, третий, четвертый, пятый и шестой формирователи короткого импульса, первый и второй регистры сдвига, цифровой компаратор, первый, второй и третий аналоговые компараторы, блок преобразования кода, аналого-цифровой преобразователь, блок выборки-хранения, идеальный выпрямитель, генератор прямоугольных импульсов, первый, второй и третий счетчики импульсов, первый и второй триггеры, второй инвертор, первый, второй и третий светодиоды, первый, второй и третий балластные резисторы, первый, второй, третий элементы НЕ с открытыми коллекторными выходами, дешифратор, резистивный делитель напряжения, сглаживающий конденсатор, диод, анод которого подключен к выходу фильтра низших частот, а катод соединен с объединенными неинвертирующими входами первого, второго и третьего аналоговых компараторов и через сглаживающий конденсатор с общей шиной устройства, инвертирующие входы первого, второго и третьего аналоговых компараторов подключены соответственно к выходам резистивного делителя, вывод первого резистора которого подключен к шине источника опорного напряжения, а вывод последнего резистора соединен с общей шиной устройства, выходы первого, второго и третьего аналоговых компараторов соединены соответственно с входами дешифратора, выходы которого соединены соответственно со входами элементов НЕ, открытые коллекторные выходы которых через соответствующие последовательно соединенные балластные резисторы и светодиоды соединены с шиной источника опорного напряжения,выход первого инвертора соединен с информационным входом второго аналогового ключа и входом второго инвертора, выход которого соединен с информационным входом первого аналогового ключа, выход которого объединен с выходом второго аналогового ключа и соединен со входом идеального выпрямителя, выход которого соединен с информационным входом блока выборки-хранения, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с первой группой информационных входов цифрового компаратора и информационными входами первого регистра сдвига, информационные выходы которого соединены с информационными входами второго регистра сдвига и второй группой информационных входов цифрового компаратора, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом разрешения записи первого регистра сдвига, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и со счетными входами второго, третьего и первого счетчиков импульсов, инверсный выход переноса последнего из которых соединен с входом установки единицы первого триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом блока выборки-хранения, а инверсный выход с входом установки нуля второго счетчика импульсов, инверсный выход переноса которого соединен с входом установки нуля первого триггера и с входом установки единицы второго триггера, прямой выход которого соединен с выходом запуска аналого-цифрового преобразователя, последовательный выход которого соединен с входом третьего формирователя коротких импульсов, инверсный выход которого соединен со входом четвертого формирователя короткихимпульсов, прямой выход которого соединен со вторым входом элемента И, инверсный выход второго триггера соединен с входом установки нуля третьего счетчика импульсов, инверсный выход переноса которого соединен с входом установки нуля второго триггера, инверсные выходы первого и второго формирователей короткого импульса соединены с соответствующими входами элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом сброса данных первого регистра сдвига и с входом пятого формирователя короткого импульса, прямой выход которого соединен с инверсным входом шестого формирователя короткого импульса, прямой выход которого соединен с входом разрешения записи второго регистра сдвига, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока преобразования кода, информационные выходы которого являются выходной кодовой шиной устройства; в первом варианте выполнения блок преобразования кода содержит блок постоянной памяти, информационные входы которого являются информационными входами блока преобразования кода, а информационные выходы блока постоянной памяти являются информационными выходами блока преобразования кода; во втором варианте выполнения блок преобразования кода содержит блок вычитания, входы уменьшаемого которого являются информационными входами блока преобразования кода, а входы вычитаемого подключены к выходам блока задания кода номинального напряжения, выходы блока вычитания являются информационными выходами блока преобразования кода. These technical problems are solved due to the fact that a high-speed AC to DC converter containing a step-down transformer, the primary winding of which is connected to the input terminals of the device, the first output of the secondary winding of the transformer is connected to the common device bus, and the second output of the winding is connected to the input of the low-pass filter the output of which is connected to the inputs of the first inverter and the zero-organ, the output of which is connected to the direct input of the first and inverse input of the second form short pulse generators, the first and second analog keys, the element And, the