专利名称：具有电容器的电压源和电流源的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
(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，本发明的一个目的是提供一种重量轻的小型电压源。本发明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，本发明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。
本发明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。
发明内容
(a)根据本发明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。
根据本发明的该方面，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)根据本发明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)根据本发明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AC电源电压V降低到低于预定电压电平-E2时，对电容器C2进行充电和放电。而在AC电源电压V升高到不低于预定电压电平-E2时，使电容器C2的电平保持在电平-E2。
另一方面，通过求电容器C2的电压的微分，可以确定负载电流。仅在AC电源电压V低于预定电压电平-E2时，产生电流。电流电平作为预定电压电平-E2的函数发生变化。随着预定电压电平-E2的绝对值的降低，电容器C2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-E2的绝对值的升高，缩短电容器C2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-E2，可以控制电流电平。
如果预定电压电平-E2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C2，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C2的电压升高到高于预定电压电平-E2，可以克服该缺陷。
(d)根据本发明又一个方面的电流源包括，如图6所示，串联在AC电源V与负载之间的开关元件S1和电容器C1以及串联在AC电源V与负载之间的开关元件S2和电容器C2。
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。
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。
该配置提供可以组合采用电流源(b)和电流源(c)的全波式电流源。因此，在正半周，根据预定电压电平-E2，控制输出电流。
可以以连续可变方式，设置电压电平E1和-E2。在这种情况下，可以提供可以连续调节电流的可变电流源。
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和C2，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，通过使电容器C1的电压不低于预定电压电平E1，并使电容器C2的电压保持不高于预定电压电平-E2，可以克服该缺陷。
(e)根据本发明又一个方面的电流源包括，如图7所示，串联在AC电源V与负载之间的开关元件S1和电容器C1以及串联在AC电源V与负载之间的二极管D1和基准电容器C01。该二极管D1具有这样的取向，以致在AC电源V的正半周对基准电容器C01进行充电。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。当电容器C1的电压V1高于电源电压的峰值Vp与预定负电压电平-E1的和时，控制该开关元件S1以导通该开关元件S1，而且当电容器C1的电压V1不高于电平Vp-E1时，断开该开关元件S1。
利用上述配置，在AC电源电压V的正半周，通过开关元件S1，对电容器C1进行充电，而通过二极管D1，对基准电容器C01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，基准电容器C01没有放电电路，所以不放电。因此，基准电容器C01的电压V01保持AC电压V的峰值Vp。当电容器C1的电压V1降低到不高于峰值Vp与预定负电压电平-E1的和Vp-E1时，断开该开关元件S1，以使电容器C1的电压V1保持电平Vp-E1。
