專利名稱：給電負(fù)載饋電的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種給具有預(yù)定標(biāo)稱電壓的電負(fù)載饋電的裝置，它含有一個輸入端以與供電電源連接，以及一個輸出端以與負(fù)載連接。
在最簡單的形式下，這種裝置由一個機(jī)械開關(guān)組成，這個開關(guān)用來閉合一個把供電電源，例如電池或電網(wǎng)，連接到負(fù)載上的電路。最典型的負(fù)載是一個白熾燈泡。電路中還可以再含有一個防止過載的保險絲。
利用電路技術(shù)中的具體手段，可以向負(fù)載饋送或多或少的能量，以控制例如白熾燈的亮度從0％到100％。這可以借助例如一個電位器來實現(xiàn)。目前常用的是利用可控硅器件或可控硅三端雙向器件的所謂相角控制技術(shù)，這些可控硅器件在可選擇的時刻以延遲的方式把交流電壓的每一個半波連接到負(fù)載上。
用直流電和交流電向電負(fù)載饋電有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。特別對白熾燈泡和其他照明裝置進(jìn)行了嘗試，以通過改進(jìn)效率來增加亮度因子或光產(chǎn)額(對于給定的電功率)。
眾所周知，還可以特別地用步進(jìn)電機(jī)之類的手段給電負(fù)載饋電，它們向負(fù)載施加脈沖形的電壓，并以脈沖序列的占空比(即脈沖寬度和脈沖間隔之比)來在0％到100％的范圍內(nèi)確定施加給負(fù)載的功率。在這種脈沖形供電的極端情形下，向負(fù)載饋送的是純粹的直流電。這時脈沖寬度為100％，而間隔為0％，即對應(yīng)于無限大的占空比(脈沖/間隔)。在各種情形中電壓脈沖的電壓振幅都必須對應(yīng)于負(fù)載的標(biāo)稱電壓。
本發(fā)明的目的是，與以往技術(shù)相比大為提高向電負(fù)載饋電的效率，特別是針對電阻性負(fù)載，例如白熾燈泡的情形，不過也可以用于純粹的或主要是低效率的電感性或電容性的負(fù)載，從而增大對電能的利用率。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過一個能向連接在負(fù)載上的輸出端提供針狀脈沖序列的針狀脈沖成形器來達(dá)到。
在理想的情形下，這些針狀脈沖是狄拉克(Dirac)脈沖，也就是具有極高的幅度和極為短促而穩(wěn)定的脈沖寬度的脈沖。
饋送給負(fù)載的針狀脈沖的幅度受到當(dāng)前所能得到的產(chǎn)生脈沖的電子電路手段的限制。利用當(dāng)前能得到的電子電路手段，可以實現(xiàn)的脈沖寬度的量級為100ns(納秒)。從而，可以使用比負(fù)載標(biāo)稱電壓高出一到兩個數(shù)量級的非常高的電壓。
對于直流電路，必須注意饋送給負(fù)載的供電電壓絕不可以明顯地大于標(biāo)稱電壓。然而，已經(jīng)知道，在供電電壓與標(biāo)稱電壓之比和耗電器效率(＝白熾燈泡亮度)與耗電器使用壽命之比這兩個方面之間存在著幾乎正比的關(guān)系。例如，當(dāng)對標(biāo)稱電壓為100V的燈泡只饋送90V或甚至80V的電壓時，效率就要下降，也就是光產(chǎn)額明顯地變低。不過，在降低效率的同時卻增大了使用壽命。如果相反地，供電電壓增加到110V或120V，則效率(在本情形中是光產(chǎn)額)改善了，但相應(yīng)地使用壽命卻減小了。當(dāng)供電電壓比標(biāo)稱電壓大得多時，例如為其1.5倍時，則負(fù)載將在很短的時間內(nèi)被損壞。