AND element, the third, fourth, fifth and sixth pulse shapers, the first and second shift registers, the digital comparator, the first, second and third analog comparators, the conversion unit are additionally introduced code, analog-to-digital converter, sample-storage unit, ideal rectifier, square-wave pulse generator, first, second and third pulse counters, first and second triggers, second inverter, first, second and third LEDs, p the first, second and third ballast resistors, the first, second, third elements NOT with open collector outputs, a decoder, a resistive voltage divider, a smoothing capacitor, a diode, the anode of which is connected to the output of the low-pass filter, and the cathode is connected to the combined non-inverting inputs of the first, second and the third analog comparators and through a smoothing capacitor with a common device bus, the inverting inputs of the first, second and third analog comparators are connected respectively to the outputs of the resistive a divider, the output of the first resistor of which is connected to the bus of the reference voltage source, and the output of the last resistor is connected to the common bus of the device, the outputs of the first, second and third analog comparators are connected respectively to the inputs of the decoder, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the elements NOT, the open collector outputs of which through the corresponding series-connected ballast resistors and LEDs are connected to the bus of the reference voltage source, the output of the first inverter is connected to the formation input of the second analog key and the input of the second inverter, the output of which is connected to the information input of the first analog key, the output of which is combined with the output of the second analog key and connected to the input of an ideal rectifier, the output of which is connected to the information input of the sample-storage unit, the output of which is connected to information input of an analog-to-digital converter, information outputs of which are connected to the first group of information inputs of the digital comparator and information input the first shift register, the information outputs of which are connected to the information inputs of the second shift register and the second group of information inputs of the digital comparator, the output of which is connected to the first input of the And element, the output of which is connected to the write enable input of the first shift register, the first and second outputs of the decoder are connected, respectively with control inputs of the first and second analog keys, the output of the rectangular pulse generator is connected to the clock input of the analog-to-digital converter and counting inputs of the second, third and first pulse counters, the inverse transfer output of the last of which is connected to the unit installation input of the first trigger, the direct output of which is connected to the control input of the sampling-storage unit, and the inverse output with the zero setting input of the second pulse counter, inverse transfer output which is connected to the input of the zero setting of the first trigger and to the installation input of the unit of the second trigger, the direct output of which is connected to the start output of the analog-to-digital converter, whose output is connected to the input of the third short-pulse generator, the inverse output of which is connected to the input of the fourth short-pulse generator, the direct output of which is connected to the second input of the And element, the inverse output of the second trigger is connected to the zero-setting input of the third pulse counter, whose inverse transfer output is connected to the input of the zeroing of the second trigger, the inverse outputs of the first and second shapers of the short pulse are connected to the corresponding inputs of the element AND NOT output One of which is connected to the data input of the first shift register and to the input of the fifth short pulse shaper, the direct output of which is connected to the inverse input of the sixth short pulse shaper, the direct output of which is connected to the write enable input of the second shift register, the information outputs of which are connected to the information inputs of the block code conversion, the information outputs of which are the output code bus of the device; in the first embodiment, the code conversion unit comprises a read-only memory unit, the information inputs of which are information inputs of the code conversion unit, and the information outputs of the read-only memory unit are information outputs of the code conversion unit; in the second embodiment, the code conversion unit contains a subtraction unit, the inputs of which are reduced are the information inputs of the code conversion unit, and the inputs of the subtracted are connected to the outputs of the nominal voltage code setting unit, the outputs of the subtraction block are information outputs of the code conversion unit.
