Самовозбуждающийся колебательный контур
Изобретение относится к области электротехники. Самовозбуждающийся колебательный контур по изобретению включает в себя транзистор (Tr1) выключения, который выключает транзистор (Q1), конденсатор (С3) выключения, который выводит напряжение в базу транзистора (Tr1) выключения, и сопротивление (R1) смещения, которое заряжает конденсатор (С3) выключения с напряжением, по абсолютной величине соответствующим току (Id) стока, который протекает, когда транзистор (Q1) включается. Сопротивление (R3) подключено между конденсатором (С3) выключения и модулем (50) подачи электрической мощности. Соответственно, заряды накапливаются в конденсаторе (С3) выключения так, чтобы напряжение Vb не падало до или ниже напряжения смещения. Таким образом, становится возможным получить технический результат - уменьшить сопротивление (R1) смещения, что, в свою очередь, позволяет снизить потери энергии в сопротивлении (R1) смещения. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к самовозбуждающемуся колебательному контуру.
Уровень техники
Фиг.10 - это принципиальная схема, показывающая традиционный источник питания, описанный в Патентном документе 1. Ссылаясь на фиг.10, когда модуль 300 подачи электрической мощности подключен к выводам 3a и 3b, питание подается на конденсатор C200 через сопротивление R100 смещения. Соответственно, конденсатор C200 заряжается, и напряжение V100 смещения возрастает. Когда напряжение V200 "затвор-исток" превышает пороговое значение полевого транзистора Q100 вследствие напряжения V100 смещения, полевой транзистор Q100 включается. Это дает возможность току I100 стока протекать и заставляет напряжение V300 стока падать. Разность потенциалов тем самым формируется в катушке L100. В ассоциативной связи с формированием разности потенциалов напряжение наводится в катушке L300, и напряжение V400 затвора дополнительно возрастает.
Между тем напряжение между сопротивлениями R310 и R320 смещения, которое включает и выключает транзистор Q200 в ответ на абсолютную величину тока I100 стока, повышается, и ток базы подается в транзистор Q200. Тем самым транзистор Q200 включается. Следовательно, напряжение V400 затвора полевого транзистора Q100 падает, и полевой транзистор Q100 выключается.
Время, требуемое полевому транзистору Q100 для того, чтобы включиться во время активации питания, тем самым заметно укорачивается, и накопительная энергия вследствие тока I100 стока подавляется до достаточной величины. Поэтому можно уменьшить напряжение, возникающее при изменении магнитного потока от состояния насыщения до остаточного состояния того же знака, которое формируется после того, как полевой транзистор Q100 выключается.
Тем не менее, при традиционном источнике питания, когда он приспосабливает модуль 300 подачи электрической мощности, который подает низкую мощность, например 10 Вт и меньше, необходимо продлить время включения полевого транзистора Q100, чтобы выводить практически такую же высокую мощность, как мощность, выводимая, когда он приспосабливает модуль 300 подачи электрической мощности, который подает высокую мощность в нагрузку 400. Следовательно, потеря энергии при сопротивлениях R310 и R320 смещения вследствие тока I100 стока, протекающего в них, нежелательно увеличивается в традиционном источнике питания.
Патентный документ 1. Не прошедшая экспертизу патентная публикация номер H6-70461
Сущность изобретения
Цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить самовозбуждающийся колебательный контур, допускающий уменьшение потерь энергии в сопротивлении смещения.
Самовозбуждающийся колебательный контур по изобретению включает в себя: транзистор выключения, который выключает коммутирующий элемент, последовательно соединенный с резонансным контуром; конденсатор выключения, который выводит управляющее напряжение в управляющий вывод транзистора выключения; сопротивление смещения, которое заряжает конденсатор выключения с помощью напряжения, по абсолютной величине соответствующего току включения, протекающему, когда коммутирующий элемент включается; и зарядный модуль, который заряжает конденсатор выключения таким образом, чтобы управляющее напряжение не падало до или ниже конкретного напряжения смещения, которое меньше порогового напряжения транзистора выключения.
Согласно самовозбуждающемуся колебательному контуру, сконфигурированному так, как описано выше, конденсатор выключения заряжается с помощью зарядов из состояния, где конкретная величина зарядов накоплена в нем, и транзистор выключения включается посредством конденсатора выключения. Соответственно, даже когда значение сопротивления для сопротивления смещения мало, время, требуемое для того, чтобы включить транзистор выключения, может поддерживаться равным постоянному значению. Таким образом, становится возможным уменьшить потери энергии в сопротивлении смещения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - это представление, показывающее общую конфигурацию системы питания, к которой применяется самовозбуждающийся колебательный контур согласно первому варианту осуществления изобретения.
Фиг.2 иллюстрирует принципиальную схему для самовозбуждающегося колебательного контура, показанного на фиг.1.
Фиг.3 иллюстрирует временную диаграмму для самовозбуждающегося колебательного контура по фиг.2: фиг.3(a) показывает напряжение "исток-сток" транзистора; фиг.3(b) показывает ток стока транзистора; фиг.3(c) показывает напряжение "база-эмиттер" транзистора выключения; фиг.3(d) показывает временное распределение включения и выключения транзистора; и фиг.3(e) показывает временное распределение включения и выключения транзистора выключения.
Фиг.4 иллюстрирует основной модуль самовозбуждающегося колебательного контура 1 в случае, когда конденсатор C3 выключения не подключен к модулю 50 подачи питания через сопротивление R3.