利用根據(jù)本發(fā)明的手段，負(fù)載的使用壽命絕不會受到負(fù)面的影響，相反地會被延長。由于提供給負(fù)載的針狀脈沖的持續(xù)時間寬度極短，所以負(fù)載不會被損壞，即使脈沖電壓遠(yuǎn)大于負(fù)載的標(biāo)稱電壓時也不會被損壞。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，針狀脈沖的占空比最大約為0.3，這例如對應(yīng)于脈沖寬度與脈沖間隔之比為3到10。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給例如白熾燈泡饋電時，用本發(fā)明的針狀脈沖代替通常的交流電壓能夠達(dá)到同樣的光產(chǎn)額，這時所供的針狀脈沖的電壓幅度為燈泡標(biāo)稱電壓的幾倍，而耗電功率只有原來的幾分之一。
如果觀察狄拉克脈沖的頻譜，可以看到許多諧頻成分。所有的成分都消耗在電負(fù)載中。對于純電感性的或含有電感元件的負(fù)載，特別地連接一個與負(fù)載反向并聯(lián)的二極管。由此所得到的效果是，可能出現(xiàn)的反向電動勢能量被返回到負(fù)載內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，針狀脈沖具有恒定的脈沖寬度，但同時它是極窄的，而其幅度是相對地高電壓的。它們總是直流脈沖，即各脈沖的極性是相同的。
通過簡單地延長脈沖間隔就可以實現(xiàn)相應(yīng)的負(fù)載調(diào)節(jié)控制。在負(fù)載的最大可能功率下，在本情形中設(shè)定占空比(脈沖寬度/脈沖間隔)為最大可能的值0.3。于是相應(yīng)的供電電壓幅度與標(biāo)稱電壓的比值約為1.7(根號3)。對于較小的電壓比值(脈沖幅度/負(fù)載標(biāo)稱電壓)的情形，雖然所達(dá)到的能量利用率仍然優(yōu)于以往技術(shù)，但不再有其他的良好效果。脈沖幅度與負(fù)載標(biāo)稱電壓的比值愈大，所得到的效果就愈好。電壓比值大于1.7比較好，比值大于3則更好，而特別地最好是比值大于5。負(fù)載的標(biāo)稱電壓應(yīng)該不小于針狀脈沖幅度除以被脈沖寬度規(guī)一化的脈沖間隔的平方根值(UZnom≥UB/SQR(tP/tI))(UZ標(biāo)稱≥UB/t脈寬/t間隔)。
為了在短脈沖情形下獲得高的開關(guān)速度，必須使用電子開關(guān)。所以，根據(jù)本發(fā)明，在裝置的輸入端和輸出端之間提供了一個快速電子開關(guān)。因此，可能選用的器件例如是場效應(yīng)管(FET)或雙極晶體管?？紤]到FET的高輸入阻抗和雙極晶體管的低輸入阻抗，使用FET作為快速開關(guān)時用電壓控制，當(dāng)用雙極晶體管時用電流控制，以獲得高的開關(guān)速度。
使用高電壓幅度的針狀脈沖需要防止對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響的手段，特別是防止對供電電源產(chǎn)生負(fù)面影響的手段。根據(jù)本發(fā)明，在裝置的輸入端上連接了一個LC(電感電容)濾波器。這個低通濾波器使針狀脈沖得以獲得能量，并且同時可以防止對電壓源的反作用。
在裝置輸出端的上游處特地連接了一個阻斷反向電流的二極管，以防止從負(fù)載返回的能量流向供電電源。
饋送給負(fù)載的針狀脈沖的電壓幅度與針狀脈沖序列的占空比有關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)稱電壓的值通過計算占空比的平方根而與針狀脈沖的電壓幅度相聯(lián)系。對于占空比大tI∶tP為1∶10并且給出了標(biāo)稱電壓的情形，針狀脈沖的電壓幅度不得高于標(biāo)稱電壓的3倍左右。這樣，對于預(yù)定電壓(電池電壓)的脈沖，標(biāo)稱電壓最多只能比池電壓小一個等于占空比的平方根的因子。這個條件是根據(jù)下述預(yù)定的要求導(dǎo)出的，負(fù)載實際上受到了比標(biāo)稱功率高得多的功率，但必須接收和普通情況相同的能量。
作為上面所概述的負(fù)載控制原理的一個具體應(yīng)用，本發(fā)明假定負(fù)載是一個電子喇叭式警笛。
