устройство для контроля разряда источника питания

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗРЯДА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ, содержащее транзисторный ключ, а также последовательно соединенные резистивный делитель напряжения, триггер Шмидта и индикатор, отличающееся тем, что, с целью снижения токопотребления, в него введены шина импульсов большой скважности и стабилитрон, а триггер Шмидта выполнен на КМОП логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем шина импульсов большой скважности соединена с входом транзисторного ключа, в коллекторную цепь которого включен стабилитрон, первый крайний вывод резистивного делителя подключен к первому выводу стабилитрона, второй крайний вывод - к второму выводу стабилитрона и соответствующему полюсу контролируемого источника питания, а выводы питания транзисторного ключа и триггера Шмидта подключены к контролируемому источнику питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для сигнализации о разряде первичных источников питания ниже заданного уровня.

Известно устройство для контроля напряжения, содержащее компаратор и две цепи формирования напряжения, первая из которых состоит из последовательно включенных резистора и полупроводникового диода, а вторая - из последовательно включенных полупроводникового диода и резистора. Обе цепи подключены параллельно контролируемому источнику напряжения. Выход первой цепи формирования, обеспечивающий опорное напряжение, подключен к первому входу компаратора, выход второй цепи формирования подключен к второму входу компаратора.

Недостатком этого устройства является большое токопотребление, так как контролируемый источник постоянно нагружен на цепи формирования напряжения.

Известно устройство для индикации снижения напряжения постоянного тока, содержащее ламбда-диод, состоящий из комплементарной пары полевых транзисторов с объединенными истоками, биполярный транзистор, соединенный эмиттером с общей шиной, а коллектором - с элементом индикации, резистор и резистивный делитель с регулируемым плечом, при этом крайние выводы делителя соединены со стоками полевых транзисторов, а средний вывод - с затвором второго полевого транзистора, сток которого соединен с затвором первого полевого транзистора и с входом устройства; сток первого транзистора соединен с базой биполярного транзистора, между эмиттером и базой которого включен резистор.

Токопотребление в этом устройстве существенно меньше, особенно когда контролируемое напряжение достаточно велико. При понижении контролируемого напряжения, когда его величина еще далеко не достигает порога открывания биполярного транзистора, токопотребление возрастает и сохраняется сравнительно большим довольно продолжительное время.

Прототипом заявляемого устройства выбрано устройство для контроля разряда источника питания, содержащее триггер Шмидта, резистивный делитель напряжения и индикатор, при этом вывод питания триггера Шмидта подключен к источнику опорного напряжения, крайние выводы делителя напряжения включены между выводами контролируемого источника, а выход делителя напряжения подключен к входу триггера Шмидта, выход которого соединен с входом индикатора. Триггер Шмидта выполнен на двух полупроводниковых транзисторах.

Недостатком этого устройства также является большое токопотребление, так как параллельно клеммам контролируемой батареи подключена постоянная нагрузка: резистивный делитель напряжения, параметрический стабилизатор напряжения, одно из плеч триггера Шмидта.

Целью изобретения является снижение токопотребления.

Для достижения цели в устройство для контроля разряда источника питания, содержащее триггер Шмидта, резистивный делитель напряжения, выход которого соединен с входом триггера Шмидта, и индикатор, подключенный к выходу триггера Шмидта, введены шина импульсов большой скважности и транзисторный ключ со стабилитроном в нагрузочной цепи, при этом триггер Шмидта выполнен на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый крайний вывод резистивного делителя подключен к стабилизированному выходу транзисторного ключа, второй вывод - к соответствующему полюсу контролируемого источника, вход транзисторного ключа подключен к шине импульсов большой скважности, а выводы питания транзисторного ключа и триггера Шмидта подключены к клеммам контролируемого источника.

Достижимость положительного эффекта обусловлена тем, что в паузе между входными импульсами устройство практически не потребляет ток (токопотребление КМОП-логического элемента составляет порядка десятых долей микроампер). Потребление тока возникает только при поступлении импульсов, и оно тем меньше, чем больше скважность импульсов и меньше длительность. Такой режим длится в течение всего времени разряда батареи до порога, вызывающего изменение состояния триггера Шмидта. Существует большое число запитываемых от малогабаритных источников питания устройств, в составе которых имеются импульсные генераторы и делители частоты. В частности, это - электронные часы, дозиметры, микрокалькуляторы, где всегда можно подобрать соответствующий вывод.

Устройство построено из известных элементарных решений, в частности триггер Шмидта на КМОП-логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ заимствован из журнала "Радио", N 8, 1985, с.32. Транзисторный ключ и резистивный делитель также не новы. Новым является использование известных элементов в новой совокупности, образованной новыми связями, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия".

На чертеже приведена схема заявляемого устройства.

Устройство содержит шину 1 импульсов большой скважности, транзисторный ключ 2, резистивный делитель 3, триггер 4 Шмидта, индикатор 5. Ключ 2 содержит транзистор 6, резисторы 7 и 8, стабилитрон 9. Резистивный делитель 3 состоит из резисторов 10-12, причем резистор 11 выполнен регулируемым. Триггер 4 Шмидта состоит из КМОП-логического элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, один из входов которого соединен с общей шиной, а другой, являющийся входом триггера, через резистор 14 соединен с его выходом. Клеммы контролируемого источника 15 питания подключены к выводам питания транзисторного ключа 2 и КМОП-логического элемента 13. Первый крайний вывод резистивного делителя 3 подключен к точке соединения резистора 8 и стабилитрона 9, включенных последовательно в цепь коллектора транзистора 6, к базе которого через резистор 7 подключена шина 1 импульсов большой скважности. Выход резистивного делителя 3 подключен к входу триггера 4 Шмидта.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе триггера Шмидта присутствует лог. "0". На шину 1 устройства поступают импульсы большой скважности, и на выходе ключа 2 формируются импульсы с амплитудой, равной напряжению стабилизации стабилитрона 9. Эти стабилизированные импульсы поступают на вход триггера 4. Порог срабатывания U_пор триггера Шмидта зависит от напряжения питания и составляет U_пор=0,5 U_пит.

Напряжение на выходе резистивного делителя U_д имеет стабильную величину и определяется как:

U_g = , где U_ст - напряжение на стабилитроне 9;

R₁₀, R₁₁, R₁₂, R₁₄ - сопротивления резисторов 10, 11, 12, 14 соответственно.

Регулировка напряжения срабатывания устройства осуществляется изменением величины резистора R₁₁.

Пока U_д< U_пор, на выходе триггера Шмидта присутствует лог. "0". При снижении напряжения U_пит уменьшается и U_пор и в момент, когда U_пор=U_д, триггер Шмидта переключается и на его выходе устанавливается уровень лог. "1", запускающий индикатор 5, выполненный, например, на жидкокристаллических индикаторах. Для устойчивого переключения триггера 4 и сохранения малого токопотребления в режиме лог. "1" необходимо, чтобы R₁₂ 2R₁₄.

Таким образом, в течение всей работы источника питания в процессе снижения его напряжения до критического уровня потребление тока устройством контроля очень незначительно (порядка долей мкА) и определяется, в основном, скважностью входных импульсов, которую можно сделать достаточно большой.