專利名稱：具有電容器的電壓源和電流源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以提供預定電平的AC電壓的電壓源和可以提供預定電平的AC電流的電流源。
背景技術：
(A)電壓源是用于提供預定電平的AC電壓的電源。傳統(tǒng)電壓源包括電磁線圈型電壓源和電容器分壓型電壓源。
電磁線圈型電壓源不利于用作通用設備，因為它們的重量重、體積大。
電容分壓型電壓源的缺陷在于，除非采用其電容比負載的電容高的電容器，否則不能實現(xiàn)要求的電壓比。在使用感性負載時，該電壓源可能導致諧振，除非采用具有非常大電容的電容器。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種重量輕的小型電壓源。本發(fā)明的另一個目的是提供一種容易將其電壓設置到任何要求的電平的電壓源。
(B)傳統(tǒng)的便用型電流源是包括鐵心和插在電源與負載之間的線圈類型的電流源。采用鐵心和線圈的電流源具有簡單電路配置，但是存在不利方面，因為它們的重量重、體積大而且熱損耗大。
可以利用高頻開關電路構造電流源。然而，高頻開關電路處理的頻率比工業(yè)電源頻率高得多，因此輻射高頻噪聲，從而對外圍設備產(chǎn)生不利影響。
因此，需要開發(fā)一種通過基于“原樣(as is)”采用工業(yè)電源頻率，可以提供AC電流的電流源。
如果以將電流可變設置為要求電平的方式設計該電流源，則可以增強該電流源的有效性。
因此，本發(fā)明的又一個目的是提供一種重量輕的小型電流源，該電流源具有包括開關元件和電容器的簡單結構，而且其特征在于，降低熱耗散而且沒有高頻噪聲。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種可以容易地將電流設置為任何要求電平的電流源。

發(fā)明內(nèi)容
(a)根據(jù)本發(fā)明的一個方面的電壓源包括，如圖1所示，串聯(lián)在AC電源V與負載之間的串行電容器C以及并聯(lián)到負載的第一電壓限制電路F1和第二電壓限制電路F2的電壓源。第一電壓限制電路F1包括串聯(lián)的第一開關元件S1和第一電容器C1。第二電壓限制電路F2包括串聯(lián)的第二開關元件S2和第二電容器C2。第一開關元件S1持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I1，以在AC電源的正半周對第一電容器C1進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I1，可控導通和斷開該第一開關元件S1。當?shù)谝浑娙萜鰿1的電壓超過預定正電壓電平E1時，接通第一開關元件S1以使第一電容器C1保持預定正電壓電平E1。當?shù)谝浑娙萜鰿1的電壓降低到低于預定電壓電平E1時，斷開第一開關元件S1。第二開關元件S1持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I2，以在AC電源的負半周對第二電容器C2進行充電，而對于以另一個方向流動的電流-I2，可控導通和斷開該第二開關元件S2。當?shù)诙娙萜鰿2的電壓降低到低于預定負電壓電平-E2時，接通第二開關元件S2以使第二電容器C2保持預定電壓電平-E2。當?shù)诙娙萜鰿2的電壓超過預定電壓電平-E2時，斷開第二開關元件S2。
利用上述配置，在AC電源的正半周，通過開關元件S1，對第一電容器C1進行充電。當?shù)谝浑娙萜鰿1的電壓超過預定正電壓電平E1時，對于反向電流-I1，接通第一開關元件S1，以使第一電容器C1的電壓保持電平E1。因此，在正半周，第一電壓限制電路F1將輸出電壓限制在低于被定義為上限的電壓電平E1的范圍內(nèi)。
在AC電源的負半周，通過第二開關元件S2，對第二電容器C2進行充電。當?shù)诙娙萜鰿2的電壓降低到低于預定負電壓電平-E2時，對于反向電流-I2，使第二開關元件S2導通，以使第二電容器C2的電壓保持電平-E2。因此，在負半周，第二電壓限制電路F2將輸出電壓限制在被定義為下限的電壓電平-E2之上的范圍內(nèi)。
因此，在全波周內(nèi)，輸出電壓被限制被第一電壓限制電路F1確定為上限的電壓電平E1與被第二電壓限制電路F2確定為下限的電壓電平-E2之間的范圍內(nèi)。
以連續(xù)可變方式設置電壓電平E1和-E2。因此，可以提供可以進行連續(xù)電壓調(diào)節(jié)的可變電壓源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為第一電容器C1和第二電容器C2，則利用該特征，可以提供小型電壓源。電解電容器具有極性，而且其通常缺陷是不能用于交流電。然而，通過使第一電壓限制電路F1在AC電源的正半周工作，而使第二電壓限制電路F2在AC電源的負半周工作，可以克服該缺陷。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，在全波周內(nèi)，將輸出電壓設置在被第一電壓限制電路確定為上限的正電壓電平與被第二電壓限制電路確定為下限的負電壓電平之間。利用電壓源、開關元件以及電解電容器，可以分別容易地構造這些電壓限制電路，以便提供尺寸小、重量輕的電壓源。
