一種光控佔空比的隔離開關的製作方法
2023-05-27 18:25:26 1
專利名稱：一種光控佔空比的隔離開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子開關，一種用於電磁共振接收端的光控佔空比的隔離開關。
背景技術：
電磁共振通過磁耦合可以實現近距離內的大功能電能傳輸，使得電器的無線供電成為可能。實現這種電能傳輸的器件是兩個工作頻率相同的LC諧振迴路，分別是發射LC 諧振迴路和接收LC諧振迴路，其中發射LC諧振迴路受控於發射驅動器，而接收LC諧振迴路將電流輸出給用電器使用。實際應用中，有一個特殊的現象是LC諧振接收回路輸出的輸出電壓，隨著負載的不同而發生很大的變化，空載電壓和負載電壓往往相差數倍甚至十倍以上，導致電器或電路元件的嚴重損壞；同時LC諧振接收回路處於諧振狀態，接收的能量因為沒有輸出，只能自耗，用於發熱，更為嚴重的是，這時發射電路的發射電流持續以大電流在工作，更增加了空耗發熱。如何才能做到讓接收LC諧振接收電路有一個相對穩定的輸出電壓和減少空耗？
發明內容
本發明是一種用於電磁共振接收端的光控佔空比的隔離開關，它有兩對接線端， 一對是開關端，另一對是控制端，它由四部分組成一個低阻電子開關，一個壓控脈寬振蕩器，一個光控電壓調節器和一組內部電源，其中低阻電子開關是由兩個FET管的漏-源兩個電極反向串聯而成的，兩個漏極作為開關端，兩個源極為公共地線，兩個FET管的公共棚極與壓控脈寬振蕩器的輸出端相連，壓控振蕩器的輸入端與光控電壓調節器的輸出端相連， 光控電壓調節器的輸入端是一個發光二極體，電源為壓控振蕩器和光控電壓調節器提供工作電壓和電流；其工作原理是通過改變發光管亮度來改變電壓調節器的輸出電壓高低， 進一步改變壓控振蕩器的方波的佔空比，進一步改變電子開關的導通佔空比；由於光耦中的發光管是隔離的，所以就得到了一個光控佔空比的隔離開關。光控佔空比的隔離開關是一個功率器件，其最大特徵是通過光來調節開關的佔空比。低阻電子開關是一個毫歐級電阻的雙向電子開關，可由兩個低阻的CMOS FET管的反向串聯而成，即兩個FET管的源極(S極)串接，兩個FET管的漏極(D極)作為開關的兩端，同時兩個FET管的柵極(G極)並聯，這是低阻電子開關的控制端，若在共公的G極和S 極上加一個控制電壓(高電平)，兩個FET將同時導通，即兩個FET管的D極之間呈低阻狀態，電子開關導通，否則兩個FET管同時截止，即兩個FET的D極之間呈高阻狀態，電子開關截止。FET管的公共G極與壓控脈寬振蕩器的輸出端相連。壓控脈寬振蕩器是一個方波振蕩器，方波的佔空比由控制端的電壓決定，電壓越高，佔空比越大，反之越小。壓控脈寬振蕩器的控制端與光控電壓調節器的輸出端相連。
光控電壓調節器主要由一個光耦和一個三極體組成，它是一個線性的電壓跟隨器，受控於光耦中的發光管，發光管越亮，輸出端電壓越低，反之越高。這個電壓調節器的電源由電源電路提供。這樣，就有以下鏈鎖關係發光管亮度大小一電壓調節器的輸出電壓高低一壓控振蕩器的方波的佔空比一電子開關的通斷時間，即發光管的亮度決定電子開關的通斷時間。光控佔空比的隔離開關有一個內部電源，為電壓調節器和壓控振蕩器提供工作電流和電壓，這個電源是從開關的兩端通過分流電容後整流濾波得到的。光控佔空比的隔離開關是一個獨立的電子器件，它共有兩對接線端，一對是開關端，開並兩端分別與兩個FET管的漏極相連，另一對是控制端，分別與光耦中的發光管相連；由於光耦中的發光管是隔離的，所以就得到了一個光控佔空比的隔離開關。光控佔空比的隔離開關是通過隔離的發光管的亮度來調節電子開關的輸出佔空比，以控制電子開關的通斷時間，達到調節輸出電流或電壓的目的。這種電子開關在電磁共振的接收中的作用是至關重要的，它不但可以保持接收電路的負載電壓與空載電壓的一致，防止空載時的過壓燒毀電路元件，還可以防止接受電路空載時，因過度接收引起的發熱現象，同時還可以減少與之供電的發射電路的發射電流，對於節能是有益的。
