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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Comparateur de tension secteur rapide sur une puce CMOS. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Protection des équipements contre le fonctionnement d'urgence du réseau, alimentations sans interruption Une partie importante d'une alimentation sans coupure, d'un stabilisateur de tension secteur discret à grande vitesse ou d'un dispositif de protection contre les écarts de tension secteur est une unité de surveillance de la tension secteur ou un comparateur de tension secteur (VSC). Apparaissant à première vue, la simplicité du problème est trompeuse. La difficulté est qu'il y a une tension alternative ou pulsée à l'entrée du KSN, et le signal de sortie du KSN doit être continu. Dans ce cas, il est impossible d'utiliser différents filtres RC et LC pour le lissage, car ils introduisent un retard important dans la réponse du CSN à une variation de la tension secteur. Par conséquent, le KSN doit comparer périodiquement la tension d'entrée avec la tension de référence, de manière synchrone avec la fréquence du secteur, et mémoriser le résultat de la comparaison précédente jusqu'à la suivante. Étant donné que la tension secteur est sinusoïdale et a généralement un faible coefficient harmonique (<6%), il est possible de contrôler la valeur d'amplitude de la tension secteur et de l'utiliser pour juger de l'amplitude de la valeur de tension effective. Le soi-disant détecteur de crête [3] peut être utilisé comme détecteur d'amplitude de tension. L'inconvénient d'utiliser un détecteur de crête est qu'il doit être réinitialisé à chaque fois avant une nouvelle mesure. Un dispositif plus simple sur le plan fonctionnel peut être construit sur un seul vibrateur redémarrable avec un circuit pour contrôler l'excès du niveau de tension du secteur. Dans ce cas, le circuit peut être monté sur des microcircuits numériques, notamment sur des circuits CMOS. Ce choix n'est pas accidentel, car les paramètres de commutation des circuits CMOS ont une stabilité de température exceptionnellement élevée [1] : les fluctuations de la température du milieu dans la plage de -55 à +125 °C ne modifient pas plus les sections individuelles de la caractéristique de transfert. de 5 %. Il faut s'attendre à ce que dans la plage de température de +15 à +35°C (ce qui est typique pour les locaux d'habitation), les caractéristiques de transfert ne changent pas de plus de 0,6%, ce qui est bien mieux que les 1...2 requis %. De plus, les circuits CMOS ont une consommation d'énergie exceptionnellement faible, ce qui peut être important lors de l'utilisation de SSN dans des dispositifs de suivi.
Dans le circuit (Fig. 1), la tension secteur étudiée, pré-rectifiée, est fournie à l'entrée INPUT. Si une isolation galvanique est requise, la tension secteur est fournie par un transformateur d'isolement. À l'aide d'un diviseur composé d'une résistance d'accord R1 et de résistances R2, R3, KSN est ajusté à un certain seuil. Les valeurs nominales de la résistance du diviseur sont spécifiées pour le cas où +UP = 5 V et l'amplitude de tension à l'entrée INPUT est de 17 V (~12 V rms). Le condensateur C1 est utilisé pour filtrer le bruit impulsionnel court pénétrant depuis le réseau. La diode VD1 limite la tension de sortie du diviseur à +UP. Sur les trois premiers inverseurs DD1 et les résistances R4, R5, un trigger de Schmitt est monté, qui se déclenche lorsque la tension secteur atteint le niveau de trigger Us1. Le monocoup redémarrable (SW) se compose d'une chaîne KS R6, C2 et d'un déclencheur de Schmitt assemblés sur les trois onduleurs et résistances restants R7, R9. La résistance R8 est nécessaire pour obtenir l'hystérésis de réponse de l'ensemble du dispositif. +UP fait référence à la tension d'alimentation du circuit CMOS 3...15 V. La figure 2 montre les chronogrammes du circuit SSN illustré à la fig. 1. Tant que l'amplitude de la tension secteur n'a pas atteint le seuil Uc1 du trigger de Schmitt, sa sortie (broche 6 DD1) a un niveau logique haut (LU). A la sortie OUTPUT KSN (broche 8 DD1) il y a un LU bas, indiquant que la tension secteur est inférieure à un niveau prédéterminé.
