CN1039863C - Dc/dc电压变换电路及采用该电路的电感负载激励装置 - Google Patents

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Abstract

一种电感负载激励装置，它采用以蓄积在线圈中的磁能给电容器充电而获得高压的DC/DC电压变换电路，利用永久磁铁(Mg)，沿着与电流产生的磁通方向相反的方向将偏磁加到线圈(L)的磁芯上，使蓄积在线圈(L)中的磁能增加，能用小型线圈高效地充电。

Description

DC/DC电压变换电路及采用该电路的电感负载激励装置
本发明涉及DC/DC电压变换电路及应用该DC/DC电压变换电路的电感负载激励装置，特别涉及通过使加在电感性负载上的电源通/断来控制流过电感性负载的平均电流的电感负载激励装置，尤其是涉及采用在电感负载激励装置开始驱动时用于施加升压后的电压并确保负载电流正常上升的DC/DC电压变换电路的电感负载激励装置。
通常，为了使电磁阀等电磁执行机构高速动作，需要克服电感使励磁电流快速上升。
设线圈的内阻为R、电感为L时，已知励磁电流I对外加电压E的传递函数G(S)为
G(S)＝(1/R)·〔1/1(1+L·S/R)〕……(1)
由上式可知，在I＝0的状态下，施加电压E后，电流I的上升斜率为E/L，稳态电流为E/R，并产生时间常数为L/R的一阶滞后。
因此，为了使R、L确定的线圈中的电流快速上、迅速动作，必须增大外加电压。可是，伴随外加电压E的增大，稳态电流也会增大到所需值以上，很容易导致线圈发热，烧毁等，装置也需要大型化，并造成能量的浪费。另外，在行驶的车辆之类以车载电池为电源的机械中，外加电压受到限制，因此在很多情况下得不到足够的电压。
为了解决这一问题，设置了用于提高加在线圈上的外加电压的升压电路(例如回扫式DC/DC电压变换器等)和用于限制稳定电流的电流控制电路，电流上升时，施加高电压，使电流快速增加，同时，当电流达到规定值时，利用电流控制电路控制外加电压，防止电流增加到所需值以上。
作为升压电路之一，图22示出了现有的采用回扫式DC/DC电压变换器的电感负载激励装置的一个例子。图中10是由回扫式DC/DC电压变换器构成的充电电路。
采用回扫式DC/DC电压变换器作为升压电路时的问题之一是装置的大型化问题。以往，作为蓄能用充电电路的电感多半采用扼流圈或变压器，但装置却因此而大型化、复杂化。
本发明的目的就是解决这样的问题，以较小的型式和较轻的重量提供一种电路构成简单而效率高的DC/DC电压变换电路及应用该DC/DC电压变换电路的电感负载激励装置。
为此，本发明提供一种DC/DC电压变换电路，它备有电源、与上述电源连接的线圈、使包括上述电源及上述线圈的闭合电路通/断的开关装置、与上述开关装置并联的电容器、以及在上述线圈和上述电容器之间按照阻止上述开关装置闭合时从电容器通过上述开关装置流动的电流的方向设置的二极管，通过闭合上述开关装置，将上述电源电压加到上述线圈上，将能量蓄积在上述线圈中，通过在任意确定的定时将上述开关装置断开，将蓄积在上述线圈中的能量蓄通过上述二极管蓄积到上述电容器中并输出，其特征在于，该DC/DC电压变换电路包括一个偏磁部件，用于通过沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向对上述线圈的磁芯附加偏磁，增加蓄积在上述线圈中的磁能。
本发明还提供一种DC/DC电压变换电路，它备有电源、与上述电源连接的第1线圈、使包含上述电源及上述第1线圈的闭合电路通/断的开关装置、与上述第1线圈共用磁芯的第2线圈、与上述第2线圈并联的电容器、以及在上述第2线圈和上述电容器之间按照上述开关装置闭合时不使电流流过上述第2线圈的方向设置的二极管，通过将上述开关装置闭合，使电流流过上述第1线圈而将上述第1线圈磁化，当将上述开关装置断开时，将在上述第2线圈中感应的电流通过上述二极管蓄积在上述电容器中并输出，该DC/DC电压变换电路包括一个偏磁部件，用于通过沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向对上述磁芯附加偏磁，增加蓄积在上述第1线圈中的磁能。
本发明还提供一种DC/DC电压变换电路，它备有电源、与上述电源连接的线圈、使包含上述电源及上述线圈的整个线圈或其一部分线圈的闭合电路通/断的开关装置、与上述线圈的整个线圈或其一部分线圈并联的电容器、以及在上述线圈的整个线圈或其一部分线圈与上述电容器之间按照上述开关装置闭合时不使电流流过由上述线圈的整个线圈或其一部分线圈和上述电容器构成的电路的方向设置的二极管，将上述开关装置闭合，使电流流过上述线圈的整个线圈或其一部分线圈，使上述线圈的磁芯磁化，当将上述开关装置断开时，将在上述线圈的整个线圈或一部分线圈中感应的电流蓄积到上述电容器中，该DC/DC电压变换电路包括一个偏磁部件，用于通过沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向，对上述磁芯附加偏磁，增加蓄积在上述线圈中的磁能。