(b)根據(jù)本發(fā)明另一個方面的電流源包括，如圖4所示，串聯(lián)在AC電源與負載之間的開關元件S1和電容器C1。開關元件S1持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I1，以在AC電源V的正半周對電容器C1進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I1，可控導通和斷開該開關元件S1。當電容器C1兩端的電壓高于預定電壓電平E1時，控制開關元件S1以導通開關元件S1，而且當電容器C1的電壓不高于預定電壓電平E1時，斷開該開關元件S1。
假定與電源電壓相比，負載的電壓可以忽略不計。利用上述配置，在AC電源電壓V的正半周，通過開關元件S1，對第一電容器C1進行充電。當AC電壓V開始從峰值降低時，電容器C1開始放電。然而，當電容器C1的電壓降低到不高于預定正電壓電平E1時，對于以反向流動的電流-I1，斷開該開關元件S1，以使電容器C1的電壓保持電平E1。
在后面的周期內(nèi)，僅當AC電源電壓V超過預定電壓電平E1時，對電容器C1進行充電和放電，而在AC電源電壓V降低到不高于預定電壓電平E1時，使電容器C1的電平保持在電平E1。
通過求電容器C1的電壓的微分，可以確定負載電流。僅在對電容器C1進行充電和放電時，產(chǎn)生電流。由于僅在AC電源電壓V超過預定電壓電平E1時，對電容器C1進行充電和放電，所以僅在此時產(chǎn)生電流。電流電平作為預定電壓電平E1的函數(shù)發(fā)生變化。隨著預定電壓電平E1的降低，電容器C1的充電和放電周期也延長，因此，提高了電流電平。隨著預定電壓電平E1的升高，縮短電容器C1的充電和放電周期，因此，降低電流電平。這樣，通過控制預定電壓電平E1，可以控制電流電平。
如果預定電壓電平E1連續(xù)可變，則可以提供可以連續(xù)設置的可變電流源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為電容器C1，則利用該特征，該電流源具有緊密結構。電解電容器具有極性，而且其通常缺陷是不能用于交流電。然而，通過防止電容器C1的電壓降低到低于預定電壓電平E1，可以克服該缺陷。
(c)根據(jù)本發(fā)明又一個方面的電流源包括，如圖5所示，串聯(lián)在AC電源與負載之間的開關元件S2和電容器C2。開關元件S2持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I2，以在AC電源V的負半周對電容器C2進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I2，可控導通和斷開該開關元件S2。當電容器C2兩端之間的電壓低于預定負電壓電平-E2時，控制該開關元件S2以導通該開關元件S2，而且當電容器C2的電壓不低于預定電壓電平-E2時，斷開該開關元件S2。
假定與電源電壓相比，負載的電壓可以忽略不計。利用上述配置，在AC電源電壓V的負半周，通過開關元件S2，對電容器C2進行充電。當AC電壓V開始從負峰值升高時，電容器C2開始放電。然而，當電容器C2的電壓升高到到不低于預定負電壓電平-E2時，對于以另一個方向流動的電流-I2，斷開該開關元件S2，以使電容器C2的電壓保持電平-E2。
在后面的周期內(nèi)，僅當AC電源電壓V降低到低于預定電壓電平-E2時，對電容器C2進行充電和放電。而在AC電源電壓V升高到不低于預定電壓電平-E2時，使電容器C2的電平保持在電平-E2。
另一方面，通過求電容器C2的電壓的微分，可以確定負載電流。僅在AC電源電壓V低于預定電壓電平-E2時，產(chǎn)生電流。電流電平作為預定電壓電平-E2的函數(shù)發(fā)生變化。隨著預定電壓電平-E2的絕對值的降低，電容器C2的充電和放電周期也延長，因此，提高了電流電平。隨著預定電壓電平-E2的絕對值的升高，縮短電容器C2的充電和放電周期，因此，降低電流電平。這樣，通過控制預定電壓電平-E2，可以控制電流電平。
如果預定電壓電平-E2連續(xù)可變，則可以提供可以連續(xù)設置的可變電流源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為電容器C2，則利用該特征，該電流源具有緊密結構。電解電容器具有極性，而且其通常缺陷是不能用于交流電。然而，通過防止電容器C2的電壓升高到高于預定電壓電平-E2，可以克服該缺陷。
(d)根據(jù)本發(fā)明又一個方面的電流源包括，如圖6所示，串聯(lián)在AC電源V與負載之間的開關元件S1和電容器C1以及串聯(lián)在AC電源V與負載之間的開關元件S2和電容器C2。
開關元件S1持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I1，以在AC電源V的正半周對電容器C1進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I1，可控導通和斷開該開關元件S1。當電容器C1兩端的電壓高于預定電壓電平E1時，控制開關元件S1以導通開關元件S1，而且當電容器C1的電壓不高于預定電壓電平E1時，斷開該開關元件S1。