電子警笛是周知的。用一個調(diào)制級經(jīng)過一個放大器的末級來驅(qū)動一個電子換能器(揚(yáng)聲器)。這種已知電子警笛的工作模式基本上是模擬式的。如果要達(dá)到通常所需的響度(例如32米遠(yuǎn)處為115dB)，則必須向換能器提供很大的功率。需要使放大器末級的特征輸出阻抗匹配于負(fù)載的阻抗。這造成了巨大的損失。
根據(jù)本發(fā)明的電子警笛包括一個針狀的脈沖發(fā)生器，它把電聲換能器經(jīng)過末級的一個電子開關(guān)連接到一個電壓源，特別是一個電池上。
下面將借助附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施例，在附圖中，

圖1示出給電負(fù)載饋電的裝置的基本電路圖，圖2示出一個相似于理想狄拉克針狀脈沖的真實針狀脈沖的圖；圖3示出一個針狀脈沖序列；圖4示出給電負(fù)載饋電的裝置的基本電路圖，在圖1中只是簡要地畫出了此圖；圖5示出圖4中以模塊表示的實際針狀脈沖發(fā)生器(NIG)的詳細(xì)電路圖；圖6分別示出借助于整流器(通常的)和借助于針狀脈沖發(fā)生器NIG(根據(jù)本發(fā)明的)從一個交流電壓源向一個白熾燈泡饋電的電路布局。
圖7示出一個理想簡諧振蕩和4種不同的脈沖的信號形狀及它們的頻譜圖的比較，其中，最上面兩排所示的脈沖(圖7(A)和7(B))對應(yīng)于較好的針狀脈沖(Ni)，而圖7(C)和圖7(D)所示的脈沖也還同樣可以作為針狀脈沖使用；圖8示出從能量源流經(jīng)負(fù)載的典型能量情況的示意圖，其中表示出三種負(fù)載各自基本上不同的效率；圖9示出給電子警笛饋電的方框圖。
根據(jù)圖1，一個具有電池電壓UB的電壓源2經(jīng)過開關(guān)裝置6向一個連接在其上的、標(biāo)稱電壓為UZnom的負(fù)載L供電。
電壓源2可以是一個電池，也可以是一個通常的整流裝置，該裝置借助于變壓器、整流器和平滑電容器從例如220V的主交流電壓源變成直流電壓UB。
在該情形中，負(fù)載L具體是一個電阻性負(fù)載，更具體地說是一個白熾電燈泡。這里所說明的實施例也適用于電感性或電容性的負(fù)載或者復(fù)合性負(fù)載(由電阻性、電感性和電容性元件組合而成的負(fù)載)。不過，本發(fā)明特別適用于低效率的電阻性、電感性和電容性負(fù)載，例如白熾燈泡、電聲和壓電換能器等等。
作為以電聲換能器作為負(fù)載的應(yīng)用例子，后面將說明一種電子警笛，這將給出一個關(guān)于極充分地利用能量的良好例子。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的電池電壓UB遠(yuǎn)大于負(fù)載L的標(biāo)稱電壓UZnom。
在開關(guān)裝置6中，利用下面將較詳細(xì)說明的電路技術(shù)，從電池電壓UB產(chǎn)生出一個針狀脈沖序列(相似于狄拉克脈沖序列)，其中每個脈沖的電壓幅度都等于電池電壓UB，而占空比(脈沖寬度/脈沖間隔)是可調(diào)節(jié)的，并且不大于0.3。
如圖3所示，其中的針狀脈沖的峰值幅度等于約為負(fù)載標(biāo)稱電壓UZnom4倍的電池電壓。在所示的實施例中，脈沖寬度tI與脈沖間隔tP之比約為1∶16。除了第一個周期之外，每個脈沖的“周期時間長度”為T，而第一個周期T0滿足不等式T0＞T。這是由電路技術(shù)造成的。
圖2以放大圖的形式示出了單個穩(wěn)定針狀脈沖。這個針狀脈沖構(gòu)成了一個近似的(理想)狄拉克脈沖。整個脈中的時間寬度為tI，其中包括小于100ns的上升時間tL、大約等于100ns(最多200ns)的“保持時間”tD、以及小于500ns的下降時間tT。電池電壓UB在10V和1000V之間。