Фиг.5 иллюстрирует основной модуль самовозбуждающегося колебательного контура 1, в котором конденсатор C3 выключения подключен к модулю 50 подачи питания через сопротивление R3.
Фиг.6 - это представление, показывающее общую конфигурацию системы электробритвы в случае, когда самовозбуждающийся колебательный контур 1a по второму варианту осуществления применяется к очистителю 200 бритвы.
Фиг.7 - это принципиальная схема самовозбуждающегося колебательного контура.
Фиг.8 иллюстрирует принципиальную схему самовозбуждающегося колебательного контура согласно третьему варианту осуществления.
Фиг.9 иллюстрирует принципиальную схему самовозбуждающегося колебательного контура согласно четвертому варианту осуществления.
Фиг.10 - это принципиальная схема, иллюстрирующая традиционный источник питания, описанный в Патентном документе 1.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Далее описывается один вариант осуществления изобретения со ссылкой на чертежи. Компоненты, отмеченные одинаковыми номерами ссылок, являются одинаковыми на всех чертежах, и описания этих компонентов опущены в данном документе.
Первый вариант осуществления
Фиг.1 - это представление, показывающее общую конфигурацию системы питания, к которой применяется самовозбуждающийся колебательный контур согласно первому варианту осуществления изобретения. Фиг.2 - это принципиальная схема для самовозбуждающегося колебательного контура, показанного на фиг.1.
Ссылаясь на фиг.1, система питания включает в себя модуль 2 подачи электрической мощности и разъем 3. Как показано на фиг.2, модуль 2 подачи электрической мощности сформирован, например, посредством включения модуля 20 обратной связи, сопротивления R3, конденсатора C3 выключения, модуля 40 смещения, транзистора Q1, сопротивления R1 смещения, сопротивления R2 базы, транзистора Tr1 выключения и модуля 50 подачи электрической мощности. Модуль 2 подачи электрической мощности преобразует напряжение переменного тока, например, в 100-240 В, подаваемое из бытового коммерческого источника питания, в напряжение постоянного тока, например, в 5 В (например, мощность в 6 Вт и ток в 1,2 А), чтобы сгенерировать высокочастотную мощность, и подает эту мощность в нагрузочное устройство 100 через разъем 3. В качестве нагрузочного устройства 100, например, приспосабливается электрическая бритва (станок), и она заряжается с помощью мощности, подаваемой из модуля 2 подачи электрической мощности. Разъем 3 сформирован посредством включения резонансного контура 10, показанного на фиг.1.
Система питания включает в себя самовозбуждающийся колебательный контур 1, модуль 50 питания и нагрузочное устройство 100. Самовозбуждающийся колебательный контур 1 - это бесконтактный зарядный контур, который заряжает нагрузочное устройство 100 бесконтактным способом. Самовозбуждающийся колебательный контур 1 включает в себя резонансный контур 10, модуль 20 обратной связи, сопротивление R3, конденсатор C3 выключения, модуль 40 смещения, транзистор Q1, сопротивление R1 смещения, сопротивление R2 базы и транзистор Tr1 выключения.
Резонансный контур 10 сформирован посредством включения резонансного конденсатора C1 и резонансной катушки L1, соединенных параллельно, и подает мощность в нагрузочное устройство 100, которое магнитным образом соединено с резонансным контуром 10.
Модуль 20 обратной связи сформирован посредством включения катушки L2 обратной связи и сопротивления R4. Катушка L2 обратной связи магнитным образом соединена с резонансной катушкой L1 так, чтобы электрическая мощность, генерируемая в резонансной катушке L1, положительно возвращалась в катушку L2 обратной связи для того, чтобы эта электрическая мощность выводилась в затвор транзистора (коммутирующего элемента) Q1 через сопротивление R4.
Конденсатор C3 выключения подключен параллельно между базой и эмиттером транзистора Tr1 выключения. Конденсатор C3 выключения заряжается с помощью напряжения, выводимого из модуля 50 подачи электрической мощности через сопротивление R3, а также с помощью напряжения, соответствующего току Id стока (току включения) транзистора Q1 из сопротивления R1 смещения, и выводит напряжение (управляющее напряжение) Vb в базу (управляющий вывод) транзистора Tr1 выключения.
Сопротивление R3 подключено между выводом A подачи электрической мощности, подключенным к положительному выводу модуля 50 подачи электрической мощности, и базой транзистора Tr1 выключения. Сопротивление R3 выводит напряжение, выводимое из модуля 50 подачи электрической мощности, в конденсатор C3 выключения и постоянно заряжает конденсатор C3 выключения, с тем, чтобы напряжение Vb не падало до или ниже предварительно заданного конкретного напряжения смещения, которое является таким же высоким или ниже, чем пороговое напряжение транзистора Tr1 выключения.
Транзистор Q1 сформирован из n-канального электрического полевого транзистора, сток которого подключен к резонансному контуру 10, а исток которого подключен к сопротивлению R1 смещения.
Сопротивление R1 смещения подключено к базе транзистора Tr1 выключения с одного конца посредством сопротивления R2 базы и подключено к выводу B подачи электрической мощности, подключенному к отрицательному выводу модуля 50 подачи электрической мощности с другого конца.