此外，本发明还提供一种电感负载激励装置，备有DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈、以及使由上述电源和上述线圈构成的闭合电路通/断的第1开关装置，当上述第1开关装置断开时，将上述第1开关装置闭合时蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；将上述蓄积用电容器中的电荷或电源电压供给电感性负载的第2开关装置；在上述蓄积用电容器的端电压比电源电压高的期间，防止上述蓄积用电容器中的电荷流入上述电源的二极管；控制上述第2开关装置通/断的控制装置；以及用于控制流过上述电感性负载的是流值的电流检测装置和电流控制装置。
本发明还提供一种电感负载激励装置，包括DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈，将蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；用于将上述电源施加于上述电感性负载的第1开关装置；与上述第1开关装置闭合后构成的包括上述电感性负载的闭合电路串联配置的第1限流装置；用于使上述蓄积用电容器不通过上述第1限流装置而连接到上述电感性负载上的第2开关装置；上述第1及第2开关装置断开后负载电流能流通的包括二极管的电流环路；以及与上述电流环路串联配置的第2限流装置。
本发明还提供一种电感负载激励装置，备有DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈，将蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；用于将上述电源施加于上述电感性负载的第1开关装置；与上述第1开关装置闭合后构成的包括上述电感性负载的闭合电路串联配置的第1限流装置；用于使上述蓄积用电容器不通过上述第1限流装置而连接到上述电感性负载上的第2开关装置；上述第1及第2开关装置断开后负载电流能流通的包括二极管的电流环路；与上述电流环路串联配置的第2限流装置；以及按规定时间使上述第1及第2开关装置通/断用的控制部分，上述控制部分根据从外部输入的通/断信号，在信号输入后的一定时间内，将上述第2开关装置闭合，将上述蓄积用电容器连接到上述电感性负载上后，在与闭合上述第1开关装置的同时，将上述第2开关装置断开，当来自外部的通/断信号断开后，即使在上述一定时间内，也将上述第1及第2开关装置都断开。
本发明还提供一种电感负载激励装置，备有DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈，将蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；用于将上述电源施加于上述电感性负载的第1开关装置；与上述第1开关装置闭合后构成的包括上述电感性负载的闭合电路串联配置的第1限流装置；用于使上述蓄积用电容器不通过上述第1限流装置而连接到上述电感性负载上的第2开关装置；上述第1及第2开关装置断开后，负载电流能流通的包括二极管的电流环路；与上述电流环路串联配置的第2限流装置；以及按规定时间使上述第1及第2开关装置通/断用的控制部分，上述控制部分根据从外部输入的通/断信号，在信号输入后的一定时间内，将上述第1及第2开关装置都闭合，将上述蓄积用电容器连接到上述电感性负载上后，将上述第2开关装置断开，当来自外部的通/断信号断开后，即使在上述一定时间内，也将上述第1及第2开关装置都断开。
这样，通过将偏磁加到线圈的磁场中，使工作点偏移，能提高磁性铁心每单位面积的能量密度，并能使线圈中蓄积的能量增多。因此，即使使用较小型的线圈，也能高效率地使电容器充电，并能实现采用小型且重量轻的DC/DC电压变换电路的电感负载激励装置。
图1是表示采用单一电感以永久磁铁附加偏磁的本发明DC/DC电压变换电路的第1实施例的电路图。
图2(a)、图2(b)、图2(c)是通过将偏磁加到磁芯上提高能量密度的说明图。
图3是表示采用复绕变压器以永久磁铁附加偏磁的本发明DC/DC是压变换电路的第2实施例的电路图。
图4(a)、图4(b)、图4(c)是本发明的第2实施例中改变一次及二次绕组匝数时的电路图。
