RU2511639C2 - Dc sensor with isolation - Google Patents
Dc sensor with isolation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511639C2 RU2511639C2 RU2012127653/28A RU2012127653A RU2511639C2 RU 2511639 C2 RU2511639 C2 RU 2511639C2 RU 2012127653/28 A RU2012127653/28 A RU 2012127653/28A RU 2012127653 A RU2012127653 A RU 2012127653A RU 2511639 C2 RU2511639 C2 RU 2511639C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- shunt
- filter
- terminal
- winding
- Prior art date
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 101100224485 Arabidopsis thaliana POL2B gene Proteins 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах космических аппаратов.The invention relates to measuring equipment and can be used in various spacecraft systems.
Известен измерительный преобразователь постоянного тока (патент РФ №2234706), содержащий магнитопровод, охватывающий токопровод с измеряемым током, причем магнитопровод имеет узкий зазор, в котором расположен датчик Холла, усилитель мощности, причем его вход соединен с одним из выходных зажимов датчика Холла, а другой выходной зажим последнего соединен с земляной шиной, обмотку отрицательной обратной связи, включенную между выходом усилителя мощности и нагрузкой, другой вывод которой подсоединен к земляной шине, усилитель мощности содержит последовательно соединенные усилитель переменного напряжения на основе дифференцирующего операционного усилителя, запоминающее устройство и усилитель тока, а токовые зажимы датчика Холла присоединены к источнику синусоидального тока, причем один из токовых выводов соединен с земляной шиной, а другой вывод подсоединен к последовательно соединенным компаратору напряжения и формирователю импульсов, выход последнего соединен с входом управления запоминающего устройства.A known direct current measuring transducer (RF patent No. 2234706), containing a magnetic circuit covering the current path with a measured current, the magnetic circuit has a narrow gap in which the Hall sensor is located, a power amplifier, and its input is connected to one of the output terminals of the Hall sensor, and the other the output terminal of the latter is connected to the ground bus, a negative feedback winding connected between the output of the power amplifier and the load, the other terminal of which is connected to the ground bus, the power amplifier contains um a series-connected AC voltage amplifier based on a differentiating operational amplifier, a storage device and a current amplifier, and the current clamps of the Hall sensor are connected to a sinusoidal current source, one of the current terminals being connected to the ground bus, and the other terminal connected to the voltage comparator and the former pulses, the output of the latter is connected to the control input of the storage device.
Известное устройство имеет несомненные достоинства, такие как:The known device has undoubted advantages, such as:
- наличие гальванической развязки выхода устройства (12) от токопровода (2);- the presence of galvanic isolation of the output of the device (12) from the current lead (2);
- для него не требуется образцовый резистор (шунт);- it does not require a model resistor (shunt);
- токопровод (2) может быть включен в любую шину, в которой необходимо измерять ток, - хоть в положительную, хоть в отрицательную.- the current lead (2) can be connected to any bus in which it is necessary to measure the current, at least in the positive, at least in the negative.
Однако это устройство недостаточно надежно, так как имеет большое количество функциональных узлов (4, 6, 10, 11) и, следовательно, элементов, для него требуется вторичный источник питания (на фиг.1 он не показан), что в целом увеличивает количество элементов в устройстве, увеличивает его габариты и массу.However, this device is not reliable enough, since it has a large number of functional units (4, 6, 10, 11) and, therefore, elements, it requires a secondary power source (not shown in Fig. 1), which generally increases the number of elements in the device, increases its size and weight.
