专利名称：功率恒流源及多硅开关管的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率恒流源及多硅开关管的应用，可广泛的应用于LED照明，射灯照明，铅蓄电池充电，电器电源及晶体管继电器等领域。
背景技术：
目前恒流源的功率规模仅在集成电路中使用，以静态负载为输出的共模电路来完成，以恒定电流为输入回路控制输出电流的恒定，消耗了一部分样本电流，所以只能应用在小功率的集成电路场所。
发明内容
本发明的目的，为克服有些负载如射灯的掉电压，LED照明二极管正向特性的平抑电压，电池充电的反向电场隐藏负载充电电压，以恒压的方式在恒压不彻底时产生较大的浪涌电流，为减少除射灯的灯丝比较粗以外对负载的的损害，以直电没有功率消耗或隔离电小功率消耗的相对恒流源为电源，即在负载上的电压虽然被拉低恒定了，虽然还是正弦波，但是纹波电流的纹波值不大，可以在负载能接受范围内的一般方法，既节能又达到功率要求的恒流源为电源的方法。本发明的特点，50赫兹一般以直电的方法应用在不需要隔离电压的负载上，用以减少能量的消耗。中频能量振荡与高频条件振荡既可以直接获得功率，又可以通过线圈输出隔离功率，负反馈比较好的既有恒流性又有恒压性。高频隔离输出恒流源，以恒流输入振荡控制恒压输出功率，是恒流控制恒压的一种方法，而直电恒流源虽然不通过其他媒介来转换电流，只能以储能元件并联分流串联分压的方法来实现，而且负载有时候往往分配的功率不大，只有把储能元件的能量送回到电路中加以利用，输出才能做到有大功率。所以限流体现恒流，返能体现恒压，反馈的范围是返能有多少的范围，返能多输入补充的能量多， 返能少补充的能量少，是一种与功率因素无关的电源。本发明的优点，多层PN结开关管在同样的电流下，比三极管的耐压值高，直接应用在市电上能够可靠的工作，满足了大功率恒流源对元件的需求。多层晶体管构成的振荡开关管由起主导作用开关管的导通与截止牵制被动开关管的截止与导通，来控制储能元件的存与放，而多硅配对开关管与配对三极管的作用相同，只是只有饱和导通与截止的两种状态，是储能元件基本方法的控制元件，由此应用配对开关管以不同的触发连接，还可以由一对开关管组合起来成为一种小体积的晶体管继电器。本发明的技术解决措施，功率恒流源利用储能电容的分压，限制了电路回路的电流，第1步以给定的功率对负载限流，第2步再以电容分得固定能量的剩下部分，通过倍流电路返还到输出负载上，负载得到了分压电流和返还的倍流电流，返还功率也有剩余的部分是下次输入功率少输入的部分，无论负载有变化，功率由电容决定了，变化在电容最大的功率范围内，即负载得到了相对的恒流电源，相对于还是交流输出的整流。这个过程可以由两个车轮电容来完成，车轮电容指的是两个电容分别轮换的对负载进行限流和返能，既有 50hz电压的正负波来控制，又有振荡的方法来实现，以适应不同功率不同负载的需要。
如图1所示为应用本发明模型中功率恒流源电路图如图2所示为应用本发明简化小功率恒流源电路图如图3所示为应用本发明高频大功率恒流源电路图如图4所示为应用本发明倍流大功率恒流源电路图如图5所示为应用本发明中频振荡管恒流源电路图如图6所示为应用本发明开关管半导体显微结构图如图7所示为应用本发明物理开关型恒流源电路图