图5是表示采用自耦变压器以永久磁铁附加偏磁的本发明DC/DC电压变换电路的第3实施例的电路图。
图6(a)、图6(b)是本发明的第3实施例中改变一次及二次绕组匝数时的电路图。
图7(a)、图7(b)、图7(c)是表示用电磁铁附加偏磁的本发明DC/DC电压变换电路的第4实施例及其变形例的电路图。
图8是应用本发明DC/DC电压变换电路的电感负载驱动装置的一个实施例的电路图。
图9是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图10是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图11是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图12是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图13是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图14是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图15是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图16是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图17是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图18是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图19是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图20是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图21是本发明的电感负载激励装置的另一实施例的电路图。
图22电感负载激励装置的原有例的电路图。
下面参照附图说明与本发明有关的DC/DC电压变换电路及应用该DC/DC电压变换电路的电感负载激励装置的实施例。
图1表示本发明的DC/DC电压变换电路的第1实施例。
按图说明该电路的动作。开关SW按规定的定时进行通/断。在由电源E、线圈L、开关SW构成的闭合电路A中，开关SW接通时，由于电流流过线圈L，便在线圈L中蓄积能量。
然后，如开关SW断开，则电流通路转移到由电源、线圈L、电容器C构成的闭合电路B，在开关SW断开的瞬间，在线圈L的两端，以二极管D一侧为高电位侧，产生高电压，并通过二极管D使电容器C充电。插入二极管D的目的是为了当开关SW下一次接通时防止电容器C短路。
通过反复进行开关SW的通/断，电容器C逐渐地被充电至高压，使更多的能量蓄积在电容器C中。
在本实施例中，利用永久磁铁Mg，沿着与由电流流过所产生的磁通方向相反的方向，将偏磁加在用来为该电容器C充电的线圈L的磁芯上，使B-H曲线的工作点偏移，借此能蓄积更多的能量。
用图2说明该原理。线圈的一般的B-H曲线示于图2(a)。为了简单，如图2(b)所示，近似地描述该曲线。这时，由于电流的流动，使磁通密度上升到a点时，线圈中蓄积的能量是用斜线表示的Wa部分。加偏磁使工作点偏移后，如图2(c)中的斜线部分所示，能使该线圈中蓄积的能量增加。
作为使工作点偏移的方法，在本实施例中是采取利用永久磁铁Mg将偏磁加到线圈L的磁芯上的方法。由于采用这种方法提高磁芯的每单位面积的能量密度，因此为了获得相同的能量，就能将对电容器C充电用的线圈L作成小型且重量轻的线圈。另外，假定使用相同大小的线圈，则能使开关通/断一次所获得的能量增多。
图3表示本发明的DC/DC电压变换电路的第2实施例的电路。
本实施例的基本原理与第1实施例相同，它是用复绕变压器T代替第1实施例的单一电感。为了提高磁芯每单位面积的能量密度，也是利用永久磁铁Mg，将偏磁沿着与电流流动产生的磁通方向相反的方向加到该变压器T上。因此，能用较小型的变压器，实现同等效率的充电器，可实现小型且重量轻的充电部分。
根据图3说明该电路的动作。
将开关SW闭合，形成闭合电路A。这时由于在二次侧的闭合电路B中设有二极管D，可阻止由二次侧线圈L2中感应的电压引起的电流流动，所以从电源供给的能量蓄积在复绕变压器T的一次侧线圈L1中。当断开关闭SW时，在一次线圈L1中蓄积的能量便转移到二次线圈L2中，电流在闭合电路B中流动，使电容器C充电。通过反复进行该开关SW的通/断动作，能将更多的能量蓄积在电容器C中。
该实施例的电路有如下优点。