Известен измерительный преобразователь постоянного тока (патент SU №1291889), содержащий первый и второй магнитопроводы, на первом из которых размещена первая рабочая обмотка, на втором - вторая, на обоих магнитопроводах одновременно размещены обмотка смещения, компенсационная и измерительная обмотки, вентильный блок с двумя входными выводами, первый из которых подключен к первому выходному выводу источника переменного тока, первый выходной вывод вентильного блока соединен со вторым через последовательно включенные источник постоянного тока и обмотку смещения, первый вывод компенсационной обмотки соединен с первым выводом измерительного прибора, а выводы измерительной обмотки соединены с входными шинами, эталонный резистор, усилитель постоянного тока и шунтирующий резистор, при этом магнитопроводы помещены в магнитный экран, поверх которого размещены измерительная и компенсационная обмотки, вентильный блок выполнен с дополнительными двумя парами выходных выводов, к каждой из которых подключена одна из рабочих обмоток, второй входной вывод вентильного блока соединен со вторым выходным выводом источника переменного тока, между первым и вторым выводами вентильного блока включен эталонный резистор, кроме того, они подключены к входу усилителя постоянного тока, параллельно выводам которого подключен шунтирующий резистор, первый вывод которого подключен ко второму выводу компенсационной обмотки, а второй вывод - ко второму выводу измерительного прибора.A known direct current measuring transducer (patent SU No. 1291889) containing the first and second magnetic cores, the first of which is the first working winding, the second is the second, the bias winding, compensation and measuring windings, valve block with two input conclusions, the first of which is connected to the first output terminal of the AC source, the first output terminal of the valve block is connected to the second through a series-connected constant source eye and a bias winding, the first output of the compensation winding is connected to the first output of the measuring device, and the conclusions of the measuring winding are connected to the input buses, a reference resistor, a DC amplifier and a shunt resistor, while the magnetic cores are placed in a magnetic shield, on top of which the measuring and compensation windings are placed , the valve block is made with an additional two pairs of output terminals, to each of which one of the working windings is connected, the second input terminal of the valve block is connected with the second output terminal of the AC source, a reference resistor is connected between the first and second terminals of the valve block, in addition, they are connected to the input of a DC amplifier, parallel to the terminals of which a shunt resistor is connected, the first terminal of which is connected to the second terminal of the compensation winding, and the second terminal - to the second output of the measuring device.
Однако это устройство для измерения тока недостаточно надежно и имеет большие габариты и массу из-за наличия большого количества элементов, необходимых для его реализации (элементы: в источнике (9) переменного тока; вентильных блоках (10, 11); в усилителе постоянного тока (13), для которого необходим вторичный источник питания (на фиг.1 он не показан); элементы схемы (1-8), на которых, по существу, выполнен магнитный усилитель).However, this device for measuring current is not reliable enough and has large dimensions and weight due to the presence of a large number of elements necessary for its implementation (elements: in the AC source (9); valve units (10, 11); in the DC amplifier ( 13), for which a secondary power source is required (not shown in Fig. 1); circuit elements (1-8), on which a magnetic amplifier is essentially made).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности (прототипом) является устройство для измерения тока, содержащее усилитель постоянного тока с развязкой (патент SU №1336200) с подключенным к его входу измерительным шунтом.Closest to the proposed technical essence (prototype) is a device for measuring current, containing a DC amplifier with isolation (patent SU No. 1336200) with a measuring shunt connected to its input.
Недостатками прототипа являются: недостаточно высокая надежность из-за наличия большого количества элементов - для питания усилителя (1) требуется дополнительный двухполярный вторичный источник питания, что увеличивает общее количество элементов и габариты устройства минимум в два раза; недостаточно высокая помехоустойчивость из-за наличия в устройстве одновременно положительной и отрицательной обратных связей.The disadvantages of the prototype are: insufficiently high reliability due to the presence of a large number of elements - to power the amplifier (1) requires an additional bipolar secondary power source, which increases the total number of elements and dimensions of the device at least twice; insufficiently high noise immunity due to the presence in the device of both positive and negative feedbacks.
Целью изобретения является упрощение устройства, повышение надежности и помехоустойчивости.The aim of the invention is to simplify the device, increasing reliability and noise immunity.