圖4是圖1中簡要地示出的開關(guān)裝置6的詳圖。左側(cè)是該開關(guān)裝置的輸入端，它接收電池電壓UB，圖4的右側(cè)是輸出端，標(biāo)稱電壓為UZnom的負(fù)載L即連接在該輸出端上。在開關(guān)裝置的輸入端提供了一個由線圈62和電容64所組成的LC濾波器。
在本例子中，一個設(shè)計成自阻式FET的電子開關(guān)66的柵極G受到所加電壓下的針狀脈沖發(fā)生器NIG68的控制。通過接線端，開關(guān)66給針狀脈沖發(fā)生器以通或斷的信號。在輸出端處，有一個二極管D2與負(fù)載反向并聯(lián)。在輸出端和電子開關(guān)66之間有一個反向電流阻斷二極管D1。
針狀脈沖發(fā)生器68上連接有相串連的電位器70和主開關(guān)HS，利用它們可以調(diào)節(jié)脈沖間隔從最小值到無限大。無限大間隔通過斷開主開關(guān)而達(dá)到，這相當(dāng)于斷開針狀脈沖發(fā)生器68。這里為了簡化，省去了另外一些調(diào)節(jié)元件，它們可以用來進(jìn)行附加的調(diào)節(jié)，如脈沖寬度、針狀脈沖發(fā)生器的阻斷和重新接通，脈沖和獨(dú)立于前面的脈沖間隔的外同步和調(diào)制。
針狀脈沖發(fā)生器68的工作電流通過FET開關(guān)66的源極S和針狀脈沖發(fā)生器68之間的連接以及針狀脈沖發(fā)生器68和圖4裝置的下部公共通路之間的連接而流動。
圖5是圖4針狀脈沖發(fā)生器68的詳圖，在實際應(yīng)用中它被設(shè)計成一個小尺寸(10×20×30mm)的單片模塊。電池電壓UB的設(shè)計值在5V和1000V之間。利用目前能得到的元件，電池電壓UB在10V到1000V范圍內(nèi)的功率高達(dá)20W的大一些的模塊也可能實現(xiàn)。電子元件的進(jìn)一步發(fā)展將可能使針狀脈沖電壓幅度達(dá)到好幾千伏的范圍。
本實施例中的最大預(yù)設(shè)占空比為1∶9。這里沒有更詳細(xì)地示出的密封外殼保證了從-20℃到+60℃的穩(wěn)定的溫度工作范圍。
在兩個端點(diǎn)H和L之間串連有一個電阻R2和兩個二極管10和20。加上電壓時，晶體管T1基極上的電位增大，使該晶體管T1導(dǎo)通。該晶體管T1的作用是一個恒流源，它根據(jù)位在其發(fā)射極處的電阻R1、電阻R2和二極管20，提供出恒定電流，由此向圖5左上方的電容C充電。
在圖5的右側(cè)，同時有電流流過分壓電阻R13和R14，在這兩個電阻之間取得參考電壓Ur。當(dāng)電容C被完全充足電后，電容電壓Uc約為參考電壓Ur的1.05倍。這是由單結(jié)晶體管UJT做到的，該UJT由兩個晶體管T3和T5構(gòu)成，其中T3的基極連接在T5的集電極上，T5的基極連接在T3的集電極上。只要晶體管T3的發(fā)射極E2處的電位高于參考電壓Ur，UJT就要阻止電流流過電阻R9和R10。
一旦電容電壓值大于參考電壓Ur約5％時，針狀脈沖的前沿(圖2中的TL)就開始上升。通過激發(fā)UJT，電流便流過電阻R9和R10，由于晶體管T4的基極電位相對于其發(fā)射極快速下降，晶體管T4便突然導(dǎo)通。這樣就有一個針狀的脈沖NI(相似于狄拉克針狀脈沖)經(jīng)過二極管40和50發(fā)出。這時也有電流流經(jīng)二極管60和電阻R7、R8。晶體管T2基極電位的增大使T2導(dǎo)通，由此晶體管T1被瞬間地斷開。從而電容C的充電中斷。存儲在電容C內(nèi)的能量將通過晶體管T4和二極管40和50提供給輸出端1′和2′。圖2中的時間寬度tD即被圖5電路中的電容放電回路所確定，該放電回路由UJT、R10、以及電阻R9和包括電阻R6在內(nèi)的晶體管T4的基極至發(fā)射報回路的并聯(lián)電路所組成。
UJT的導(dǎo)通時間一直持續(xù)到電容C差不多放電完畢。只有在產(chǎn)生第一個針狀脈沖之前這個電容C才是完全空的，這就是第一個時間周期T0比較長的原因。UJT的斷開發(fā)生在圖2中的tT時期內(nèi)。