Касательно транзистора Tr1 выключения коллектор подключен к затвору транзистора Q1, а эмиттер подключен к выводу B подачи электрической мощности. Когда ток Id стока достигает конкретной абсолютной величины, а напряжение Vb превышает конкретное пороговое напряжение (например, 0,6 В), транзистор Tr1 выключения включается, чтобы разомкнуть емкость затвора транзистора Q1, что заставляет транзистор Q1 выключиться. Соответственно, ток Id стока ограничен постоянной абсолютной величиной или ниже.
Модуль 40 смещения сформирован посредством включения сопротивления (пускового сопротивления) R5 и конденсатора (пускового конденсатора) C2. Сопротивление R5 и конденсатор C2 подключены последовательно. Модуль 40 смещения формирует напряжение смещения, чтобы включить транзистор Q1 согласно напряжению, выводимому из модуля 50 подачи электрической мощности, и выводит напряжение смещения в затвор транзистора Q1 через модуль 20 обратной связи. Сопротивление R5 подключено между выводом A подачи электрической мощности и катушкой L2 обратной связи. Конденсатор C2 подключен между выводом B подачи электрической мощности и катушкой L2 обратной связи. Вкратце, модуль 20 обратной связи подключен к точке подключения сопротивления R5 и конденсатора C2, которые подключены последовательно. Вывод A подачи электрической мощности подключен к положительному выводу модуля 50 подачи электрической мощности, а вывод B подачи электрической мощности подключен к отрицательному выводу модуля 50 подачи электрической мощности.
Нагрузочное устройство 100 включает в себя, например, катушку L3, диод D1 и перезаряжаемый аккумулятор 101. Катушка L3 магнитным образом соединена с резонансной катушкой L1 в противофазе так, что она формирует напряжение с разностью фаз в 180 градусов от напряжения VL1 в резонансной катушке L1. Диод D1 выпрямляет напряжение, сформированное в катушке L3. Перезаряжаемый аккумулятор 101 заряжается посредством напряжения, выпрямленного посредством диода D1.
Далее описывается работа самовозбуждающегося колебательного контура 1, показанного на фиг.2. Фиг.3 иллюстрирует временную диаграмму для самовозбуждающегося колебательного контура по фиг.2. Фиг.3(a) показывает напряжение "исток-сток" транзистора. Фиг.3(b) показывает ток стока транзистора. Фиг.3(c) показывает напряжение "база-эмиттер" транзистора выключения. Фиг.3(d) показывает временное распределение включения и выключения транзистора. Фиг.3(e) показывает временное распределение включения и выключения транзистора выключения.
Когда модуль 50 подачи электрической мощности выводит конкретное напряжение постоянного тока (например, 5 В), конденсатор C2 заряжается и напряжение VG в затворе транзистора Q1 возрастает. Когда напряжение VG в затворе достигает порогового напряжения транзистора Q1, транзистор Q1 включается (время T1) и ток Id стока начинает течь. Резонансный конденсатор C1 и конденсатор C3 выключения тем самым заряжаются.
Когда конденсатор C3 выключения заряжен и напряжение Vb превышает пороговое напряжение транзистора Tr1 выключения, транзистор Tr1 выключения включается (время T2) и емкость затвора транзистора Q1 разряжается. Эта разрядка заставляет напряжение VG падать, и транзистор Q1 выключается (время T3), когда напряжение VG падает до или ниже порогового напряжения транзистора Q1.
Когда транзистор Q1 выключается (время T3), ток Id стока резко падает и ток Id стока падает до 0. Когда ток Id стока падает до 0, конденсатор C3 выключения разряжается, что заставляет напряжение Vb падать. Когда напряжение Vb падает до или ниже порогового напряжения транзистора Tr1 выключения, транзистор Tr1 выключения выключается (время T4).
Когда транзистор Tr1 выключения выключается, конденсатор C3 выключения начинает разряжаться и напряжение Vb продолжает падать. Следует отметить, что поскольку конденсатор C3 выключения подключен к модулю 50 подачи электрической мощности через сопротивление R3, и ток Ir3 подается в конденсатор C3 выключения из модуля 50 подачи электрической мощности, когда напряжение Vb падает до предварительно заданного конкретного значения, конденсатор C3 выключения продолжает разрядку с тем, чтобы поддерживать напряжение Vb равным напряжению смещения. Здесь значения сопротивлений R3, R2 и R1 и конденсатора C3 выключения заданы таким образом, чтобы напряжение смещения поддерживалось равным конкретному значению, меньшему порогового напряжения транзистора Tr1 выключения (например, значения 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 и т.д. порогового напряжения транзистора Tr1 выключения). Временные константы сопротивления R5 и конденсатора C2 задаются большими временных констант сопротивления R3 и конденсатора C3 выключения. Следовательно, скорость, с которой напряжение Vb достигает порогового напряжения конденсатора Tr1 выключения посредством зарядки конденсатора C3 выключения через сопротивление R3, задается выше скорости, с которой транзистор Q1 включается. Соответственно, транзистор Tr1 выключения становится способным надежно выключать транзистор Q1.
Между тем, когда транзистор Q1 выключается, резонансный контур 10 начинает резонировать. Напряжение Vd затем начинает изменяться посредством вычерчивания выпуклой вверх практически синусоидальной кривой, ассоциативно связанной с напряжением VL1 в резонансной катушке L1. Следует отметить, что катушка L2 обратной связи магнитным образом соединена с резонансной катушкой L1 в одинаковой фазе. Напряжение VL2, формируемое в катушке L2 обратной связи, следовательно, изменяется посредством вычерчивания выпуклой вниз практически синусоидальной кривой. В ассоциативной связи с этим изменением напряжение VG изменяется, и транзистор Q1 включается, когда напряжение VG превышает пороговое напряжение транзистора Q1 (время T5).