1)能在一次侧、二次侧改变电感。
即，如图4(a)所示，如增加变压器T的一次侧的匝数、而减少二次侧的匝数，则能降低二次侧的电感。因此能以低压使设在二次侧的电容器C充电。
另外，如图4(b)所示，如减少一次侧的匝数，而增加二次侧的匝数，则能提高二次侧的电感。因此能以高压使设在二次侧的电容器C充电。另外，这时如设电容器的充电电压为Vc，变压器的匝数比为r＝n2/n1(n1，n2分别为一次线圈L1、二次线圈L2的匝数)，则能使开关SW承受的电压降到Vc/r。
2)可在一次侧和二次侧之间进行电气隔离(绝缘)。
即如图4(c)所示，能将一次侧和二次侧分开设置，因而实现电气隔离。
图5中示出了本发明的DC/DC电压变换电路的第3实施例的电路。
该实施例的基本原理也与第1、第2实施例相同，它是用自耦变压器Ts代替第1实施例中的单一电感。为了提高磁芯的每单位面积的能量密度，利用永久磁铁Mg将偏磁沿着与流通电流产生的磁通方向相反的方向加到该变压器Ts上。因此，虽然实现同等效率的充电，却能使用较小型的变压器，能实现小型且重量轻的充电部分。
根据图5说明该电路的动作。
将开关SW闭合，形成闭合电路A。从电源E供给的能量蓄积在变压器Ts的线圈L中。当断开开关SW时，便构成闭合电路B，蓄积在线圈L中的能量转移至线圈的一部分L2中，电流在闭合电路B中流动，使电容器C充电。通过反复进行该开关SW的通/断动作，能将更多的能量蓄积在电容器C中。
另外，在该电路中如图6所示，与第2实施例中的电路一样，具有能在一次侧、二次侧改变电感的优点。
在第1、第2、第3实施例中，作为施加偏磁的方法可利用永久磁铁Mg。但使用电磁铁Me代替永久磁铁，也具有同样的效果，这是显而易见的。这样的例子示于图7中。图7(a)是使用单一电感的例子，图7(b)是使用复绕变压器的例子，图7(c)是使用自耦变压器的例子。
图8是表示将上述的第1-第4实施例中所示的DC/DC电压变换器作为充电器用的本发明的电感负载装置的一实施例。
在图8中，利用比较器C01控制电容器C的充电电压。用比较器C01将电容器C的端电压与基准值Vc进行比较，如果电容器C的电压比基准值Vc低，则向开关SW1输入断续信号C1K，使开关SW1通/断，有线圈L的能量对电容器C充电。然后，当使电流流过电感负载L1开始驱动时，闭合开关SW2，使电容器C的充电电压作为驱动开始电压使用。如果采用这样的结构，则能改善电感负载L1中流动的电流的上升状态。
另外，也能用比较器控制电感负载L1中流动的电流值I。例如，将电阻R与电感负载L1串联，并设置检测其两端电压等的电流检测装置Cd，用比较器C02将检测值同基准值Vs进行比较，判断电流值I。当电流值I比基准值大时，便将开关SW2断开，反之，当比基准值小时，则闭合开关SW2。反复进行上述动作，即可控制流过电感负载L1中的电流。以下将判断条件并控制开关通/断的电路统称为开关控制电路Chp。
图9表示本发明的电感负载装置的另一实施例。
在图9中，该电路由以下部分构成，即由可从电池等电源E值接向电感性负载L1供给电流的第1闭合电路A、其负端接地的电容器C、可从电池等电源E用比该电源电压E高的规定电压Vc对该电容器C充电的充电电路10、包括电容器C和充电电路10的第2闭合电路C、可从电容器C向电感性负载L供给电流的第3闭合电路B、以及能使第1闭合电路A及第3闭合电路B通/断的开关SW2构成。
开关SW2在由控制装置控制的定时，按如下顺序进行通/断。
首先，当电感性负载L1中没有电流流过时，将开关SW2断开。在闭合电路C中，利用充电电路10的作用，使电容器C被充电到规定电压Vc。图中，充电电路10所示的是实施例1中的充电电路，但充电电路不受此限。
其次，在欲使电感性负载L1中的励磁电流I快速上升而开始流过励磁电流I期间，将开关SW2闭合。于是电容器C两端的电压Vc便加在电感性负载L1上，利用电容器C中蓄积的电荷，励磁电流I快速升高。
开关SW2闭合后，电容器C中蓄积的电荷流过电感性负载L1，则电容器C的电压降低。电容器C的电压Vc与电源电压E相等时，二极管Da被导通，闭合电路A工作，电源电压E通过二极管Da直接加在电感性负载L1上，保持在电感性负载L1上流过的电流。因此，电容器C的电压不会进一步减小。
通过使这一系列动作反复进行，能高速驱动电感性负载L1，并能使电流上升时无时间延迟。
另外，对电感负载L1中流过的电流I的控制，可将与图8中的例子相同的检测装置Cd和开关控制电路Chp组合起来，使开关SW2通/断来实现。
图10是表示本发明的电感负载激励装置的另一实施例。该实施例的电感负载激励装置，除了图9所示实施例中的开关SW2之外，还设有开关SW3，开关SW3被设置在电感性负载L1和地之间，将二极管Df设置在从开关SW3与电感性负载L1的连接点至充电用电容器C之间，构成电流环路。