Существенные отличия предлагаемого технического решения новая структура (одноканальная вместо двухканальной, используемой ранее), обеспечивающая реализацию нового более эффективного алгоритма обработки информации, и использование в схеме преобразователя новых элементов, а также практически полное обновлениесвязей между всеми элементами преобразователя:
1) группы элементов, включающей диод, сглаживающий конденсатор, первый, второй и третий аналоговые компараторы, дешифратор, резистивный делитель напряжения, второй инвертор, первый, второй и третий элементы НЕ с открытыми коллекторными выходами, первый, второй и третий балластные резисторы, первый, второй и третий светодиоды, которые позволяют реализовать блок автоматической подстройки диапазона измерения;
2) группы элементов, включающий генератор прямоугольных импульсов, первый, второй и третий счетчики, первый и второй триггеры образующие в совокупности блок управления и синхронизации:
3) группы элементов, включающей идеальный выпрямитель, блок выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, числовой компаратор, первый и второй регистры сдвига, третий, четвертый, пятый и шестой формирователи короткого импульса, элемент И-НЕ, элемент И, блок постоянной памяти, которые образуют основной блок преобразователя, обеспечивающий реализацию нового алгоритма обработки информации.Significant differences of the proposed technical solution is a new structure (single-channel instead of the two-channel used earlier), which provides the implementation of a new, more efficient information processing algorithm, and the use of new elements in the converter circuit, as well as an almost complete update of communications between all elements of the converter:
1) a group of elements, including a diode, a smoothing capacitor, the first, second and third analog comparators, a decoder, a resistive voltage divider, a second inverter, the first, second and third elements NOT with open collector outputs, the first, second and third ballast resistors, the first, second and third LEDs, which allow you to implement a block automatically adjusting the measuring range;
2) groups of elements, including a rectangular pulse generator, first, second and third counters, first and second triggers, which together form a control and synchronization unit:
3) a group of elements, including an ideal rectifier, a sampling-storage unit, an analog-to-digital converter, a numerical comparator, the first and second shift registers, the third, fourth, fifth and sixth short-pulse shapers, an AND-NOT element, an AND element, a read-only memory block , which form the main unit of the converter, providing the implementation of a new information processing algorithm.
Эти существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта, а именно:
1) повышение точности:
а) в связи с отсутствием необходимости в идентификации двух каналов - теперь канал один;
б) в связи с исключением из схемы преобразователя амплитудных детекторов, имеющих большую абсолютную погрешность (зависящую от уровня входного напряжения преобразователя) и малое допустимое входное напряжение (около 1,5 В);
в) в связи с исключением из схемы преобразователя инерционного звена;
2) повышение удобства в эксплуатации:
а) в связи с автоматическим выбором преобразователем диапазона измерения;
б) в связи с получением на выходе преобразователя кода отклонения входного напряжения от номинального уровня, что исключает необходимость предварительной настройки и дополнительных переключений перед началом измерений, а также исключает необходимость проведения предварительных пробных замеров.These significant differences ensure the achievement of a positive effect, namely:
1) increased accuracy:
a) due to the lack of need for identification of two channels - now there is one channel;
b) due to the exclusion from the converter circuit of amplitude detectors having a large absolute error (depending on the level of the input voltage of the converter) and a small permissible input voltage (about 1.5 V);
c) in connection with the exclusion of the inertial link converter from the circuit;
2) improving ease of use:
a) in connection with the automatic selection of the measuring range by the transducer;
b) in connection with the receipt of a code output deviation of the input voltage deviation from the nominal level, which eliminates the need for presetting and additional switching before starting measurements, and also eliminates the need for preliminary test measurements.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.2 представлена схема преобразователя, на фиг.3 приведены графики изменения напряжения на его элементах, а на фиг.4 и 5 изображены два варианта реализации блока преобразования кода. The invention is illustrated in the drawing, where Fig. 2 shows a diagram of a converter, Fig. 3 shows plots of voltage variation on its elements, and Figs. 4 and 5 show two embodiments of a code conversion unit.