Когда транзистор Q1 включается, ток Id стока начинает протекать. Конденсатор C3 выключения тем самым заряжается, и конденсатор C3 выключения снова включается, когда напряжение Vb превышает пороговое напряжение транзистора Tr1 выключения (время T6), тогда как транзистор Q1 снова выключается (время T7). В самовозбуждающемся колебательном контуре 1 питание подается в нагрузочное устройство 100 в то время, пока операции, описанные выше, повторяются.
Конфигурация, в которой конденсатор C3 выключения не подключен к модулю 50 подачи электрической мощности через сопротивление R3, описывается далее. Согласно этой конфигурации, поскольку питание не подается в конденсатор C3 выключения из модуля 50 подачи электрической мощности, все накопленные заряды разряжаются и разрядка продолжается до тех пор, пока напряжение Vb не упадет до 0. Следовательно, чтобы включить транзистор Tr1 выключения, зарядка транзистора C3 выключения должна быть начата из состояния, где нет зарядов в нем. Соответственно, значение сопротивления R1 смещения должно быть увеличено, чтобы повысить напряжение Vb до порогового напряжения транзистора Tr1 выключения в течение постоянного времени. Это в результате увеличивает потери энергии в сопротивлении R1 смещения вследствие тока Id стока, который протекает, пока транзистор Q1 включен.
В отличие от этого в самовозбуждающемся колебательном контуре 1 конденсатор C3 выключения подключен к модулю 50 подачи питания через сопротивление R3. Конденсатор C3 выключения тем самым поддерживает значение напряжения Vb равным постоянному значению (напряжению смещения), пока транзистор Q1 выключен. Следовательно, зарядка начинается в состоянии, где предварительно заданная конкретная величина зарядов накоплена в конденсаторе C3 выключения и конденсатор C3 выключения становится способным включить транзистор Tr1 выключения, когда он заряжен с зарядами, достаточными для того, чтобы напряжение Vb достигло порогового напряжения транзистора Tr1 выключения. Более конкретно, при условии, что напряжение, которое должно быть выведено из модуля 50 подачи электрической мощности, равно 5 В, сопротивление R3 составляет 16 кОм, сопротивление R2 базы составляет 1 кОм, а сопротивление R1 смещения является пренебрежительно малым, напряжение смещения порядка 0,29 В постоянно применяется к базе транзистора Tr1 выключения. Соответственно, для того чтобы включить транзистор Tr1 выключения, достаточно зарядить конденсатор C3 выключения в большей степени зарядами, соизмеримыми примерно с 0,3 В.
Следовательно, становится возможным включать транзистор Tr1 выключения в пределах постоянного времени, даже когда значение напряжения R1 смещения задано меньшим. Таким образом, становится возможным уменьшать потери энергии в сопротивлении R1 смещения вследствие тока Id стока, который протекает, пока транзистор Q1 включен.
Далее подробнее описывается функция самовозбуждающегося колебательного контура 1, достигаемого посредством подключения сопротивления R3. Фиг.4 иллюстрирует основной модуль самовозбуждающегося колебательного контура 1 в случае, когда конденсатор C3 выключения не подключен к модулю 50 подачи питания через сопротивление R3. Фиг.5 иллюстрирует основной модуль самовозбуждающегося колебательного контура 1, в котором конденсатор C3 выключения подключен к модулю 50 подачи питания через сопротивление R3. Следует отметить, что компоненты контура, которые не показаны на фиг.4 и фиг.5, являются такими же, как компоненты на фиг.2.
Касательно контура, показанного на фиг.4, при условии, что сток Id является постоянным для простоты описания, I1 (=q1'(t)) - это ток, протекающий в сопротивлении R1 смещения, I2 (=q2'(t)) - это ток, протекающий в сопротивлении R2 базы, C - это электростатическая емкость конденсатора C3 выключения, R1 - это значение сопротивления R1 смещения, а R2 - это значение сопротивления R2 базы, то получается контурное уравнение, показанное ниже. В уравнении q1'(t) - это производная от заряда q1(t), q2'(t) - это производная от заряда q2, а t - это время.
Id=q1'(t)+q2'(t)
q1'(t)×R1=q2'(t)×R2+q2(t)/C
q1(0)=R2×Id/(R1+R2)
q2(0)=0
Посредством разрешения вышеприведенного уравнения напряжение Vc1(t) конденсатора C3 выключения выражается посредством следующего уравнения:
Vc1(t)=exp(-t/C(R1+R2))×(-1+exp(t/C(R1+R2)))xId×R1
Посредством нахождения времени, требуемого для того, чтобы напряжение Vc1(t) достигло порогового напряжение транзистора Tr1 выключения в соответствии с вышеприведенным уравнением, время t1 включения с момента, когда транзистор Q1 включается и ток Id стока начинает протекать до момента, когда транзистор Tr1 выключения включается, определяется.
