СХЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
POWER SUPPLY CIRCUIT AND POWER SUPPLY SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к схеме электропитания автоколебательного типа и системе электропитания.
Уровень техники
В последние годы люди все чаще ездят заграницу, что обуславливает необходимость в разработке устройства электропитания, которое можно использовать не только в своей стране, но и в зарубежных странах, где напряжение электропитания общего пользования отличается от напряжения в своей стране, т.е. источника питания, который можно применять повсеместно для зарядки приборов, таких как электробритвы, электрические зубные щетки и т.д.
На фиг.17 показана принципиальная схема традиционного устройства электропитания, описанного в патентном документе 1. Устройство электропитания, показанное на фиг.17, представляет собой устройство электропитания автоколебательного типа, которое действует, как описано ниже. Сначала, когда блок электропитания E0 подключается, мощность поступает на конденсатор C20 через резистор смещения R80, в результате чего конденсатор C20 заряжается, и напряжение затвора VG FET1 возрастает. Затем, когда напряжение VG превышает пороговое напряжение FET1, FET1 отпирается, и протекает ток ID. Когда ток ID возрастает и R40xID превышает пороговое напряжение транзистора Tr10, транзистор Tr10 отпирается, разряжая ёмкость затвора FET1. Поэтому напряжение VG убывает, FET1 начинает запираться, и ток IL1 катушки также начинает убывать. Это приводит к тому, что напряжение VG быстро убывает вследствие напряжения, индуцированного в обмотке L30 обратной связи, и FET1 полностью запирается.
Когда FET1 запирается, резонансная схема, состоящая из конденсатора C10 и первичной обмотки L10, находится в состоянии свободных колебаний, и напряжение VG превышает пороговое напряжение FET1, опять же, благодаря току IL1 катушки, что приводит к повторному отпиранию FET1. Таким образом, операции запирания и отпирания FET1 повторяются, в результате чего мощность поступает на нагрузку E20.
Затем, поскольку напряжение ID ·R40 на резисторе R40 преобладает над FET1, т.е. благодаря току ID, избыточный ток не будет протекать даже в переходном состоянии, то напряжение VG не будет чрезмерно уменьшаться, и колебания в резонансной схеме будут стабилизироваться.
Кроме того, устройство электропитания типа RCC (преобразователь с ударным возбуждением дросселя) раскрыто в патентном документе 2 в качестве уровня техники настоящего изобретения.
Однако, поскольку устройство электропитания в патентном документе 1 не приспособлено для повсеместного применения, когда оно используется в странах или регионах, где напряжение в блоке E0 электропитания велико, напряжение стока-истока FET1 становится слишком большим, что приводит к проблеме необходимости наличия у FET1 большого выдерживаемого напряжения стока-истока.
С другой стороны, поскольку переключающееся устройство электропитания патентного документа 2, относится к типу RCC, его переключающий элемент действует в режиме жесткого переключения и, в результате этого, возникает проблема, состоящая в том, что будет генерироваться больше шума, и потеря мощности будет возрастать. Кроме того, поскольку переключающееся устройство электропитания, раскрытое в патентном документе 2 относится к типу RCC, и поэтому напряжение стока-истока переключающего элемента не будет возрастать до уровня резонансного типа, даже когда оно используется в странах или регионах, где напряжение в сети электропитания велико, нет необходимости в снижении напряжения стока-истока переключающего элемента. Поэтому вышеописанная проблема, которая возникает в устройствах электропитания автоколебательного типа, не будет возникать.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение схемы электропитания и системы электропитания, которые можно применять повсеместно без использования переключающего элемента, имеющего большое выдерживаемое напряжение, и которые могут выдавать стабильную мощность на нагрузочные устройства.
Патентный документ 1: выложенная патентная заявка Японии № 08-80042.
Патентный документ 2: выложенная патентная заявка Японии № 10-98880.
Раскрытие изобретения
Схема электропитания согласно настоящему изобретению выполнена с возможностью автоколебания за счет подачи мощности от блока электропитания, причем схема электропитания отличается тем, что содержит: резонансный блок, включающий в себя резонансный конденсатор и резонансную катушку, и для подачи мощности на нагрузочное устройство; колебательный блок, включающий в себя первый переключающий элемент, подключенный последовательно к резонансному блоку, и катушку обратной связи, магнитно связанную с резонансной катушкой, и для отпирания и запирания первого переключающего элемента, вызывающего автоколебание резонансного блока; блок выключения, включающий в себя второй переключающий элемент, и запирающий конденсатор, подключенный между управляющим выводом второго переключающего элемента и отрицательным электродом блока электропитания, в котором, когда ток открытого состояния, который протекает, когда первый переключающий элемент открыт, достигает заранее определенного уровня, второй переключающий элемент отпирается, что приводит к запиранию первого переключающего элемента; и первый блок зарядки, включающий в себя диод, анод которого подключен к стороне катушки обратной связи, и стабилитрон, катод которого подключен к катоду диода, и анод которого подключен к стороне запирающего конденсатора.
Согласно этой конфигурации, предусмотрен первый блок зарядки, включающий в себя диод для задержки протекания тока к катушке обратной связи от запирающего конденсатора, и стабилитрон, который действует, когда напряжение катушки обратной связи превышает фиксированное значение, между катушкой обратной связи и запирающим конденсатором. В результате этого, когда блок электропитания выдает большое напряжение, напряжение на катушке обратной связи превышает фиксированное значение, и первый блок зарядки действует, тем самым подавая ток на запирающий конденсатор. Благодаря этому запирающий конденсатор заряжается током открытого состояния первого переключающего элемента и током, подаваемым от первого блока зарядки, в течение периода открытого состояния первого переключающего элемента, для быстрого отпирания второго переключающего элемента и быстрого запирания первого переключающего элемента. В результате, период открытого состояния первого переключающего элемента сокращается, что приводит к снижению энергии, запасенной в резонансном блоке, что позволяет подавлять рост выходного тока, подлежащего пропусканию через нагрузочное устройство. Благодаря этой конфигурации, выходная характеристика, которая указывает соотношение между напряжением, выдаваемым блоком электропитания и выходным током, протекающим через нагрузочное устройство, когда выходное напряжение представлено на оси абсцисс, и выходной ток представлен на оси ординат, становится выравненной, что позволяет обеспечить повсеместно применимую схему электропитания.
Кроме того, поскольку при высоком напряжении, выдаваемом блоком электропитания, запирающий конденсатор будет быстро заряжаться благодаря действию первого блока зарядки, период открытого состояния первого переключающего элемента сокращается, что позволяет предотвращать подачу избыточного напряжения на первый переключающий элемент.
Кроме того, поскольку первый блок зарядки содержит диод для задерживания протекания тока из запирающего конденсатора в катушку обратной связи, величину заряда, накапливаемого в запирающем конденсаторе при отпирании первого переключающего элемента, можно сделать постоянной, и, таким образом, время зарядки запирающего конденсатора становится постоянным, что позволяет поддерживать период открытого состояния первого переключающего элемента постоянным и, таким образом, выдавать стабильную мощность на нагрузочное устройство.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения.