具体实施例方式如图1所示为应用本发明模型中功率恒流源电路图，图中电源经队提供配对三极管T1T2的基极电流，二极管D1A分别控制两个三极管T1T2在电源正半波和负半波时轮番放大饱和导通，这样电容C1C2轮流充电放电，输出由D3D4整流，C3滤波，提供负载LED的固定功率，R2为负载的滤波保护电阻。如某时段三极管T1导通T2截止，220v的输入U1经桥Q整流，电流由T1到负载到C2形成交流回路，C2充电，负载与C2分压获得分压电流，同时C1经 T1对负载放电，负载在获得分压电流的同时获得了放电电流，当输入电压改变方向以后，T1 截止T2导通，C1充电C2放电，轮番施给负载以分压电流加放电电流，C1C2可称为车轮电容。 在应用于LED照明输出时，适合于72v灯珠的10w--20w功率范围的灯。如图2所示为应用本发明简化小功率恒流源电路图，图中C1与负载分压，但C1要经过外回路对负载放电，由于C1充放电对负载都是累加，与交流相位角计算方法不一样，功率因数等于充电的加上放电的(1-X% )，χ是负载与C1分压所占总充电功率的百分比，Y是C1放电时负载与外回路分配功率的百分比，如Mv的灯珠加滤波为24. 2ν,与电容分压后所占220ν总功率的百分比为24. 2/220 = 11%，放电时外回路为4ν，负载放电分得的百分比为 24. 2Λ24. 2+4) = 85. 8%，总功率因素为 11 %+85. 8% (1-11% ) = 0.8736， 这里灯珠电压越低或者功率越大，放电外回路所占分配电压就越高，如Iw灯珠电压为3ν时的总功率因数会低于0. 2，再如0. lw/3v的灯珠放电外回路分配的电压会低些，功率因数可在0. 5左右，由于放电时有电源反向电压的阻止，24v灯珠的放电电压始终保持28. 2v的落差，所以输出基本上是直流。保护电阻R2用10 Ω--30 Ω的线绕电阻比较好，滤波电容C2C3 只使用106/50V的独石电容就可以了，主要作用在电源220ν至220ν_28. 2ν相位换向输出截止时的滤波，所以灯珠电压高纹波就大，此电路适合于两个5w以下24v的灯珠。 如图3所示为应用本发明高频大功率恒流源电路图，图中T1T2T3T4组成推挽全波振荡，振荡频率等于负载的内阻乘以三极管基极的电容，起振的条件是C1C2C3C4提供的基极电流能让三极管过饱和区导通，D1D2D3D4为基极放电二极管，D5D6D7D8为输出整流二极管，C5既是隔直流电容又是限流电容，两对三极管对角导通与截止相互锁相。由于负载内阻参与了振荡，输出的负反馈比较好，所以恒流源的恒定值比较高。再由于三极管由截止到饱和导通经过了放大区，所以两对三极管之间振荡前后衔接时会有漏电流，分成两个以半波在有漏电流的地方输出，利用了漏电流作为输出能量。如果使用了如图6中的开关管，就不会产生漏电流，输出就可以以全波串在C5的旁边输出，半波输出的地方短接就可以了，输入仏可以是220v，或者可以是DC-DC转换。该恒流源可应用于20w以上3v_6v的LED使用，直接滤波或接高频线圈输出滤波都可以。 如图4所示为应用本发明倍流大功率恒流源电路图，在以图1恒流源为模型的基础上，对输出的高电压进行倍减电压倍增电流处理，两个车轮电容变成两组车轮电容C3-C5 及C6-C8,串充分压并放增流，充电时3级电容之间电容与负载之间串联，放电时3级电容都与负载并联，由二极管D4-D9及Dltl-D15控制电流的流向，每组3级电容倍增的倍数是3倍， T1T2是开关管的符号，也可以是普通三极管，在应用于铅蓄电池充电时，3级电容可以充48v 的电瓶，输出电压为O20v-48v)/3 = 57. 3ν，如果是2极电容则可以充64ν的电瓶，输出充电的电压为76v。