附圖1是光控佔空比的隔離開關的電路原理圖。附圖2是光控佔空比的隔離開關模塊的引腳示意圖。附圖3是光控佔空比的隔離開關的應用原理圖之一。附圖4是光控佔空比的隔離開關的應用原理圖之二。附圖1中，虛框1為低阻電子開關，虛框2為壓控方波振蕩器，虛框3為光控電壓調節器，虛框4為電源電路。Tl、T2是兩個CMOS FET管，VO是壓控方波振蕩器，Ql為三極體，TP為光耦，DW為穩壓管，BGl為全橋整流電路，C3為濾波電容，Cl和C2為分流電容，R1、 R2、R3、R4和R5為電阻。A、B、C和D為四個電極，A、B為開關的兩個輸出端，C、D為控制端。低阻電子開關1中，Tl和T2為兩個低阻CMOS FET管，電阻值通常為毫歐級，Tl和 T2的兩個源極(S極)串聯作為公共地線，兩個漏極(D極)作為開關的兩個輸出端，兩個柵極(G極)並聯作為公共控制端，這樣，只要在Tl和T2的公共端，即S極和G極上加一個高電平，Tl和T2就會同時導通，兩個D極之間呈低電阻，電子開關導通，否則，Tl和T2截止， 兩個D極之間呈高電阻，電子開關關閉。控制低阻電子開關1的高電平來自壓控方波振蕩器2，壓控方波振蕩器是一個方波發生器，0端為輸出端，輸出一個佔空比可調的方波信號，Vp為電壓控制端，改變這個電壓就可以改變輸出方波的佔空比。控制電壓Vp由光控電壓調節器3決定，當光耦TP中的發光管越亮，三極體Ql的偏壓越高，則Vp就越低，反之則越高。所以就有以下的關係當光耦TP中的發光管越亮，三極體Ql的偏壓越高，則Vp就越低，壓控方波振蕩器2的輸出方波的佔空比越小，低阻電子開關1的導通時間越短；當光耦TP中的發光管越暗，三極體Ql的偏壓越低，則Vp就越高， 壓控方波振蕩器2的輸出方波的佔空比越大，低阻電子開關1的導通時間越長。
低阻電子開關1、壓控方波振蕩器2和光控電壓調節器3所需要的工作電壓由電源電路4提供，A和B兩端的交流電經C1、C2分流後，由全橋整流管BGl整流後，經C3濾波和 DW穩壓後，提供一個相當穩定的電壓。由於兩個FET管在導通時，A和B兩端處於短路狀態， 這時電源電路沒有能量補充，因此，光控佔空比的隔離開關的最大佔空比就不能為100%， 為確保電源電路的能量補充，通常光控佔空比的隔離開關的佔空比範圍為0-95%之間。這種光控佔空比的隔離開關在導通時的電阻為毫歐級，因此，在實際工作中，它的發熱量非常小。附圖2是將整個光控佔空比的隔離開關當作一個模塊(或IC)，A、B、C利D為兩對電極，其中A、B為開關端，C、D為控制端，即為LED的兩端。組成模塊可以大大減小應用電路的體積，提高電路的穩定性，降低使用成本。附圖3中，VK為光控佔空比的隔離開關，L為諧振接收線圈，C為諧振接收電容， BG2為全橋，C6為濾波電容，DW2為穩壓管，R6電阻。附圖4中，VK為光控佔空比的隔離開關，L為諧振接收線圈，C為諧振接收電容， D1、D2為整流管，C6為濾波電容，DW2為穩壓管，R6電阻。
具體實施例方式以下結合實例，進一步說明光控佔空比的隔離開關的功能和使用方法。實例一、光控佔空比的隔離開關在電磁共振的接收電路中的應用之一。附圖3中，諧振電容C與光控佔空比的隔離開關VK的一個輸出端A串聯後，另一個輸出端B與諧振線圈L並聯，L兩端的交流電經整流橋BG2和C6濾波後輸出，Vo表示輸出電壓，這個電壓經DW2降壓後為VK中的LED供電，由於DW2是一個穩壓管，兩端具有固定的電壓降，因此，Vo的變化就直接影響了 LED兩端的電壓，即影響到LED的亮度，當Vo升高， LED亮度增加，VK的輸出佔空比減小，諧振電容C的工作時間減少，諧振線圈L兩端的輸出電壓減小，迫使Vo下降；反之，當Vo下降，LED亮度減小，VK的輸出佔空比加大，諧振電容C 的工作時間加長，諧振線圈L兩端的輸出電壓增加，迫使Vo上升，這樣Vo就維持在一定值， 實現了穩壓輸出的目的。