開關元件S2持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I2，以在AC電源V的負半周對電容器C2進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I2，可控導通和斷開該開關元件S2。當電容器C2兩端之間的電壓低于預定負電壓電平-E2時，控制該開關元件S2以導通該開關元件S2，而且當電容器C2的電壓不低于預定電壓電平-E2時，斷開該開關元件S2。
該配置提供可以組合采用電流源(b)和電流源(c)的全波式電流源。因此，在正半周，根據(jù)預定電壓電平-E2，控制輸出電流。
可以以連續(xù)可變方式，設置電壓電平E1和-E2。在這種情況下，可以提供可以連續(xù)調(diào)節(jié)電流的可變電流源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為電容器C1和C2，則利用該特征，該電流源具有緊密結構。電解電容器具有極性，而且其通常缺陷是不能用于交流電。然而，通過使電容器C1的電壓不低于預定電壓電平E1，并使電容器C2的電壓保持不高于預定電壓電平-E2，可以克服該缺陷。
(e)根據(jù)本發(fā)明又一個方面的電流源包括，如圖7所示，串聯(lián)在AC電源V與負載之間的開關元件S1和電容器C1以及串聯(lián)在AC電源V與負載之間的二極管D1和基準電容器C01。該二極管D1具有這樣的取向，以致在AC電源V的正半周對基準電容器C01進行充電。開關元件S1持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I1，以在AC電源V的正半周對電容器C1進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I1，可控導通和斷開該開關元件。當電容器C1的電壓V1高于電源電壓的峰值Vp與預定負電壓電平-E1的和時，控制該開關元件S1以導通該開關元件S1，而且當電容器C1的電壓V1不高于電平Vp-E1時，斷開該開關元件S1。
利用上述配置，在AC電源電壓V的正半周，通過開關元件S1，對電容器C1進行充電，而通過二極管D1，對基準電容器C01進行充電。當AC電壓V開始從峰值降低時，電容器C1開始放電。然而，基準電容器C01沒有放電電路，所以不放電。因此，基準電容器C01的電壓V01保持AC電壓V的峰值Vp。當電容器C1的電壓V1降低到不高于峰值Vp與預定負電壓電平-E1的和Vp-E1時，斷開該開關元件S1，以使電容器C1的電壓V1保持電平Vp-E1。
在AC電源的后續(xù)周期，當AC電源電壓V高于峰值Vp與預定電壓電平-E1的和時，即當滿足下面的表達式(1)時V＞Vp-E1(1)對電容器C1進行充電和放電。當AC電源電壓V不高于峰值Vp與預定電壓電平-E1的和時，即當滿足下面的表達式(2)時V≤Vp-E1(2)電容器C1的電壓保持電平Vp-E1。
通過求電容器C1的電壓的微分，可以確定負載電流。僅在對電容器C1進行充電和放電時，產(chǎn)生電流。由于僅在滿足上述表達式(1)時，對電容器C1進行充電和放電，所以此時產(chǎn)生電流。電流電平作為預定電壓電平-E2的函數(shù)發(fā)生變化。隨著預定電壓電平-E1的絕對值的升高，電容器C1的充電和放電周期也延長，因此，提高了電流電平。隨著預定電壓電平-E1的絕對值的降低，縮短了電容器C1的充電和放電周期，因此，降低電流電平。這樣，通過控制預定電壓電平-E1，可以控制電流電平。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，附加設置基準電容器C01，而且利用電容器C1的電壓V1與基準電容器C01的電壓V01之間的壓差進行控制。因此，即使負載的電 VL發(fā)生波動，仍可以穩(wěn)定控制電流電平。
如果預定電壓電平-E1連續(xù)可變，則可以提供可以連續(xù)設置的可變電流源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為電容器C1，則利用該特征，該電流源具有緊密結構。
(f)根據(jù)本發(fā)明又一個方面的電流源包括，如圖8所示，串聯(lián)在AC電源V與負載之間的開關元件S2和電容器C2以及串聯(lián)在AC電源V與負載之間的二極管D2和基準電容器C02。該二極管D1具有這樣的取向，以致在AC電源V的負半周對基準電容器C02進行充電。開關元件S2持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I2，以在AC電源V的負半周對電容器C2進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I2，可控導通和斷開該開關元件S2。當電容器C2的電壓V2低于電源電壓的負峰值-Vp與預定電壓電平E2的和-Vp+E2時，控制該開關元件S2以導通該開關元件S2，而且當電容器C2的電壓V2不低于電平-Vp+E2時，斷開該開關元件S2。
利用VL表示負載電壓。利用上述配置，在AC電源電壓V的負半周，通過開關元件S2，對電容器C2進行充電，而通過二極管D2，對基準電容器C02進行充電。當AC電壓V開始從峰值降低時，電容器C2開始放電。然而，基準電容器C02沒有放電電路。因此，基準電容器C02的電壓V02通常穩(wěn)定保持在電壓電平-Vp。當電容器C2的電壓V2升高到不低于電平-Vp+E2時，斷開該開關元件S2，以使差分電壓V2-V02保持電平-E2。因此，電容器C2的電壓V2此后通常保持恒壓。
