專利名稱：一種光控占空比的隔離開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子開關(guān)，一種用于電磁共振接收端的光控占空比的隔離開關(guān)。
背景技術(shù)：
電磁共振通過磁耦合可以實現(xiàn)近距離內(nèi)的大功能電能傳輸，使得電器的無線供電成為可能。實現(xiàn)這種電能傳輸?shù)钠骷莾蓚€工作頻率相同的LC諧振回路，分別是發(fā)射LC 諧振回路和接收LC諧振回路，其中發(fā)射LC諧振回路受控于發(fā)射驅(qū)動器，而接收LC諧振回路將電流輸出給用電器使用。實際應(yīng)用中，有一個特殊的現(xiàn)象是LC諧振接收回路輸出的輸出電壓，隨著負(fù)載的不同而發(fā)生很大的變化，空載電壓和負(fù)載電壓往往相差數(shù)倍甚至十倍以上，導(dǎo)致電器或電路元件的嚴(yán)重?fù)p壞；同時LC諧振接收回路處于諧振狀態(tài)，接收的能量因為沒有輸出，只能自耗，用于發(fā)熱，更為嚴(yán)重的是，這時發(fā)射電路的發(fā)射電流持續(xù)以大電流在工作，更增加了空耗發(fā)熱。如何才能做到讓接收LC諧振接收電路有一個相對穩(wěn)定的輸出電壓和減少空耗？

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于電磁共振接收端的光控占空比的隔離開關(guān)，它有兩對接線端， 一對是開關(guān)端，另一對是控制端，它由四部分組成一個低阻電子開關(guān)，一個壓控脈寬振蕩器，一個光控電壓調(diào)節(jié)器和一組內(nèi)部電源，其中低阻電子開關(guān)是由兩個FET管的漏-源兩個電極反向串聯(lián)而成的，兩個漏極作為開關(guān)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(diào)節(jié)器的輸出端相連， 光控電壓調(diào)節(jié)器的輸入端是一個發(fā)光二極管，電源為壓控振蕩器和光控電壓調(diào)節(jié)器提供工作電壓和電流；其工作原理是通過改變發(fā)光管亮度來改變電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓高低， 進一步改變壓控振蕩器的方波的占空比，進一步改變電子開關(guān)的導(dǎo)通占空比；由于光耦中的發(fā)光管是隔離的，所以就得到了一個光控占空比的隔離開關(guān)。光控占空比的隔離開關(guān)是一個功率器件，其最大特征是通過光來調(diào)節(jié)開關(guān)的占空比。低阻電子開關(guān)是一個毫歐級電阻的雙向電子開關(guān)，可由兩個低阻的CMOS FET管的反向串聯(lián)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(guān)的兩端，同時兩個FET管的柵極(G極)并聯(lián)，這是低阻電子開關(guān)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(dǎo)通，即兩個FET管的D極之間呈低阻狀態(tài)，電子開關(guān)導(dǎo)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(tài)，電子開關(guān)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，方波的占空比由控制端的電壓決定，電壓越高，占空比越大，反之越小。壓控脈寬振蕩器的控制端與光控電壓調(diào)節(jié)器的輸出端相連。
光控電壓調(diào)節(jié)器主要由一個光耦和一個三極管組成，它是一個線性的電壓跟隨器，受控于光耦中的發(fā)光管，發(fā)光管越亮，輸出端電壓越低，反之越高。這個電壓調(diào)節(jié)器的電源由電源電路提供。這樣，就有以下鏈鎖關(guān)系發(fā)光管亮度大小一電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓高低一壓控振蕩器的方波的占空比一電子開關(guān)的通斷時間，即發(fā)光管的亮度決定電子開關(guān)的通斷時間。光控占空比的隔離開關(guān)有一個內(nèi)部電源，為電壓調(diào)節(jié)器和壓控振蕩器提供工作電流和電壓，這個電源是從開關(guān)的兩端通過分流電容后整流濾波得到的。光控占空比的隔離開關(guān)是一個獨立的電子器件，它共有兩對接線端，一對是開關(guān)端，開并兩端分別與兩個FET管的漏極相連，另一對是控制端，分別與光耦中的發(fā)光管相連；由于光耦中的發(fā)光管是隔離的，所以就得到了一個光控占空比的隔離開關(guān)。光控占空比的隔離開關(guān)是通過隔離的發(fā)光管的亮度來調(diào)節(jié)電子開關(guān)的輸出占空比，以控制電子開關(guān)的通斷時間，達到調(diào)節(jié)輸出電流或電壓的目的。這種電子開關(guān)在電磁共振的接收中的作用是至關(guān)重要的，它不但可以保持接收電路的負(fù)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(fā)熱現(xiàn)象，同時還可以減少與之供電的發(fā)射電路的發(fā)射電流，對于節(jié)能是有益的。