Схема преобразователя (фиг.2) содержит понижающий трансформатор 1, выводы первичной обмотки которого соединены с входными клеммами устройства, первый вывод вторичной обмотки трансформатора 1 соединен с общей шиной устройства, а второй вывод обмотки соединен с входом фильтра 2 низших частот (ФНЧ), выход которого соединен с входами нуль-органа 3, первого инвертора 4 и с анодом диода 5, катод которого соединен через сглаживающий конденсатор 6 с общей шиной устройства, а также с объединенными неинвертирующими входами первого 7, второго 8 и третьего 9 аналоговых компараторов, инвертирующие входы которых подключены соответственно к выходам резистивного делителя, состоящего из резисторов 10 13, причем вывод первого резистора 10 подключен к шине источника опорного напряжения, а вывод последнего резистора 13 соединен с общей шиной устройства, выходы первого 7, второго 8 и третьего 9 аналоговых компараторов соединены соответственно с входами шифратора 14, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого 15 и второго16 аналоговых ключей, выходы дешифратора 14 соединены также соответственно со входами первого 17, второго 18 и третьего 19 элементов НЕ, открытые коллекторные выходы которых через соответствующие последовательно соединенные первый 20, второй 21 и третий 22 балластные резисторы и первый 23, второй 24 и третий 25 светодиоды соединены с шиной источника опорного напряжения, выход первого инвертора 4 соединен с информационным входом второго аналогового ключа 16 и входом второго инвертора 26, выход которого соединен с информационным входом первого аналогового ключа 15, выход которого объединен с выходом второго аналогового ключа 16 и соединен со входом идеального выпрямителя 27, выход которого соединен с информационным входом блока 28 выборки-хранения (БВХ), выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 29, последовательный выход которого соединен с входом третьего формирователя 30 коротких импульсов, инверсный выход которого соединен с входом четвертого формирователя 31 коротких импульсов, прямой выход которого соединен со вторым входом элемента И 32, выход которого соединен с входом разрешения записи первого регистра 33 сдвига, информационные выходы которого соединены с информационными входами второго регистра 34 сдвига и второй группой информационных входов цифрового компаратора (ЦК) 35, выход которого соединен с первым входом элемента И, информационные выходы АЦП 29 соединены с первой группой информационных входов ЦК 35 и информационными входами первого регистра 33 сдвига, информационные выходы которого соединены с информационными входами второго регистра 34 сдвига и второй группой информационных входов ЦК 35, выход которого соединен с первым входом элемента И 32, информационные выходы второго регистра 34 соединены с информационными входамиблока 36 преобразования кода (БПК), информационные выходы которого являются выходной кодовой шиной устройства, инверсные выходы первого 37 и второго 38 формирователей короткого импульса соединены с соответствующим входами элемента И-НЕ 39, выход которого соединен с входом сброса данных первого регистра 33 сдвига и с входом пятого формирователя 40 короткого импульса, прямой выход которого соединен с инверсным входом шестого формирователя 41 короткого импульса, прямой выход которого соединен с входом разрешения записи второго регистра 34 сдвига, выход генератора 42 прямоугольных импульсов (ГПИ) соединен с тактовым входом ВЦА 29 и со счетными входами первого 43, второго 44 и третьего 45 счетчиков импульсов, инверсный выход переноса первого счетчика 43 соединен с входом установки единицы первого триггера 46, прямой выход которого соединен с управляющим входом БВХ 28, а инверсный выход с входом установки нуля второго счетчика 44 импульсов, инверсный выход переноса которого соединен с входом установки нуля первого триггера 46 и с входом установки единицы второго триггера 47, прямой выход которого соединен с входом запуска АЦП 29, инверсный выход второго триггера 47 соединен с входом установки нуля третьего счетчика 45 импульсов, инверсный выход переноса которого соединен с входом установки нуля второго триггера 47. The converter circuit (Fig. 2) contains a step-down transformer 1, the terminals of the primary winding of which are connected to the input terminals of the device, the first terminal of the secondary winding of the transformer 1 is connected to the common bus of the device, and the second terminal of the winding is connected to the input of the low-pass filter 2 (LPF), output which is connected to the inputs of the zero-
В первом варианте выполнения блок 36 преобразования кода (см. фиг.4) блок 48 постоянной памяти (БПП), информационные входы которого являются информационными входами БПК 36, а информационные выходы БПП 48 являются информационными выходами БПК 36. In the first embodiment, the code conversion unit 36 (see FIG. 4) is a read-only memory (WFP)
Во втором варианте выполнения блок 36 преобразования кода (см. фиг.5) содержит блок 49 вычитания (БВ), входы уменьшаемого которого являются информационными входами БПК 36, а входы вычитаемогоподключены к выходам блока 50 задания кода номинального напряжения (БЗКНН), выходы БВ 49 являются информационными выходами БПК 36. In the second embodiment, the code conversion unit 36 (see FIG. 5) contains a subtraction unit (BV) 49, the inputs of which are reduced are the information inputs of the
Старший разряд информационных выходов преобразователя используется в качестве знакового разряда, а группа младших разрядов информационных выходов преобразователя используется для получения двоичного кода модуля разности текущего значения напряжения и его номинального значения. The high-order bit of the converter information outputs is used as a sign bit, and the group of the least significant bits of the converter information outputs is used to obtain the binary code of the difference module of the current voltage value and its nominal value.