圖6一方面示出了普通給作為負(fù)載的白熾燈泡饋電的裝置的電路布局，另一方面示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的電路布局。
在220V的交流電壓網(wǎng)上連接了兩個變壓器TR1和TR2。TR1次級的15V交流電壓被一個全波整流器整流，然后饋送給輸出插座以供給12V的白熾燈泡GB。在輸出端有一個電流表和一個電壓表。這個耗電器電路可以用機(jī)械的主開關(guān)HS控制。
TR2的次級線圈向一個全波整流器提供48V的交流電壓。這樣在電容CE上就可得到約為60V的直流電池電壓。
針狀脈沖發(fā)生器以上面結(jié)合圖5所說明的方式而產(chǎn)生一個針狀的脈沖序列。這些針狀脈沖被饋送給輸出端，其上連接著作為負(fù)載的12V燈泡。一個其中裝有電位器的插頭HS器件用作針狀脈沖間隔的控制元件，從而給出了以最容易的方式對各個電路進(jìn)行充分控制的可能性。
在對圖6電路布局的實際操作中發(fā)現(xiàn)，下方的那個饋電裝置，即根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的饋電裝置能夠以只有一半的平均功耗給出燈泡GB的同樣的亮度。
對電感性負(fù)載的進(jìn)一步測試發(fā)現(xiàn)了類似的節(jié)能效果，例如，用根據(jù)本發(fā)明的裝置給一個作為電感性負(fù)載的帶有壓力室的電聲換能器(一個大功率揚(yáng)聲器)饋電。與普通的電路相比，這里同樣得到了明顯的節(jié)能。
圖6的演示性布局使得可以在比較的基礎(chǔ)上對普通類型的和本發(fā)明類型的向低效率電阻性負(fù)載(白熾燈)饋電進(jìn)行比較。
圖7的左邊部分示出了一個理想簡諧振蕩HS的圖形和4種脈沖寬度/脈沖間隔比大不相同(在1∶7.2和1∶180之間)的脈沖序列的圖形。所有振蕩圖形的周期T都特意調(diào)成20ms，這準(zhǔn)確地對應(yīng)于圖中左下方的HS圖形的50HZ的重復(fù)頻率。所有5種振蕩圖形都故意使它們有相同的幅度A。
周期T的開始端和終端都位在圖7(E)的簡諧振蕩的正半波的峰值處，開始于圖7(E)的左下方，或者準(zhǔn)確地位在4個脈沖序列的各個脈沖的正中間，這樣可以較容易地畫出各個振蕩圖形的傅里葉級數(shù)頻譜。該周期T畫成為一個完整的圓旋轉(zhuǎn)，即2π(rad)或360°。
各個脈沖的時間寬度用其半“開角”p和半寬度表示。
根據(jù)傅里葉分析，所有振蕩圖形都可以用適當(dāng)?shù)母道锶~級數(shù)來描述，使它們等價地表示成為一系列對應(yīng)于具有確定頻率的純簡諧振蕩的相應(yīng)振幅的可計算、可測量的數(shù)值。當(dāng)把這些簡諧圖形加在一起時，就可得到原來的圖形。
圖7左方5種振蕩電壓圖形的頻譜示于圖7的右方。需要指出，4個脈沖序列的諧波成分的頻譜幅度不是按比例畫出的(該圖以夸大的方式示出了針狀脈沖序列的譜線)。
可以看出，圖7(E)的簡諧振蕩的頻譜幅度A準(zhǔn)確地對應(yīng)于時間域中的振幅。
然而，脈沖序列的頻譜產(chǎn)生了一些諧頻成分。脈沖愈窄，諧頻成分的數(shù)目愈多。
根據(jù)本發(fā)明，所使用針狀脈沖的占空比從1∶3直到盡可能地窄，就象圖7(A)、7(B)和7(C)中的針狀脈沖，以及還有圖7(D)的針狀脈沖那樣。
圖7(D)脈沖的頻譜中的各條譜線是很不均勻的。與圖7的示意性表示不同，實際上這些譜線的幅度大小有很大的不同。
對于本發(fā)明的目的來說，圖7上部所示的兩種頻譜是特別有優(yōu)越性的頻譜。抽象的理想頻譜可由圖7(A)所示的脈沖序列實現(xiàn)，這種脈沖序列在數(shù)量級意義上可以用目前可得到的電路手段在實際應(yīng)用中產(chǎn)生。該頻譜的各個成分基本上有相同的大小，每個成分的幅度值都非常之小，比圖7(A)所示的要小得多。