附圖1是光控占空比的隔離開關(guān)的電路原理圖。附圖2是光控占空比的隔離開關(guān)模塊的引腳示意圖。附圖3是光控占空比的隔離開關(guān)的應(yīng)用原理圖之一。附圖4是光控占空比的隔離開關(guān)的應(yīng)用原理圖之二。附圖1中，虛框1為低阻電子開關(guān)，虛框2為壓控方波振蕩器，虛框3為光控電壓調(diào)節(jié)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為三極管，TP為光耦，DW為穩(wěn)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(guān)的兩個輸出端，C、D為控制端。低阻電子開關(guān)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(lián)作為公共地線，兩個漏極(D極)作為開關(guān)的兩個輸出端，兩個柵極(G極)并聯(lián)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(dǎo)通，兩個D極之間呈低電阻，電子開關(guān)導(dǎo)通，否則，Tl和T2截止， 兩個D極之間呈高電阻，電子開關(guān)關(guān)閉?？刂频妥桦娮娱_關(guān)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(fā)生器，0端為輸出端，輸出一個占空比可調(diào)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占空比?？刂齐妷篤p由光控電壓調(diào)節(jié)器3決定，當(dāng)光耦TP中的發(fā)光管越亮，三極管Ql的偏壓越高，則Vp就越低，反之則越高。所以就有以下的關(guān)系當(dāng)光耦TP中的發(fā)光管越亮，三極管Ql的偏壓越高，則Vp就越低，壓控方波振蕩器2的輸出方波的占空比越小，低阻電子開關(guān)1的導(dǎo)通時間越短；當(dāng)光耦TP中的發(fā)光管越暗，三極管Ql的偏壓越低，則Vp就越高， 壓控方波振蕩器2的輸出方波的占空比越大，低阻電子開關(guān)1的導(dǎo)通時間越長。
低阻電子開關(guān)1、壓控方波振蕩器2和光控電壓調(diào)節(jié)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(jīng)C1、C2分流后，由全橋整流管BGl整流后，經(jīng)C3濾波和 DW穩(wěn)壓后，提供一個相當(dāng)穩(wěn)定的電壓。由于兩個FET管在導(dǎo)通時，A和B兩端處于短路狀態(tài)， 這時電源電路沒有能量補充，因此，光控占空比的隔離開關(guān)的最大占空比就不能為100%， 為確保電源電路的能量補充，通常光控占空比的隔離開關(guān)的占空比范圍為0-95%之間。這種光控占空比的隔離開關(guān)在導(dǎo)通時的電阻為毫歐級，因此，在實際工作中，它的發(fā)熱量非常小。附圖2是將整個光控占空比的隔離開關(guān)當(dāng)作一個模塊(或IC)，A、B、C利D為兩對電極，其中A、B為開關(guān)端，C、D為控制端，即為LED的兩端。組成模塊可以大大減小應(yīng)用電路的體積，提高電路的穩(wěn)定性，降低使用成本。附圖3中，VK為光控占空比的隔離開關(guān)，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(wěn)壓管，R6電阻。附圖4中，VK為光控占空比的隔離開關(guān)，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(wěn)壓管，R6電阻。
具體實施例方式以下結(jié)合實例，進一步說明光控占空比的隔離開關(guān)的功能和使用方法。實例一、光控占空比的隔離開關(guān)在電磁共振的接收電路中的應(yīng)用之一。附圖3中，諧振電容C與光控占空比的隔離開關(guān)VK的一個輸出端A串聯(lián)后，另一個輸出端B與諧振線圈L并聯(lián)，L兩端的交流電經(jīng)整流橋BG2和C6濾波后輸出，Vo表示輸出電壓，這個電壓經(jīng)DW2降壓后為VK中的LED供電，由于DW2是一個穩(wěn)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(dāng)Vo升高， LED亮度增加，VK的輸出占空比減小，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(dāng)Vo下降，LED亮度減小，VK的輸出占空比加大，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(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的目的。這里，光控占空比的隔離開關(guān)VK的主要作用有三1、調(diào)節(jié)諧振電容的工作時間， 使輸出電壓穩(wěn)定；2、當(dāng)輸出端空載時，VK的輸出占空比為0，電路不再處于諧振狀態(tài)，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、由于接收端不再諧振，處于共振狀態(tài)的發(fā)射端的發(fā)射電流因此會大幅度下降，有利于節(jié)能。實例二、光控占空比的隔離開關(guān)在電磁共振的接收電路中的應(yīng)用之二。附圖4中，光控占空比的隔離開關(guān)VK的開關(guān)端還是與諧振電容C串聯(lián)，不同的是， 諧振線圈不是一個一個，而是兩個Ll和L2串聯(lián)，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，不再復(fù)述。