Для контура, показанного на фиг.5, так же, значение напряжения Vb в начальном состоянии, где транзистор Q1 включается, и ток Id стока начинает протекать, т.е. значение напряжения смещения находится как равное VB таким же образом, как и описано выше, и следующее контурное уравнение получается
Id=q1'(t)+q2'(t)
q1'(t)×R1=q2'(t)×R2+q2(t)/C
q1(0)=R2×Id/(R1+R2)
q2(0)=VB
Посредством разрешения вышеприведенного уравнения напряжение Vc2(t) конденсатора C3 выключения выражается посредством следующего уравнения:
Vc2(t)=exp(-t/C(R1+R2))×(C×VB-C×Id×R1+C×exp(t/C(R1+R2))×Id×R1)/C
R1 может быть найдено посредством подстановки времени t1 включения, найденного ранее, в вышеприведенное уравнение. При этом, поскольку трудно получить аналитическое решение R1 из Vc2(t), Vc1(t)=0,6 В, R1=1 Ом, R2=1 кОм, C=4700 пФ, а Id=5 А подставляются в уравнение Vc1(t). Время t1 включения тем самым находится как t1=6,0×10-7. Далее посредством подстановки таким образом найденного времени t1 включения в уравнение для Vc2(t) и посредством подстановки Vc2(t)=0,6 В, R2=1 кОм, C=4700 пФ, Id=5 А и VB=0,3 В в уравнение для Vc2(t) , R1 находится как R1=0,56 Ом из уравнения для Vc2(t).
Более конкретно, с помощью контура, показанного на фиг.5, можно задать значение сопротивления R1 смещения равным 0,56 Ом. Следовательно, в сравнении с потерей энергии для контура, показанного на фиг.4, потеря энергии в напряжении R1 смещения может быть уменьшена на коэффициент 0,56. Согласно этим расчетам можно сделать значение сопротивления R1 смещения меньшим при том, что значения VB и Id становятся большими для контура, показанного на фиг.5.
Как описано, согласно самовозбуждающемуся колебательному контуру 1 по первому варианту осуществления, поскольку конденсатор C3 выключения подключен к модулю 50 подачи электрической мощности через сопротивление R3, конденсатор C3 выключения поддерживает напряжение Vb равным постоянному напряжению смещения даже в периоде, в течение которого транзистор Q1 остается выключенным. Следовательно, даже когда значение сопротивления R1 смещения становится меньшим, время t1 включения может поддерживаться равным постоянному значению, что дает возможность уменьшать потери энергии в сопротивлении R1 смещения.
Поскольку конденсатор C3 выключения подключен к модулю 50 подачи электрической мощности через сопротивление R3, ток протекает в сопротивления R3, R1 и R2 даже в периоде выключения транзистора Q1. При этом значения сопротивлений R3, R1 и R2 задаются таким образом, чтобы ток Ir3, протекающий в сопротивление R3, принимал значение, значительно меньшее значения тока Id стока. Следовательно, потери энергии в сопротивлении R1 смещения в периоде выключения транзистора Q1 могут быть пренебрежительно малы в сравнении с потерями энергии при сопротивлении R1 смещения в течение периода включения транзистора Q1.
Второй вариант осуществления
Далее описывается самовозбуждающийся колебательный контур согласно второму варианту осуществления изобретения. Фиг.6 - это представление, показывающее общую конфигурацию системы электробритвы в случае, когда самовозбуждающийся колебательный контур 1a по второму варианту осуществления применяется к очистителю 200 электробритвы. Фиг.7 показывает принципиальную схему самовозбуждающегося колебательного контура 1a. Система электробритвы сформирована посредством включения модуля 50 подачи электрической мощности, очистителя 200 электробритвы и нагрузочного устройства 100. Во втором варианте осуществления аналогичные компоненты помечены аналогичными номерами ссылок относительно первого варианта осуществления, приведенного выше, и описания этих компонентов здесь опускаются.
Очиститель 200 электробритвы, показанный на фиг.6, сформирован посредством включения трансформатора 201 индукционного нагрева, контура 202 индукционного нагрева и вентилятора 203. Трансформатор 201 индукционного нагрева сформирован, например, из резонансного контура 10, показанного на фиг.7, и он подает питание на режущее лезвие 102 электробритвы, формирующее нагрузочное устройство 100, и нагревает режущее лезвие 102 посредством протекания вихревого тока в режущее лезвие 102. Контур 202 индукционного нагрева включает в себя контур 20 обратной связи, сопротивление R3, конденсатор C3 выключения, модуль 40 смещения, транзистор Q1, сопротивление R1 смещения, сопротивление R2 базы, транзистор Tr1 выключения, диод D2 и сопротивление R6, показанное на фиг.7. Трансформатор 201 индукционного нагрева и контур 202 индукционного нагрева совместно формируют самовозбуждающийся колебательный контур 1a.
Вентилятор 203 приводится для того, чтобы сушить режущее лезвие 102, и он ускоряет сушку режущего лезвия 102 посредством предоставления воздушного потока на режущее лезвие 102.
Электробритва в качестве нагрузочного устройства 100, например, помещается в установочную часть 204 электробритвы в очистителе 200 электробритвы после использования пользователем. Далее моющий раствор подается на режущее лезвие 102 из непроиллюстрированного очистительного механизма, и режущее лезвие 102 очищается. Когда очистка с помощью моющего раствора завершена, питание подается на режущее лезвие 102 из трансформатора 201 индукционного нагрева. Режущее лезвие 102 тем самым сушится не только посредством вихревого тока, формируемого в режущем лезвии, но также потока воздуха из вентилятора 203.