在后續(xù)周期中，當電源電壓V低于電平-Vp+E2時，即當滿足下面的表達式(3)時V＜-Vp+E2 (3)對電容器C2進行充電。當電源電壓V不低于電平-Vp+E2時，即當滿足下面的表達式(4)時V≥-Vp+E1 (4)電容器C2的電壓保持電平-Vp+E2。
通過求電容器C2的電壓的微分，可以確定負載電流。僅在對電容器C2進行充電和放電時，產(chǎn)生電流。由于在滿足上述表達式(3)時，對電容器C2進行充電和放電，所以此時產(chǎn)生電流。電流電平作為預定電壓電平E2的函數(shù)發(fā)生變化。隨著預定電壓電平E2的絕對值的降低，電容器C2的充電和放電周期也延長，因此，降低了電流電平。隨著預定電壓電平E2的絕對值的升高，延長了電容器C2的充電和放電周期，因此，電流電平升高。這樣，通過控制預定電壓電平E2，可以控制電流電平。
根據(jù)本發(fā)明的該方面，附加設置基準電容器C02，而且利用電容器C2的電壓V2與基準電容器C02的電壓V02之間的壓差進行控制。因此，即使負載的電壓VL發(fā)生波動，仍可以穩(wěn)定控制電流電平。
如果預定電壓電平E2連續(xù)可變，則可以提供可以連續(xù)設置的可變電流源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為電容器C2，則利用該特征，該電流源具有緊密結構。
(g)根據(jù)本發(fā)明又一個方面的電流源包括，如圖9所示，串聯(lián)在AC電源V與負載之間的開關元件S1和電容器C1以及串聯(lián)在AC電源V與負載之間的二極管D1和基準電容器C01。該二極管D1具有這樣的取向，以致在AC電源V的正半周對基準電容器C01進行充電。該電流源進一步包括串聯(lián)在AC電源V與負載之間的開關元件S2和電容器C2以及串聯(lián)在AC電源V與負載之間的二極管D2和基準電容器C02。該二極管D2具有這樣的取向，以致在AC電源V的負半周對基準電容器C02進行充電。
開關元件S1持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I1，以在AC電源V的正半周對電容器C1進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I1，可控導通和斷開該開關元件S1。當電容器C1的電壓高于電源電壓的峰值Vp與預定電壓電平-E1的和Vp-E1時，控制該開關元件S1以導通該開關元件S1，而且當電容器C1的電壓不高于電平Vp-E1時，斷開該開關元件S1。開關元件S2持續(xù)傳導以一個方向流動的電流I2，以在AC電源V的負半周對電容器C2進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流-I2，可控導通和斷開該開關元件S2。當電容器C2的電壓V2低于電源電壓的負峰值-Vp與預定電壓電平E2的和-Vp+E2時，控制該開關元件S2以導通該開關元件S2，而且當電容器C2的電壓V2不低于電平-Vp+E2時，斷開該開關元件S2。
該配置提供可以組合使用電流源(e)和電流源(f)的全波式電流源。因此，在正半周，根據(jù)預定電壓電平-E1，控制輸出電流，并在負半周，根據(jù)預定電壓電平E2，控制輸出電流。
可以以連續(xù)可變方式，設置電壓電平-E1和E2。在這種情況下，可以提供可以連續(xù)調(diào)節(jié)電流的可變電流源。
如果采用以高電容/體積比為特征的電解電容器作為電容器C1和C2，則利用該特征，該電流源具有緊密結構。


圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的電壓源的原理的電路配置圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的電壓源的更具體電路圖；圖3(a)至3(d)是電源的電壓V、電解電容器C1的電壓V1、電解電容器C2的電壓V2以及輸出電壓V3的波形圖；圖4是用于說明根據(jù)本發(fā)明的電流源(半波式)的原理的電路配置圖；圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的另一個電流源(半波式)的原理的電路配置圖；圖6是用于說明根據(jù)本發(fā)明的又一個電流源(全波式)的原理的電路配置圖；圖7是用于說明根據(jù)本發(fā)明采用基準電容器的又一個電流源(半波式)的原理的電路配置圖；圖8是用于說明根據(jù)本發(fā)明采用基準電容器的又一個電流源(半波式)的原理的電路配置圖；圖9是用于說明根據(jù)本發(fā)明采用基準電容器的又一個電流源(全波式)的原理的電路配置圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的電流源(全波式)的電路配置圖；圖11(a)至11(c)是電源的電壓V、電解電容器C1的電壓V1、電解電容器C2的電壓V2以及輸出電流I的波形圖；
圖12是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例采用基準電容器的電流源(全波式)的電路配置圖；以及圖13(a)至13(c)是電源的電壓V、電解電容器C1的電壓V1、電解電容器C2的電壓V2以及輸出電流I的波形圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖詳細說明本發(fā)明實施例。