在该电路中，电流上升时，开关SW2和开关SW3同时被接通。为了将流过负载L1的电流I控制在给定值，采用了开关SW3，当电流比给定值大时，将开关SW3断开，比给定值小时则接通，使电流值保持在给定值上。驱动负载L1的时间结束后，同时将开关SW2和开关SW3断开。这时，流过负载L1的电流I的能量可通过二极管Df进行环流而使C充电，因而能减小功率消耗，提高总体效率。
图中Z是当加在开关SW3上的电压过大时用的电压控制装置。
图11是另一个实施例，它在使流过负载L1的电流I的能量进行环流的电路中设有回馈用电容器。
根据图11说明动作。电容器C1通过充电电路，以对地的负高电压充电。开关SW3是构成负载电流环路的开关，在驱动负载期间为常闭状态。
使负载L1中的电流上升时，将开关SW2闭合，能将电容器C1的高电压加在负载L1上。进行通常驱动时，只将开关SW1闭合，将电源电压E直接加在负载L1上，使电流增加。
这时，如果使开关SW3与开关SW1、开关SW2同步通/断，则不需要二极管D2，但实际上它们的同步多少会有些偏差，一旦发生某种程度的重叠，就会在电源和地之间从开关SW3通过开关SW1或开关SW2发生短路，因此为了安全而设置二极管D2。
现在考虑减少负载L1的电流的情况。如果将开关SW3闭合，而将开关SW1、开关SW2断开，则电流通过开关SW3进行环流，使蓄积在电感性负载L1中的能量在电流环路内的电阻等上变成热而消耗。这里，如果开关SW3也断开，则蓄积在电感性负载L1中的能量使回馈用电容器C2充电。适当地选择电容器C2的电容值，则能选择单位时间内电容器C2端电压的上升率。选择使其上升率与所需要的负载电流I的减少率一致的电容值，则能迅速地将电容器C2充电到电源电压以上，同时，吸收蓄积在电感性负载L1中的能量。当电容器C2的端电压达到电源电压以上时，再将开关SW3闭合，则能很容易地将蓄积在电容器C2中的能量回收到电源E中。因此，通过将开关SW3通/断，可使电感性负载L1中蓄积的能量回馈到电源E中。
图12表示本发明的电感性负载激励装置的另一实施例，它是在图11所示的电路中增加了开关SW5，开关SW6和二极管D2、二极管D3后的电路。
使电感性负载L1中的电流上升时的动作与图11所示的实施例的情况相同。欲使负载电流I的减少率增大时，如将开关SW5断开，则蓄积在电感性负载L1中的能量迅速地使回馈用电容器C2充电，回馈用电容器C2的端电压迅速上升。当其端电压超过电源电压时，将开关SW5闭合，则蓄积在回馈用电容器C2中的能量回馈到电源中，回馈用电容器C2的电压下降到电源电压为止。此后，负载电流I也连续地通过二极管D3回馈到电源中。
结果，通过控制开关SW5的通/断，能以所希望的速度将蓄积在电感性负载L1中的能量回馈到电源中。
图13表示本发明的电感负载激励装置的另一实施例，在该实施例中，增加了对图12所示电路中的回馈用电容器C2的端电压进行监控，将其与基准值进行比较，根据比较结果控制开关SW5的通/断定时的电路。
当回馈用电容器C2的端电压比基准电压低时，控制电路Chp将开关SW5断开，用负载电流I给电容器C2充电。当电容器C2的端电压比基准电压高时，控制电路Chp将开关SW5闭合，将蓄积在电容器C2中的能量回馈到电源E中。在该例中，根据电容器C2的端电压，自动地控制开关SW5的通/断。
图14，图15表示本发明的电感负载激励装置的另一个实施例，它不是将蓄积在回馈用电容器C2中的能量回馈到电源E中，在图14的情况下，考虑通过放电电阻R进行放电，在图15的情况下，设有限压元件(齐纳二极管或ZNR等)进行放电。
图16表示本发明的电感负载激励装置的另一实施例。
在该实施例中，其目的是将蓄积在回馈用电容器C2中的能量回馈到充电电路中的蓄积用电容器C1中，以此代替回馈到电源E中。当开关SW1至开关SW5全部断开时，用流过是感性负载L1的电流给回馈用电容器C2充电。当该电容器C2的充电电压比充电电路中的蓄积用电容器C1的充电电压高时，通过将开关SW5闭合，能将蓄积在电容器C2中的能量回馈到电容器C1中。
这样，不是将能量回馈到电源E中，而是回馈到电容器C1中，在下一次驱动电感性负载L1时，能无浪费地使用能量。
图17表示本发明的电感负载激励装置的另一实施例。
在该实施例中，电源E由开关SW1通过用作第一电流控制元件的电阻R1，加到电感性负载L1上，充电电路中的蓄积用电容器C不通过电阻等而直接连接于电感性负载L1。
电阻R2是配置在电感性负载L1的电流环路中的第二电流控制元件，当开关SW1及开关SW2都断开时，电阻R2具有吸收蓄积在电感性负载L1中的能量的作用。
图18表示本发明的电感负载激励装置的另一实施例。