Фиг.2 - временная диаграмма системы электропитания, показанной на фиг.1, где (A) показывает напряжение стока-истока транзистора Q1, (B) - ток стока, (C) - напряжение катушки обратной связи, (D) - напряжение база-эмиттер запирающего транзистора Tr, и (E) - ток коллектора запирающего транзистора Tr.
Фиг.3 - график, демонстрирующий выходную характеристику настоящей системы электропитания, где ось ординат указывает выходной ток, и ось абсцисс указывает входное напряжение.
Фиг.4 - принципиальная схема системы электропитания  согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения.
Фиг.5 - принципиальная схема системы электропитания   согласно варианту осуществления 3 настоящего изобретения.
Фиг.6 - график, демонстрирующий выходную характеристику настоящей системы электропитания, где ось ординат указывает выходной ток, и ось абсцисс указывает входное напряжение.
Фиг.7 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 4 настоящего изобретения.
Фиг.8 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 5 настоящего изобретения.
Фиг.9 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 6 настоящего изобретения.
Фиг.10 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 7 настоящего изобретения.
Фиг.11 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 8 настоящего изобретения.
Фиг.12 - диаграмма формы волны сигнала зарядки и тока зарядки, где (A) показывает диаграмму формы волны сигнала зарядки и тока зарядки в ходе нормальной зарядки, и (B) показывает диаграмму формы волны, когда среднее значение тока зарядки должно быть меньше, чем в ходе нормальной зарядки (при снижении выходной мощности).
Фиг.13 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 9 настоящего изобретения.
Фиг.14 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 10 настоящего изобретения.
Фиг.15 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 11 настоящего изобретения.
Фиг.16 - принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 11 настоящего изобретения.
Фиг.17 - принципиальная схема традиционного устройства электропитания, описанного в патентном документе 1.
Наилучший вариант выполнения изобретения
В дальнейшем будет описана система электропитания, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
(Вариант осуществления 1)
На фиг.1 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 1 настоящего изобретения. Система электропитания содержит схему 10 электропитания и нагрузочное устройство 20. Схема 10 электропитания содержит резонансный блок 11, колебательный блок 12, блок выключения 13, блок зарядки 14 (первый блок зарядки) и блок 15 электропитания.
Резонансный блок 11 содержит резонансную катушку L1 и резонансный конденсатор C3, которые подключены параллельно, и подает мощность на нагрузочное устройство.
Резонансный блок 12 содержит катушку L3 обратной связи, конденсатор C2, резистор R2 и транзистор Q1 (первый переключающий элемент), и резистор R4, и вызывает автоколебание резонансного блока 11. Катушка L3 обратной связи магнитно связана с резонансной катушкой L1, благодаря чему вывод со стороны затвора транзистора Q1 имеет положительную полярность. Поэтому вывод со стороны затвора транзистора Q1 катушки L3 обратной связи называется положительным выводом, и вывод, противоположный положительному выводу, называется отрицательным выводом. Отрицательный вывод катушки L3 обратной связи подключен к отрицательному электроду T1 блока 15 электропитания. Один конец резонансной катушки L1 подключен к стоку транзистора Q1.
Транзистор Q1 представляет собой n-канальный полевой транзистор, сток которого подключен к резонансному блоку 11, исток которого подключен к блоку 13 выключения, и затвор которого (управляющий вывод) подключен к положительному выводу катушки L3 обратной связи через резистор R2 и конденсатор C2. Кроме того, между затвором и истоком транзистора Q1 подключен резистор R4, препятствующий выводу на затвор избыточного напряжения.
Конденсатор C2 одним концом подключен к отрицательному электроду T1 блока электропитания 15 через катушку L3 обратной связи и другим концом - к затвору транзистора Q1 через резистор R2. Таким образом, протекание тока от пускового резистора R1 к катушке L3 обратной связи блокируется конденсатором C2 и резистором R2.
Блок 13 выключения содержит запирающий транзистор Tr (второй переключающий элемент), запирающий конденсатор C4 и резисторы R5 и R6, и сконфигурирован так, что запирающий конденсатор C4 заряжается током стока (током открытого состояния), который протекает, когда транзистор Q1 отпирается и когда напряжение запирающего конденсатора C4 превышает пороговое напряжение запирающего транзистора Tr, запирающий транзистор Tr отпирается, вызывая запирание транзистора Q1.
Запирающий конденсатор C4 одним концом подключен к отрицательному электроду T1 и другим концом - к базе (управляющему выводу) запирающего транзистора Tr.
Запирающий транзистор Tr представляет собой биполярный транзистор npn-типа, эмиттер которого подключен к отрицательному электроду T1 блока 15 электропитания, запирающий конденсатор C4 подключен параллельно между базой и эмиттером, и коллектор подключен к положительному электроду T2 блока 15 электропитания через пусковой резистор R1. Затем запирающий транзистор Tr отпирается, когда напряжение запирающего конденсатора C4 превышает пороговое напряжение, благодаря чему ёмкость затвора транзистора Q1 разряжается, тем самым вызывая запирание транзистора Q1. Это позволяет предотвращать протекание избыточного тока стока в транзистор Q1 и, таким образом, защищать транзистор Q1.
Резистор R6 одним концом подключен к отрицательному электроду T1 и другим концом - к базе транзистора Tr через резистор R5 и сконфигурирован так, что напряжение в ответ на ток стока, который протекает, когда транзистор Q1 отпирается, выводится на запирающий конденсатор C4 через резистор R5, тем самым заряжая запирающий конденсатор C4.
Блок зарядки 14 содержит диод D1, стабилитрон Z1 и резистор R3 и выполнен с возможностью работы, когда напряжение, превышающее фиксированное значение, выводится из блока 15 электропитания, для зарядки запирающего конденсатора C4. Диод D1 подключен своим анодом к положительному выводу L3 катушки обратной связи. Стабилитрон Z1 своим катодом подключен к катоду диода D1 и своим анодом - к запирающему конденсатору C4 через резистор R3.
Блок 15 электропитания выполнен схемой 151 выпрямителя и конденсатора C1 и предназначен для преобразования переменного напряжения из сети E электропитания общего использования в напряжение постоянного тока. Сеть E электропитания общего использования выдает переменное напряжение с амплитудой от 80 до 246 В. Схема 151 выпрямителя выполнена, например, схемой диодного моста и обеспечивает двухполупериодное выпрямление переменного напряжения, выводимого из сети E электропитания общего использования. Конденсатор C1 выполнен, например, электролитическим конденсатором и осуществляет сглаживание напряжения, полученного двухполупериодным выпрямлением, осуществляемым схемой 151 выпрямителя для создания напряжения постоянного тока.
Нагрузочное устройство 20 содержит нагрузочную катушку L2, конденсатор C5, подключенный параллельно к нагрузочной катушке L2, диод D2, анод которого подключен к конденсатору C5, и вторичную батарею 21, положительный электрод которой подключен к катоду диода D2, и отрицательный электрод которой подключен к конденсатору C5.
Нагрузочная катушка L2 магнитно связана с резонансной катушкой L1, поэтому отрицательная сторона электрода вторичной батареи 21 имеет положительную полярность. Здесь, резонансная катушка L1 и нагрузочная катушка L2 соединены бесконтактным способом через изолятор, который не показан на фигуре. Заметим, что резонансная катушка L1 и нагрузочная катушка L2 образуют трансформатор, в котором резонансная катушка L1 служит первичной обмоткой, и нагрузочная катушка L2 служит вторичной обмоткой.