Преобразователь можно разделить на два функциональных блока: блок автоматического выбора диапазона измерения напряжения А и блок аналого-цифрового преобразования В (фиг.2). The Converter can be divided into two functional blocks: the block automatically selects the measuring range of voltage A and the block of analog-to-digital conversion B (figure 2).
Блок автоматического выбора диапазона измерения А включает диод 5, конденсатор 6, резистивный делитель, состоящий из резисторов 10 13, аналоговые компараторы 7 9, дешифратор 14, элементы НЕ 17 19 с открытыми коллекторными выходами, балластные резисторы 20 22, светодиоды 23 25, инверторы 4 и 26, аналоговые ключи 15 и 16. Блок автоматического выбора диапазона измерения А осуществляет: а) автоматический выбор диапазона измерения, б) индикацию значения номинального напряжения в контролируемой сети, в) функцию защиты измерительной части преобразователя от перенапряжения в сети. The unit for automatic selection of the measuring range A includes a
Блок автоматического выбора диапазона измерения А работает следующим образом. Block automatic selection of the measuring range And works as follows.
При подключении первичной обмотки понижающего трансформатора 1 (имеющего коэффициент трансформации К1) к сети на выходе вторичной обмотки появляется напряжение, поступающее на вход ФНЧ 2. Далее сигнал выпрямляется диодом 5 и, сглаженный конденсатором 6, поступает на неинвертирующие входы аналоговых компараторов 7 9. При достижении действующим значением напряжения сети70 В срабатывает компаратор 9, на его выходе появляется единичное напряжение, код на входах дешифратора 14 становится равным 001, и на первом выходе дешифратора 14 появляется единичное напряжение, которое поступает на управляющий вход второго аналогового ключа 16 и вход первого элемента НЕ 17. В результате выходное напряжение элемента НЕ 17 спадает до нуля и через светодиод 23 начинает протекать ток, светодиод 23 загорается, сигнализируя о контроле в сети с номинальным напряжением 100 В; через открывшийся второй ключ 16 напряжение с выхода первого инвертора 4 поступает на вход идеального выпрямителя 27. When the primary winding of the step-down transformer 1 (having a transformation coefficient K1) is connected to the network, the voltage supplied to the input of the low-pass filter appears at the output of the
При подключении преобразователя к сети с номинальным действующим значением напряжения 220 В срабатывают компараторы 8 и 9, код на входах дешифратора 14 становится равным 011, вследствие чего на втором выходе дешифратора 14 появляется единичное напряжение, которое поступает на вход элемента НЕ 18 и прикладывается к управляющему входу первого аналогового ключа 15. Ключ 15 открывается (в то время, как ключ 16 закрыт нулевым напряжением с первого выхода дешифратора 14) и пропускает напряжение с выхода второго инвертора 26 на вход идеального выпрямителя 27. Выходное напряжение элемента НЕ 18 спадает до нуля, при этом загорается светодиод 24, сигнализируя о контроле в сети с номинальным напряжением 220 В. Коэффициент усиления второго инвертора 26 в 2,2 раза меньше, чем коэффициент усиления первого инвертора 4, в связи с этим на вход идеального выпрямителя 27 подается одинаковое нормированное напряжение независимо от номинального напряжения контролируемой сети (100 или 220 В). When the converter is connected to the network with a nominal effective voltage value of 220 V,
При превышении действующим значением напряжения сети 290 В срабатывают все три компаратора 7 9; в результате код на входах дешифратора 14 становится равным 111; на третьем выходе дешифратора14 появляется единичное напряжение, что приводит к загоранию светодиода 25, сигнализирующего об аварийном превышении напряжения в контролируемой сети. При этом первый и второй аналоговые ключи 15 и 16 находятся в закрытом состоянии и не пропускают сигналы с выходов первого 4 и второго 26 инверторов на вход идеального выпрямителя 27, защищая блок В. When the current voltage exceeds 290 V, all three
При отключении от сети преобразователя не неинвертирующих входах компараторов 7 9 присутствует малый потенциал, на входы дешифратора 14 подается код 000, на всех его выходах присутствует нулевое напряжение: в результате все три светодиода 23 25 погашены, ключи 15 и 16 закрыты. When the non-inverting inputs of the
Блок аналого-цифрового преобразования В включает нуль-орган 3, формирователи 30, 31, 37, 38, 40, 41 коротких импульсов, элементы И-НЕ 39 и И 32, ГПИ 42, счетчики 43 45 импульсов, триггеры 46 и 47, идеальный выпрямитель 27, БВХ 28, АЦП 29, регистры 33 и 34 сдвига, ЦК 35, БПК 36. The block of analog-to-digital conversion B includes a zero-
Работа блока аналого-цифрового преобразования В заключается в вычислении разности между текущим и номинальным значениями огибающей действующего значения контролируемого напряжения с последующим преобразованием этой разности в цифровой код отклонения, осуществляемым каждые пол-периода. The operation of the analog-to-digital conversion unit B consists in calculating the difference between the current and nominal envelopes of the effective value of the monitored voltage, with the subsequent conversion of this difference into a digital deviation code, carried out every half-period.