在AC电源的后续周期，当AC电源电压V高于峰值Vp与预定电压电平-E1的和时，即当满足下面的表达式(1)时V＞Vp-E1(1)对电容器C1进行充电和放电。当AC电源电压V不高于峰值Vp与预定电压电平-E1的和时，即当满足下面的表达式(2)时V≤Vp-E1(2)电容器C1的电压保持电平Vp-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。由于仅在满足上述表达式(1)时，对电容器C1进行充电和放电，所以此时产生电流。电流电平作为预定电压电平-E2的函数发生变化。随着预定电压电平-E1的绝对值的升高，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的绝对值的降低，缩短了电容器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。
根据本发明的该方面，附加设置基准电容器C01，而且利用电容器C1的电压V1与基准电容器C01的电压V01之间的压差进行控制。因此，即使负载的电 VL发生波动，仍可以稳定控制电流电平。
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。
(f)根据本发明又一个方面的电流源包括，如图8所示，串联在AC电源V与负载之间的开关元件S2和电容器C2以及串联在AC电源V与负载之间的二极管D2和基准电容器C02。该二极管D1具有这样的取向，以致在AC电源V的负半周对基准电容器C02进行充电。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的电压V2低于电源电压的负峰值-Vp与预定电压电平E2的和-Vp+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V2不低于电平-Vp+E2时，断开该开关元件S2。
利用VL表示负载电压。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，而通过二极管D2，对基准电容器C02进行充电。当AC电压V开始从峰值降低时，电容器C2开始放电。然而，基准电容器C02没有放电电路。因此，基准电容器C02的电压V02通常稳定保持在电压电平-Vp。当电容器C2的电压V2升高到不低于电平-Vp+E2时，断开该开关元件S2，以使差分电压V2-V02保持电平-E2。因此，电容器C2的电压V2此后通常保持恒压。
在后续周期中，当电源电压V低于电平-Vp+E2时，即当满足下面的表达式(3)时V＜-Vp+E2 (3)对电容器C2进行充电。当电源电压V不低于电平-Vp+E2时，即当满足下面的表达式(4)时V≥-Vp+E1 (4)电容器C2的电压保持电平-Vp+E2。
通过求电容器C2的电压的微分，可以确定负载电流。仅在对电容器C2进行充电和放电时，产生电流。由于在满足上述表达式(3)时，对电容器C2进行充电和放电，所以此时产生电流。电流电平作为预定电压电平E2的函数发生变化。随着预定电压电平E2的绝对值的降低，电容器C2的充电和放电周期也延长，因此，降低了电流电平。随着预定电压电平E2的绝对值的升高，延长了电容器C2的充电和放电周期，因此，电流电平升高。这样，通过控制预定电压电平E2，可以控制电流电平。
根据本发明的该方面，附加设置基准电容器C02，而且利用电容器C2的电压V2与基准电容器C02的电压V02之间的压差进行控制。因此，即使负载的电压VL发生波动，仍可以稳定控制电流电平。
如果预定电压电平E2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C2，则利用该特征，该电流源具有紧密结构。
(g)根据本发明又一个方面的电流源包括，如图9所示，串联在AC电源V与负载之间的开关元件S1和电容器C1以及串联在AC电源V与负载之间的二极管D1和基准电容器C01。该二极管D1具有这样的取向，以致在AC电源V的正半周对基准电容器C01进行充电。该电流源进一步包括串联在AC电源V与负载之间的开关元件S2和电容器C2以及串联在AC电源V与负载之间的二极管D2和基准电容器C02。该二极管D2具有这样的取向，以致在AC电源V的负半周对基准电容器C02进行充电。