从图17、图18可知，在该实施例中，在利用开关SW1及开关SW2的动作构成的串联电路中，不管使各构成元件位于电路的哪个位置上，电路的总体功能都成立。在图18中，其结构是蓄积用电容器C的正端接地，用负电压充电。
图19表示本发明的电感负载激励装置的装置另一实施例。
在该实施例中，由于将开关SW1及开关SW2都断开时负载电流的环路经过电源E，所以省去了独立的电流环路，使电路简化。
这里采用限压元件Zd作为限流元件，将该限压元件Zd与开关SW1并联配置。该限压元件Zd的限压值设定得比电源电压高，电感性负载L1的环流停止后，可使负载电流绝对等于零。
也可将限压元件Zd与开关SW2并联，但为了阻止来自蓄积用电容器C的电流，必须使限压值更高，因而降低了效率。
图20是采用结型晶体管作为开关装置时的实施例。采用逻辑电路作为控制开关装置的电路。
正的输入信号进入输入端IN时，电路动作，在由电阻R2和电容C2决定的一定时间内，高电压施加开关Tr2导通，同时电源E施加开关Tr1也导通。
二极管D1用来防止此时的负载侧高电压引起流向电源的反向电流。
经过一定时间后，高电压施加开关Tr2断开，负载电流因流过电阻R1而减小，成为稳定的驱动电流。
输入端IN为0V时，开关Tr1、开关Tr2无条件地断开，负载电流在包含限压元件Zd的电流环路中进行环流，能量被限压元件Zd吸收而迅速衰减。
图21是本发明的电感负载激励装置的另一实施例，蓄积用电容器C的负端连接电源E的正端，由于电容器电压与电源电压相加，因此获得电压更高，能提高效率。
如上所述，在本发明中，利用永久磁铁或电磁铁，将偏磁加在线圈的磁芯上，提高了磁芯每单位面积的能量密度，将该磁化后的线圈在构成电感负载激励装置充电电路的DC/DC电压变换器中作为给电容器充电用的线圈使用，因此为了获得相同的能量，可以使该线圈小型且重量轻。另外，假定使用大小相同的线圈时，能增加一次开关操作所获得的能量。因此，能使充电电路小型、重量轻、效率高，而且能使电感负载激励装置本身做到小型化、重量轻、高效率化。
在本发明中，使用永久磁铁或电磁铁，将偏磁加在线圈的磁芯上，提高磁芯每单面积的能量密度，能使构成电感负载激励装置的充电电路的DC/DC电压变换器小型且重量轻。这种电感负载激励装置能有效地用于吊车等车辆用大型电动机的开始驱动、直至一切电感性负载的驱动。

Claims (29)

1.一种DC/DC电压变换电路，它备有电源、与上述电源连接的线圈、使包括上述电源及上述线圈的闭合电路通/断的开关装置、与上述开关装置并联的电容器、以及在上述线圈和上述电容器之间按照阻止上述开关装置闭合时从电容器通过上述开关装置流动的电流的方向设置的二极管，通过闭合上述开关装置，将上述电源电压加到上述线圈上，将能量蓄积在上述线圈中，通过在任意确定的定时将上述开关装置断开，将蓄积在上述线圈中的能量蓄通过上述二极管蓄积到上述电容器中并输出，其特征在于，该DC/DC电压变换电路包括一个偏磁部件，用于通过沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向对上述线圈的磁芯附加偏磁，增加蓄积在上述线圈中的磁能。
2.根据权利要求1所述的DC/DC电压变换电路，其特征在于：上述磁芯包含永久磁铁，利用上述永久磁铁，沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向对上述磁芯附加偏磁。
3.根据权利要求1所述的DC/DC电压变换电路，其特征在于：上述磁芯具有偏磁线圈，通过从恒流电源将恒定电流供给上述偏磁线圈，沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向，对上述磁芯附加偏磁。
4.一种DC/DC电压变换电路，它备有电源、与上述电源连接的第1线圈、使包含上述电源及上述第1线圈的闭合电路通/断的开关装置、与上述第1线圈共用磁芯的第2线圈、与上述第2线圈并联的电容器、以及在上述第2线圈和上述电容器之间按照上述开关装置闭合时不使电流流过上述第2线圈的方向设置的二极管，通过将上述开关装置闭合，使电流流过上述第1线圈而将上述第1线圈磁化，当将上述开关装置断开时，将在上述第2线圈中感应的电流通过上述二极管蓄积在上述电容器中并输出，其特征在于，该DC/DC电压变换电路包括一个偏磁部件，用于通过沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向对上述磁芯附加偏磁，增加蓄积在上述第1线圈中的磁能。
5.根据权利要求4所述的DC/DC电压变换电路，其特征在于：上述磁芯包含永久磁铁，利用上述永久磁铁，沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向，对上述磁芯附加偏磁。