Для синхронизации работы АЦП 29 и БВХ 28 в схеме преобразователя предусмотрено устройство управления, содержащее ГПИ 42, счетчики 43 45 импульсов, триггеры 46 и 47. To synchronize the operation of the
Устройство управления работает следующим образом. The control device operates as follows.
По переднему фронту очередного импульса напряжения ГПИ 42 в момент времени to (см. фиг.3) на выходе переноса счетчика 43 появляется положительный импульс напряжения, по переднему фронту которого происходит установка в единичное состояние триггера 46.Положительный импульс напряжения с прямого выхода триггера 46 поступает на управляющий вход БВХ 28, который при этом запоминает уровень текущего значения входного напряжения. Отрицательный импульс напряжения с инверсного выхода триггера 46 поступает на вход установки нуля счетчика 44, в результате чего счетчик 44 начинает отсчет импульсов.On the leading edge of the next
Далее, в момент t1 на выходе переноса счетчика 44 появляется отрицательный импульс напряжения, по переднему фронту которого происходит установка в нулевое состояние триггера 46, по переднему фронту положительного импульса на инверсном выходе которого происходит установка в нулевое состояние счетчика 44. Кроме того, по переднему фронту импульса с выхода переноса счетчика 44 происходит установка в единичное состояние триггера 47. В результате, в момент времени t1 прекращается процесс запоминания напряжения в БВХ 28 и по переднему фронту положительного импульса напряжения с прямого выхода триггера 47 происходит запуск АЦП 29. Отрицательный импульс с инверсного выхода триггера 47 разблокирует счетчик 44, который начинает отсчет импульсов.Further, at time t 1 , a negative voltage pulse appears at the transfer output of
Далее, в момент времени t2 на выходе переноса счетчика 45 появляется отрицательный импульс напряжения, по переднему фронту которого происходит установка в нулевое состояние триггера 47. В результате в момент времени t2 происходит установка в нулевое состояние счетчика 45 оканчивается положительный импульс напряжения на входе запуска АЦП 29.Further, at time t 2 , a negative voltage pulse appears at the
В момент времени t4 на выходе переноса счетчика 43 появляется положительный импульс напряжения и процесс, описанный выше на интервале to t2, повторяется. Таким образом осуществляется управление БВХ 28 и АЦП 29. Причем счетчик 43 является элементом, определяющим длительность следования циклов работы БВХ 28 и АЦП 29.At time t 4 , a positive voltage pulse appears at the transfer output of
Работа всего устройства в целом протекает следующим образом. Исследуемое сетевое напряжение подается на вход блока автоматического выбора диапазона измерения А, после нормировки в котором поступает далее на вход идеального выпрямителя 27. Выпрямленное напряжение с выхода идеального выпрямителя 27 поступает на информационный вход БВХ 28. Зафиксированное в БВХ 28 напряжение прикладывается к информационному входу АЦП 29. The operation of the entire device as a whole proceeds as follows. The investigated mains voltage is supplied to the input of the unit for automatic selection of the measuring range A, after normalization, which then goes to the input of the
В момент времени t3 при переходе выходного напряжения ФНЧ через нулевое значение срабатывает нуль-орган 3, формирующий на своем выходе положительный импульс напряжения, по переднему фронту которого запускается формирователь 37 и формирует на своем инверсном выходе короткий отрицательный импульс напряжения. Этот импульс проходит (инвертируясь через элемент И-НЕ 39) на вход сброса данных регистра 33 и на прямой вход формирователя 40, на инверсном выходе которого появляется отрицательный импульс напряжения длительностью
τ1= 3/4 τo, (1) (1)
где τo длительность полупериода первой гармоники исследуемого напряжения.At time t 3, when the output voltage of the low-pass filter passes through a zero value, a zero-
τ 1 = 3/4 τ o , (1) (1)
where τ o the duration of the half-cycle of the first harmonic of the investigated voltage.
