CN201854252U - 一种光控占空比的隔离开关 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是一种用于电磁共振接收端的光控占空比的隔离开关，它由四部分组成：一个低阻电子开关1，一个压控脉宽振荡器2，一个光控电压调节器3和一组电源4，其中低阻电子开关受控于压控脉宽振荡器，压控振荡器受控于光控电压调节器，电源为压控振荡器和光控电压调节器提供工作电压和电流。它是通过隔离的发光管的亮度来调节电子开关的输出占空比，以控制电子开关的通断时间，达到调节输出电流或电压的目的。这种电子开关在电磁共振的接收中可以保持接收电路的负载电压与空载电压的一致，防止空载时的过压烧毁电路元件，还可以防止接受电路空载的发热现象，同时还可以减少与之供电的发射电路的发射电流，对于节能是有益的。

Description

一种光控占空比的隔离开关
技术领域
本发明涉及一种电子开关，一种用于电磁共振接收端的光控占空比的隔离开关。
背景技术
电磁共振通过磁耦合可以实现近距离内的大功能电能传输，使得电器的无线供电成为可能。实现这种电能传输的器件是两个工作频率相同的LC谐振回路，分别是发射LC谐振回路和接收LC谐振回路，其中发射LC谐振回路受控于发射驱动器，而接收LC谐振回路将电流输出给用电器使用。实际应用中，有一个特殊的现象是：LC谐振接收回路输出的输出电压，随着负载的不同而发生很大的变化，空载电压和负载电压往往相差数倍甚至十倍以上，导致电器或电路元件的严重损坏；同时LC谐振接收回路处于谐振状态，接收的能量因为没有输出，只能自耗，用于发热，更为严重的是，这时发射电路的发射电流持续以大电流在工作，更增加了空耗发热。
如何才能做到让接收LC谐振接收电路有一个相对稳定的输出电压和减少空耗？
发明内容
本发明是一种用于电磁共振接收端的光控占空比的隔离开关，它有两对接线端，一对是开关端，另一对是控制端，它由四部分组成：一个低阻电子开关，一个压控脉宽振荡器，一个光控电压调节器和一组内部电源，其中低阻电子开关是由两个FET管的漏-源两个电极反向串联而成的，两个漏极作为开关端，两个源极为公共地线，两个FET管的公共棚极与压控脉宽振荡器的输出端相连，压控振荡器的输入端与光控电压调节器的输出端相连，光控电压调节器的输入端是一个发光二极管，电源为压控振荡器和光控电压调节器提供工作电压和电流；其工作原理是：通过改变发光管亮度来改变电压调节器的输出电压高低，进一步改变压控振荡器的方波的占空比，进一步改变电子开关的导通占空比；由于光耦中的发光管是隔离的，所以就得到了一个光控占空比的隔离开关。
光控占空比的隔离开关是一个功率器件，其最大特征是：通过光来调节开关的占空比。
低阻电子开关是一个毫欧级电阻的双向电子开关，可由两个低阻的CMOS FET管的反向串联而成，即两个FET管的源极(S极)串接，两个FET管的漏极(D极)作为开关的两端，同时两个FET管的栅极(G极)并联，这是低阻电子开关的控制端，若在共公的G极和S极上加一个控制电压(高电平)，两个FET将同时导通，即两个FET管的D极之间呈低阻状态，电子开关导通，否则两个FET管同时截止，即两个FET的D极之间呈高阻状态，电子开关截止。
FET管的公共G极与压控脉宽振荡器的输出端相连。
压控脉宽振荡器是一个方波振荡器，方波的占空比由控制端的电压决定，电压越高，占空比越大，反之越小。
压控脉宽振荡器的控制端与光控电压调节器的输出端相连。
光控电压调节器主要由一个光耦和一个三极管组成，它是一个线性的电压跟随器，受控于光耦中的发光管，发光管越亮，输出端电压越低，反之越高。这个电压调节器的电源由电源电路提供。