R6为饱和指示灯电阻，R7为饱和控制电阻，当电池充电饱和时，电池充电内阻下降，R6电压升高、饱和指示灯LED2发光，R7电压升高、光电耦合器的发光管M发光， 接收管N导通，经R4置电阻可控硅G1G触发导通，开关管或三极管T1T2截止，停止经桥％电源整流的主功率输出，两组车轮电容改为滤波电容提供经民限流的可控硅导通电压，此时还有一个辅助功率经桥A继续给饱和电池以恒充的电压，LEDl为电源指示灯，R5为指示灯的保护电阻，桥A为主功率输出整流，D3为防止电池流向辅助充电回路误指电源的二极管， C1C2为辅助充电的限流电容，A为电源保险管。当以5极倍流电容代替图1中的单个电容时，以0. 1法拉的法拉电容滤波，其余按图1可以为20w以上3v的LED提供电源。如图5所示为应用本发明中频振荡管恒流源电路图，图中C1为外回路分压电容， C2C3为车轮电容，振荡管T为五层的半导体PNPNP型结构，其中第3层P型半导体以虚线隔为P型硅材料层和P型锗材料层，所以第123层为硅材料PNP型半导体ti，第345层为锗材料PNP型半导体t2，当通电后C2C3串联分压，两个电容上的电压相等，由于锗材料的导通电压低，由I^2D2C6触发相当于三极管的第345层半导体饱和导通，C3放电C2充电，同时相当于可控硅的第2345层半导体饱和导通，第2层的内部电位为Ubelg+U。ee (约0. 2+0. 3 = 0. 5v)， 低于、的基极导通电位Ubee (约0.6v)，所以、截止。当C2放电完毕，C4电压反向，、截止，、在R1D1C5的触发下导通。所以、受到t2的牵制，只要t2导通、就截止，t2截止了、 才导通。所以T可以称为振荡管，由于车轮电容的所有输出功率都直接参与了振荡，输出负反馈非常强，所以恒流源的恒定值最好，当负载功率变小直至断开时，振荡频率变低直至停止振荡，具有恒压的特性，当负载功率变大直至短接时，振荡频率变大，C4上电压的变化减小，振荡的振幅减小，只有维持振荡管能量消耗的微振幅振荡，输出为0输入为稍微对振荡拨动的能量，所以能抗短路和断路，具有恒流源的特性。当五层的半导体为NPNPN型一半硅材料一半锗材料构成时，作用是一样的，硅材料在高电位部分锗材料在低电位下面部分，硅受到锗的牵制，只是触发极接在低电位的线上，振荡时C4的中心电位正电位在C4的右边，与前面振荡管正电位在C4的左边不一样，这是因为负载既不在振荡管内集电极一边也不在发射极一边，而是在两个电容之间形成的。让负载工作在恒压与恒流的平均值中段区域，负载变小恒压反馈，负载变大恒流反馈，U0输出接高频线圈，能适合做各种静态动态负载电器的电源。如图6所示为应用本发明开关管半导体显微结构图，图中T1T2同为一种半导体材料PNPNPN型六层结构，所组合起来的配对开关管，S是两个开关管基极的公共地，U1的正负是两个基极输入，J1J2是两个发射极，J3J4是两个集电极，所有半导体虽然P与N的掺杂相同，开关管的方向都只有由NPNPNP—个方向的流向，两个开关管没有连接时两端都可以做集电极或发射极，如果两个触发极连接了，发射极和集电极是不可以互换的，靠近基极输入的一端为集电极，公共地的一端为发射极，所以两个管子虽然是一样的，两对触发极的连线不一样才区别集电极与发射极，在接入电路时，两个同向的管子并接还可以做成由输入电压控制的二极管。相似于可控硅的工作原理一样，基极有输入时开关管就饱和导通，不同于可控硅的是基极没有输入开关管就截止，开关一样的两个状态，导通时不存在耐压要求， 截止时有三个正向PN结和两个反向PN结，耐压值比较高。