В отличие от самовозбуждающегося колебательного контура 1, показанного на фиг.2, самовозбуждающийся колебательный контур 1a, показанный на фиг.7, сконфигурирован таким образом, что диод D2 и сопротивление R6, подключенные параллельно, дополнительно подключены между резонансным контуром 10 и стоком транзистора Q1. Даже когда диод D2 и сопротивление R6 подключены, самовозбуждающийся колебательный контур 1a работает таким же образом, как и самовозбуждающийся колебательный контур 1. Следует отметить, что поскольку диод D2 и сопротивление R6 подключены, можно предотвратить событие, что ток протекает в корпусный диод транзистора Q1, и энергия, накопленная в резонансном контуре 10, регенерируется в модуле 50 подачи электрической мощности в периоде с момента, когда транзистор Q1 выключается, и резонансный контур 10 начинает резонировать до тех пор, пока транзистор Q1 не включится снова. В частности, эта регенерация увеличивается в случае, когда модуль 50 подачи электрической мощности оснащен электролитическим конденсатором, подключенным между выводами A и B подачи электрической мощности. Когда энергия регенерируется в модуле 50 подачи электрической мощности, частота колебаний самовозбуждающегося резонансного контура 1a падает и способность индукционного нагрева становится недостаточной.
В случае, когда минимальное значение выходной мощности модуля 50 подачи электрической мощности выше 6 Вт, вентилятор 203 потребляет мощность, например, в 1 Вт и режущее лезвие 102 должно быть высушено с помощью оставшейся мощности в 5 Вт. При условии, что напряжение, выводимое из модуля 50 подачи электрической мощности, равно 5 В (ток равен 1,2 А), то поскольку режущее лезвие 102 является таким тонким, как несколько десятков микрометров, и имеется большой зазор от трансформатора 201 индукционного нагрева, число потокосцеплений магнитного потока, генерируемого в трансформаторе 201 индукционного нагрева, с режущим лезвием 102 уменьшается. Чтобы увеличить число потокосцеплений с магнитным потоком, ток Id стока должен быть увеличен, что тем не менее увеличивает потерю в сопротивлении R1 смещения вплоть до величины 3-4 Вт в некоторых случаях. Следовательно, становится невозможным нагреть режущее лезвие 102.
Чтобы преодолеть это неудобство, как показано на фиг.7, самовозбуждающийся колебательный контур 1a сконфигурирован таким образом, что конденсатор C3 выключения и модуль 50 подачи электрической мощности подключены через сопротивление R3, что дает возможным сделать значение сопротивления R1 смещения меньше. Потери энергии в сопротивлении R1 смещения тем самым могут быть уменьшены, и режущее лезвие 102 может быть эффективно высушено.
Помимо этого, для самовозбуждающегося колебательного контура 1a напрямую применяется напряжение из модуля 50 подачи электрической мощности, сформированного из адаптера питания, имеющего небольшую входную флуктуацию примерно 2-3% относительно 5 В. Напряжение, прикладываемое к базе транзистора Tr1 выключения, следовательно, стабилизуется, и варьирование времени включения транзистора Q1 может быть уменьшено.
Как описано, согласно самовозбуждающемуся колебательному контуру 1a по второму варианту осуществления, поскольку конденсатор C3 выключения и модуль 50 подачи электрической мощности подключены через сопротивление R3, значение сопротивления R1 смещения может быть меньше. Потери энергии в сопротивлении R1 смещения тем самым могут быть уменьшены, и режущее лезвие 102 может быть эффективно высушено. Кроме того, поскольку сопротивление R6 и диод D2 подключены, регенерация энергии из резонансного контура 10 к модулю 50 подачи электрической мощности может быть предотвращена. Таким образом, становится возможным не допустить падения частоты колебаний самовозбуждающегося колебательного контура 1a и, как следствие, ухудшения способности индукционного нагрева.
Третий вариант осуществления
Самовозбуждающийся колебательный контур 1b согласно третьему варианту осуществления далее описывается. Фиг.8 - это принципиальная схема самовозбуждающегося колебательного контура 1b по третьему варианту осуществления. Аналогичные компоненты третьего варианта осуществления помечены аналогичными номерами ссылок относительно первого и второго вариантов осуществления, приведенных выше, и описания этих компонентов здесь опускаются.
Самовозбуждающийся колебательный контур 1b отличается тем, что сопротивление R3 подключено между параллельным стабилизатором TL1 и конденсатором C3 выключения.
Параллельный стабилизатор TL1 сконфигурирован таким образом, что катод подключен к выводу A подачи электрической мощности через сопротивление R7, анод подключен к выводу B подачи электрической мощности, а опорный вывод подключен к конденсатору C3 выключения через сопротивление R3. Параллельный стабилизатор TL1, сопротивление R7 и сопротивление R3 совместно формируют зарядный модуль. Например, TL431, предлагаемый Toshiba Corporation, может быть приспособлен в качестве параллельного стабилизатора TL1. Согласно этой конфигурации опорное напряжение параллельного стабилизатора TL1 применяется к конденсатору C3 выключения через сопротивление R3. Таким образом, становится возможным подавлять варьирование напряжения Vb, вызываемое посредством варьирования входного напряжения модуля 50 подачи электрической мощности до минимума, что позволяет стабилизировать время включения транзистора Q1. Самовозбуждающийся колебательный контур 1b как результат становится способным подавать стабильную мощность в нагрузочное устройство 100.
