能量转换的改进电路制造技术

本发明专利技术涉及用于从电负载中获得期望功率输出的方法和设备（１０），该目的是通过以下实现的：通过向装置提供足够的脉冲时间调制能量来仅取代损耗并仅维持剩余功率，从而维持期望功率输出并由此节省否则将被浪费的输入能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2004年5月20日提交的临时申请号No.60/573,716的优先权。
技术介绍
1.
本申请通常涉及用于依据众所周知的功率方程对提供给能耗装置的能量进行控制的改进电路，该功率方程为(1)Po＝Pin-Pl其中，Po＝功率输出，Pin＝功率输入，并且Pl＝装置中的损耗。已知当装置达到其工作状态(即，温度、转速、动量等等)时，剩余功率Pr就变成上述方程(1)的因子，并且方程(1)变成(2)Po＝Pin-Pl+Pr其中Pr＝剩余功率，并且在此“剩余功率”或“剩余能量”被定义为由外加功率在装置中造成的“余热”、“转动能”、“线性运动”、“动力能量”、“动能”、或者表示势能的任意其他术语。剩余功率可以被用来保存该装置所使用的能量。在方程(2)中可以看出，如果Pin减小到等于Pl，那么剩余功率Pr就足以维持所期望的输出功率Po。如果剩余功率Pr很小，诸如对于小电机，由于很低的惯性和质量，剩余功率很小，因此，只能保存少量能量。具体地，本专利技术涉及用于从电负载中获得所期望的输出功率Po的方法和设备，该目的是通过以下实现的通过向装置简单地提供充分的脉冲时间调制能量Pin来仅仅替换负载损耗Pl，仅维持剩余功率Pr，从而维持所期望的功率输出Po，并由此节省否则将被浪费的输入能量Pin。2.
技术介绍
把发热元件认为是被加热到期望温度的电负载。如果去除输入功率，则发热元件具有存储的热量或剩余功率Pr，并且继续产生热量，直到通过冷却(能量或功率损耗Pl)从该元件中消耗掉这些热量。在共同申请人的联合待审临时专利申请S.N.60/545,783中公开了一种用于自动提供在数量上等于功率损耗Pl的输入功率Pin的电路。人工调整输入功率以维持期望负载是已知的。在美国专利No.6,449,870和美国专利No.6,718,651中公开了被人工控制以设置期望温度的电路。同样，有一种具有控制电路的焊接装置，当达到某个温度时该控制电路切断焊嘴的电源，然后在温度降到期望值以下时重新打开电源。虽然这是自动完成的，但是电源不是由这样的电路连续调节的这种电路自动减小或者自动增大施加到负载上的脉动(脉冲时间调制)功率的速率，以持续地维持诸如温度之类的所期望的工作条件。对于旋转装置，诸如轮子、电动机等等，当去除该旋转装置的输入功率时，电动机或轮子借助于存储的能量或动能来继续旋转，直到摩擦能(功率损耗)完全消耗掉动能或动力能量(剩余功率)。具有以下改进电路是非常需要的该电路向电能耗装置提供持续的电输入功率，直到该装置达到其选定的所期望的工作条件为止，然后借助于由反馈电路控制的脉冲时间调制来自动地把输入功率减少到仅足以取代功率损耗的量，以仅仅维持剩余功率，从而用最小的功率输入维持所期望的功率输出。
技术实现思路
采用本专利技术，通过施加全输入功率Pin将电能耗装置带到其所期望的工作条件。当达到所期望的工作条件时，用脉冲时间调制把输入功率Pin自动地减小到出现在装置中的功率损耗Pl的量，从而使得存储在装置中的剩余功率或能量Pr等于所期望的输出功率Po。这通过提供表示电能装置所期望的工作状态(即，温度、转速、光的亮度、等等)的反馈电路并产生表示所期望的工作条件的瞬时值的信号来实现。所产生的反馈信号作为一个输入而耦合到比较器。另一输入是基于可变时间的电参考信号，只是举例，诸如是锯齿参考波形。当反馈信号在振幅上小于锯齿参考波形的任意部分时，比较器的输出是脉冲时间调制信号(PTM)，该脉冲时间调制信号被耦合到并激励诸如功率FET的电子开关。电负载被耦合在电源和电子开关之间。脉冲时间调制信号被耦合到电子开关的栅极，以足以向负载提供正好充足的功率来取代功率损耗(即，冷却)的速率自动地接通或切断该电子开关，从而维持如反馈信号所确定的所期望的工作条件。同样，对于在此公开的改进电路而言，在此用温度传感器产生输入反馈信号，该温度传感器提供必须被诸如晶体管所放大的小输入信号，向该晶体管的基极提供固定的偏压，而不是使用自偏压，来形成没有寄生振荡、60倍循环交流声干扰(cycle hum)等等的尖锐、干净的脉冲。