两个配对开关管组合在一起制造，不仅有利于配对，而且引出脚的接法不一样还可以连接成一个交流输出继电器，如图中开关管的基极公共地S脚悬空，两个基极输入为继电器的控制输入，两个集电极并在一起连接负载R，两个发射极并在一起接电源，就是一个晶体管的交流继电器。继电器有控制输入时，控制电压的正电进入开关管的N层，开关管的N层到P层正向导通，经过公共地的连线，到另一开关管的N层，再由P层出来到继电器控制输入的负，触发两个开关管的导通，没有控制输入时，两个开关管截止。交流晶体管继电器以小电压直流输入，控制两个相同的开关管分别以两个方向的电流作为交流输出，控制准确，耐压高电流大，这样的继电器是一种可靠的电子元件。在六层半导体结构的触发导通控制中，既有四层结构可控硅的组合，又有五层结构开关管的触发与保持触发控制，既有三层结构的三极管组合排列，又有两层结构的二极管，但继电器中起主要作用的是五层的两个触发控制，加三层的过度，及两层的方向控制。五层的半导体PNPNP或NPNPN，其中第2、4层的各两个触发极，一个触发导通以后就不起作用了，但另一个触发导通以后还要有一个保持电压，当保持电压消失时，开关管就截止。所以单个开关管可以做成五层结构，第2、4层的引出脚在外接两个保护二极管以后并在一起，能防止开关管的耐压通过旁路的穿透，用以作为基极，第1、5层为集电极和发射极，两电极可以互换。 如图7所示为应用本发明物理开关型恒流源电路图，图中仏和Q是220v整流，C1 为外回路分压电容，C2为滤波电容，C3、C4为车轮电容，L为射灯负载，S为三端干簧管，很明显由三端干簧管的自动开关控制，动触点与两个不动触点之间，有电压就接触，接触了就放电，自动的来回拨动，控制两个车轮电容轮流分压充电放电，加Cl限流的作用是防止干簧管的两个不动触点间的放电短路，由于射灯的灯丝粗壮，电阻低于1 Ω几乎短路非常小，这样的负载如果由晶体管的电子开关来完成，回路中任何一个电子元件所消耗的功率都会比灯丝大，所以需要机械的开关，除非直接接入低频或高频的输出线圈，但射灯经得起冲击电流，所以干簧管的控制电路足够对灯丝的要求，看在电路的节能上，再就是射灯抗振抗摔体积小，所以用起来还比较方便。在制作过程中主要是对干簧管的要求，一个是频率能在100 赫兹左右或高一点，再一个做成插接件以利于更换。那么在各种功率电路中，用电容比用线圈节能，一般在不需要有隔离的要求下，尽量的能够使用电容是最好的，象各种灯的使用一样，并且电容对电网是有利的。但是通常能在强电上使用的CBB电容的体积还不尽如人意， 经过实验，CBB电容上的铝是3价金属，如果涂抹有5价的离子，同样额定电压下，容量会有较大的提高，如在铝萡的两面涂抹硫酸铅烘干卷做电容，能减小电容的体积，极有利于线路板的焊接。
权利要求
1.本发明涉及功率恒流源及多硅开关管的应用，首先以储能元件对负载限流，然后将储能元件中的能量返还输出给负载的方法，无论负载有变化，储能元件的功率决定了输出的功率，既恒流又有功率的功率恒流源，限流与返还能量的两个过程，由两个电容分别交替同时来完成，一个电容限流另一个电容返能，一个电容返能另一个电容限流的两个轮流电容法，既有同步于50赫兹的控制，又有自振时的控制输出，以适应不同负载多种功率输出的要求，有配对三极管的同步50赫兹控制，由50赫兹的正负波通过三极管控制两个轮流电容的充放电，有三极管或开关管的全波推挽振荡，两对四个三极管分别基极接入对个的集电极，一个导通时集电极电位为0相当于另一个三极管的基极为0截止，由电容的充放电使双方的条件发生改变来改变状态，形成自条件振荡，有物理开关管的自动振荡，由三端干簧管的压电连锁反应形成，还有多硅振荡管的功率振荡，有自振高频线圈的恒压，还有同步于 50赫兹的串充并放恒压，即充电时多级电容以串联的形式与负载串接分压，放电时多级电容以并联的形式与负载并接增流，轮流充放电容以多种控制电路的功率输出，可应用于LED 照明，射灯，铅蓄电池充电，及电器产品的开关电源等。