圖7(A)右方所示頻譜具有特別優(yōu)越性的原因在于，由于小幅度和這些信號成分中每個信號成分的短持續(xù)時間，用這種信號饋送的電路可以達(dá)到良好的穩(wěn)定性。
當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的裝置中使用能夠產(chǎn)生占空比為1∶180的圖7(A)所示的針狀脈沖的針狀脈沖發(fā)生器時，由于開角p＝1°＝0.028rad，可以得到非常大量的諧頻成分，并且每個成分的幅度都比較小。在本例子中可以計算出，各個互相接近的成分幅度小于脈沖幅度的1％。
上述考慮在歐姆定律成立的范圍內(nèi)適用。當(dāng)周期T(見圖3)大于100ns時歐姆定律絕對成立。由于缺乏適當(dāng)?shù)碾娮釉?，在目前和可預(yù)見的將來都極難實現(xiàn)更短的周期。
所以上述考慮證明了，根據(jù)本發(fā)明利用非常窄的針狀脈沖來向電阻性、電感性、電容性或復(fù)合型負(fù)載饋電總是能夠使電路高度穩(wěn)定地工作的。眾所周知，當(dāng)把一個負(fù)載連接到電壓源，特別是交流電壓源上時可能發(fā)生過渡現(xiàn)象，這需要用電路技術(shù)中的復(fù)雜手段來防止。這個問題在使用根據(jù)本發(fā)明的針狀脈沖時在一開始就被排除了。
圖8示意性地示出了能量流動的三種情況。在實際應(yīng)用中不存在無損失的能量流動。
圖8左側(cè)所示的是理想情況。從源Q發(fā)生的能量100％地流到耗電器V上，其中全部能量都被轉(zhuǎn)變成功，也就是說不產(chǎn)生任何“浪費(fèi)的能量”。
圖8中間所示的情況2代表實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的出現(xiàn)的情況，其中大部分能量(這里是80％)在耗電器中被轉(zhuǎn)變成有用的功，只有20％被損失了。
圖8右側(cè)示出了情況3，其中只有5％的供應(yīng)能量被轉(zhuǎn)變成有用功，而其余的都是浪費(fèi)能量。這種情況十分準(zhǔn)確地對應(yīng)于白熾燈泡的情形，其中只有所供電能的約5％被轉(zhuǎn)變成光，而其余的95％都轉(zhuǎn)變成為熱(這是最不希望的)。本發(fā)明提供了一個能夠把由情況3所代表的特征狀態(tài)向情況2所代表的特征狀態(tài)改進(jìn)的手段。
上述考慮主要適用于電阻性負(fù)載。然而，本發(fā)明同樣適用于電感性、電容性或復(fù)合型負(fù)載。雖然對于這種負(fù)載來說不能說有效能量，但是對表觀能流(對于電感性或電容性負(fù)載)的考慮表明，根據(jù)本發(fā)明的裝置不僅改善了效率，而且增加了穩(wěn)定性。
圖1至圖4所示的裝置提供了目前所用的開關(guān)裝置所不具有的另外一些特定優(yōu)點(diǎn)(a)在接通負(fù)載的開關(guān)時，電路中呈現(xiàn)的是0V的電壓，這取決于各個所選取的電路布局。
(b)有可能在不需要專門的電路技術(shù)手段的情形下實現(xiàn)從0到最大值的無限個等級的調(diào)節(jié)。用來產(chǎn)生針狀脈沖(NI)的脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)使得，它們不需要專門的開關(guān)就可以改變脈沖間隔。
圖9以方框圖形式示出了一個電子警笛100的結(jié)構(gòu)。一個帶有指數(shù)函數(shù)狀喇叭的電聲換能器106連接在一個放大電路的末級104上，這里對后者不再有進(jìn)一步的興趣。示意性地畫出的末級104的開關(guān)在實際中的形式是半導(dǎo)體元件，它受到針狀脈沖發(fā)生器(NIGI)102的控制，從NIG102發(fā)出的狄拉克針狀脈沖的頻率為420Hz(準(zhǔn)確地說是一次諧頻振蕩的頻率)，該頻率和警笛的標(biāo)稱頻率相同。末級104中的開關(guān)把一個電聲換能器106經(jīng)過一個LC濾波器105(電感和電容)連接到電池108上。NIG102被一個控制裝置112控制，該裝置可以是一個已知的在電子警笛中普通使用的程序控制。在實際應(yīng)用中，末級104可以基本上僅由上述的開關(guān)組成。