(1)第一實施例圖2是根據(jù)本發(fā)明的可變電壓源(全波式)的電路圖。
電容器C與AC電源串聯(lián)。第一電壓限制電路F1和第二電壓限制電路F2并聯(lián)在電容器C的輸出側，并連接到輸出端。負載ZL連接到輸出端。
第一電壓限制電路F1適于限制正半周的電壓，而且包括串聯(lián)的開關晶體管Q1和電解電容器C1。開關晶體管Q1具有使其集電極連接到電容器C，而使其發(fā)射極連接到電解電容器C1的極性。在開關晶體管Q1的發(fā)射極與集電極之間，二極管D1與開關晶體管Q1并聯(lián)。電解電容器C1的另一端接地。恒壓二極管ZD1連接在開關晶體管Q1的基極與電阻器分壓點a之間。在該電阻器分壓點a，并聯(lián)到電解電容器C1的電阻器R11和R12互相連接在一起。電阻器R12連續(xù)可變。
第二電壓限制電路F2適于限制負半周的電壓，而且包括串聯(lián)的開關晶體管Q2和電解電容器C2。開關晶體管Q2具有使其集電極連接到電容器C，而使其發(fā)射極連接到電解電容器C2的極性。在開關晶體管Q2的發(fā)射極與集電極之間，二極管D2與開關晶體管Q2并聯(lián)。電解電容器C2的另一端接地。恒壓二極管ZD2連接在開關晶體管Q2的基極與電阻器分壓點b之間。在該電阻器分壓點b，并聯(lián)到電解電容器C2的電阻器R21和R22互相連接在一起。電阻器R22連續(xù)可變。
開關晶體管Q1和Q2分別是PNP晶體管和NPN晶體管。電解電容器C1的正端連接到開關晶體管Q1，而電解電容器C2的負端連接到開關晶體管Q2。以這樣的取向連接二極管D1，以致在正半周對電解電容器C1充電，而以這樣的取向連接二極管D2，以致在負半周對電解電容器C2充電。恒壓二極管ZD1的正端連接到開關晶體管Q1的基極，而恒壓二極管ZD2的負端連接到開關晶體管Q2的基極。恒壓二極管ZD1的正端的電壓被表示為E1，而恒壓二極管ZD2的負端的電壓被表示為-E2。分別利用電阻器R12和R22，以連續(xù)可變方式設置電壓電平E1和-E2。
在上述電路中，電容器C、電解電容器C1以及電解電容器C2分別具有例如C＝20μF、C1＝100μF以及C2＝100μF的器件參數(shù)。
接著，將說明上述可變電壓源的運行過程。
圖3(a)至3(d)是電源電壓V、電解電容器C1的兩端之間的電壓V1、電解電容器C2的兩端之間的電壓V2以及輸出端之間的輸出電壓V3(簡稱為“輸出電壓”)的波形圖。橫軸上的參考字符t表示時間。電源電壓V的正半周被表示為P1、P2等，而電源電壓V的負半周被表示為N1、N2等。
假定在時間點t＝0，接通電源。在第一正半周P1，開始通過二極管D1對電解電容器C1充電。將電容器C1的充電時間常數(shù)設置得較大，以使電解電容器C1的電壓V1不達到正半周P1內(nèi)的電壓電平E1。輸出電壓V3與電解電容器C1的電壓V1具有同樣的波形(參考圖3(b)和3(d))。
在負半周N1，通過二極管D2，使電解電容器C2充電。此外，在這種情況下，電解電容器C2的電壓V2不達到負半周N1內(nèi)的電壓電平-E2。輸出電壓V3與電解電容器C2的電壓V2具有同樣的波形(參考圖3(c)和3(d))。
分別在后續(xù)幾個正半周內(nèi)，恢復對電解電容器C1進行充電。在這些半周之一中，電解電容器C1的電壓V1達到電壓電平E1。在此時間點，在開關晶體管Q1的基極與發(fā)射極之間建立電連續(xù)性，以便接通開關晶體管Q1。因此，電解電容器Q1的電壓V1保持預定電壓電平E1。預定電壓電平E1是開關晶體管Q1的集電極電壓，即輸出電壓V3的上限。
分別在后續(xù)各負半周內(nèi)，恢復對電解電容器C2進行充電。在這些半周的中部，電解電容器C2的電壓V2達到電壓電平-E2。在此時間點，在開關晶體管Q2的基極與發(fā)射極之間建立電連續(xù)性，以便接通開關晶體管Q2。因此，電解電容器Q2的電壓V2保持預定電壓電平-E2。預定電壓電平-E2是開關晶體管Q2的集電極電壓，即輸出電壓V3的下限。
在常態(tài)周期內(nèi)，輸出電壓V3在作為上限的預定電壓電平E1與作為下限的預定電壓電平-E2之間交替振蕩。
這樣，可以確定電源電壓V的上限和下限。通過調(diào)節(jié)電阻器R12和R22，或者通過設置恒壓二極管ZD1和ZD2的擊穿電壓，確定該上限電壓電平和下限電壓電平。
盡管作為其實施例這樣對本發(fā)明的電壓源進行了說明，但是本發(fā)明并不局限于該實施例。例如，利用圖2所示的第一電壓限制電路F1，或者第二電壓限制電路F2，可以提供半波式電壓源。
(2)第二實施例圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的可變電流源(全波式)的電路圖。
兩個可變電流電路(正半波可變電流電路G1和負半波可變電流電路G2)并聯(lián)在AC電源V與負載之間。
正半波可變電流電路G1適于限制正半周的電流，而且包括串聯(lián)的開關晶體管Q1和電解電容器C1。開關晶體管Q1具有使其集電極連接到AC電源V，而其發(fā)射極連接到電解電容器C1的極性。在開關晶體管Q1的集電極與發(fā)射極之間，二極管D3與開關晶體管Q1并聯(lián)。在負載側，電壓源B1的一端連接到電解電容器C1的一端，而電壓比較器A1連接在電壓源B1的另一端與電解電容器C1之間。電壓比較器A1的比較輸出連接到開關晶體管Q1的基極。