2.以五层的半导体材料PNPNP型或NPNPN型结构做成的振荡管，其中PNPNP型由三层硅材料PNP加三层锗材料PNP叠加成的五层，NPNPN型由三层硅材料NPN加三层锗材料NPN 叠加，利用硅材料与锗材料的PN结在饱和导通时的结压不同，锗材料导通时的低结压钳制了硅材料需导通的结压，使硅材料无法导通，这样五层半导体中只要锗材料半导体导通了， 硅材料半导体一定截止，只有锗材料截止了，硅材料才导通，两种型号的振荡管都是以锗材料为主导，具有了轮流导通控制的基础，在接入到能轮流充放电的两个轮流电容电路上以后，就可以自行振荡了，振荡是以锗材料回路上的电容有没有功率，或者比硅材料回路上电容功率大小不同，决定是否导通，所以是功率振荡，加上反向电容后就有一定的振荡幅度， 功率振荡的电容C与输出负载的内阻R都直接参与了振荡，是中频RC振荡构成的全元素， 所以负反馈非常好，那么振荡管是构成理想电源电路的重要元件。
3.全波推挽高频振荡的方法在使用三极管时，由于振荡过程中三极管由截止到饱和经过了放大区，所以两对三极管之间振荡前后衔接时会有漏电流，如果使用要么饱和导通要么截止的开关管，就不会产生漏电流，更大功率特别有利于线圈的输出，由两个六层的半导体材料PNPNPN型构成的配对开关管，第3、4层即中间的两层引出脚为两个触发极，两个触发极同时触发时，开关管饱和导通，电流只有一个方向，即顺着NPNPNP的方向导通，当没有触发时，开关管截止，两个开关管中的四个触发脚，其中一对P脚与N脚并在一起作为基极的公共地，另一对P脚与N脚是两个开关管的基极输入，因为基极输入的方向不同，一个开关管的第1、2层是二极管，一个开关管的第5、6层是二极管，所以形成了配对的开关管，六层PN结构在导通时不存在有耐压要求，截止时有三个正向PN结和两个反向PN结，耐压值比较高，两个配对开关管组合在一起制造，不仅有利于配对，而且引出脚的接法不一样还可以连接成一个交流输出的继电器，两个基极公共地悬空，两个基极输入为继电器的控制输入，两个集电极并在一起连接负载，两个发射极并在一起连接电源，就是一个晶体管的交流继电器，那么五层的半导体PNPNP或NPNPN，其中第2、4层的各两个触发极，一个触发导通以后就不起作用了，但另一个触发导通以后还要有一个保持电压，当保持电压消失时，开关管就截止，所以单个开关管可以做成五层结构。
全文摘要
本发明涉及功率恒流源及多硅开关管的应用，可广泛的应用于LED照明，射灯照明，铅蓄电池充电，电器电源及晶体管继电器等领域，功率恒流源利用储能电容的分压，限制了电路回路的电流，第1步以给定的功率对负载限流，第2步再以电容分得固定能量的剩下部分，通过倍流电路返还到输出负载上，负载得到了分压电流和返还的倍流电流，返还功率也有剩余的部分是下次输入功率少输入的部分，无论负载有变化，功率由电容决定了，变化在电容最大的功率范围内，即负载得到了相对的恒流电源，相对于还是交流输出的整流，多晶开关管与多晶振荡管，既有50赫兹的直电输出，又有振荡的隔离输出，以适应不同功率不同负载的需要。
文档编号H02M3/07GK102361400SQ20111030716
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者杨云柳 申请人:杨云柳