Поставленная цель достигается тем, что в датчике тока, содержащем измерительный шунт, первый вывод которого подключен к плюсовой шине питания, а второй к нагрузке, операционный усилитель (ОУ), четырехобмоточный трансформатор, первая обмотка которого через первый диод подключена к входу первого фильтра, выход которого является выходом устройства, вторая обмотка трансформатора через второй диод подключена к входу второго фильтра, положительный вывод питания ОУ подключен к первому выводу шунта, а отрицательный - к общей шине питания; введены два резистивных делителя напряжения с равными коэффициентами деления; первый делитель включен между первым выводом шунта и общей шиной, а второй - между вторым выводом шунта и общей шиной; инвертирующий вход ОУ подключен к выходу первого делителя, а неинвертирующий - к выходу второго делителя; положительный выход второго фильтра через введенный резистор подключен к неинвертирующему входу ОУ, а отрицательный - к инвертирующему входу ОУ; введен конденсатор, который включен между выходом и инвертирующим входом ОУ; введен p-n-р-транзистор, эмиттер которого подключен к первому выводу шунта, база через резистор - к выходу ОУ, а коллектор - к входу введенного RC-фильтра; выход RC-фильтра подключен к шинам питания блокинг-генератора, собранному с использованием третьей и четвертой обмотки трансформатора и вновь введенных диода, двух резисторов, конденсатора и транзистора.This goal is achieved by the fact that in the current sensor containing a measuring shunt, the first output of which is connected to the positive power bus, and the second to the load, an operational amplifier (OA), a four-winding transformer, the first winding of which is connected to the input of the first filter through the first diode, the output which is the output of the device, the second winding of the transformer through the second diode is connected to the input of the second filter, the positive output terminal of the op-amp is connected to the first terminal of the shunt, and the negative terminal is connected to the common power bus; two resistive voltage dividers with equal division factors were introduced; the first divider is connected between the first terminal of the shunt and the common bus, and the second between the second terminal of the shunt and the common bus; the inverting input of the op-amp is connected to the output of the first divider, and the non-inverting input to the output of the second divider; the positive output of the second filter through the introduced resistor is connected to the non-inverting input of the op-amp, and the negative is connected to the inverting input of the op-amp; a capacitor is introduced, which is connected between the output and the inverting input of the op-amp; a pnp transistor is introduced, the emitter of which is connected to the first output of the shunt, the base through the resistor to the output of the op-amp, and the collector to the input of the inserted RC filter; the output of the RC filter is connected to the power buses of the blocking generator, assembled using the third and fourth windings of the transformer and the newly introduced diode, two resistors, a capacitor and a transistor.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства (для упрощения фиг.1 на схеме не показаны: разрядные резисторы, параллельно соединенные с фильтрами (20, 22); базо-эмиттерный резистор транзистора (5).Figure 1 shows the circuit diagram of the device (to simplify figure 1, the diagram does not show: discharge resistors connected in parallel with filters (20, 22); the base-emitter resistor of the transistor (5).
Датчик постоянного тока с гальванической развязкой выхода устройства содержит: измерительный шунт (1), первый вывод которого подключен к плюсовой шине питания, а второй - к нагрузке (2); интегратор, собранный на операционном усилителе (3) и конденсаторе (4); регулирующий транзистор (5), база которого через резистор (6) соединена с выходом ОУ (3), а эмиттер - с плюсовым выводом питания ОУ и первым выводом шунта; минусовой вывод питания ОУ соединен с общей шиной; коллектор транзистора (5) подключен к входу RC-фильтра (7, 8); четырехобмоточный трансформатор (9) с обмотками (10-13); на элементах (9-11, 14-18) собран блокинг-генератор, шины питания которого подключены к выходу RC-фильтра (7, 8); в трансформаторе (9) обмотки (12 и 13) имеют одинаковый коэффициент трансформации; обмотка (13) через диод (19) подключена к фильтру (20), который является выходом устройства; обмотка (12) через диод (21) подключена к фильтру (22), положительный выход которого через резистор обратной связи (23) подключен к неинвертирующему входу «А» ОУ (3), отрицательный - к инвертирующему входу «В» ОУ (3); первый резистивный делитель напряжения, который собран на резисторах (24, 25) и включен между первым выводом шунта (1) и общей шиной; выход первого делителя (точка соединения 24 и 25) подключен к инвертирующему входу «В» ОУ (3); второй резистивный делитель, который собран на резисторах (26, 27) и включен между вторым выводом шунта (1) и общей шиной; выход второго делителя (точка соединения 26 и 27) подключен к неинвертирующему входу «А» ОУ (3); коэффициенты деления делителей должны быть обязательно одинаковы, но такими, чтобы не превысить допустимые входные синфазные напряжения конкретного ОУ (3).A DC sensor with galvanic isolation of the device output contains: a measuring shunt (1), the first output of which is connected to the positive power bus, and the second to the load (2); an integrator assembled on an operational amplifier (3) and a capacitor (4); a control transistor (5), the base of which is connected through a resistor (6) to the output of the op-amp (3), and the emitter to the positive output of the op-amp and the first output of the shunt; the negative output terminal of the op-amp power supply is connected to a common bus; the collector of the transistor (5) is connected to the input of the RC filter (7, 8); four-winding transformer (9) with windings (10-13); on the elements (9-11, 14-18) a blocking generator is assembled, the power bus of which is connected to the output of the RC filter (7, 8); in the transformer (9), the windings (12 and 13) have the same transformation ratio; winding (13) through a diode (19) is connected to a filter (20), which is the output of the device; winding (12) through the diode (21) is connected to the filter (22), the positive output of which through the feedback resistor (23) is connected to the non-inverting input “A” of the op-amp (3), negative - to the inverting input “B” of the op-amp (3) ; a first resistive voltage divider, which is assembled on resistors (24, 25) and connected between the first terminal of the shunt (1) and the common bus; the output of the first divider (connection point 24 and 25) is connected to the inverting input "B" of the OS (3); a second resistive divider, which is assembled on resistors (26, 27) and connected between the second terminal of the shunt (1) and the common bus; the output of the second divider (connection point 26 and 27) is connected to the non-inverting input "A" of the OS (3); the division factors of the dividers must be necessarily the same, but such that they do not exceed the allowable input common-mode voltage of a particular op-amp (3).