負半波可變電流電路G2適于限制負半周的電流，而且包括串聯(lián)的開關晶體管Q2和電解電容器C2。開關晶體管Q2具有使其集電極連接到AC電源V，而其發(fā)射極連接到電解電容器C2的極性。在開關晶體管Q2的集電極與發(fā)射極之間，二極管D4與開關晶體管Q2并聯(lián)。在負載側，電壓源B2的一端連接到電解電容器C2的一端，而電壓比較器A2連接在電壓源B2的另一端與電解電容器C2的另一端之間。電壓比較器A2的比較輸出連接到開關晶體管Q2的基極。
開關晶體管Q1和Q2分別是PNP晶體管和NPN晶體管。電解電容器C1的負端連接到負載，而其正端連接到開關晶體管Q1。電解電容器C2的正端連接到負載，而其負端連接到開關晶體管Q2。以這樣的取向連接二極管D3，以致在正半周對電解電容器C1充電，而以這樣的取向連接二極管D4，以致在負半周對電解電容器C2充電。電壓源B1的正端連接到電壓比較器A1，而電壓源B2的負端連接到電壓比較器A2。當電解電容器C1的電壓V1降低到低于電壓源B1的電壓E1時，電壓比較器A1對開關晶體管Q1的基極施加正輸出。當電解電容器C2的電壓V2升高到高于電壓源B2的電壓-E2時，電壓比較器A2對開關晶體管Q2的基極施加負輸出。
可以利用諸如恒壓二極管和電阻器分壓電路(未示出)的公知裝置，以連續(xù)或離散可變方式，分別設置電壓源B1的電壓電平E1和電壓源B2的電壓電平-E2。
接著，將說明上述可變電流源的運行過程。
圖11(a)至11(c)是電源的電壓V、電解電容器C1的電壓V1、電解電容器C2的電壓V2以及輸出電流I的波形圖。橫軸上的參考字符t表示時間。電源電壓V的正半周被表示為P1、P2等，而電源電壓V的負半周被表示為N1、N2等。
假定在時間點t＝0，接通電源。在第一正半周P1，開始通過二極管D3對電解電容器C1充電。電源電壓V達到峰值Vp，然后開始從峰值Vp降低。當電源電壓V達到電壓電平E1時，電壓比較器A1的操作使開關晶體管Q1斷開。電解電容器C1停止放電，而其電壓保持電平E1。
在負半周N1，通過二極管D4，使電解電容器C2充電。電源電壓V達到峰值-Vp，然后開始從峰值-Vp升高。當電源電壓V達到電壓電平-E2時，電壓比較器A2的操作使開關晶體管Q2斷開。電解電容器C2停止放電，而其電壓保持電平-E2。
當電源電壓V在下一個正半波P2的中部超過電壓電平E1時，恢復對電解電容器C1充電。
當電源電壓V在下一個負半波N2的中部降低到低于電壓電平-E2時，恢復對電解電容器C2充電。
這樣，僅在電源電壓V高于電壓電平E1以及低于電源電壓-E2時，對電解電容器C1和C2進行充電和放電。如圖11(c)所示，當對電解電容器C1和C2進行充電和放電時，流過電流I。通過設置電壓電平E1和-E2，確定電流I的電平。通過可變設置電壓電平E1和-E2，改變電流電平I。
(3)第三實施例圖12是根據(jù)本發(fā)明的可變電流源(全波式)的電路圖。
兩個可變電流電路(正半波可變電流電路G1和負半波可變電流電路G2)并聯(lián)在AC電源V與負載之間。
正半波可變電流電路G1適于限制正半周的電流，而且包括串聯(lián)的開關晶體管Q1和電解電容器C1。開關晶體管Q1具有使其集電極連接到AC電源V，而其發(fā)射極連接到電解電容器C1的極性。在開關晶體管Q1的集電極與發(fā)射極之間，二極管D3與開關晶體管Q1并聯(lián)。此外，位于負載側的電解電容器C1的一端連接到基準電解電容器C01和電壓源B1，而電壓比較器A1連接在電壓源B1的另一端與電解電容器C1之間。電壓比較器A1的比較輸出連接到開關晶體管Q1的基極。
負半波可變電流電路適于限制負半周的電流，而且包括串聯(lián)的開關晶體管Q2和電解電容器C2。開關晶體管Q2具有使其集電極連接到AC電源V，而其發(fā)射極連接到電解電容器C2的極性。在開關晶體管Q2的集電極與發(fā)射極之間，二極管D4與開關晶體管Q2并聯(lián)。位于負載側的電解電容器的一端連接到基準電解電容器C02和電壓源B2，而電壓比較器A2連接在電壓源B2的另一端與電解電容器C2的之間。電壓比較器A2的比較輸出連接到開關晶體管Q2的基極。
開關晶體管Q1和Q2分別是PNP晶體管和NPN晶體管。電解電容器C1和電解電容器C01的負端均連接到負載。而電解電容器C2和電解電容器C02的正端均連接到負載。以這樣的取向連接二極管D3，以致在正半周對電解電容器C1充電，而以這樣的取向連接二極管D4，以致在負半周對電解電容器C2充電。電壓源B1的負端連接到電壓比較器A1，而電壓源B2的正端連接到電壓比較器A2。當電解電容器C1的電壓V1降低到低于與電壓源B1相連的電壓比較器A1的一端的電壓電平時，電壓比較器A1對開關晶體管Q1的基極施加正輸出。當電解電容器C2的電壓V2升高到高于與電壓源B2相連的電壓比較器A2的一端的電壓電平時，電壓比較器A2對開關晶體管Q2的基極施加負輸出。
可以利用諸如恒壓二極管和電阻器分壓電路(未示出)的公知裝置，以連續(xù)或離散可變方式，分別設置電壓源B1的電壓電平-E1和電壓源B2的電壓電平E2。
接著，將說明上述可變電流源的運行過程。
圖13(a)至13(c)是電源的電壓V、電解電容器C1的電壓V1、電解電容器C2的電壓V2以及輸出電流I的波形圖。橫軸上的參考字符t表示時間。電源電壓V的正半周被表示為P1、P2等，而電源電壓V的負半周被表示為N1、N2等。