Конденсатор C5 осуществляет сглаживание напряжения, выводимого из нагрузочной катушки L2, и диод D2 выпрямляет напряжение, выводимое из нагрузочной катушки L2. В результате этого, во вторичную батарею 21 протекает постоянный ток зарядки. Вторичная батарея 21 выполнена литий-ионной вторичной батареей, никель-кадмиевой вторичной батареей и т.п.
Теперь будет описана работа системы электропитания, показанной на фиг.1. На фиг.2 представлена временная диаграмма системы электропитания, показанной на фиг.1, где (A) показывает напряжение стока-истока транзистора Q1, (B) - ток стока, (C) - напряжение на катушке L3 обратной связи, (D) - напряжение между база-эмиттер запирающего транзистора Tr, и (E) - ток коллектора запирающего транзистора Tr. Далее, работа настоящей системы электропитания будет описана со ссылкой на принципиальную схему, показанную на фиг.1, и временную диаграмму, показанную на фиг.2.
Напряжение переменного тока от 80 до 264 В, выводимое от сети E электропитания общего использования, выпрямляется схемой 151 выпрямителя и сглаживается конденсатором C1 для получения напряжения постоянного тока от 113 до 374 В. Когда напряжения катушки L3 обратной связи и конденсатора C1 возрастают, ток протекает через пусковой резистор R1, и напряжение начинает подаваться на затвор транзистора Q1. Когда напряжение затвора транзистора Q1 превышает пороговое напряжение транзистора Q1, транзистор Q1 отпирается (в момент времени TM1), и ток начинает протекать в резонансный конденсатор C3 и резонансную катушку L1.
В этот момент, как показано на фиг.2(B), ток стока начинает протекать в транзисторе Q1, и ток начинает протекать в резонансной катушке L1. Когда ток начинает протекать в резонансной катушке L1, напряжение генерируется в катушке L3 обратной связи, также магнитно связанной с резонансной катушкой L1, и транзистор Q1 поддерживается в открытом состоянии вследствие направленного свойства резонансной катушки L1. Кроме того, когда транзистор Q1 отпирается, напряжение начинает генерироваться благодаря току стока в резисторе R6, и запирающий конденсатор C4 заряжается.
В то же время положительное напряжение возникает на положительном выводе катушки L3 обратной связи, и когда напряжение в сети E электропитания общего использования превышает фиксированное значение, блок 14 зарядки действует, заставляя ток протекать в запирающий конденсатор C4 через диод D1, стабилитрон Z1 и резистор R3, тем самым заряжая запирающий конденсатор C4. Таким образом, можно быстро открывать запирающий транзистор Tr, поскольку запирающий конденсатор C4 заряжается напряжением, генерируемым на блоке 14 зарядки и резисторе R6.
Когда напряжение запирающего конденсатора C4 возрастает до порогового напряжения запирающего транзистора Tr (в момент времени TM2), запирающий транзистор Tr отпирается, тем самым разряжая ёмкость затвора транзистора Q1, и транзистор Q1 запирается (в момент времени TM3).
В этот момент, благодаря наличию запирающего конденсатора C4, запирающий транзистор Tr поддерживает открытое состояние в течение некоторого времени, пока не наступит момент TM4, и отрицательное напряжение не возникнет на положительном выводе катушки L3 обратной связи, при котором транзистор Q1 поддерживает закрытое состояние. В этот момент ток, протекающий в резонансной катушке L1, поступает на резонансный конденсатор C3, и начинается резонанс, между индуктивностью рассеяния резонансной катушки L1 и резонансным конденсатором C3, благодаря чему напряжение стока-истока транзистора Q1 изменяется согласно кривой выпуклостью вверх, как показано на фиг.2(A). Кроме того, вместе с этим, напряжение на катушке L3 обратной связи изменяется кривой выпуклостью вниз.
Кроме того, в настоящем варианте осуществления, резонансная катушка L1 и нагрузочная катушка L2 тесно связаны и образуют индуктивность возбуждения и индуктивность рассеяния в резонансной катушке L1. Спустя короткое время после наступления резонанса, положительное напряжение возникает на положительном выводе катушки L3 обратной связи, благодаря чему транзистор Q1 вновь отпирается (в момент времени TM5). Заметим, что ёмкость запирающего конденсатора C4 и значения сопротивления резисторов R5, R6 определены таким образом, чтобы заряд, накопленный в запирающем конденсаторе C4, целиком или определенная его часть, разряжался через резистор R5 и резистор R6 в период открытого состояния транзистора Q1, когда транзистор Q1 отпирается.
На фиг.3 показан график, демонстрирующий выходную характеристику настоящей системы электропитания, где ось ординат указывает выходной ток, и ось абсцисс указывает входное напряжение. График сплошной линией указывает выходную характеристику, когда блок 14 зарядки используется, и график пунктирной линией указывает выходную характеристику, когда блок 14 зарядки не используется. Выходной ток указывает ток зарядки, который протекает во вторичной батарее 21 нагрузочного устройства 20, и входное напряжение указывает выводимое напряжение в сети E электропитания общего использования. Кроме того, E1 указывает напряжение в сети E электропитания общего использования, когда напряжение, соответствующее порогу, на котором блок 14 зарядки начинает работать, подается на положительный вывод катушки L3 обратной связи.
Обозначим число витков резонансной катушки L1 как N1, число витков катушки L3 обратной связи как N3, и напряжение, выводимое сетью E электропитания общего использования, как E, и предусмотрим, что резонансная катушка L1 и катушка L3 обратной связи полностью связаны, на катушке L3 обратной связи возникает напряжение ExN3/N1. Затем, когда напряжение (ExN3/N1), возникающее на катушке L3 обратной связи, оказывается выше, чем напряжение пробоя VZ1 стабилитрона Z1, блок зарядки 14 начинает работать.
В результате этого ток зарядки, который предположительно возрастает согласно пунктирной линии на фиг.3, подавляется, что показано сплошной линией, поэтому увеличение тока зарядки значительно подавляется в диапазоне напряжений, превышающих E1. Таким образом, хотя, при возрастании напряжения в сети E электропитания общего использования ток, который протекает в блоке 14 зарядки, возрастает, это приводит к сокращению периода открытого состояния транзистора Q1 и, таким образом, уменьшению энергии, запасенной в резонансном блоке 11 в течение периода открытого состояния, что позволяет подавлять рост выходного тока. Заметим, что, поскольку градиент выходного тока в диапазоне высоких напряжений, показанный на фиг.3, можно регулировать путем регулировки значения сопротивления резистора R3, можно сделать так, чтобы выходной ток оставался, по существу, постоянным или немного снижался, как показано на фиг.6.