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的电压高于电源电压的峰值Vp与预定电压电平-E1的和Vp-E1时，控制该开关元件S1以导通该开关元件S1，而且当电容器C1的电压不高于电平Vp-E1时，断开该开关元件S1。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的电压V2低于电源电压的负峰值-Vp与预定电压电平E2的和-Vp+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V2不低于电平-Vp+E2时，断开该开关元件S2。
该配置提供可以组合使用电流源(e)和电流源(f)的全波式电流源。因此，在正半周，根据预定电压电平-E1，控制输出电流，并在负半周，根据预定电压电平E2，控制输出电流。
可以以连续可变方式，设置电压电平-E1和E2。在这种情况下，可以提供可以连续调节电流的可变电流源。
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和C2，则利用该特征，该电流源具有紧密结构。
图1是用于说明根据本发明的电压源的原理的电路配置图；图2是根据本发明的电压源的更具体电路图；图3(a)至3(d)是电源的电压V、电解电容器C1的电压V1、电解电容器C2的电压V2以及输出电压V3的波形图；图4是用于说明根据本发明的电流源(半波式)的原理的电路配置图；图5是用于说明根据本发明的另一个电流源(半波式)的原理的电路配置图；图6是用于说明根据本发明的又一个电流源(全波式)的原理的电路配置图；图7是用于说明根据本发明采用基准电容器的又一个电流源(半波式)的原理的电路配置图；图8是用于说明根据本发明采用基准电容器的又一个电流源(半波式)的原理的电路配置图；图9是用于说明根据本发明采用基准电容器的又一个电流源(全波式)的原理的电路配置图；图10是根据本发明实施例的电流源(全波式)的电路配置图；图11(a)至11(c)是电源的电压V、电解电容器C1的电压V1、电解电容器C2的电压V2以及输出电流I的波形图；
图12是根据本发明另一个实施例采用基准电容器的电流源(全波式)的电路配置图；以及图13(a)至13(c)是电源的电压V、电解电容器C1的电压V1、电解电容器C2的电压V2以及输出电流I的波形图。
具体实施例方式
下面将参考附图详细说明本发明实施例。
(1)第一实施例图2是根据本发明的可变电压源(全波式)的电路图。
电容器C与AC电源串联。第一电压限制电路F1和第二电压限制电路F2并联在电容器C的输出侧，并连接到输出端。负载ZL连接到输出端。
第一电压限制电路F1适于限制正半周的电压，而且包括串联的开关晶体管Q1和电解电容器C1。开关晶体管Q1具有使其集电极连接到电容器C，而使其发射极连接到电解电容器C1的极性。在开关晶体管Q1的发射极与集电极之间，二极管D1与开关晶体管Q1并联。电解电容器C1的另一端接地。恒压二极管ZD1连接在开关晶体管Q1的基极与电阻器分压点a之间。在该电阻器分压点a，并联到电解电容器C1的电阻器R11和R12互相连接在一起。电阻器R12连续可变。
第二电压限制电路F2适于限制负半周的电压，而且包括串联的开关晶体管Q2和电解电容器C2。开关晶体管Q2具有使其集电极连接到电容器C，而使其发射极连接到电解电容器C2的极性。在开关晶体管Q2的发射极与集电极之间，二极管D2与开关晶体管Q2并联。电解电容器C2的另一端接地。恒压二极管ZD2连接在开关晶体管Q2的基极与电阻器分压点b之间。在该电阻器分压点b，并联到电解电容器C2的电阻器R21和R22互相连接在一起。电阻器R22连续可变。
开关晶体管Q1和Q2分别是PNP晶体管和NPN晶体管。电解电容器C1的正端连接到开关晶体管Q1，而电解电容器C2的负端连接到开关晶体管Q2。以这样的取向连接二极管D1，以致在正半周对电解电容器C1充电，而以这样的取向连接二极管D2，以致在负半周对电解电容器C2充电。恒压二极管ZD1的正端连接到开关晶体管Q1的基极，而恒压二极管ZD2的负端连接到开关晶体管Q2的基极。恒压二极管ZD1的正端的电压被表示为E1，而恒压二极管ZD2的负端的电压被表示为-E2。分别利用电阻器R12和R22，以连续可变方式设置电压电平E1和-E2。
在上述电路中，电容器C、电解电容器C1以及电解电容器C2分别具有例如C＝20μF、C1＝100μF以及C2＝100μF的器件参数。
接着，将说明上述可变电压源的运行过程。
图3(a)至3(d)是电源电压V、电解电容器C1的两端之间的电压V1、电解电容器C2的两端之间的电压V2以及输出端之间的输出电压V3(简称为“输出电压”)的波形图。横轴上的参考字符t表示时间。电源电压V的正半周被表示为P1、P2等，而电源电压V的负半周被表示为N1、N2等。
