PL230055B1 - Układ zabezpieczenia niskonapięciowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ zabezpieczenia niskonapięciowego, zwłaszcza do zabezpieczenia przed przekroczeniem dopuszczalnego napięcia na wejściach pomiarowych, na przykład na wejściach 'wzmacniaczy operacyjnych lub przetworników analogowo cyfrowych.

Znane są literatury lub not aplikacyjnych układy zabezpieczenia w postaci diod krzemowych umieszczonych zaporowo pomiędzy - zabezpieczanym wejściem a napięciem zasilania. Zabezpieczenie takie powoduje, że na zabezpieczanym wejściu może pojawić, się napięcie od 0.7 do 2 V większe od napięcia zasilania. Takie przekroczenie napięcia nie zawsze jest dopuszczalne. Jest znane również zastosowanie w takiej aplikacji diod Schottky’ego, ale mają one duży prąd upływu, który powoduje, że rezystancja tak zabezpieczonego wejścia pomiarowego zostaje znacznie obniżona.

Inne znane literatury lob not aplikacyjnych1 układy zabezpieczenia realizowane są w postaci diod Zenera lub tzw. diod TVS umieszczonych przeciwszeregowo pomiędzy zabezpieczanymi wejściami. Taki sposób zabezpieczenia nadaje się do wejść, w których dopuszczalne napięcie jest powyżej 6 V. Ponadto diody Zenera lub TVS maja dość szeroki zakres napięć pośrednich, pomiędzy napięciem roboczym a napięciem przebicia, w którym skutecznie działa zabezpieczenie. W tym pośrednim zakresie napięć wejściowych prąd płynący przez diodę zabezpieczającą powoduje znaczny spadek rezystancji wejściowej układu pomiarowego.

Znany z opisu US36363 85A układ zabezpieczenia zawiera rezystory szeregowe oraz tranzystory mosfet, służące jako klucze tranzystorowe, które powyżej napięcia zadziałania powodują zwarcie zabezpieczanego wejścia do masy i spadek napięcia na rezystorach. Układ ten jest obarczony niedokładnością progu napięciowego wynikającą z rozrzutu parametrów tranzystorów.

W opisie patentowym US 5742465 A opisany jest układ zabezpieczenia w postaci tranzystorów FET, z których jeden pracuje jako źródło prądowe i steruje drugim, pracującym jako klucz zabezpieczający. Układ taki stabilizuje napięcie wejściowe zabezpieczając chronione wejście, ale ma niewielką rezystancję własną.

Układ zabezpieczenia niskonapięciowego według wynalazku, ma pierwsze wejście układu- zabezpieczenia dołączone do rezystora szeregowego, który dołączony jest do katody pierwszej diody świecącej i do anody drugiej diody świecącej oraz do wejścia pierwszego układu pomiarowego, którego drugie wejście dołączone jest do katody drugiej diody świecącej i anody pierwszej diody świecącej oraz do drugiego wejścia układu zabezpieczenia.;

Diody dołączone są równolegle do chronionego- wejścia układu pomiarowego i połączone są przez szeregowy rezystor do wejść, na których może pojawić się napięcie o wartości przekraczającej dopuszczalną dla układu pomiarowego. Napięcie na wejściach układu pomiarowego ograniczone jest do wartości spadku napięcia na jednej z diod świecących, tej która jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia.

Napięcie przewodzenia diod świecących, zwłaszcza wykonanych w technologii GaAlAs jest dość stabilne w zakresie niewielkich prądów i waha się, zależnie od typu diody od 1.4 do 1.7 V. Natomiast w zakresie napięć poniżej napięcia przewodzenia, prąd upływu diod świecących GaAlAs jest bardzo mały i wynosi mniej niż 1 nA dla napięcia poniżej 0.7 V ok. W zakresie od 0.7 V do 1.1 V, prąd upływu rośnie do ok 100 nA, a powyżej 1.1 V prąd ten rośnie lawinowo i dla 1.4 V wynosi do 30 mA. Odpowiednio dobrana wartość rezystora szeregowego umożliwia uzyskanie na nim spadku napięcia tak, aby na wejściu układu pomiarowego napięcie nie przekroczyło wartości dopuszczalnej, np. 1 V. Małe wartości prądu upływu diod świecących GaAlAs w niewielkim zmniejszają impedancję wejściową układu pomiarowego. Dla diody krzemowej poniżej napięcia przewodzenia, analogiczna zależność jest prawie liniowa i dla bardzo małych prądów, rzędu do 1 uA, dioda zachowuje się jak rezystor i znacznie zmniejsza impedancję wejściową układu pomiarowego.

Zaletą układu, zabezpieczenia niskonapięciowego według wynalazku jest możliwość ochrony wejść układów pomiarowych przed przekroczeniem napięć w zakresie do 1 V, przy prądzie upływu poniżej 100 nA.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania schematycznie na rysunku.

Układ zabezpieczenia niskonapięciowego ma pierwsze wejście WE1 układu zabezpieczenia dołączone do rezystora szeregowego MS, który dołączony jest do katody K1 diody świecącej LD1 i anody A2 diody świecącej LD2 oraz do wejścia IN+ układu pomiarowego UP, którego drugie wejście IN- dołączone jest do katody K2 diody świecącej LD2 i anody A1 diody świecącej LD1 oraz do drugiego wejścia WE2 układu zabezpieczenia.

Claims (1)

1. Układ zabezpieczenia niskonapięciowego zawierający układ pomiarowy, rezystor szeregowy i diody, znamienny tym, że pierwsze wejście (WE1) układu, zabezpieczenia dołączone jest do rezystora szeregowego (RS), który dołączony jest do katody (K1) diody świecącej (LD1) i anody (A2) diody świecącej (LD2) oraz do wejścia (IN+) układu pomiarowego (UF), którego drugie wejście (IN-) dołączone jest do katody (K2) diody świecącej (LD2) i anody, (A1) diody świecącej (LD1) oraz do drugiego wejścia (WE2) układu zabezpieczenia.