Теперь рассмотрим случай, когда блок 14 зарядки не содержит диод D1. В этом случае, поскольку отрицательное напряжение возникает в катушке L3 обратной связи, как показано на фиг.2(C), в течение периода закрытого состояния транзистора Q1, заряд запирающего конденсатора C4 также будет разряжаться в катушку L3 обратной связи. Затем, поскольку отрицательное напряжение, которое возникает на катушке L3 обратной связи, изменяется со временем и поэтому нестабильно, величина электрического заряда, подлежащего разряду, также окажется нестабильной, и существует опасность того, что оставшаяся ёмкость запирающего конденсатора C4, когда транзистор Q1 отпирается, не будет постоянной. По этой причине оказывается трудным заставить запирающий конденсатор C4 разряжать каждый раз фиксированную величину заряда, и, таким образом, период открытого состояния транзистора Q1 становится нестабильным.
С другой стороны, в настоящей системе электропитания блок 14 зарядки содержит диод D1, анод которого подключен к положительному выводу катушки L3 обратной связи. По этой причине в период закрытого состояния транзистора Q1, электрический заряд, накопленный в запирающем конденсаторе C4, будет разряжаться только с помощью резисторов R5, R6, и разряд через блок 14 зарядки будет задерживаться. В результате этого, когда транзистор Q1 отпирается, заряд, накопленный в запирающем конденсаторе C4, будет иметь нулевое или фиксированное значение, что позволяет сделать период открытого состояния транзистора Q1 постоянным.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 1, поскольку она содержит блок 14 зарядки, выходным током можно управлять так, чтобы он находился в пределах определенного диапазона, независимо от амплитуды напряжения в сети E электропитания общего использования, тем самым обеспечивая повсеместно применимую схему 10 электропитания. Кроме того, поскольку она содержит блок 14 зарядки, и период открытого состояния транзистора Q1 убывает по мере возрастания напряжения в сети E электропитания общего использования, возникает возможность предотвращать подачу чрезмерно высокого напряжения на транзистор Q1. Кроме того, поскольку блок 14 зарядки содержит диод D1, анод которого подключен к положительному выводу катушки L3 обратной связи, разряд через блок 14 зарядки из запирающего конденсатора C4 задерживается, что позволяет стабилизировать период открытого состояния транзистора Q1 и, таким образом, стабилизировать мощность, подаваемую на нагрузочное устройство 20.
(Вариант осуществления 2)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения. На фиг.4 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 2 настоящего изобретения. Заметим, что на фиг.4 детали, аналогичные деталям варианта осуществления 1, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 2, отличается тем, что между положительным электродом T2 и базой запирающего транзистора Tr подключен резистор R7.
Поскольку напряжение, поступающее из сети E электропитания общего использования, заставляет ток протекать в запирающий конденсатор C4 через резистор R7, частичное напряжение между резистором R7 и объединенным резистором из резисторов R5 и R6 всегда выводится на запирающий конденсатор C4. Соответственно, по мере возрастания напряжения в сети E электропитания общего использования, напряжение, выводимое на запирающий конденсатор C4, будет возрастать, что позволяет управлять периодом открытого состояния транзистора Q1 в зависимости от напряжения в сети E электропитания общего использования для управления выходным сигналом на нагрузочное устройство 20.
Кроме того, поскольку ток на запирающий конденсатор C4 поступает не только через блок 14 зарядки, но и через резистор R7, запирающий конденсатор C4 может быстро открывать запирающий транзистор Tr, тем самым сокращая период открытого состояния транзистора Q1, что позволяет использовать транзистор, имеющий низкое выдерживаемое напряжение в качестве транзистора Q1.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 2, возникает возможность управления выходным сигналом на нагрузочное устройство 20 путем регулировки напряжения в сети E электропитания общего использования и предотвращения подачи избыточного напряжения на транзистор Q1.
(Вариант осуществления 3)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 3 настоящего изобретения. На фиг.5 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 3 настоящего изобретения. Заметим, что на фиг.5 детали, аналогичные деталям вариантов осуществления 1 и 2, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 3, отличается тем, что блок 16 сглаживания подключен параллельно блоку 14 зарядки в системе электропитания, согласно варианту осуществления 1. Блок 16 сглаживания содержит диод D3, конденсатор C7 и резистор R8. Диод D3 своим анодом подключен к положительному выводу катушки L3 обратной связи и своим катодом к базе запирающего транзистора Tr через резистор R8 и к отрицательному электроду T1 через конденсатор C7.
Блок 16 сглаживания осуществляет сглаживание напряжения катушки L3 обратной связи для генерации напряжения, соответствующего напряжению в сети электропитания. В результате этого, запирающий конденсатор C4 заряжается двумя путями: через блок 14 зарядки и через блок 16 сглаживания. По этой причине напряжение, в котором пульсации, содержащиеся в напряжении, генерируемом в конденсаторе C1, ослаблены, выводится на запирающий конденсатор C4, поэтому время до отпирания запирающего транзистора Tr стабилизируется, и период открытого состояния транзистора Q1 стабилизируется, что позволяет резонансному блоку 11 создавать стабильное колебание.
На фиг.6 показан график выходной характеристики системы электропитания, согласно варианту осуществления 3, где ось ординат указывает выходной ток, и ось абсцисс указывает входное напряжение. Заметим, что сплошная линия указывает выходную характеристику, согласно варианту осуществления 3, и пунктирная линия указывает выходную характеристику, согласно варианту осуществления 4. Выходной ток указывает ток зарядки, который протекает во вторичной батарее 21 нагрузочного устройства 20, и входное напряжение указывает напряжение сети E электропитания общего использования. Как показано на фиг.6, можно видеть, что, когда предусмотрен блок 16 сглаживания, градиент в диапазоне низкого напряжения напряжений до E1 становится слабее по сравнению с графиком, показанным на фиг.3. Таким образом, выходным током можно управлять так, чтобы он находился в пределах определенного диапазона, независимо от амплитуды выводимого напряжения в сети E электропитания общего использования.
Как описано выше, в системе зарядки, согласно варианту осуществления 3, поскольку она содержит блок 16 сглаживания, стабильное напряжение выводится на запирающий конденсатор C4, тем самым обеспечивая более плоскую выходную характеристику, что позволяет обеспечивать систему электропитания, более пригодную для повсеместного применения.
(Вариант осуществления 4)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 4 настоящего изобретения. На фиг.7 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 4 настоящего изобретения. Заметим, что на фиг.7 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1-3, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 4, отличается тем, что блок 17 зарядки предусмотрен вместо блока 16 сглаживания в системе электропитания варианта осуществления 3, т.е. запирающий конденсатор C4 заряжается с использованием двух блоков 14 и 17 зарядки.
Блок 17 зарядки, который имеет аналогичную конфигурацию с блоком 14 зарядки, содержит диод D5, стабилитрон Z2 и резистор R9. Диод D5 своим анодом подключен к положительному выводу катушки L3 обратной связи и своим катодом - к катоду стабилитрона Z2. Стабилитрон Z2 своим анодом подключен к базе запирающего транзистора Tr через резистор R9.
Теперь предположим, что напряжение VZ2 пробоя стабилитрона Z2 больше напряжения VZ1 пробоя стабилитрона Z1. В результате этого, когда напряжение положительного вывода катушки L3 обратной связи меньше VZ1, блоки 14, 17 зарядки не будут работать; когда напряжение положительного вывода катушки L3 обратной связи не меньше VZ1 и меньше VZ2, работает только блок 14 зарядки; и когда напряжение положительного вывода катушки L3 обратной связи не меньше VZ2, блок 14 зарядки и блок 17 зарядки работают совместно.