權(quán)利要求
1.一種用于電磁共振接收端的光控占空比的隔離開關(guān)，它有兩對接線端，一對是開關(guān)端，另一對是控制端，它由四部分組成一個低阻電子開關(guān)，一個壓控脈寬振蕩器，一個光控電壓調(diào)節(jié)器和一組內(nèi)部電源，其中低阻電子開關(guān)是由兩個FET管反向串聯(lián)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(diào)節(jié)器的輸出端相連，光控電壓調(diào)節(jié)器的輸入端是一個發(fā)光二極管，內(nèi)部電源為壓控振蕩器和光控電壓調(diào)節(jié)器提供工作電壓和電流；其工作原理是通過改變發(fā)光管亮度來改變電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓高低，進一步改變壓控振蕩器的方波的占空比，進一步改變電子開關(guān)的導(dǎo)通占空比；由于光耦中的發(fā)光管是隔離的，所以就得到了一個光控占空比的隔離開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控占空比的隔離開關(guān)，其特征是低阻電子開關(guān)是一個毫歐級電阻的雙向電子開關(guān)，可由兩個低阻的CMOS FET管的反向串聯(lián)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(guān)的兩端，同時兩個FET 管的柵極(G極)并聯(lián)，這是低阻電子開關(guān)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(dǎo)通，即兩個FET管的D極之間呈低阻狀態(tài)，電子開關(guān)導(dǎo)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(tài)，電子開關(guān)截止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控占空比的隔離開關(guān)，其特征是壓控脈寬振蕩器是一個方波振蕩器，方波的占空比由控制端的電壓決定，電壓越高，占空比越大，反之越小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控占空比的隔離開關(guān)，其特征是光控電壓調(diào)節(jié)器主要由一個光耦和一個三極管組成，它是一個線性的電壓跟隨器，受控于光耦中的發(fā)光管，發(fā)光管越亮，輸出端電壓越低，反之越高；發(fā)光管的兩端就是光控脈寬的隔離開關(guān)的控制端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控占空比的隔離開關(guān)，其特征是內(nèi)部電源是從開關(guān)兩端通過電容分流后整流濾波得到的，是一組內(nèi)置電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光控占空比的隔離開關(guān)，其特征是整個光控占空比的隔離開關(guān)可以當(dāng)作一只具有兩對電極的模塊(或ic)，其中一對電極為開關(guān)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(fā)明是一種用于電磁共振接收端的光控占空比的隔離開關(guān)，它由四部分組成一個低阻電子開關(guān)1，一個壓控脈寬振蕩器2，一個光控電壓調(diào)節(jié)器3和一組電源4，其中低阻電子開關(guān)受控于壓控脈寬振蕩器，壓控振蕩器受控于光控電壓調(diào)節(jié)器，電源為壓控振蕩器和光控電壓調(diào)節(jié)器提供工作電壓和電流。它是通過隔離的發(fā)光管的亮度來調(diào)節(jié)電子開關(guān)的輸出占空比，以控制電子開關(guān)的通斷時間，達到調(diào)節(jié)輸出電流或電壓的目的。這種電子開關(guān)在電磁共振的接收中可以保持接收電路的負(fù)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(fā)熱現(xiàn)象，同時還可以減少與之供電的發(fā)射電路的發(fā)射電流，對于節(jié)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(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者朱斯忠 申請人:朱斯忠