В момент времени t5 на информационных выходах АЦП 29 появляется код, соответствующий текущему значению напряжения, зафиксированному на выходе БВХ 28. Этот код прикладывается к первой группе информационных входов ЦК 35 и к информационным входам регистра 33. Поскольку ко второй группе информационных входов ЦК 35 приложен нулевой код с выхода регистра 33, то в момент времени t5 на выходе ЦК 35 появляется положительный импульс, поступающий на второй вход элемента И 32.At time t 5 , a code corresponding to the current voltage value recorded at the output of
В момент времени t6 на последовательном выходе АЦП 29 появляетсяположительный импульс напряжения, по переднему фронту которого происходит запуск формирователя 30, с инверсного выхода которого на прямой вход формирователя 31 поступает отрицательный импульс: вследствие этого в момент времени t7 на прямом выходе формирователя 31 с задержкой времени относительно переднего фронта импульса на последовательном выходе АЦП 29 появляется положительный импульс напряжения, который поступает на первый вход элемента И 32. Появляющийся на его выходе положительный импульс записывает код текущего напряжения с выходов АЦП 29 в регистр 33, вследствие чего коды первой и второй групп информационных входов ЦК 35 становятся одинаковыми, что приводит к спадению до нуля выходного напряжения ЦК 35.At time t 6 , a positive voltage pulse appears on the serial output of the
В дальнейшем процесс, описанный выше на интервале времени t5 - t7, продолжает повторяться до достижения исследуемым напряжением очередного экстремального значения.In the future, the process described above in the time interval t 5 - t 7 continues to be repeated until the investigated voltage reaches the next extreme value.
В момент времени t8 (наступающий после прохождения входным напряжением преобразователя экстремума) на информационных выходах АЦП 29 появляется новый код. Поскольку этот код меньше кода максимального напряжения, хранящегося в регистре 33 и приложенного ко второй группе информационных входов ЦК 35, то потенциал на его выходе сохраняется низким.At time t 8 (occurring after the input voltage passes the extremum converter), a new code appears on the information outputs of the
В момент времени t9 на последовательном выходе АЦП 29 появляется положительный импульс напряжения, по переднему фронту которого происходит запуск формирователя 30, с инверсного выхода которого на прямой вход формирователя 31 поступает отрицательный импульс напряжения, который запускает формирователь 31 своим задним фронтом. Поскольку к первому входу элемента И 32 приложено нулевое напряжение с выхода ЦК 35, выходной импульс формирователя 31 не пропускается на вход разрешения записи регистра 33,в результате чего содержимое последнего не изменяется и остается соответствующим максимальному значению текущего полупериода входного исследуемого напряжения.At time t 9 , a positive voltage pulse appears at the serial output of the
В момент времени t10 по заднему фронту импульса напряжения с выхода формирователя 40 запускается формирователь 41, по переднему фронту выходного импульса которого происходит запись информации с информационных выходов первого регистра 33 во второй регистр 34.At time t 10 , the
Далее код с информационных выходов регистра 34 поступает на информационные входы БПК 36. В обоих вариантах выполнения БПК 36 (см. фиг.4 и 5) на выходной кодовой шине преобразователя формируется код отклонения действующего значения входного напряжения от его номинального значения:
Y 2n-1 Sign(U Uн) + (U Uн). (2)
где U действующее значение первой гармонической составляющей входного напряжения преобразователя, заданное в двоичном коде;
Uн двоичный код номинального действующего значения входного напряжения;
n число двоичных разрядов выходной кодовой шины преобразователя.Next, the code from the information outputs of the
where U is the effective value of the first harmonic component of the input voltage of the Converter, set in binary code;
U n binary code of the nominal effective value of the input voltage;
n is the number of bits of the output code bus of the converter.