此外，本改进电路还包括具有多个(优选为3个)位置的开关，只是举例，该开关实现低、中或高的温度、转速、以及光亮度。在一个实施例中，开关被选择性地耦合到多个电阻中的一个，所述多个电阻各自具有不同电阻值且耦合到放大晶体管的集电极，以改变比较器的输入控制信号电平的值，并因而改变驱动FET开关的比较器的输出电平。因而，可以为发热装置选择特定温度设置中的一个。同样，可以为旋转装置选择不同转速中的一个，并且可以为光源选择不同光亮度值中的一个。在另一实施例中，这些电阻可以被滑动开关并联，以提供多个不同的并联电阻组合，并且由此提供多个电阻值，从而建立诸如温度、转速、以及光亮度的多个不同的工作条件。另外，还可以提供至少一种其他的替换变型的新电路，以允许装置提供诸如上述的温度之类的低、中和高的工作条件。在温度的情况下，功率开关或FET被连接到手动控制开关的多个双金属温度开关之一所旁路，以便负载通过所选定的一个双金属温度开关直接连接到地电位。这些双金属开关可以被设置为在任何期望温度上断开。例如，它们中的一个可以在140的温度上断开。它们中的第二个可以在170的温度上断开。它们中的第三个可以在200的温度上断开。因而，无论哪一个双金属温度开关被手动控制开关选定，在负载达到期望温度之前，尽管FET开关被控制电路所驱动，但是其被选定的闭合双金属开关所旁路，并且以最短时间达到期望温度。当负载达到期望温度时，双金属开关断开，被控制电路驱动的FET有效并开始在该温度上调节负载。该新电路还包括作为选择性的快热开关，该快热开关可以被装置操作者手动压下或者激活，当其被激活时，其创建重新对FET进行旁路的电路并把负载直接连接到地电位以导致负载的快速发热。当温度足够热时，如操作者所确定的，该开关被释放，控制电路重新对温度进行控制。同样，当对光源进行控制时，新电路可以使用与任意公知的光传感器(例如，硫化镉电池或光检测器)所确定的电灯泡灯丝的热量或光亮度成比例的反馈信号，从而提供仅足以补偿诸如灯丝冷却等的负载损耗的功率。当对具有动量(存储的能量或剩余功率)的旋转装置进行控制时，只是举例，rpm指示器所检测的该装置的转速可以用来产生表示转速的信号，并且该信号可以被用作反馈信号，如上所述，通过向电子开关提供脉冲时间调制信号来向负载施加仅足以补偿诸如摩擦、系统损耗等的负载损耗的功率，从而以所期望的速度驱动旋转装置。在一个实施例中，对用于驱动电动机的众所周知的脉冲宽度调制器电路进行修改以接受反馈信号，以便一旦达到所期望的速度就通过向该装置施加仅足以补偿系统与负载损耗的脉冲时间调制功率，来以所期望的速度自动驱动旋转装置。因而，本专利技术的一个目的是，使用脉冲时间调制信号来仅取代系统与负载损耗而从电负载中获得所期望的输出功率，从而使任意的剩余功率等于所期望的输出功率并因此节省输入功率。本专利技术的另一目的是产生表示负载的所期望的工作条件的反馈信号，对反馈信号与基于可变时间的电参考信号进行比较并根据该比较产生脉冲时间调制信号。本专利技术的再一目的是提供包括固定偏压晶体管以对接收到的反馈信号进行放大的控制电路。本专利技术的又一目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用减小的输入功率Ｐ↓［ｉｎ］从系统的电负载中自动获得所期望的输出功率Ｐ↓［ｏ］的方法，其中，Ｐ↓［ｏ］＝Ｐ↓［ｉｎ］－Ｐ↓［ｌ］＋Ｐ↓［ｒ］，其中Ｐ↓［ｌ］＝所述负载中耗费的功率损耗和任意的系统损耗，Ｐ↓［ｒ］＝在所述期望输出功率上存储在所述负载中的剩余功率，所述方法包括以下步骤：向所述负载提供持续的输入功率Ｐ↓［ｉｎ］，以用伴随的剩余功率Ｐ↓［ｒ］达到所述期望输出功率Ｐ↓［ｏ］；以及使用可变速率的脉冲时间调制信号来把所述输入功率Ｐ↓［ｉｎ］自动地减少到仅 足以取代所述功率损耗Ｐ↓［ｌ］的量，从而正好使所述剩余功率Ｐ↓［ｒ］维持等于所述期望功率输出Ｐ↓［ｏ］，从而节省输入功率并延长所述负载的寿命。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔特R埃万雅克，
申请(专利权)人：超能脉冲科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]