В результате этого, как показано на графике пунктирной линией на фиг.6, в выходной характеристике появляются две точки перегиба P1 и P2. Таким образом, когда напряжение в сети Е электропитания общего использования меньше E2, и напряжение положительного вывода катушки L3 обратной связи меньше напряжения VZ1 пробоя, блоки 14, 17 зарядки не будут работать. Кроме того, когда напряжение в сети Е электропитания общего использования не меньше E2 и меньше E3, и напряжение положительного вывода катушки L3 обратной связи не меньше напряжения VZ1 пробоя и меньше напряжения VZ2 пробоя, работает только блок 14 зарядки. Благодаря этой конфигурации, запирающий конденсатор C4 заряжается блоком 14 зарядки, в результате чего период открытого состояния будет сокращаться для этой части, и выходной ток будет снижаться. По этой причине выходная характеристика демонстрирует более слабый градиент в диапазоне среднего напряжения от E2 до E3, чем в диапазоне низкого напряжения.
Кроме того, когда напряжение в сети Е электропитания общего использования не меньше E3, и напряжение положительного вывода катушки L3 обратной связи больше напряжения VZ2 пробоя, блок зарядки 17 работает в дополнение к блоку 14 зарядки. Благодаря этой конфигурации, запирающий конденсатор C4 заряжается двумя путями от блока 14 зарядки и блока 17 зарядки, в результате чего период открытого состояния дополнительно сокращается для этой части, и выходной ток будет снижаться. По этой причине выходная характеристика демонстрирует более слабый градиент в диапазоне высокого напряжения, чем в диапазоне среднего напряжения.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 4, поскольку блок 17 зарядки предусмотрен в дополнение к блоку 14 зарядки, выходная характеристика изменяется в две стадии, дополнительно сокращая диапазон изменения выходного тока и обеспечивая более плоскую выходную характеристику, в результате чего становится возможным обеспечить систему электропитания, более пригодную для повсеместного применения.
Заметим, что хотя в системе электропитания, согласно варианту осуществления 4, предусмотрено два блока 14 и 17 зарядки, это не является ограничением, и можно обеспечить три или более. В таком случае задание разных значений напряжения пробоя для стабилитронов, обеспеченных в каждом блоке зарядки, позволит получить выходную характеристику, имеющую точки перегиба в соответствии с количеством блоком зарядки, тем самым обеспечивая более плоскую выходную характеристику. Кроме того, регулировка количества блоков зарядки и значения напряжения пробоя стабилитрона позволяет регулировать выходную характеристику таким образом, чтобы получить нужный выходной ток в диапазоне напряжения целевой сети Е электропитания общего использования.
(Вариант осуществления 5)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 5 настоящего изобретения. На фиг.8 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 5. Заметим, что на фиг.8 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1 - 4, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 5, отличается тем, что она содержит блок 18 зарядки, в котором стабилитрон Z2 блока 17 зарядки опущен в системе электропитания варианта осуществления 4.
Поскольку блок 18 зарядки не включает в себя стабилитрон Z2, он действует даже при низком напряжении в сети Е электропитания общего использования, и блок 14 зарядки не работает, тем самым заряжая запирающий конденсатор C4. По этой причине система электропитания демонстрирует выходную характеристику, имеющую более слабый градиент в диапазоне низкого напряжения, тем самым обеспечивая более плоскую выходную характеристику.
С другой стороны, когда сеть Е электропитания общего использования выводит высокое напряжение, которое приводит в действие блок 14 зарядки, возрастание выходного тока в диапазоне высокого напряжения будет подавляться по аналогии с вариантом осуществления 1, тем самым обеспечивая плоскую выходную характеристику.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 5, поскольку предусмотрен блок 18 зарядки, можно получить плоскую выходную характеристику в диапазоне низкого напряжения, что позволяет обеспечить систему электропитания, более пригодную для повсеместного применения.
(Вариант осуществления 6)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 6 настоящего изобретения. На фиг.9 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 6. Заметим, что на фиг.9 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1 - 5, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 6, отличается тем, что схема 10 электропитания и нагрузочное устройство 20 подключены через корпус 30 в системе электропитания, согласно варианту осуществления 1.
Корпус 30 сконфигурирован так, что резонансная катушка L1 и нагрузочная катушка L2 изолированы друг от друга, и магнитный поток, генерируемый в резонансной катушке L1, сцеплен с нагрузочной катушкой L2, благодаря чему мощность передается посредством электромагнитной индукции. Благодаря этой конфигурации, схема 10 электропитания заряжает вторичную батарею 21 бесконтактным способом. В качестве корпуса 30 можно использовать ограждение схемы 10 электропитания и ограждение нагрузочного устройства 20. Кроме того, предусмотрен монтажный блок для монтажа нагрузочного устройства 20 в ограждении схемы 10 электропитания, и резонансная катушка L1 и нагрузочная катушка L2 могут быть размещены так, чтобы резонансная катушка L1 и нагрузочная катушка L2 были магнитно связаны, когда нагрузочное устройство 20 смонтировано в монтажном блоке.
При удалении нагрузочного устройства 20 из схемы 10 электропитания индуктивность возбуждения становится индуктивностью связи на резонансной катушке L1, и индуктивность связи увеличивается по сравнению со случаем, когда нагрузочное устройство 20 присоединено, в результате чего резонансное напряжение соответственно возрастает, и напряжение на стоке транзистора Q1 также возрастает. Однако, поскольку система электропитания, согласно варианту осуществления 6, содержит блок 14 зарядки, и блок 14 зарядки работает даже когда резонансное напряжение возрастает, тем самым сокращая период открытого состояния транзистора Q1, исчезает необходимость в использовании транзистора, имеющего высокое выдерживаемое напряжение в качестве транзистора Q1, и получается плоская выходная характеристика.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 6, поскольку предусмотрен корпус 30, это позволяет заряжать вторичную батарею 21 бесконтактным способом. Кроме того, поскольку даже когда нагрузочное устройство 20 удалено, и резонансное напряжение возрастает, блок 14 зарядки работает, тем самым сокращая период открытого состояния транзистора Q1, на транзистор Q1 не будет подаваться высокое напряжение в течение длительного периода времени, что позволяет защитить транзистор Q1. В результате этого, исчезает необходимость в использовании транзистора, имеющего высокое выдерживаемое напряжение в качестве транзистора Q1, что позволяет уменьшить размер и стоимость схемы.
(Вариант осуществления 7)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 7 настоящего изобретения. На фиг.10 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 7. Заметим, что на фиг.10 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1 - 6, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 7, отличается тем, что в качестве нагрузочного устройства 20 используется электробритва, и схема 10 электропитания подает мощность на электробритву, тем самым нагревая режущую поверхность 22.
Электробритва содержит режущую поверхность 22 и основной блок 23. Режущая поверхность 22 выполнена из металла и вступает в контакт с кожей при сбривании волос, растущих на коже, когда человек бреется. Основной блок 23 содержит различные схемы для управления электробритвой.