Преимуществами преобразователя по сравнению с известными техническими решениями являются более высокая точность (примерно на 1 2 порядка) и повышение удобства в эксплуатации (за счет автоматического выбора диапазона измерения, а также получения на выходной кодовой шине кода отклонения входного напряжения от номинального уровня). Схема преобразователя реализуется на интегральных микросхемах. The advantages of the converter compared to the well-known technical solutions are higher accuracy (by about 1 2 orders of magnitude) and increased ease of use (due to the automatic selection of the measuring range, as well as obtaining a code for the deviation of the input voltage from the nominal level on the output code bus). The converter circuit is implemented on integrated circuits.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5056631/09A RU2074396C1 (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | High-speed converter of alternating voltage to digital deviation code |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5056631/09A RU2074396C1 (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | High-speed converter of alternating voltage to digital deviation code |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2074396C1 true RU2074396C1 (en) | 1997-02-27 |
Family
ID=21610533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5056631/09A RU2074396C1 (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | High-speed converter of alternating voltage to digital deviation code |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2074396C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2541143C1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-02-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Digital generator of subsonic frequency |
| RU187666U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-14 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
-
1992
- 1992-05-19 RU SU5056631/09A patent/RU2074396C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Ермаков В.Ф., Теребаев В.В. Быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное.- Изв. вузов СССР., Электромеханика, 1981, N 8, с. 934 - 935. 2. Авторское свидетельство СССР N 1033977, кл. G 01 R 19/22, 1982. 3. Ермаков В.Ф., Хамелис Э.И. Быстродействующий преобразователь переменного напряжения в постоянное.- Изв вузов СССР, Электромеханика, 1989, N 11, с. 64 - 67. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2541143C1 (en) * | 2014-01-30 | 2015-02-10 | Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Digital generator of subsonic frequency |
| RU187666U1 (en) * | 2018-09-24 | 2019-03-14 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4187461A (en) | Dynamic threshold impulse directivity indicator | |
| US3209254A (en) | Device for measuring phase angles between oscillations | |
| RU2074396C1 (en) | High-speed converter of alternating voltage to digital deviation code | |
| US3930252A (en) | Bipolar dual-slope analog-to-digital converter | |
| US4206413A (en) | Dynamic threshold transient impulse energy indicator | |
| US4881072A (en) | Device for remote metering | |
| GB2094987A (en) | Power flow detector | |
| US3453615A (en) | Analog-to-digital converters | |
| US3701142A (en) | Integrating converters with synchronous starting | |
| CN114019404A (en) | Three-phase alternating current power supply sequence detection method and system | |
| US3573796A (en) | Successive approximation analog-to-digital converters | |
| RU2026559C1 (en) | Automatic voltage monitoring device | |
| SU761939A1 (en) | Apparatus for measuring direct-current circuit insulation resistance | |
| JPH0367228B2 (en) | ||
| Abdul-Karim et al. | A digital power-factor meter design based on binary rate multiplication techniques | |
| SU999155A1 (en) | High-frequency signal amplitude measuring device | |
| SU1363185A1 (en) | Function generator | |
| RU1547U1 (en) | VOLTAGE AC VOLTAGE CONVERTER TO DIGITAL CODE | |
| SU502235A1 (en) | Two-channel color digital pyrometer | |
| SU661414A1 (en) | Arrangement for measuring electric network insulation resistance | |
| SU1511718A1 (en) | Device for monitoring current protection apparatus | |
| RU2042246C1 (en) | Method for detecting asynchronous power transmission mode | |
| SU1626188A1 (en) | Device for measuring resistance | |
| SU1608594A1 (en) | Apparatus for measuring coefficient of asymmetry in three-phase mains | |
| SU1322326A1 (en) | Function generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050520 |