假定在时间点t＝0，接通电源。在第一正半周P1，开始通过二极管D1对电解电容器C1充电。将电容器C1的充电时间常数设置得较大，以使电解电容器C1的电压V1不达到正半周P1内的电压电平E1。输出电压V3与电解电容器C1的电压V1具有同样的波形(参考图3(b)和3(d))。
在负半周N1，通过二极管D2，使电解电容器C2充电。此外，在这种情况下，电解电容器C2的电压V2不达到负半周N1内的电压电平-E2。输出电压V3与电解电容器C2的电压V2具有同样的波形(参考图3(c)和3(d))。
分别在后续几个正半周内，恢复对电解电容器C1进行充电。在这些半周之一中，电解电容器C1的电压V1达到电压电平E1。在此时间点，在开关晶体管Q1的基极与发射极之间建立电连续性，以便接通开关晶体管Q1。因此，电解电容器Q1的电压V1保持预定电压电平E1。预定电压电平E1是开关晶体管Q1的集电极电压，即输出电压V3的上限。
分别在后续各负半周内，恢复对电解电容器C2进行充电。在这些半周的中部，电解电容器C2的电压V2达到电压电平-E2。在此时间点，在开关晶体管Q2的基极与发射极之间建立电连续性，以便接通开关晶体管Q2。因此，电解电容器Q2的电压V2保持预定电压电平-E2。预定电压电平-E2是开关晶体管Q2的集电极电压，即输出电压V3的下限。
在常态周期内，输出电压V3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之间交替振荡。
这样，可以确定电源电压V的上限和下限。通过调节电阻器R12和R22，或者通过设置恒压二极管ZD1和ZD2的击穿电压，确定该上限电压电平和下限电压电平。
尽管作为其实施例这样对本发明的电压源进行了说明，但是本发明并不局限于该实施例。例如，利用图2所示的第一电压限制电路F1，或者第二电压限制电路F2，可以提供半波式电压源。
(2)第二实施例图10是根据本发明实施例的可变电流源(全波式)的电路图。
两个可变电流电路(正半波可变电流电路G1和负半波可变电流电路G2)并联在AC电源V与负载之间。
正半波可变电流电路G1适于限制正半周的电流，而且包括串联的开关晶体管Q1和电解电容器C1。开关晶体管Q1具有使其集电极连接到AC电源V，而其发射极连接到电解电容器C1的极性。在开关晶体管Q1的集电极与发射极之间，二极管D3与开关晶体管Q1并联。在负载侧，电压源B1的一端连接到电解电容器C1的一端，而电压比较器A1连接在电压源B1的另一端与电解电容器C1之间。电压比较器A1的比较输出连接到开关晶体管Q1的基极。
负半波可变电流电路G2适于限制负半周的电流，而且包括串联的开关晶体管Q2和电解电容器C2。开关晶体管Q2具有使其集电极连接到AC电源V，而其发射极连接到电解电容器C2的极性。在开关晶体管Q2的集电极与发射极之间，二极管D4与开关晶体管Q2并联。在负载侧，电压源B2的一端连接到电解电容器C2的一端，而电压比较器A2连接在电压源B2的另一端与电解电容器C2的另一端之间。电压比较器A2的比较输出连接到开关晶体管Q2的基极。
开关晶体管Q1和Q2分别是PNP晶体管和NPN晶体管。电解电容器C1的负端连接到负载，而其正端连接到开关晶体管Q1。电解电容器C2的正端连接到负载，而其负端连接到开关晶体管Q2。以这样的取向连接二极管D3，以致在正半周对电解电容器C1充电，而以这样的取向连接二极管D4，以致在负半周对电解电容器C2充电。电压源B1的正端连接到电压比较器A1，而电压源B2的负端连接到电压比较器A2。当电解电容器C1的电压V1降低到低于电压源B1的电压E1时，电压比较器A1对开关晶体管Q1的基极施加正输出。当电解电容器C2的电压V2升高到高于电压源B2的电压-E2时，电压比较器A2对开关晶体管Q2的基极施加负输出。
可以利用诸如恒压二极管和电阻器分压电路(未示出)的公知装置，以连续或离散可变方式，分别设置电压源B1的电压电平E1和电压源B2的电压电平-E2。
接着，将说明上述可变电流源的运行过程。
图11(a)至11(c)是电源的电压V、电解电容器C1的电压V1、电解电容器C2的电压V2以及输出电流I的波形图。横轴上的参考字符t表示时间。电源电压V的正半周被表示为P1、P2等，而电源电压V的负半周被表示为N1、N2等。
假定在时间点t＝0，接通电源。在第一正半周P1，开始通过二极管D3对电解电容器C1充电。电源电压V达到峰值Vp，然后开始从峰值Vp降低。当电源电压V达到电压电平E1时，电压比较器A1的操作使开关晶体管Q1断开。电解电容器C1停止放电，而其电压保持电平E1。
在负半周N1，通过二极管D4，使电解电容器C2充电。电源电压V达到峰值-Vp，然后开始从峰值-Vp升高。当电源电压V达到电压电平-E2时，电压比较器A2的操作使开关晶体管Q2断开。电解电容器C2停止放电，而其电压保持电平-E2。