6.根据权利要求4所述的DC/DC电压变换电路，其特征在于：上述磁芯具有偏磁线圈，通过从恒流电源将恒定电流供给上述偏磁线圈，沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向，对上述磁芯附加偏磁。
7.一种DC/DC电压变换电路，它备有电源、与上述电源连接的线圈、使包含上述电源及上述线圈的整个线圈或其一部分线圈的闭合电路通/断的开关装置、与上述线圈的整个线圈或其一部分线圈并联的电容器、以及在上述线圈的整个线圈或其一部分线圈与上述电容器之间按照上述开关装置闭合时不使电流流过由上述线圈的整个线圈或其一部分线圈和上述电容器构成的电路的方向设置的二极管，将上述开关装置闭合，使电流流过上述线圈的整个线圈或其一部分线圈，使上述线圈的磁芯磁化，当将上述开关装置断开时，将在上述线圈的整个线圈或一部分线圈中感应的电流蓄积到上述电容器中，其特征在于，该DC/DC电压变换电路包括一个偏磁部件，用于通过沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向，对上述磁芯附加偏磁，增加蓄积在上述线圈中的磁能。
8.根据权利要求7所述的DC/DC电压变换电路，其特征在于：上述磁芯含有永久磁铁，利用上述永久磁铁，沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向  对磁芯附加偏磁。
9.根据权利要求7所述的DC/DC电压变换电路，其特征在于：上述磁芯具偏磁线圈，通过从恒流电源将恒定电流供给上述偏磁线圈，沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向，对上述磁芯附加偏磁。
10.一种电感负载激励装置，其特征在于：备有DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈、以及使由上述电源和上述线圈构成的闭合电路通/断的第1开关装置，当上述第1开关装置断开时，将上述第1开关装置闭合时蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；将上述蓄积用电容器中的电荷或电源电压供给电感性负载的第2开关装置；在上述蓄积用电容器的端电压比电源电压高的期间，防止上述蓄积用电容器中的电荷流入上述电源的二极管；控制上述第2开关装置通/断的控制装置；以及用于控制流过上述电感性负载的电流值的电流检测装置和电流控制装置。
11.根据权利要求10所述的电感负载激励装置，其特征在于：设有将流过上述电感负载的电流能量回馈给上述蓄积用电容器或上述电源的电路。
12.根据权利要求11所述的电感负载激励装置，其特征在于：将流过上述电感负载的电流能量回馈给上述蓄积用电容器或上述电源的电路备有在上述电感性负载的非驱动状态时使负载电流流动的电流环路，以及与上述电流环路串联设置的开关装置，
上述开关装置断开时，形成使流动的电流通过的包括回馈用电容器的新电流环路，上述开关装置再次闭合时，蓄积在上述回馈用电容器中的电荷沿着使上述电源或上述蓄积用电容器充电的方向放电。
13.根据权利要求12所述的电感负载激励装置，其特征在于：上述回馈用电容器中蓄积的电荷达到电源电压以上时，负载电流在包括上述回馈用电容器的电流环路中的环流中止，形成负载电流直接给上述电源充电方向的新电流环路，上述第2开关装置断开时，负载电流将上述回馈用电容器充电到电源电压以上，通过上述第2开关装置再次闭合，蓄积在上述回馈用电容器中的电荷沿使上述电源充电的方向放电。
14.根据权利要求13所述的电感负载激励装置，其特征在于：设有控制装置，它备有输入上述回馈用电容器的端电压后与规定电压进行比较的装置，当该比较装置检测出上述回馈用电容器的端电压超过规定的第一个值时，将蓄积在上述回馈用电容器中的电荷放出回馈给上述电源或上述蓄积用电容器，以此为目的控制上述各开关装置的通/断，同时当上述回馈用电容器的端电压低于规定值时，控制上述各开关装置的通/断，以便使上述负载电流给上述回馈用电容器充电。
15.根据权利要求12、13或14所述的电感负载激励装置，其特征在于：使蓄积在上述回馈用电容器中的电荷通过放电用电阻放电，代替给上述电源充电。
16.根据权利要求12、13或14所述的电感负载激励装置，其特征在于：使蓄积在上述回馈用电容器中的电荷通过电压控制元件放电，代替给上述电源充电。
17.根据权利要求12、13或14所述的电感负载激励装置，其特征在于：使蓄积在上述回馈用电容器中的电荷给除了回馈用电容器或蓄积用电容器以外的电容器充电，代替给上述电源充电。