與已知的電子警笛不同，根據(jù)圖9的警笛的工作模式是純數(shù)字式的。
圖9所示警笛的一個根本優(yōu)點(diǎn)是其中基本上沒有靜止電流流過。當(dāng)末級上沒有施加針狀脈沖時，由末級構(gòu)成的開關(guān)基本上是打開的。末級的輸出阻抗基本為零，所以可以基本無損耗地工作。
由于這里所使用的針狀脈沖的性質(zhì)，除了工作頻率420Hz之外還存在有許多諧頻振蕩，它們的總體將產(chǎn)生完整的警笛聲。
圖9的警笛還給出了以特別有利的方式利用已知的“遮掩效應(yīng)”的可能性。這個效應(yīng)是這樣達(dá)到的，在圖9中再加上一個NIGII110，從而產(chǎn)生兩個十分接近但又互相不同的，并且不成正數(shù)倍關(guān)系的頻率成分。上述NIGII的頻率調(diào)節(jié)到稍偏離于NIGI的頻率。利用這種控制模式，所產(chǎn)生的警笛聲由于心理聲學(xué)上的原因而使聽起來感到要比兩個同樣強(qiáng)度的相同聲音源所產(chǎn)生的聲音響得多。另一種方法是，有可能給上述NIGII提供另一個分開的末級，并把電聲換能器連接到兩個末級上。需要進(jìn)一步指出，可以以并聯(lián)、串聯(lián)或者兩者混合的方式把多個電聲換能器連接在末級104上或上述一對末級上。
在附圖中沒有示出的實際實施例中，在一個警笛塔上布置了多個圖9所示類型的警笛，各個警笛的指數(shù)函數(shù)形喇叭放置在不同的高度上，并且它們相對于該塔的垂直軸的發(fā)射角是不同的。
NIGI102和NIGII110的設(shè)計與前面說明的NIG68(圖5)的設(shè)計相似。
實際測試表明，根據(jù)本發(fā)明的電子警笛100只要用大約三分之一的電功率就能產(chǎn)生和普通電子警笛相同的聲功率。因此它可以用廉價的電子元件來制作。
由于當(dāng)警笛100沒有被接通時，NIGI102、NIGII110和末級104中基本上沒有靜止電流，所以在此狀態(tài)下幾乎不耗費(fèi)能量。然而，在接通警笛100時，所有電子元件卻都處于“熱起動”狀態(tài)。
如果需要，根據(jù)本發(fā)明的警笛100可以用很高的供電電壓，例如高達(dá)400V的電壓來工作。
利用根據(jù)本發(fā)明的裝置，也可能產(chǎn)生使交流電動機(jī)的工作的旋轉(zhuǎn)磁場，并且與普通的電動機(jī)控制相比，可以獲得明顯的節(jié)能效果和簡化同步控制。
權(quán)利要求
1.一種給具有預(yù)定標(biāo)稱電壓(UZnom)的電負(fù)載(L)饋電的裝置，它包括一個用來和供電電壓源連接的輸入端和一個用來和負(fù)載(L)連接的輸出端，其特征在于，由一個針狀脈沖成形器(6，68)向連接在負(fù)載上的輸出端提供一個針狀脈沖(NI)序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，每個針狀脈沖寬度都是恒定的，只有兩個相鄰針狀脈沖之間的間隔是可改變的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，占空比(tI/tP)從略大于“0”到0.3之間變化，其中tI是恒定的脈沖寬度，tp是可變的脈沖間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的裝置，其特征為，針狀脈沖(NI)的電壓幅度至少為標(biāo)稱電壓的1.7倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