当电源电压V在下一个正半波P2的中部超过电压电平E1时，恢复对电解电容器C1充电。
当电源电压V在下一个负半波N2的中部降低到低于电压电平-E2时，恢复对电解电容器C2充电。
这样，仅在电源电压V高于电压电平E1以及低于电源电压-E2时，对电解电容器C1和C2进行充电和放电。如图11(c)所示，当对电解电容器C1和C2进行充电和放电时，流过电流I。通过设置电压电平E1和-E2，确定电流I的电平。通过可变设置电压电平E1和-E2，改变电流电平I。
(3)第三实施例图12是根据本发明的可变电流源(全波式)的电路图。
两个可变电流电路(正半波可变电流电路G1和负半波可变电流电路G2)并联在AC电源V与负载之间。
正半波可变电流电路G1适于限制正半周的电流，而且包括串联的开关晶体管Q1和电解电容器C1。开关晶体管Q1具有使其集电极连接到AC电源V，而其发射极连接到电解电容器C1的极性。在开关晶体管Q1的集电极与发射极之间，二极管D3与开关晶体管Q1并联。此外，位于负载侧的电解电容器C1的一端连接到基准电解电容器C01和电压源B1，而电压比较器A1连接在电压源B1的另一端与电解电容器C1之间。电压比较器A1的比较输出连接到开关晶体管Q1的基极。
负半波可变电流电路适于限制负半周的电流，而且包括串联的开关晶体管Q2和电解电容器C2。开关晶体管Q2具有使其集电极连接到AC电源V，而其发射极连接到电解电容器C2的极性。在开关晶体管Q2的集电极与发射极之间，二极管D4与开关晶体管Q2并联。位于负载侧的电解电容器的一端连接到基准电解电容器C02和电压源B2，而电压比较器A2连接在电压源B2的另一端与电解电容器C2的之间。电压比较器A2的比较输出连接到开关晶体管Q2的基极。
开关晶体管Q1和Q2分别是PNP晶体管和NPN晶体管。电解电容器C1和电解电容器C01的负端均连接到负载。而电解电容器C2和电解电容器C02的正端均连接到负载。以这样的取向连接二极管D3，以致在正半周对电解电容器C1充电，而以这样的取向连接二极管D4，以致在负半周对电解电容器C2充电。电压源B1的负端连接到电压比较器A1，而电压源B2的正端连接到电压比较器A2。当电解电容器C1的电压V1降低到低于与电压源B1相连的电压比较器A1的一端的电压电平时，电压比较器A1对开关晶体管Q1的基极施加正输出。当电解电容器C2的电压V2升高到高于与电压源B2相连的电压比较器A2的一端的电压电平时，电压比较器A2对开关晶体管Q2的基极施加负输出。
可以利用诸如恒压二极管和电阻器分压电路(未示出)的公知装置，以连续或离散可变方式，分别设置电压源B1的电压电平-E1和电压源B2的电压电平E2。
接着，将说明上述可变电流源的运行过程。
图13(a)至13(c)是电源的电压V、电解电容器C1的电压V1、电解电容器C2的电压V2以及输出电流I的波形图。横轴上的参考字符t表示时间。电源电压V的正半周被表示为P1、P2等，而电源电压V的负半周被表示为N1、N2等。
假定在时间点t＝0，接通电源。在第一正半周P1，开始通过二极管D3对电解电容器C1充电。与此同时，通过二极管D1，对基准电解电容器C01充电。电源电压V达到峰值Vp，然后开始从峰值Vp降低。此时，电解电容器C1开始放电。然而，基准电解电容器C01不放电，而保持峰值电压Vp。当电源电压V达到电压电平Vp-E1时，电压比较器A1的操作使开关晶体管Q1断开。因此，电解电容器C1停止放电，而其电压保持电平Vp-E1。
在负半周N1，通过二极管D4，使电解电容器C2充电。电源电压V达到峰值-Vp，然后开始从峰值-Vp升高。此时，电解电容器C2开始放电。然而，基准电解电容器C02不放电，而保持峰值电压-Vp。当电源电压V达到电压电平-Vp+E2时，电压比较器A2的操作使开关晶体管Q2断开。电解电容器C2停止放电，而其电压保持电平-Vp+E2。
当电源电压V在下一个正半波P2的中部超过电压电平Vp-E1时，恢复对电解电容器C1充电。
当电源电压V在下一个负半波N2的中部降低到低于电压电平-Vp+E2时，恢复对电解电容器C2充电。
这样，仅在电源电压V高于电压电平Vp-E1以及低于电源电压-Vp+E2时，对电解电容器C1和C2进行充电和放电。
如图13(c)所示，当对电解电容器C1和C2进行充电和放电时，流过电流I。通过设置电压电平-E1和E2，确定电流I的电平。通过可变设置电压电平-E1和E2，改变电流电平I。
尽管对本发明的实施例进行了说明，但是本发明并不局限于这些实施例。例如，利用图10或12所示的正半波可变电流电路G1或负半波可变电流电路G2，可以提供根据本发明的半波式电流源。
权利要求
1.一种包括串联在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。