假定在時間點t＝0，接通電源。在第一正半周P1，開始通過二極管D3對電解電容器C1充電。與此同時，通過二極管D1，對基準電解電容器C01充電。電源電壓V達到峰值Vp，然后開始從峰值Vp降低。此時，電解電容器C1開始放電。然而，基準電解電容器C01不放電，而保持峰值電壓Vp。當電源電壓V達到電壓電平Vp-E1時，電壓比較器A1的操作使開關晶體管Q1斷開。因此，電解電容器C1停止放電，而其電壓保持電平Vp-E1。
在負半周N1，通過二極管D4，使電解電容器C2充電。電源電壓V達到峰值-Vp，然后開始從峰值-Vp升高。此時，電解電容器C2開始放電。然而，基準電解電容器C02不放電，而保持峰值電壓-Vp。當電源電壓V達到電壓電平-Vp+E2時，電壓比較器A2的操作使開關晶體管Q2斷開。電解電容器C2停止放電，而其電壓保持電平-Vp+E2。
當電源電壓V在下一個正半波P2的中部超過電壓電平Vp-E1時，恢復對電解電容器C1充電。
當電源電壓V在下一個負半波N2的中部降低到低于電壓電平-Vp+E2時，恢復對電解電容器C2充電。
這樣，僅在電源電壓V高于電壓電平Vp-E1以及低于電源電壓-Vp+E2時，對電解電容器C1和C2進行充電和放電。
如圖13(c)所示，當對電解電容器C1和C2進行充電和放電時，流過電流I。通過設置電壓電平-E1和E2，確定電流I的電平。通過可變設置電壓電平-E1和E2，改變電流電平I。
盡管對本發(fā)明的實施例進行了說明，但是本發(fā)明并不局限于這些實施例。例如，利用圖10或12所示的正半波可變電流電路G1或負半波可變電流電路G2，可以提供根據(jù)本發(fā)明的半波式電流源。
權利要求
1.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的串行電容器以及并聯(lián)到負載的第一電壓限制電路和第二電壓限制電路的電壓源，第一電壓限制電路包括串聯(lián)的第一開關元件和第一電容器，第二電壓限制電路包括串聯(lián)的第二開關元件和第二電容器，其中第一開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的正半周對第一電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開該第一開關元件，其中當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷撼^預定正電壓電平(E1)時，接通第一開關元件以使第一電容器保持預定正電壓電平(E1)，而且當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷航档偷降陀陬A定正電壓電平(E1)時，斷開第一開關元件，其中第二開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的負半周對第二電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開該第二開關元件，其中當?shù)诙娙萜鞯碾妷航档偷降陀陬A定負電壓電平(-E2)時，接通第二開關元件以使第二電容器保持預定負電壓電平(-E2)，而且當?shù)诙娙萜鞯碾妷撼^預定負電壓電平(-E2)時，斷開第二開關元件。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓源，其中預定正電壓電平和預定負電壓電平連續(xù)可變。
3.根據(jù)權利要求1所述的電壓源，其中第一電容器和第二電容器分別包括電解電容器。
4.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的開關元件和電容器的電流源，其中開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的正半周對電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開該開關元件，其中當電容器的電壓高于預定正電壓電平(E1)時，控制該開關元件以導通該開關元件，而且當電容器的電壓不高于預定電壓電平(E1)時，斷開該開關元件。
5.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的開關元件和電容器的電流源，其中開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的負半周對電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開該開關元件，其中當電容器的電壓低于預定負電壓電平(-E2)時，控制該開關元件以導通該開關元件，而且當電容器的電壓不低于預定負電壓電平(-E2)時，斷開該開關元件。