Dès que l'amplitude de la tension secteur dépasse le seuil Uc1 du trigger de Schmitt, sur sa sortie (broche 6 DD1) des impulsions LU basses vont apparaître, synchrones avec la fréquence secteur. Ces impulsions sont transmises via la diode VD1 à l'entrée logicielle. La constante de temps du circuit RC R6C2 est choisie de telle sorte que la sortie du logiciel reste à un niveau haut continu tandis que les impulsions de déclenchement provenant de la sortie du déclencheur de Schmitt sont reçues à son entrée. Par conséquent, la sortie de la SORTIE du KSN sera élevée LU, tant que la tension secteur est supérieure au niveau spécifié. La figure 3 montre un schéma simplifié du KSN sur un plus petit nombre d'onduleurs. La différence entre ce schéma et le schéma KSN illustré à la Fig. 1 est qu'il n'inclut pas traditionnellement la chaîne RC R6C2.
Les SPV décrits ci-dessus (appelons-les les SPV du premier type) sont les plus efficaces pour contrôler l'augmentation de la tension secteur au-dessus d'un niveau donné. Lorsque la tension secteur tombe en panne, ce circuit génère un signal pour abaisser le niveau du réseau avec un retard de 7 ... 10 ms, en raison de la constante de temps de charge du circuit RC du logiciel. La suppression partielle du retard spécifié lors de la surveillance de la chute de tension du secteur en dessous d'un niveau prédéterminé permet au SPV du deuxième type, qui fonctionne sur le principe de mesurer la durée de pause DT, lorsque la tension instantanée de l'onde demi-sinusoïdale à l'ENTRÉE l'entrée est inférieure à Uc (Fig. 4).
L'amplitude Ua de la tension secteur mesurée détermine l'intervalle DT selon l'expression DT=arcsin(Uc/Ua)/πf. La non-linéarité de la courbe de tension mesurée dans l'intervalle de temps DT=10° peut être négligée [2]. Si DT=10°, alors Ua=11Uc, et le retard de fonctionnement du KSN à la chute de la tension secteur est d'environ 0,6 ms. Le schéma du CSN fonctionnant selon le principe indiqué est illustré à la Fig. 5, et les chronogrammes sont illustrés à la Fig. 6.
En utilisant le diviseur d'entrée R1, R2, R3, obtenez le rapport requis de Ua et Uc. Comme Uc dans notre cas est égal à la tension de commutation du circuit CMOS, qui est égale à UP / 2, il faut choisir Ua = 0,6UP pour obtenir un retard <5,5 ms. La diode VD1 limite la tension de sortie du diviseur à +UP. La tension de la sortie du diviseur est envoyée à l'entrée du comparateur, qui est un déclencheur de Schmitt, monté sur les deux premiers inverseurs DD1. Le comparateur est nécessaire à la formation d'impulsions LU hautes lorsque le niveau de la demi-onde sinusoïdale dépasse le seuil Uc. Le haut LU en sortie du comparateur à travers la diode VD2 est envoyé à l'entrée du premier logiciel, monté sur les troisième et quatrième inverseurs DD1, sur les résistances R7, R9, R10 et le condensateur C2. La résistance d'ajustement R1 réalise un signal LU élevé continu à la sortie du logiciel à une tension secteur supérieure à celle spécifiée. Lorsque la tension du secteur chute, des impulsions de faible LU apparaissent à la sortie du premier logiciel, qui sont alimentées par la diode VD3 à l'entrée du deuxième logiciel, monté sur les cinquième et sixième onduleurs DDI, les résistances R6, R11, R12 et condensateur C3. A partir de ces impulsions en sortie de la SORTIE KSN, le deuxième logiciel génère une LU basse continue, signalant que la tension secteur est inférieure à un niveau prédéterminé ou est totalement absente. La résistance R8 sert à obtenir l'hystérésis requise de la caractéristique de commutation du CV. D'après le chronogramme (Fig. 6), on peut voir qu'avec une augmentation de la tension du secteur, une LU élevée à la sortie du deuxième type de SPV se forme avec un retard d'environ 10 ms. Lors de la répétition de solutions de circuit, il convient de garder à l'esprit qu'en raison de certaines variations des paramètres de commutation des circuits CMOS, il peut être nécessaire de clarifier la valeur de la résistance R6 des circuits RC. Pour obtenir l'hystérésis des caractéristiques de commutation du KSN, il est nécessaire de clarifier la valeur de la résistance R8 dans le circuit de rétroaction positive. Littérature
Auteur : V. Ya. Volodine
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