Корпус 30 выполнен ограждением схемы 10 электропитания и изолирует резонансную катушку L1 от режущей поверхности 22. Схема 10 электропитания, аналогичная схеме 10 электропитания, согласно варианту осуществления 1, вызывает сцепление магнитного потока, генерируемого в резонансной катушке L1, с режущей поверхностью 22, и протекание вихревого тока в режущей поверхности 22, который нагревает режущую поверхность 22. Режущая поверхность 22 имеет малую толщину около 100 нм, и ее связь неплотна, как для металлического поддона. Поэтому индуктивность, по большей части, становится индуктивностью связи, в результате чего резонансная катушка L1 будет иметь высокое резонансное напряжение, и напряжение на стоке транзистора Q1 неизбежно возрастает. Однако, поскольку система электропитания, согласно варианту осуществления 7, содержит блок 14 зарядки, блок зарядки 14 работает даже когда резонансное напряжение возрастает, тем самым сокращая период открытого состояния транзистора Q1, таким образом, позволяя L1 избегать необходимости в использовании транзистора с большим выдерживаемым напряжением в качестве транзистора Q1 и получать плоскую выходную характеристику.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 7, можно сделать так, чтобы схема 10 электропитания нагревала режущую поверхность 22 электробритвы бесконтактным способом. Кроме того, поскольку вторичная сторона резонансной катушки L1 является режущей поверхностью 22, выполненной из металла, резонансное напряжение будет возрастать; однако, поскольку блок 14 зарядки работает, тем самым уменьшая период открытого состояния транзистора Q1, высокое напряжение не будет подаваться на транзистор Q1 в течение длительного периода времени, что позволяет защитить транзистор Q1. В результате, исчезает необходимость в использовании транзистора, имеющего большое выдерживаемое напряжение, в качестве транзистора Q1, что позволяет уменьшить размер и стоимость схемы.
(Вариант осуществления 8)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 8 настоящего изобретения. На фиг.11 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 8. Заметим, что на фиг.11 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1 - 7, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 8, отличается тем, что управление током осуществляется в нагрузочном устройстве 20a.
Нагрузочное устройство 20a дополнительно содержит транзистор Q2, четыре резистора R21, R22, R23, R24, и микрокомпьютер 24 по сравнению с нагрузочным устройством 20 варианта осуществления 1. Транзистор Q2 выполнен n-канальным полевым транзистором, и его сток подключен к катоду диода D2, и его исток к подключен положительному электроду вторичной батареи 21. Резистор R21 и резистор R22, соединенные между собой последовательно, подключены параллельно вторичной батарее 21. Точка соединения резистора R21 и резистора R22 соединена с микрокомпьютером 24. Затвор транзистора Q2 подключен к микрокомпьютеру 24 через резистор R23. Резистор R24 подключен между положительным выводом нагрузочной катушки L2 и отрицательным электродом вторичной батареи 21. Вывод заземления микрокомпьютера 24 соединен с отрицательным электродом вторичной батареи 21.
Микрокомпьютер 24 обнаруживает ток зарядки, который протекает в резисторе R24, и выводит импульсный сигнал (сигнал зарядки) на затвор транзистора Q2, таким образом, среднее значение тока зарядки поддерживается равным фиксированному значению, что позволяет управлять транзистором Q2 в режиме ШИМ. В результате этого, ток зарядки регулируется таким образом, чтобы иметь фиксированное среднее значение, и нестабильный ток, выводимый схемой 10 электропитания, преобразуется в стабильный ток, что позволяет аккуратно заряжать вторичную батарею 21.
Заметим, что согласно варианту осуществления 8, вторичная батарея 21 соответствует основному блоку нагрузки; нагрузочная катушка L2, диод D2, конденсатор C5, транзистор Q2 и резистор R24 соответствуют блоку питания; и микрокомпьютер 24 соответствует блоку обнаружения тока и блоку управления.
На фиг.12 показана диаграмма формы волны сигнала зарядки и тока зарядки, где (A) показывает диаграмму формы волны сигнала зарядки и тока зарядки в ходе нормальной зарядки, и (B) показывает диаграмму формы волны сигнала зарядки и тока зарядки, где среднее значение тока зарядки ниже, чем в ходе нормальной зарядки (при снижении выходной мощности).
Из диаграмм (A) и (B) на фиг.12 можно видеть, что, когда сигнал зарядки находится на высоком уровне, транзистор Q2 отпирается, и протекает ток зарядки фиксированной величины, и, когда сигнал зарядки находится на низком уровне, транзистор Q2 запирается, и ток зарядки равен 0. Таким образом, микрокомпьютер 24 может регулировать среднее значение тока зарядки, увеличивая ширину импульса сигнала зарядки при увеличении среднего значения тока зарядки и уменьшая ширину импульса сигнала зарядки при уменьшении среднего значения тока зарядки.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 8, поскольку в нагрузочном устройстве 20a предусмотрены транзистор Q2, резисторы R21 - R24 и микрокомпьютер 24, среднее значение тока зарядки регулируется для поддержания фиксированного значения, и нестабильный ток, выводимый схемой электропитания 10, преобразуется в стабильный ток, что позволяет аккуратно заряжать вторичную батарею 21, а также осуществлять регулировки, например, увеличивая и уменьшая среднее значение тока зарядки.
Заметим, что хотя, согласно варианту осуществления 8, микрокомпьютер 24 управляет транзистором Q2 таким образом, чтобы среднее значение тока зарядки поддерживалось равным фиксированному значению, он может управлять транзистором Q2 таким образом, чтобы напряжение зарядки вторичной батареи 21 поддерживалось равным фиксированному значению.
В этом случае микрокомпьютер 24 может управлять транзистором Q2, обнаруживая напряжение зарядки вторичной батареи 21 из напряжения, прикладываемого на резисторы R21, R22, и регулируя ширину импульса сигнала зарядки таким образом, чтобы обнаруженное напряжение зарядки поддерживалось равным фиксированному значению. Управление напряжением вторичной батареи 21 для поддержания фиксированного значения станет эффективным, когда вторичная батарея, которая требует зарядки постоянным напряжением, например литий-ионная батарея, используется в качестве вторичной батареи 21. Кроме того, в настоящей системе электропитания микрокомпьютер 24 также может в любой момент запирать транзистор Q2, тем самым останавливая зарядку.
(Вариант осуществления 9)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 9 настоящего изобретения. На фиг.13 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 9. Заметим, что на фиг.13 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1 - 8, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 9, отличается тем, что ток зарядки регулируется путем изменения величины емкости конденсатора C5, когда количество элементов, составляющих вторичную батарею 21, меняется.
В нагрузочном устройстве 20, когда соотношение между током зарядки, протекающим в диоде D2, и емкостью конденсатора C5 показано таким образом, что ток зарядки указывается на оси ординат и ёмкость указывается на оси абсцисс, ток зарядки изменяется в форме холма, пик которого соответствует емкости конденсатора C5, при котором нагрузочная катушка L2 и конденсатор C5 резонируют.
В результате этого можно управлять током зарядки до нужного значения путем регулировки емкости конденсатора C5.