6.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的第一開關元件和第一電容器以及串聯(lián)在AC電源與負載之間的第二開關元件和第二電容器的電流源，其中第一開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的正半周對第一電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開第一開關元件，其中當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷焊哂陬A定電壓電平(E1)時，控制第一開關元件以導通第一開關元件，而且當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷翰桓哂陬A定電壓電平(E1)時，斷開第一開關元件，其中第二開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的負半周對第二電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開第二開關元件，其中當?shù)诙娙萜鞯碾妷旱陀陬A定負電壓電平(-E2)時，控制第二開關元件以導通第二開關元件，而且當?shù)诙娙萜鞯碾妷翰坏陀陬A定負電壓電平(-E2)時，斷開第二開關元件，
7.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的開關元件和第一電容器以及串聯(lián)在AC電源與負載之間的二極管和基準電容器的電流源，該二極管具有這樣的取向，以致在AC電源的正半周對基準電容器進行充電，其中開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的正半周對第一電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開該開關元件，其中當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷焊哂陔娫措妷旱姆逯?Vp)與預定負電壓電平(-E1)的和(Vp-E1)時，控制該開關元件以導通該開關元件，而且當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷翰桓哂陔娖?Vp-E1)時，斷開該開關元件。
8.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的開關元件和第二電容器以及串聯(lián)在AC電源與負載之間的二極管和基準電容器的電流源，該二極管具有這樣的取向，以致在AC電源的負半周對基準電容器進行充電，其中開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的負半周對第二電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開該開關元件，其中當?shù)诙娙萜鞯碾妷旱陀陔娫措妷旱呢摲逯?-Vp)與預定負電壓電平(E2)的和(-Vp+E2)時，控制該開關元件以導通該開關元件，而且當?shù)诙娙萜鞯碾妷翰坏陀陔娖?-Vp+E2)時，斷開該開關元件。
9.一種包括串聯(lián)在AC電源與負載之間的第一開關元件和第一電容器、串聯(lián)在AC電源與負載之間的第一二極管和第一基準電容器、串聯(lián)在AC電源與負載之間的第二開關元件和第二電容器以及串聯(lián)在AC電源與負載之間的第二二極管和第二基準電容器的電流源，第一二極管具有這樣的取向，以致在AC電源的正半周對第一基準電容器進行充電，第二二極管具有這樣的取向，以致在AC電源的負半周對第二基準電容器進行充電，其中第一開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的正半周對第一電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開第一開關元件，其中當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷焊哂陔娫措妷旱姆逯?Vp)與預定負電壓電平(-E1)的和(Vp-E1)時，控制第一開關元件以導通第一開關元件，而且當?shù)谝浑娙萜鞯碾妷翰桓哂陔娖?Vp-E1)時，斷開第一開關元件，其中第二開關元件持續(xù)傳導以一個方向流動的電流，以在AC電源的負半周對第二電容器進行充電，而且對于以另一個方向流動的電流，可控導通和斷開第二開關元件，其中當?shù)诙娙萜鞯碾妷旱陀陔娫措妷旱呢摲逯?-Vp)與預定負電壓電平(E2)的和(-Vp+E2)時，控制第二開關元件以導通第二開關元件，而且當?shù)诙娙萜鞯碾妷翰坏陀陔娖?-Vp+E2)時，斷開第二開關元件。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的電壓源中，當電解電容器(C1)的電壓超過預定正電壓電平(E1)時，接通開關晶體管(Q1)以使該電解電容器(C1)保持預定電壓電平(E1)，而當電解電容器(C1)的電壓降低到低于預定電壓電平(E1)時，斷開該電解開關元件。當電解電容器(C2)的電壓降低到低于預定負電壓電平(－E2)時，接通開關晶體管(Q2)以使電解電容器(C2)保持預定負電壓電平(－E2)，而當電解電容器(C2)的電壓超過預定負電壓電平(－E2)時，斷開該電解開關元件。因此，在作為上限的預定電壓電平(E1)與作為下限的預定電壓電平(－E2)之間，控制輸出電壓(V3)。
文檔編號H02M5/293GK1628409SQ0380347
公開日2005年6月15日 申請日期2003年1月31日 優(yōu)先權日2002年2月6日
發(fā)明者王國華 申請人:新田株式會社