这样，就有以下链锁关系：发光管亮度大小→电压调节器的输出电压高低→压控振荡器的方波的占空比→电子开关的通断时间，即发光管的亮度决定电子开关的通断时间。
光控占空比的隔离开关有一个内部电源，为电压调节器和压控振荡器提供工作电流和电压，这个电源是从开关的两端通过分流电容后整流滤波得到的。
光控占空比的隔离开关是一个独立的电子器件，它共有两对接线端，一对是开关端，开并两端分别与两个FET管的漏极相连，另一对是控制端，分别与光耦中的发光管相连；由于光耦中的发光管是隔离的，所以就得到了一个光控占空比的隔离开关。
光控占空比的隔离开关是通过隔离的发光管的亮度来调节电子开关的输出占空比，以控制电子开关的通断时间，达到调节输出电流或电压的目的。这种电子开关在电磁共振的接收中的作用是至关重要的，它不但可以保持接收电路的负载电压与空载电压的一致，防止空载时的过压烧毁电路元件，还可以防止接受电路空载时，因过度接收引起的发热现象，同时还可以减少与之供电的发射电路的发射电流，对于节能是有益的。
附图说明
附图1是光控占空比的隔离开关的电路原理图。
附图2是光控占空比的隔离开关模块的引脚示意图。
附图3是光控占空比的隔离开关的应用原理图之一。
附图4是光控占空比的隔离开关的应用原理图之二。
附图1中，虚框1为低阻电子开关，虚框2为压控方波振荡器，虚框3为光控电压调节器，虚框4为电源电路。T1、T2是两个CMOS FET管，VO是压控方波振荡器，Q1为三极管，TP为光耦，DW为稳压管，BG1为全桥整流电路，C3为滤波电容，C1和C2为分流电容，R1、R2、R3、R4和R5为电阻。A、B、C和D为四个电极，A、B为开关的两个输出端，C、D为控制端。
低阻电子开关1中，T1和T2为两个低阻CMOS FET管，电阻值通常为毫欧级，T 1和T 2的两个源极(S极)串联作为公共地线，两个漏极(D极)作为开关的两个输出端，两个栅极(G极)并联作为公共控制端，这样，只要在T1和T2的公共端，即S极和G极上加一个高电平，T1和T2就会同时导通，两个D极之间呈低电阻，电子开关导通，否则，T1和T2截止，两个D极之间呈高电阻，电子开关关闭。
控制低阻电子开关1的高电平来自压控方波振荡器2，压控方波振荡器是一个方波发生器，O端为输出端，输出一个占空比可调的方波信号，Vp为电压控制端，改变这个电压就可以改变输出方波的占空比。
控制电压Vp由光控电压调节器3决定，当光耦TP中的发光管越亮，三极管Q1的偏压越高，则Vp就越低，反之则越高。所以就有以下的关系：当光耦TP中的发光管越亮，三极管Q1的偏压越高，则Vp就越低，压控方波振荡器2的输出方波的占空比越小，低阻电子开关1的导通时间越短；当光耦TP中的发光管越暗，三极管Q1的偏压越低，则Vp就越高，压控方波振荡器2的输出方波的占空比越大，低阻电子开关1的导通时间越长。
低阻电子开关1、压控方波振荡器2和光控电压调节器3所需要的下作电压由电源电路4提供，A和B两端的交流电经C1、C2分流后，由全桥整流管BG1整流后，经C3滤波和DW稳压后，提供一个相当稳定的电压。由于两个FET管在导通时，A和B两端处于短路状态，这时电源电路没有能量补充，因此，光控占空比的隔离开关的最大占空比就不能为100％，为确保电源电路的能量补充，通常光控占空比的隔离开关的占空比范围为0-95％之间。
这种光控占空比的隔离开关在导通时的电阻为毫欧级，因此，在实际工作中，它的发热量非常小。
附图2是将整个光控占空比的隔离开关当作一个模块(或IC)，A、B、C和D为两对电极，其中A、B为开关端，C、D为控制端，即为LED的两端。组成模块可以大大减小应用电路的体积，提高电路的稳定性，降低使用成本。