Как описано, согласно самовозбуждающемуся колебательному контуру 1b по третьему варианту осуществления, поскольку параллельный стабилизатор TL1 предусмотрен, помимо функции и результатов, таких же, что и достигаемые с помощью вышеописанных первого и второго вариантов осуществления, стабильная мощность может подаваться в нагрузочное устройство 100.
Четвертый вариант осуществления
Самовозбуждающийся колебательный контур 1с согласно четвертому варианту осуществления далее описывается. Фиг.9 - это принципиальная схема самовозбуждающегося колебательного контура 1c по четвертому варианту осуществления. Аналогичные компоненты четвертого варианта осуществления помечены аналогичными номерами ссылок относительно вариантов осуществления с первого по третий, приведенных выше, и описания этих компонентов здесь опускаются.
Самовозбуждающийся колебательный контур 1c отличается тем, что сопротивление R3 подключено между точкой P1 соединения преобразователя 60 постоянного тока и микрокомпьютера 70 и конденсатором C3 выключения. Преобразователь 60 постоянного тока понижает напряжение (например, 5 В), выводимое из модуля 50 подачи электрической мощности, до возбуждающего напряжения (например, 3 В) микрокомпьютера 70. Преобразователь 60 постоянного тока, микрокомпьютер 70 и сопротивление R3 совместно формируют зарядный модуль.
Микрокомпьютер 70 принимает напряжение, пониженное посредством преобразователя 60 постоянного тока, в качестве возбуждающего напряжения и формирует опорное напряжение, которое выводится в сопротивление R3. Поскольку микрокомпьютер 70 включает в себя контур формирования напряжения, допускающий формирование стабильного опорного напряжения, микрокомпьютер 70 может формировать стабильное опорное напряжение с небольшой флуктуацией напряжения. Соответственно, поскольку опорное напряжение из микрокомпьютера 70 применяется к конденсатору C3 выключения через сопротивление R3, варьирование напряжения Vb, вызываемое посредством варьирования входного напряжения из модуля 50 подачи электрической мощности, может быть подавлено до минимума. Время включения транзистора Q1 тем самым стабилизируется, что в результате дает возможность подавать стабильную мощность в нагрузочное устройство 100.
Как описано, согласно самовозбуждающемуся колебательному контуру 1c по четвертому варианту осуществления, поскольку опорное напряжение микрокомпьютера 70 выводится в конденсатор C3 выключения через сопротивление R3, помимо функций и результатов, таких же, что и достигаемые с помощью вышеописанных вариантов осуществления с первого по третий, стабильная мощность может подаваться в нагрузочное устройство 100.
Хотя настоящее описание раскрыло различные вышеописанные изобретения, основные варианты изобретения обобщаются следующим образом.
Самовозбуждающийся колебательный контур согласно первому аспекту включает в себя: резонансный контур, который включает в себя резонансный конденсатор и резонансную катушку и выводит питание в нагрузочное устройство; коммутирующий элемент, последовательно соединенный с резонансным контуром; катушку обратной связи, которая положительно возвращает напряжение, формируемое в резонансной катушке, так чтобы вывести напряжение в управляющий вывод коммутирующего элемента; транзистор выключения, который выключает коммутирующий элемент; конденсатор выключения, который выводит управляющее напряжение в управляющий вывод транзистора выключения; сопротивление смещения, которое заряжает конденсатор выключения с помощью напряжения, по абсолютной величине соответствующего току включения, протекающему, когда коммутирующий элемент включается; и зарядный модуль, который заряжает конденсатор выключения таким образом, чтобы управляющее напряжение не падало до или ниже конкретного напряжения смещения, которое меньше порогового напряжения транзистора выключения.
Согласно этой конфигурации зарядный модуль заряжает конденсатор выключения таким образом, чтобы управляющее напряжение, которое должно быть выведено в управляющий вывод транзистора выключения, не падало до или ниже конкретного напряжения смещения, которое меньше порогового напряжения транзистора выключения. Соответственно, когда заряды, достаточные для того, чтобы достичь порогового напряжения транзистора выключения, заряжаются из состояния, где конкретная величина зарядов накопления, конденсатор выключения становится способным включать транзистор выключения. Следовательно, даже когда значение сопротивления для сопротивления смещения мало, время, требуемое для того, чтобы включить транзистор выключения, может поддерживаться равным постоянному значению. Таким образом, становится возможным уменьшить потери энергии в сопротивлении смещения.
Самовозбуждающийся колебательный контур согласно второму аспекту - это самовозбуждающийся колебательный контур согласно первому аспекту, который сконфигурирован таким образом, что зарядный модуль включает в себя сопротивление смещения, которое выводит напряжение, выводимое из модуля подачи электрической мощности, который подает в самовозбуждающийся колебательный контур мощность для конденсатора выключения.
Согласно этой конфигурации посредством такой простой конфигурации, как подключение сопротивления между модулем подачи электрической мощности и конденсатором выключения, можно зарядить конденсатор выключения так, чтобы управляющее напряжение не падало до или ниже постоянного напряжения смещения.
Самовозбуждающийся колебательный контур согласно третьему аспекту - это самовозбуждающийся колебательный контур согласно второму аспекту, который сконфигурирован таким образом, что зарядный модуль включает в себя модуль стабилизации напряжения, который стабилизирует напряжение, выводимое из модуля подачи электрической мощности, и выводит напряжение, которое теперь стабильно, в конденсатор выключения через сопротивление смещения.