Таким образом, при использовании нагрузочного устройства 20b, содержащего вторичную батарею 21, имеющую два элемента, вместо нагрузочного устройства 20, содержащего вторичную батарею 21, имеющую один элемент, устанавливая емкость конденсатора C5 нагрузочного устройства 20b таким образом, чтобы ток зарядки был больше, чем в нагрузочном устройстве 20, возможно протекание тока зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20b без изменения конфигурации схемы 10 электропитания.
Заметим, что хотя, согласно варианту осуществления 9, количество элементов вторичной батареи 21, предусмотренной в нагрузочном устройстве 20b, предполагается равным двум, это не является ограничением, и количество элементов вторичной батареи 21 может быть три или более. В этом случае также, устанавливая емкость конденсатора C5 таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины в зависимости от количества элементов вторичной батареи 21, можно подавать ток зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20b без изменения конфигурации схемы 10 электропитания. Кроме того, емкость конденсатора C5 можно устанавливать таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины в зависимости не только от количества элементов, но и от типа вторичной батареи 21, которая может быть, например, никель-кадмиевой батареей или литий-ионной батареей.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 9, устанавливая емкость конденсатора C5 таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины, даже когда количество элементов вторичной батареи изменяется, можно подавать ток зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20b без изменения конфигурации схемы 10 электропитания.
(Вариант осуществления 10)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 10 настоящего изобретения. На фиг.14 показана принципиальная схема системы электропитания, согласно варианту осуществления 10. Заметим, что на фиг.14 детали, аналогичные деталям согласно вариантам осуществления 1 - 9, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 10, отличается тем, что ток зарядки регулируется путем изменения числа витков нагрузочной катушки L2, когда количество элементов, составляющих вторичную батарею 21, меняется.
В нагрузочном устройстве 20, когда соотношение между зарядным током, протекающим в диоде D2, и числом витков нагрузочной катушки L2 показано таким образом, что ток зарядки указывается на оси ординат и число витков указывается на оси абсцисс, ток зарядки изменяется в форме холма, пик которого соответствует значению числа витков нагрузочной катушки L2, при котором нагрузочная катушка L2 и конденсатор C5 резонируют.
В результате этого можно управлять током зарядки до нужного значения путем регулировки числа витков нагрузочной катушки L2.
Таким образом, при использовании нагрузочного устройства 20c, содержащего вторичную батарею 21, имеющую два элемента, вместо нагрузочного устройства 20, содержащего вторичную батарею 21, имеющую один элемент, устанавливая число витков нагрузочной катушки L2 таким образом, чтобы ток зарядки был больше, чем в нагрузочном устройстве 20, возможно протекание тока зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20c без изменения конфигурации схемы 10 электропитания.
Заметим, что хотя, согласно варианту осуществления 10, количество элементов вторичной батареи 21, входящей в состав нагрузочного устройства 20c, предполагается равным двум, это не является ограничением, и количество элементов вторичной батареи 21 может быть три или более. В этом случае также, устанавливая число витков нагрузочной катушки L2 таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины в зависимости от количества элементов вторичной батареи 21, можно подавать ток зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20b без изменения конфигурации схемы 10 электропитания. Кроме того, число витков нагрузочной катушки L2 можно устанавливать таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины в зависимости не только от количества элементов, но и от типа вторичной батареи 21, которая может быть, например, никель-кадмиевой батареей или литий-ионной батареей.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 10, устанавливая число витков нагрузочной катушки L2 таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины, даже когда количество элементов вторичной батареи 21 изменяется, можно подавать ток зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20c без изменения конфигурации схемы 10 электропитания.
(Вариант осуществления 11)
Теперь будет описана система электропитания, согласно варианту осуществления 11 настоящего изобретения. На фиг.15 и 16 показаны принципиальные схемы системы электропитания, согласно варианту осуществления 11. Заметим, что на фиг.15 и 16 детали, аналогичные деталям, согласно вариантам осуществления 1 - 10, обозначены теми же позициями, и их описание будет опущено. Система электропитания, согласно варианту осуществления 11, отличается тем, что ток зарядки, пропускаемый через диод D2, регулируется путем изменения расстояния между резонансной катушкой L1 и нагрузочной катушкой L2.
Поскольку при увеличении расстояния между резонансной катушкой L1 и нагрузочной катушкой L2 поток рассеяния будет возрастать, мощность, передаваемая на нагрузочное устройство 20, будет убывать, что приводит к снижению тока зарядки. С другой стороны, при уменьшении расстояния между резонансной катушкой L1 и нагрузочной катушкой L2 поток рассеяния будет убывать, мощность, передаваемая на нагрузочное устройство 20, будет возрастать, что приводит к росту тока зарядки. Это позволяет регулировать величину тока зарядки путем регулировки толщины корпуса 30.
Тогда как количество элементов вторичной батареи 21 нагрузочного устройства 20, показанного на фиг.15, равно одному, количество элементов вторичной батареи 21 нагрузочного устройства 20, показанное на фиг.16, равно двум. Поэтому предпочтительно конфигурировать так, чтобы величина тока зарядки, пропускаемого через нагрузочное устройство 20, показанное на фиг.16, была больше тока, пропускаемого через нагрузочное устройство 20, показанное на фиг.15.
В этой связи в системе электропитания, показанной на фиг.16, толщина корпуса 30 устанавливается так, чтобы расстояние между резонансной катушкой L1 и нагрузочной катушкой L2 было меньше, чем в системе электропитания, показанной на фиг.15. В результате этого в нагрузочном устройстве 20 системы электропитания, показанной на фиг.16, протекает больший ток зарядки, чем в том, что показано на фиг.15.
Как описано выше, в системе электропитания, согласно варианту осуществления 11, устанавливая толщину корпуса таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины, даже когда количество элементов вторичной батареи 21 меняется, можно подавать ток зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20 без изменения конфигурации схемы 10 электропитания.
Заметим, что хотя количество элементов вторичной батареи 21, показанное на фиг.16, равно двум, количество элементов может быть три или более. В таком случае, путем регулировки толщины корпуса таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины в зависимости от количества элементов, можно подавать ток зарядки нужной величины в нагрузочное устройство 20 без изменения конфигурации схемы 10 электропитания. Кроме того, толщину корпуса 30 можно регулировать таким образом, чтобы протекал ток зарядки нужной величины в зависимости не только от количества элементов, но и от типа вторичной батареи 21, которая может быть, например, никель-кадмиевой батареей или литий-ионной батареей.
(Сущность изобретения)
(1) Схема электропитания, согласно настоящему изобретению, выполнена с возможностью автоколебания за счет подачи мощности от блока электропитания, причем схема электропитания отличается тем, что содержит: резонансный блок, включающий в себя резонансный конденсатор и резонансную катушку, и для подачи питания на нагрузочное устройство; колебательный блок, включающий в себя первый переключающий элемент, подключенный последовательно к резонансному блоку, и катушку обратной связи, магнитно связанную с резонансной катушкой, и для отпирания и запирания первого переключающего элемента, вызывающего автоколебание резонансного блока; блок выключения, включающий в себя второй переключающий элемент, и запирающий конденсатор, подключенный между управляющим выводом второго переключающего элемента и отрицательным электродом блока электропитания, в котором, когда ток открытого состояния, который протекает, когда первый переключающий элемент открыт, достигает заранее определенного уровня, второй переключающий элемент отпирается, что приводит к запиранию первого переключающего элемента; и первый блок зарядки, включающий в себя диод, анод которого подключен к стороне катушки обратной связи, и стабилитрон, катод которого подключен к катоду диода, и анод которого подключен к стороне запирающего конденсатора.