附图3中，VK为光控占空比的隔离开关，L为谐振接收线圈，C为谐振接收电容，BG2为全桥，C6为滤波电容，DW2为稳压管，R6电阻。
附图4中，VK为光控占空比的隔离开关，L为谐振接收线圈，C为谐振接收电容，D1、D2为整流管，C6为滤波电容，DW2为稳压管，R6电阻。
具体实施方式
以下结合实例，进一步说明光控占空比的隔离开关的功能和使用方法。
实例一、光控占空比的隔离开关在电磁共振的接收电路中的应用之一。
附图3中，谐振电容C与光控占空比的隔离开关VK的一个输出端A串联后，另一个输出端B与谐振线圈L并联，L两端的交流电经整流桥BG2和C6滤波后输出，Vo表示输出电压，这个电压经DW2降压后为VK中的LED供电，由于DW2是一个稳压管，两端具有固定的电压降，因此，Vo的变化就直接影响了LED两端的电压，即影响到LED的亮度，当Vo升高，LED亮度增加，VK的输出占空比减小，谐振电容C的工作时间减少，谐振线圈L两端的输出电压减小，迫使Vo下降；反之，当Vo下降，LED亮度减小，VK的输出占空比加大，谐振电容C的工作时间加长，谐振线圈L两端的输出电压增加，迫使Vo上升，这样Vo就维持在一定值，实现了稳压输出的目的。
这里，光控占空比的隔离开关V K的主要作用有三：1、调节谐振电容的工作时间，使输出电压稳定；2、当输出端空载时，VK的输出占空比为0，电路不再处于谐振状态，接收能力大大下降，不仅保护了电路元件，而且减少了热耗；3、由于接收端不再谐振，处于共振状态的发射端的发射电流因此会大幅度下降，有利于节能。
实例二、光控占空比的隔离开关在电磁共振的接收电路中的应用之二。
附图4中，光控占空比的隔离开关V K的开关端还是与谐振电容C串联，不同的是，谐振线圈不是一个一个，而是两个L1和L2串联，中心抽头作为地线，另外，整流管不是全桥，而是由D1和D2组成的半桥，其工作原理及效果与附图3相同，不再复述。

Claims (1)

1. 
一种用于电磁共振接收端的光控占空比的隔离开关，它有两对接线端，一对是开关端，另一对是控制端，它由四部分组成：一个低阻电子开关，一个压控脉宽振荡器，一个光控电压调节器和一组内部电源，其特征是：其中低阻电子开关是由两个FET管反向串联而成的，两个FET管的公共棚极与压控脉宽振荡器的输出端相连，压控振荡器的输入端与光控电压调节器的输出端相连，光控电压调节器的输入端是一个嵌在光耦中的发光二极管。
2. 
根据权利要求1所述的光控占空比的隔离开关，其特征是：低阻电子开关是一个毫欧级电阻的双向电子开关，可由两个低阻的CMOS FET管的反向串联而成，即两个FET管的源极即S极串接作为公共地线两个FET管的栅极即G极并联，作为控制端，两个FET管的漏极即D极作为开关的两端。
3. 
根据权利要求1所述的光控占空比的隔离开关，其特征是：压控脉宽振荡器是一个方波振荡器，方波的占空比由控制端的电压决定，且成反比关系。
4. 
根据权利要求1所述的光控占空比的隔离开关，其特征是：光控电压调节器主要由一个光耦和一个三极管组成，光耦的发光管的两端就是光控脉宽的隔离开关的输入端即控制端。
5. 
根据权利要求1所述的光控占空比的隔离开关，其特征是：内部电源是从开关两端通过两个电容分流后整流滤波得到的。
6. 
根据权利要求1所述的光控占空比的隔离开关，其特征是：整个光控占空比的隔离开关可以当作一只具有两对电极的模块即IC，其中一对电极为开关端，分别与两个FET管的漏极相连，另外一对电极为控制端，分别与LED的两端相连。 
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