具有电容器的电压源和电流源制造技术

在根据本发明专利技术的电压源中，当电解电容器（Ｃ１）的电压超过预定正电压电平（Ｅ１）时，接通开关晶体管（Ｑ１）以使该电解电容器（Ｃ１）保持预定电压电平（Ｅ１），而当电解电容器（Ｃ１）的电压降低到低于预定电压电平（Ｅ１）时，断开该电解开关元件。当电解电容器（Ｃ２）的电压降低到低于预定负电压电平（－Ｅ２）时，接通开关晶体管（Ｑ２）以使电解电容器（Ｃ２）保持预定负电压电平（－Ｅ２），而当电解电容器（Ｃ２）的电压超过预定负电压电平（－Ｅ２）时，断开该电解开关元件。因此，在作为上限的预定电压电平（Ｅ１）与作为下限的预定电压电平（－Ｅ２）之间，控制输出电压（Ｖ３）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以提供预定电平的AC电压的电压源和可以提供预定电平的AC电流的电流源。
技术介绍
(A)电压源是用于提供预定电平的AC电压的电源。传统电压源包括电磁线圈型电压源和电容器分压型电压源。电磁线圈型电压源不利于用作通用设备，因为它们的重量重、体积大。电容分压型电压源的缺陷在于，除非采用其电容比负载的电容高的电容器，否则不能实现要求的电压比。在使用感性负载时，该电压源可能导致谐振，除非采用具有非常大电容的电容器。因此，本专利技术的一个目的是提供一种重量轻的小型电压源。本专利技术的另一个目的是提供一种容易将其电压设置到任何要求的电平的电压源。(B)传统的便用型电流源是包括铁心和插在电源与负载之间的线圈类型的电流源。采用铁心和线圈的电流源具有简单电路配置，但是存在不利方面，因为它们的重量重、体积大而且热损耗大。可以利用高频开关电路构造电流源。然而，高频开关电路处理的频率比工业电源频率高得多，因此辐射高频噪声，从而对外围设备产生不利影响。因此，需要开发一种通过基于“原样(as is)”采用工业电源频率，可以提供AC电流的电流源。如果以将电流可变设置为要求电平的方式设计该电流源，则可以增强该电流源的有效性。因此，本专利技术的又一个目的是提供一种重量轻的小型电流源，该电流源具有包括开关元件和电容器的简单结构，而且其特征在于，降低热耗散而且没有高频噪声。本专利技术的又一个目的是提供一种可以容易地将电流设置为任何要求电平的电流源。
技术实现思路
(a)根据本专利技术的一个方面的电压源包括，如图1所示，串联在AC电源V与负载之间的串行电容器C以及并联到负载的第一电压限制电路F1和第二电压限制电路F2的电压源。第一电压限制电路F1包括串联的第一开关元件S1和第一电容器C1。第二电压限制电路F2包括串联的第二开关元件S2和第二电容器C2。第一开关元件S1持续传导以一个方向流动的电流I1，以在AC电源的正半周对第一电容器C1进行充电，而且对于以另一个方向流动的电流-I1，可控导通和断开该第一开关元件S1。当第一电容器C1的电压超过预定正电压电平E1时，接通第一开关元件S1以使第一电容器C1保持预定正电压电平E1。当第一电容器C1的电压降低到低于预定电压电平E1时，断开第一开关元件S1。第二开关元件S1持续传导以一个方向流动的电流I2，以在AC电源的负半周对第二电容器C2进行充电，而对于以另一个方向流动的电流-I2，可控导通和断开该第二开关元件S2。当第二电容器C2的电压降低到低于预定负电压电平-E2时，接通第二开关元件S2以使第二电容器C2保持预定电压电平-E2。当第二电容器C2的电压超过预定电压电平-E2时，断开第二开关元件S2。利用上述配置，在AC电源的正半周，通过开关元件S1，对第一电容器C1进行充电。当第一电容器C1的电压超过预定正电压电平E1时，对于反向电流-I1，接通第一开关元件S1，以使第一电容器C1的电压保持电平E1。因此，在正半周，第一电压限制电路F1将输出电压限制在低于被定义为上限的电压电平E1的范围内。在AC电源的负半周，通过第二开关元件S2，对第二电容器C2进行充电。当第二电容器C2的电压降低到低于预定负电压电平-E2时，对于反向电流-I2，使第二开关元件S2导通，以使第二电容器C2的电压保持电平-E2。因此，在负半周，第二电压限制电路F2将输出电压限制在被定义为下限的电压电平-E2之上的范围内。因此，在全波周内，输出电压被限制被第一电压限制电路F1确定为上限的电压电平E1与被第二电压限制电路F2确定为下限的电压电平-E2之间的范围内。以连续可变方式设置电压电平E1和-E2。因此，可以提供可以进行连续电压调节的可变电压源。如果采用以高电容/体积比为特征的电解电容器作为第一电容器C1和第二电容器C2，则利用该特征，可以提供小型电压源。电解电容器具有极性，而且其通常缺陷是不能用于交流电。