這裡，光控佔空比的隔離開關VK的主要作用有三1、調節諧振電容的工作時間， 使輸出電壓穩定；2、當輸出端空載時，VK的輸出佔空比為0，電路不再處於諧振狀態，接收能力大大下降，不僅保護了電路元件，而且減少了熱耗；3、由於接收端不再諧振，處於共振狀態的發射端的發射電流因此會大幅度下降，有利於節能。實例二、光控佔空比的隔離開關在電磁共振的接收電路中的應用之二。附圖4中，光控佔空比的隔離開關VK的開關端還是與諧振電容C串聯，不同的是， 諧振線圈不是一個一個，而是兩個Ll和L2串聯，中心抽頭作為地線，另外，整流管不是全橋，而是由Dl和D2組成的半橋，其工作原理及效果與附圖3相同，不再複述。
權利要求
1.一種用於電磁共振接收端的光控佔空比的隔離開關，它有兩對接線端，一對是開關端，另一對是控制端，它由四部分組成一個低阻電子開關，一個壓控脈寬振蕩器，一個光控電壓調節器和一組內部電源，其中低阻電子開關是由兩個FET管反向串聯而成的，兩個FET 管的公共棚極與壓控脈寬振蕩器的輸出端相連，壓控振蕩器的輸入端與光控電壓調節器的輸出端相連，光控電壓調節器的輸入端是一個發光二極體，內部電源為壓控振蕩器和光控電壓調節器提供工作電壓和電流；其工作原理是通過改變發光管亮度來改變電壓調節器的輸出電壓高低，進一步改變壓控振蕩器的方波的佔空比，進一步改變電子開關的導通佔空比；由於光耦中的發光管是隔離的，所以就得到了一個光控佔空比的隔離開關。
2.根據權利要求1所述的光控佔空比的隔離開關，其特徵是低阻電子開關是一個毫歐級電阻的雙向電子開關，可由兩個低阻的CMOS FET管的反向串聯而成，即兩個FET管的源極(S極)串接作為公共地線，兩個FET管的漏極(D極)作為開關的兩端，同時兩個FET 管的柵極(G極)並聯，這是低阻電子開關的控制端，若在共公的G極和S極上加一個控制電壓(高電平)，兩個FET將同時導通，即兩個FET管的D極之間呈低阻狀態，電子開關導通，否則兩個FET管同時截止，即兩個FET的D極之間呈高阻狀態，電子開關截止。
3.根據權利要求1所述的光控佔空比的隔離開關，其特徵是壓控脈寬振蕩器是一個方波振蕩器，方波的佔空比由控制端的電壓決定，電壓越高，佔空比越大，反之越小。
4.根據權利要求1所述的光控佔空比的隔離開關，其特徵是光控電壓調節器主要由一個光耦和一個三極體組成，它是一個線性的電壓跟隨器，受控於光耦中的發光管，發光管越亮，輸出端電壓越低，反之越高；發光管的兩端就是光控脈寬的隔離開關的控制端。
5.根據權利要求1所述的光控佔空比的隔離開關，其特徵是內部電源是從開關兩端通過電容分流後整流濾波得到的，是一組內置電源。
6.根據權利要求1所述的光控佔空比的隔離開關，其特徵是整個光控佔空比的隔離開關可以當作一隻具有兩對電極的模塊(或ic)，其中一對電極為開關端，分別與兩個FET 管的漏極相連，另外一對電極為控制端，分別與LED的兩端相連。
全文摘要
本發明是一種用於電磁共振接收端的光控佔空比的隔離開關，它由四部分組成一個低阻電子開關1，一個壓控脈寬振蕩器2，一個光控電壓調節器3和一組電源4，其中低阻電子開關受控於壓控脈寬振蕩器，壓控振蕩器受控於光控電壓調節器，電源為壓控振蕩器和光控電壓調節器提供工作電壓和電流。它是通過隔離的發光管的亮度來調節電子開關的輸出佔空比，以控制電子開關的通斷時間，達到調節輸出電流或電壓的目的。這種電子開關在電磁共振的接收中可以保持接收電路的負載電壓與空載電壓的一致，防止空載時的過壓燒毀電路元件，還可以防止接受電路空載的發熱現象，同時還可以減少與之供電的發射電路的發射電流，對於節能是有益的。
文檔編號H03K17/78GK102447454SQ20101050702
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月8日 優先權日2010年10月8日
發明者朱斯忠 申請人:朱斯忠