的裝置，其特征在于，針狀脈沖是直流脈沖，即是同極性的脈沖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的裝置，其特征在于，有一個二極管(D2)反向并聯(lián)在負(fù)載(L)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的裝置，其特征在于，該裝置包含一個快速電子開關(guān)(66)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，在輸入端上連接有一個LC(電感電容)濾波器(62，64)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項的裝置，其特征在于，在輸出端的上游連接有一個反向電流阻斷二極管(D1)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項的裝置，其特征在于，負(fù)載是一個主要為電阻性的、電感性的、或電容性的負(fù)載。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，負(fù)載是一個白熾燈泡。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項的裝置，其特征在于，負(fù)載的標(biāo)稱電壓不小于針狀脈沖的幅度除以被脈沖寬度規(guī)一化的脈沖間隔的平方根值(UZnom≥UB/SQR(tP/tI))。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項的裝置，其特征在于，針狀脈沖的總持續(xù)時間寬度最多為1000ns，最好最多為700ns。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項的裝置，其特征在于，針狀脈沖的上升時間最多為100ns。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項的裝置，其特征在于，針狀脈沖的保持時間(tD)最多為200ns，最好最多為100ns，這是由作用過程確定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項的裝置，其特征在于，針狀脈沖的下降時間最多為500ns。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項的裝置，其特征在于，針狀脈沖的最小重復(fù)周期(T)約為100ns。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，負(fù)載是一個電子警笛(100)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征在于，一個針狀脈沖發(fā)生器(102)控制一個放大器末級(104)，后者把一個電流源(108)連接到警笛(100)的電聲換能器(106)上。
全文摘要
為了給一個電阻性的、電感性的、或電容性的負(fù)載饋電，使用了針狀脈沖序列，其中的針狀脈沖的持續(xù)時間寬度小于1ms。由于脈沖幅度遠(yuǎn)高于負(fù)載的標(biāo)稱電壓，所以能夠得到明顯提高的效率，而且不會損壞負(fù)載或影響其使用壽命。各針狀脈沖有恒定的幅度和相同的極性。脈沖電壓和標(biāo)稱電壓的比值總是大于1.7。
文檔編號H03K3/66GK1127580SQ94192828
公開日1996年7月24日 申請日期1994年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月20日
發(fā)明者弗拉基米爾·索科洛夫 申請人:伊萬·西金根, 尼科電子股份公司, 弗拉基米爾·索科洛夫