Согласно этой конфигурации, поскольку варьирование входного напряжения из модуля подачи электрической мощности может быть подавлено до минимума, стабильное управляющее напряжение может быть выведено в управляющий вывод транзистора выключения. Колебательный контур таким образом становится способным подавать стабильную мощность в нагрузочное устройство.
Самовозбуждающийся колебательный контур согласно четвертому аспекту - это самовозбуждающийся колебательный контур согласно второму или третьему аспекту, который дополнительно включает в себя пусковое сопротивление, подключенное к положительному выводу модуля подачи электрической мощности, и пусковой конденсатор, подключенный между отрицательным выводом модуля подачи электрической мощности и пусковым напряжением, и сопротивлением так, что управляющий вывод коммутирующего элемента подключен к точке подключения пускового сопротивления и пускового конденсатора посредством катушки обратной связи и что временные константы пускового конденсатора и пускового сопротивления больше временных констант конденсатора выключения и сопротивления смещения.
Согласно этой конфигурации скорость, с которой транзистор выключения включается, задается выше скорости, с которой коммутирующий элемент включается. Следовательно, транзистор Tr1 выключения способен надежно выключать транзистор Q1.
Самовозбуждающийся колебательный контур согласно пятому аспекту - это самовозбуждающийся колебательный контур согласно любому из аспектов с первого по четвертый, который сконфигурирован таким образом, что модуль подачи электрической мощности подает мощность в 10 Вт и меньше.
Согласно этой конфигурации, поскольку потери энергии в сопротивлении смещения уменьшены, модуль подачи электрической мощности, который подает мощность в 10 Вт и меньше, приспособлен для самовозбуждающегося колебательного контура, по-прежнему возможно подавать стабильную мощность в нагрузочное устройство.
Самовозбуждающийся колебательный контур согласно шестому аспекту - это самовозбуждающийся колебательный контур согласно любому из аспектов с первого по пятый, который сконфигурирован таким образом, что резонансная катушка применяет бесконтактную зарядку или индукционный нагрев к нагрузочному устройству.
Согласно этой конфигурации, поскольку потери энергии в сопротивлении смещения уменьшены, можно предоставить самовозбуждающийся колебательный контур, допускающий надлежащее применение бесконтактной зарядки или индукционного нагрева к нагрузочному устройству.
Хотя изобретение описано надлежащим образом и в полной мере посредством вышеуказанных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, чтобы охарактеризовать изобретение, следует понимать, что возможны изменения и/или модификации в этих вариантах осуществления, которые очевидны специалистам в данной области техники. Следовательно, если только иным образом измененные варианты осуществления или модифицированные варианты осуществления, реализованные посредством специалистов в данной области техники, не отступают от объема, определенного прилагаемой формулой изобретения, эти измененные варианты осуществления или модифицированные варианты осуществления должны рассматриваться как включенные в данный объем изобретения.
Промышленная применимость
Согласно изобретению можно предоставить самовозбуждающийся колебательный контур, допускающий уменьшение потерь энергии в сопротивлении смещения.
1. Самовозбуждающийся колебательный контур, отличающийся тем, что он содержит резонансный контур, который включает в себя резонансный конденсатор и резонансную катушку и выводит энергию в нагрузочное устройство; коммутирующий элемент, последовательно соединенный с резонансным контуром; катушку обратной связи, которая положительно возвращает напряжение, формируемое в резонансной катушке, так чтобы вывести напряжение в управляющий вывод коммутирующего элемента; транзистор выключения, который выключает коммутирующий элемент; конденсатор выключения, который выводит управляющее напряжение в управляющий вывод транзистора выключения; сопротивление смещения, которое заряжает конденсатор выключения с помощью напряжения, по абсолютной величине соответствующего току включения, протекающему, когда коммутирующий элемент включается; и зарядный модуль, который заряжает конденсатор выключения таким образом, чтобы управляющее напряжение не падало до или ниже конкретного напряжения смещения, которое меньше порогового напряжения транзистора выключения.
2. Самовозбуждающийся колебательный контур по п.1, в котором зарядный модуль включает в себя сопротивление смещения, которое выводит напряжение, выводимое из модуля подачи электрической мощности, который подает в самовозбуждающийся колебательный контур мощность для конденсатора выключения.
3. Самовозбуждающийся колебательный контур по п.2, в котором зарядный модуль включает в себя модуль стабилизации напряжения, который стабилизирует напряжение, выводимое из модуля подачи электрической мощности, и выводит напряжение, которое теперь стабильно, в конденсатор выключения через сопротивление смещения.
4. Самовозбуждающийся колебательный контур по п.2, содержащий также пусковое сопротивление, подключенное к положительному выводу модуля подачи электрической мощности; и пусковой конденсатор, подключенный между отрицательным выводом модуля подачи электрической мощности и пусковым сопротивлением, при этом управляющий вывод коммутирующего элемента подключен к точке подключения пускового сопротивления и пускового конденсатора посредством катушки обратной связи; и временные константы пускового конденсатора и пускового сопротивления больше временных констант конденсатора выключения и сопротивления смещения.
5. Самовозбуждающийся колебательный контур по п.1, в котором модуль подачи электрической мощности подает мощность в 10 Вт и меньше.
6. Самовозбуждающийся колебательный контур по п.1, в котором резонансная катушка применяет бесконтактную зарядку или индукционный нагрев к нагрузочному устройству.