然而，通过使第一电压限制电路F1在AC电源的正半周工作，而使第二电压限制电路F2在AC电源的负半周工作，可以克服该缺陷。根据本专利技术的该方面，在全波周内，将输出电压设置在被第一电压限制电路确定为上限的正电压电平与被第二电压限制电路确定为下限的负电压电平之间。利用电压源、开关元件以及电解电容器，可以分别容易地构造这些电压限制电路，以便提供尺寸小、重量轻的电压源。(b)根据本专利技术另一个方面的电流源包括，如图4所示，串联在AC电源与负载之间的开关元件S1和电容器C1。开关元件S1持续传导以一个方向流动的电流I1，以在AC电源V的正半周对电容器C1进行充电，而且对于以另一个方向流动的电流-I1，可控导通和断开该开关元件S1。当电容器C1两端的电压高于预定电压电平E1时，控制开关元件S1以导通开关元件S1，而且当电容器C1的电压不高于预定电压电平E1时，断开该开关元件S1。假定与电源电压相比，负载的电压可以忽略不计。利用上述配置，在AC电源电压V的正半周，通过开关元件S1，对第一电容器C1进行充电。当AC电压V开始从峰值降低时，电容器C1开始放电。然而，当电容器C1的电压降低到不高于预定正电压电平E1时，对于以反向流动的电流-I1，断开该开关元件S1，以使电容器C1的电压保持电平E1。在后面的周期内，仅当AC电源电压V超过预定电压电平E1时，对电容器C1进行充电和放电，而在AC电源电压V降低到不高于预定电压电平E1时，使电容器C1的电平保持在电平E1。通过求电容器C1的电压的微分，可以确定负载电流。仅在对电容器C1进行充电和放电时，产生电流。由于仅在AC电源电压V超过预定电压电平E1时，对电容器C1进行充电和放电，所以仅在此时产生电流。电流电平作为预定电压电平E1的函数发生变化。随着预定电压电平E1的降低，电容器C1的充电和放电周期也延长，因此，提高了电流电平。随着预定电压电平E1的升高，缩短电容器C1的充电和放电周期，因此，降低电流电平。这样，通过控制预定电压电平E1，可以控制电流电平。如果预定电压电平E1连续可变，则可以提供可以连续设置的可变电流源。如果采用以高电容/体积比为特征的电解电容器作为电容器C1，则利用该特征，该电流源具有紧密结构。电解电容器具有极性，而且其通常缺陷是不能用于交流电。然而，通过防止电容器C1的电压降低到低于预定电压电平E1，可以克服该缺陷。(c)根据本专利技术又一个方面的电流源包括，如图5所示，串联在AC电源与负载之间的开关元件S2和电容器C2。开关元件S2持续传导以一个方向流动的电流I2，以在AC电源V的负半周对电容器C2进行充电，而且对于以另一个方向流动的电流-I2，可控导通和断开该开关元件S2。当电容器C2两端之间的电压低于预定负电压电平-E2时，控制该开关元件S2以导通该开关元件S2，而且当电容器C2的电压不低于预定电压电平-E2时，断开该开关元件S2。假定与电源电压相比，负载的电压可以忽略不计。利用上述配置，在AC电源电压V的负半周，通过开关元件S2，对电容器C2进行充电。当AC电压V开始从负峰值升高时，电容器C2开始放电。然而，当电容器C2的电压升高到到不低于预定负电压电平-E2时，对于以另一个方向流动的电流-I2，断开该开关元件S2，以使电容器C2的电压保持电平-E2。在后面的周期内，仅当A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括串联在ＡＣ电源与负载之间的串行电容器以及并联到负载的第一电压限制电路和第二电压限制电路的电压源，第一电压限制电路包括串联的第一开关元件和第一电容器，第二电压限制电路包括串联的第二开关元件和第二电容器，其中第一 开关元件持续传导以一个方向流动的电流，以在ＡＣ电源的正半周对第一电容器进行充电，而且对于以另一个方向流动的电流，可控导通和断开该第一开关元件，其中当第一电容器的电压超过预定正电压电平（Ｅ１）时，接通第一开关元件以使第一电容器保持预定 正电压电平（Ｅ１），而且当第一电容器的电压降低到低于预定正电压电平（Ｅ１）时，断开第一开关元件，其中第二开关元件持续传导以一个方向流动的电流，以在ＡＣ电源的负半周对第二电容器进行充电，而且对于以另一个方向流动的电流，可控导通和断开该 第二开关元件，其中当第二电容器的电压降低到低于预定负电压电平（－Ｅ２）时，接通第二开关元件以使第二电容器保持预定负电压电平（－Ｅ２），而且当第二电容器的电压超过预定负电压电平（－Ｅ２）时，断开第二开关元件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王国华，
申请(专利权)人：新田株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]