Согласно этой конфигурации, предусмотрен первый блок зарядки, включающий в себя диод для блокирования протекания тока к катушке обратной связи от запирающего конденсатора, и стабилитрон, который работает, когда напряжение на катушке обратной связи превышает фиксированное значение, между катушкой обратной связи и запирающим конденсатором. Поэтому, когда блок электропитания выводит высокое напряжение, напряжение на катушке обратной связи превышает фиксированное значение, и первый блок зарядки будет работать, подавая ток на запирающий конденсатор. Благодаря этой конфигурации, запирающий конденсатор заряжается током открытого состояния первого переключающего элемента и током, поступающим от первого блока зарядки, в течение периода открытого состояния первого переключающего элемента, что позволяет быстро отпирать второй переключающий элемент и быстро запирать первый переключающий элемент. В результате, период открытого состояния первого переключающего элемента сокращается, благодаря чему энергия, запасенная в резонансном блоке, снижается, что позволяет подавлять рост выходного тока, подаваемого на нагрузочное устройство. Это позволяет получить плоскую выходную характеристику, которая указывает соотношение между напряжением, выводимым блоком электропитания и выходным током, подаваемым на нагрузочное устройство, причем выходное напряжение представлено на оси абсцисс, и выходной ток представлен на оси ординат, что позволяет обеспечить повсеместно применимую схему электропитания.
Кроме того, поскольку при высоком напряжении, выводимом блоком электропитания, запирающий конденсатор будет быстро заряжаться благодаря работе первого блока зарядки, период открытого состояния первого переключающего элемента сокращается, что позволяет предотвращать приложение избыточного напряжения на первый переключающий элемент.
Кроме того, поскольку первый блок зарядки содержит диод для блокировки тока, протекающего из запирающего конденсатора в катушку обратной связи, величину заряда, подлежащего накоплению в запирающем конденсаторе при отпирании первого переключающего элемента, можно сделать постоянной, и, таким образом, время зарядки запирающего конденсатора становится постоянным, что позволяет поддерживать период открытого состояния первого переключающего элемента постоянным и, таким образом, выдавать стабильную мощность на нагрузочное устройство.
(2) Первый блок зарядки предпочтительно включает в себя резистор, который подключен одним концом к аноду вышеописанного стабилитрона и другим концом - к вышеописанному запирающему конденсатору.
Согласно этой конфигурации, можно регулировать градиент выходной характеристики путем регулировки значения резистора.
(3) Предпочтительно обеспечивать второй блок зарядки для зарядки вышеописанного запирающего конденсатора, помимо вышеописанного первого блока зарядки.
Согласно этой конфигурации, поскольку запирающий конденсатор заряжается от второго блока зарядки, а также, дополнительно, от первого блока зарядки, можно заставить второй переключающий элемент отпираться быстрее, что позволяет сократить период открытого состояния первого переключающего элемента.
(4) Предпочтительно, чтобы вышеописанный второй блок зарядки был предусмотрен в нескольких экземплярах.
Согласно этой конфигурации, можно регулировать значение выходного тока, подлежащего пропусканию через нагрузочное устройство, путем регулировки количества вторых блоков зарядки.
(5) Предпочтительно, чтобы вышеописанный второй блок зарядки был подключен параллельно вышеописанному первому блоку зарядки и был выполнен блоком сглаживания для сглаживания напряжения на вышеописанной катушке обратной связи.
Согласно этой конфигурации, поскольку напряжение на катушке обратной связи сглаживается блоком сглаживания, можно устранять изменение напряжения, обусловленное пульсациями напряжения, выводимого блоком электропитания, и стабилизировать колебания на колебательном блоке.
(6) Вышеописанный второй блок зарядки предпочтительно выполнен резистором, который подключен между положительным электродом вышеописанного блока электропитания и управляющим выводом вышеописанного второго переключающего элемента.
Согласно этой конфигурации, второй блок зарядки можно выполнить в простой конфигурации с использованием только резистора.
(7) Предпочтительно, чтобы вышеописанный первый блок зарядки был обеспечен параллельно в нескольких экземплярах и чтобы каждый стабилитрон, обеспеченный в каждом первом блоке зарядки, имел различное напряжение пробоя, соответственно.
Согласно этой конфигурации, поскольку используются стабилитроны, каждый из которых имеет различное напряжение пробоя, можно получить более плоскую выходную характеристику.
(8) Система электропитания настоящего изобретения представляет собой систему электропитания, содержащую схему электропитания и нагрузочное устройство по любому из пп. (1) - (7), отличающаяся тем, что вышеописанное нагрузочное устройство содержит магнитную муфту, которая связана с вышеописанной резонансной катушкой через изолирующую деталь.
Согласно этой конфигурации, хотя при удалении нагрузочного устройства резонансная катушка как целое становится индуктивностью рассеяния и напряжение, приложенное к первому переключающему элементу, возрастает, поскольку период открытого состояния первого переключающего элемента сокращается благодаря работе блока зарядки, можно предотвращать приложение избыточного напряжения на первый переключающий элемент и снижать реактивный ток, который протекает в схеме электропитания, тем самым снижая резервную мощность.
(9) Предпочтительно, чтобы вышеописанная магнитная муфта была выполнена из металла и чтобы вышеописанная схема электропитания генерировала вихревой ток в металле для его нагрева.
Согласно этой конфигурации, поскольку магнитный поток из резонансной катушки сцепляется с металлом, входящим в состав нагрузочного устройства, и вихревой ток генерируется в нем, нагревая металл, схему электропитания можно использовать как нагревательное устройство. Кроме того, хотя при удалении нагрузочного устройства из схемы электропитания и в отсутствие металла нагрузка становится открытой и, следовательно, резонансная катушка как целое становится индуктивностью рассеяния, и напряжение, приложенное к переключающему элементу, возрастает, поскольку период открытого состояния переключающего элемента сокращается благодаря работе первого блока зарядки, можно предотвращать приложение избыточного напряжения на переключающий элемент и снижать реактивный ток, который протекает в схеме электропитания, тем самым снижая резервную мощность.
(10) Вышеописанное нагрузочное устройство предпочтительно содержит: блок питания, включающий в себя основной блок нагрузки и нагрузочную катушку, магнитно связанную с резонансной катушкой, и для подачи тока, генерируемого в нагрузочной катушке, на основной блок нагрузки; блок обнаружения тока для обнаружения тока, подаваемого на основной блок нагрузки; и блок управления для осуществления управления, при котором ток, обнаруживаемый блоком обнаружения тока, поддерживается равным фиксированному значению.
Согласно этой конфигурации, поскольку ток, который протекает в основном блоке нагрузки, обнаруживается, и управление блоком питания осуществляется так, чтобы поддерживать вышеупомянутый ток равным фиксированному значению, становится возможным подавать стабильный ток на основной блок нагрузки без изменения конфигурации схемы электропитания, что позволяет удешевить и миниатюризировать систему электропитания в целом.