2.根据权利要求1所述的电压源，其中预定正电压电平和预定负电压电平连续可变。
3.根据权利要求1所述的电压源，其中第一电容器和第二电容器分别包括电解电容器。
4.一种包括串联在AC电源与负载之间的开关元件和电容器的电流源，其中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，可控导通和断开该开关元件，其中当电容器的电压高于预定正电压电平(E1)时，控制该开关元件以导通该开关元件，而且当电容器的电压不高于预定电压电平(E1)时，断开该开关元件。
5.一种包括串联在AC电源与负载之间的开关元件和电容器的电流源，其中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，可控导通和断开该开关元件，其中当电容器的电压低于预定负电压电平(-E2)时，控制该开关元件以导通该开关元件，而且当电容器的电压不低于预定负电压电平(-E2)时，断开该开关元件。
6.一种包括串联在AC电源与负载之间的第一开关元件和第一电容器以及串联在AC电源与负载之间的第二开关元件和第二电容器的电流源，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，可控导通和断开第一开关元件，其中当第一电容器的电压高于预定电压电平(E1)时，控制第一开关元件以导通第一开关元件，而且当第一电容器的电压不高于预定电压电平(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，可控导通和断开第二开关元件，其中当第二电容器的电压低于预定负电压电平(-E2)时，控制第二开关元件以导通第二开关元件，而且当第二电容器的电压不低于预定负电压电平(-E2)时，断开第二开关元件，
7.一种包括串联在AC电源与负载之间的开关元件和第一电容器以及串联在AC电源与负载之间的二极管和基准电容器的电流源，该二极管具有这样的取向，以致在AC电源的正半周对基准电容器进行充电，其中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，可控导通和断开该开关元件，其中当第一电容器的电压高于电源电压的峰值(Vp)与预定负电压电平(-E1)的和(Vp-E1)时，控制该开关元件以导通该开关元件，而且当第一电容器的电压不高于电平(Vp-E1)时，断开该开关元件。
8.一种包括串联在AC电源与负载之间的开关元件和第二电容器以及串联在AC电源与负载之间的二极管和基准电容器的电流源，该二极管具有这样的取向，以致在AC电源的负半周对基准电容器进行充电，其中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，可控导通和断开该开关元件，其中当第二电容器的电压低于电源电压的负峰值(-Vp)与预定负电压电平(E2)的和(-Vp+E2)时，控制该开关元件以导通该开关元件，而且当第二电容器的电压不低于电平(-Vp+E2)时，断开该开关元件。
9.一种包括串联在AC电源与负载之间的第一开关元件和第一电容器、串联在AC电源与负载之间的第一二极管和第一基准电容器、串联在AC电源与负载之间的第二开关元件和第二电容器以及串联在AC电源与负载之间的第二二极管和第二基准电容器的电流源，第一二极管具有这样的取向，以致在AC电源的正半周对第一基准电容器进行充电，第二二极管具有这样的取向，以致在AC电源的负半周对第二基准电容器进行充电，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，可控导通和断开第一开关元件，其中当第一电容器的电压高于电源电压的峰值(Vp)与预定负电压电平(-E1)的和(Vp-E1)时，控制第一开关元件以导通第一开关元件，而且当第一电容器的电压不高于电平(Vp-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，可控导通和断开第二开关元件，其中当第二电容器的电压低于电源电压的负峰值(-Vp)与预定负电压电平(E2)的和(-Vp+E2)时，控制第二开关元件以导通第二开关元件，而且当第二电容器的电压不低于电平(-Vp+E2)时，断开第二开关元件。
全文摘要
在根据本发明的电压源中，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)。
文档编号H02M5/293GK1628409SQ0380347
公开日2005年6月15日 申请日期2003年1月31日 优先权日2002年2月6日
发明者王国华 申请人:新田株式会社