Устройство работает следующим образом. При подаче питания начинает протекать ток через шунт (1) и нагрузку (2); на шунте (1) появляется падение напряжения:The device operates as follows. When power is applied, current flows through the shunt (1) and the load (2); a voltage drop appears on the shunt (1):
где Uш - падение напряжения на шунте (1);where U W - voltage drop on the shunt (1);
Rш - сопротивление шунта (1);R W - the resistance of the shunt (1);
Iн - ток нагрузки (2).I n - load current (2).
При одинаковых сопротивлениях (24-27) коэффициенты деления первого и второго делителей будут равны двум, поэтому можно найти величину напряжения между неинвертирующим «А» и инвертирующим «В» входами ОУ (3):With the same resistances (24-27), the division coefficients of the first and second dividers will be equal to two, so you can find the voltage between the non-inverting “A” and inverting “B” inputs of the OS (3):
Из выражения [2] видно, что UA-В не зависит от напряжения питания Uпит.From the expression [2] it can be seen that U A-B is independent of the supply voltage U pit .
За счет действия отрицательной обратной связи интегратор на ОУ (3) и каскад на транзисторе (5) будут подавать такое напряжение питания на блокинг-генератор, чтобы выпрямленное положительное напряжение, поступающее с фильтра (22) через резистор (23) в точку «А», компенсировало присутствующее в точке «А» относительно точки «В» отрицательное напряжение и становилось пренебрежимо малой величиной.Due to the negative feedback, the integrator on the op-amp (3) and the cascade on the transistor (5) will supply such a supply voltage to the blocking generator so that the rectified positive voltage coming from the filter (22) through the resistor (23) to the point “A” , compensated for the negative voltage present at point "A" with respect to point "B" and became negligible.
При изменении тока нагрузки будут одинаково меняться компенсирующее напряжение на фильтре (22) и напряжение на фильтре (20), т.е. будет производиться преобразование U=f(I) с гальванической развязкой.When the load current changes, the compensating voltage on the filter (22) and the voltage on the filter (20) will equally change, i.e. the conversion U = f (I) will be performed with galvanic isolation.
Предложенное устройство проще, т.к. содержит меньше элементов и, следовательно, его надежность выше, помехоустойчивость устройства повышена за счет введения интегратора (3, 4) и RC-фильтра (7, 8).The proposed device is simpler because contains fewer elements and, therefore, its reliability is higher; the noise immunity of the device is increased due to the introduction of an integrator (3, 4) and an RC filter (7, 8).
Опытный образец при измерении тока от 0 до 0,5А с шунтом 0,1 Ом и выходном напряжении от 0 до 6 В в нормальных условиях имел нелинейность выходной характеристики U=f(I) не более 0,2% при UПИТ=8-30 В.The prototype, when measuring current from 0 to 0.5 A with a shunt of 0.1 Ohms and an output voltage of 0 to 6 V under normal conditions, had a non-linearity of the output characteristic U = f (I) of not more than 0.2% at U PIT = 8- 30 V.