18.一种电感负载激励装置，其特征在于：包括DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈，将蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；用于将上述电源施加于上述电感性负载的第1开关装置；与上述第1开关装置闭合后构成的包括上述电感性负载的闭合电路串联配置的第1限流装置；用于使上述蓄积用电容器不通过上述第1限流装置而连接到上述电感性负载上的第2开关装置；上述第1及第2开关装置断开后负载电流能流通的包括二极管的电流环路；以及与上述电流环路串联配置的第2限流装置。
19.根据权利要求18所述的电感负载激励装置，其特征在于：不设置形成上述负载电流环路的上述二极管及上述第2限流装置，当上述第1开关装置断开后，上述第1开关装置设有旁路，且在上述旁路中设有第2限流装置。
20.根据权利要求18所述的电感负载激励装置，其特征在于：不设置形成上述负载电流环呼的上述二极管及上述第2限流装置，当上述第1开关装置断开后，上述第1开关装置以有限的断路电压呈现限流效果。
21.根据权利要求18所述的电感负载激励装置，其特征在于：上述第1及第2开关装置中至少有一个是半导体开关。
22.一种电感负载激励装置，其特征在于：备有DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈，将蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；用于将上述电源施加于上述电感性负载的第1开关装置；与上述第1开关装置闭合后构成的包括上述电感性负载的闭合电路串联配置的第1限流装置；用于使上述蓄积用电容器不通过上述第1限流装置而连接到上述电感性负载上的第2开关装置；上述第1及第2开关装置断开后负载电流能流通的包括二极管的电流环路；与上述电流环路串联配置的第2限流装置；以及按规定时间使上述第1及第2开关装置通/断用的控制部分，上述控制部分根据从外部输入的通/断信号，在信号输入后的一定时间内，将上述第2开关装置闭合，将上述蓄积用电容器连接到上述电感性负载上后，在与闭合上述第1开关装置的同时，将上述第2开关装置断开，当来自外部的通/断信号断开后，即使在上述一定时间内，也将上述第1及第2开关装置都断开。
23.根据权利要求22所述的电感负载激励装置，其特征在于：不设置形成上述负载电流环路的上述二极管及上述第2限流装置，当上述第1开关装置断开后，上述第1开关装置设有旁路，且在上述旁路中设有第2限流装置。
24.根据权利要求22所述的电感负载激励装置，其特征在于：不设置形成上述负载电流环呼的上述二极管及上述第2限流装置，当上述第1开关装置断开后，上述第1开关装置以有限的断路电压呈现限流效果。
25.根据权利要求22所述的电感负载激励装置，其特征在于：上述第1及第2开关装置中至少有一个是半导体开关。
26.一种电感负载激励装置，其特征在于：备有DC/DC电压变换电路，该电路有其磁芯在沿着与上述电源供给的电流所感应的磁通方向相反的方向附加了偏磁的线圈，将蓄积在上述线圈中的能量蓄积到蓄积用电容器中并输出；用于将上述电源施加于上述电感性负载的第1开关装置；与上述第1开关装置闭合后构成的包括上述电感性负载的闭合电路串联配置的第1限流装置；用于使上述蓄积用电容器不通过上述第1限流装置而连接到上述电感性负载上的第2开关装置；上述第1及第2开关装置断开后，负载电流能流通的包括二极管的电流环路；与上述电流环路串联配置的第2限流装置；以及按规定时间使上述第1及第2开关装置通/断用的控制部分，上述控制部分根据从外部输入的通/断信号，在信号输入后的一定时间内，将上述第1及第2开关装置都闭合，将上述蓄积用电容器连接到上述电感性负载上后，将上述第2开关装置断开，当来自外部的通/断信号断开后，即使在上述一定时间内，也将上述第1及第2开关装置都断开。
27.根据权利要求26所述的电感负载激励装置，其特征在于：不设置形成上述负载电流环路的上述二极管及上述第2限流装置，当上述第1开关装置断开后，上述第1开关装置设有旁路，且在上述旁路中设有第2限流装置。
28.根据权利要求26所述的电感负载激励装置，其特征在于：不设置形成上述负载电流环呼的上述二极管及上述第2限流装置，当上述第1开关装置断开后，上述第1开关装置以有限的断路电压呈现限流效果。
29.根据权利要求26所述的电感负载激励装置，其特征在于：上述第1及第2开关装置中至少有一个是半导体开关。
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