Опытный образец устройства был собран на микросхеме 140УД17А, транзисторах 2Т313Б и 2Т3117А, трансформаторе ТИЛ2 В, диодной сборке 2ДС627А, резисторах С2-29А, С2-33 и конденсаторах К10-17, К53-65.A prototype device was assembled on a 140UD17A chip, 2T313B and 2T3117A transistors, a TIL2 V transformer, 2DS627A diode assembly, C2-29A, C2-33 resistors and K10-17, K53-65 capacitors.
Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.Of the patent information materials known to the applicant, no signs were found that are similar to the totality of the features of the claimed object.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012127653/28A RU2511639C2 (en) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Dc sensor with isolation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012127653/28A RU2511639C2 (en) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Dc sensor with isolation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012127653A RU2012127653A (en) | 2014-01-10 |
| RU2511639C2 true RU2511639C2 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=49884167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012127653/28A RU2511639C2 (en) | 2012-07-02 | 2012-07-02 | Dc sensor with isolation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2511639C2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3896366A (en) * | 1972-09-29 | 1975-07-22 | Yamatake Honeywell Co Ltd | D.c. to d.c. converter with conductive isolation |
| SU1291889A1 (en) * | 1985-05-16 | 1987-02-23 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | D.c.instrument transducer |
| SU1336200A1 (en) * | 1985-12-26 | 1987-09-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | D.c.amplifier with decoupling |
| SU1402950A1 (en) * | 1986-09-30 | 1988-06-15 | Предприятие П/Я В-2969 | Direct current measuring device |
| RU2234706C1 (en) * | 2003-04-08 | 2004-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Measuring direct current transformer |
| US20120306657A1 (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Lear Corporation | Isolated resistive current sensor |
-
2012
- 2012-07-02 RU RU2012127653/28A patent/RU2511639C2/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3896366A (en) * | 1972-09-29 | 1975-07-22 | Yamatake Honeywell Co Ltd | D.c. to d.c. converter with conductive isolation |
| SU1291889A1 (en) * | 1985-05-16 | 1987-02-23 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | D.c.instrument transducer |
| SU1336200A1 (en) * | 1985-12-26 | 1987-09-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики | D.c.amplifier with decoupling |
| SU1402950A1 (en) * | 1986-09-30 | 1988-06-15 | Предприятие П/Я В-2969 | Direct current measuring device |
| RU2234706C1 (en) * | 2003-04-08 | 2004-08-20 | Ульяновский государственный технический университет | Measuring direct current transformer |
| US20120306657A1 (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-06 | Lear Corporation | Isolated resistive current sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012127653A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103424580A (en) | Electronic load | |
| CN201110982Y (en) | battery simulation circuit | |
| EP3621199A1 (en) | Instrumentation amplifier | |
| CN107688113A (en) | A kind of arrester Leakage Current component analyzing method and system | |
| TW201603456A (en) | Over-current detection circuit and power supply system | |
| CN102156501B (en) | AC-DC (Alternating Current Direct Current) small-current electronic load simulator | |
| CN100505526C (en) | Low voltage circuit with high voltage analog signal interface | |
| RU2528270C2 (en) | Dc sensor with isolation | |
| RU2511639C2 (en) | Dc sensor with isolation | |
| CN104076193A (en) | Overvoltage collecting device based on zinc oxide varistor | |
| CN113125839B (en) | Non-isolated voltage sampling circuit, voltage sampling system and electricity metering device | |
| EP3264106A1 (en) | Nested ammeter | |
| CN111208752B (en) | Single input circuit for receiving output from di/dt sensor or current transformer and circuit breaker comprising same | |
| CN104166035A (en) | Negative voltage detection device | |
| RU2510571C1 (en) | Controlled circuit element switch | |
| CN201285411Y (en) | Graded DC signal tri-terminal isolation measurement apparatus for remote measuring system | |
| US8890504B2 (en) | Power adapter | |
| TW201443446A (en) | Negative voltage detector | |
| CN111830423A (en) | Isolated high-voltage sampling circuit | |
| CN203587675U (en) | Integrated AD type singlechip microcomputer power AC sampling circuit | |
| CN106468730A (en) | A kind of extra-high voltage direct-current potentiometer wireless measuring system | |
| RU2540941C2 (en) | Universal dc sensor with uncoupling and low-voltage power supply | |
| CN116520013B (en) | A voltage isolation sampling circuit and implementation method thereof | |
| US20250377382A1 (en) | Direct-current current measurement | |
| RU96258U1 (en) | AMMETER |