專利名稱：感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)與開關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電感器用的電流開關(guān)，更具體地說，涉及電感器用的快速電流開關(guān)。
在電感負(fù)載中，電流的快速換向乃是限制多種電力與機(jī)電系統(tǒng)性能的一個(gè)復(fù)雜工程問題。這樣一類系統(tǒng)包括無刷直流(DC)電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、聲圈電動(dòng)機(jī)以及磁頭。
無刷DC電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是據(jù)電磁鐵與永磁鐵間反復(fù)產(chǎn)生力的原理而運(yùn)轉(zhuǎn)的。典型的情形是，有一組磁鐵隨機(jī)械負(fù)載運(yùn)動(dòng)，而另一組磁鐵則保持靜止。這里的電磁鐵組是在一個(gè)極性上起動(dòng)，得以產(chǎn)生對(duì)下游永磁鐵的引力。隨著上述運(yùn)動(dòng)使兩組磁鐵會(huì)合時(shí)，電磁鐵中的電流便會(huì)由于繞組電流的換向而突然換向。此時(shí)，電磁鐵將吸引下一塊下游的永磁鐵，產(chǎn)生同一方向中的運(yùn)動(dòng)?？梢灾貜?fù)地繼續(xù)電流的換向，直到獲得所希望的運(yùn)動(dòng)結(jié)果。從電學(xué)觀點(diǎn)考慮，這類電機(jī)的繞組表示著驅(qū)動(dòng)它的電路的電感負(fù)載。
kaszman的美國(guó)專利4584506號(hào)(1986，4，22)，Bergstrom等人的美國(guó)專利4710691號(hào)(1987，12.1)以及Nebgen于《IBM Technilol Disclosure Bullefin》，24卷，1A期(1981，6)中所公開的技術(shù)，都闡述了先有技術(shù)中電動(dòng)機(jī)用的電感器驅(qū)動(dòng)電路。
磁頭的繞組在記錄數(shù)據(jù)晨也表示驅(qū)動(dòng)電路的電感負(fù)載。傳統(tǒng)上，這樣的電感特征在局限于典型的電源電壓下，會(huì)使電流的上升時(shí)間受到限制。由這一磁頭產(chǎn)生的磁場(chǎng)正比于磁頭繞組中的電流，而磁頭的電感則限制著整個(gè)記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。
磁頭中的電感問題在磁盤機(jī)工業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)上都是顯而易見的。小型的磁盤機(jī)通常采用鐵氧體磁頭，后者具有很高的電感(幾個(gè)微亨)，從而將數(shù)據(jù)速率限制到約1.25兆比/秒。解決的方法之一是采用具有較低電感的薄膜磁頭，但是價(jià)格就要高的多。
業(yè)已周知，在此種技術(shù)中通過提高電源電壓能實(shí)現(xiàn)較快速的開關(guān)。高壓電源是很費(fèi)錢和不可靠的，而且是不能用于大多數(shù)覆罩著磁盤機(jī)的計(jì)算機(jī)機(jī)殼之內(nèi)的。此外，在由電源到地面的很大的電壓降之中，會(huì)消耗較大的功率。對(duì)于小型的，電池供電的便攜式磁盤機(jī)來說，是無法實(shí)現(xiàn)這樣特大之功率的。
通過計(jì)算時(shí)間常數(shù)(電感/電阻)可以證明磁頭的電感會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)速率起限制作用。例如，典型的鐵氧體磁頭具有2.5微亨(UH)的電感，為了達(dá)到記錄場(chǎng)強(qiáng)則需要有50毫安(mA)的電流。要是電源電壓在磁盤機(jī)的電壓下降后為3伏，則接地電阻為60歐(ohm)，致上升時(shí)間(L/R)等于40毫微秒(ns)。此上升時(shí)間在頻率為3兆赫(MHz)下對(duì)于僅僅是1.25兆比/秒的數(shù)據(jù)速率是足夠了。
Baileg等人在《IBM Technilal Disclosare Bulletiu》，23卷，11期(1981，4)中，給出了先有技術(shù)中磁頭用的一種典型的電感器驅(qū)動(dòng)電路。
為了改進(jìn)電動(dòng)機(jī)與磁頭之類電力裝置的性能，需要一種能實(shí)現(xiàn)較高電流開關(guān)速率的電感器驅(qū)動(dòng)電路。
根據(jù)本發(fā)明，使一電容為C的電容器與一電感為L(zhǎng)的電感器并聯(lián)。在此電感器上連接著一第一與第二開關(guān)。第一開關(guān)連接一第一電流源，按一第一方向給此電感器提供電流。第二開關(guān)連接一第二電流源，按一第二方向?yàn)榇穗姼衅鞴?yīng)電流。在這兩個(gè)第一與第二開關(guān)上連接有一開關(guān)控制器，用來控制它們的定時(shí)開閉。此種開關(guān)控制器使上述第一與第二開關(guān)依次交替地?cái)嚅_與閉合，并在其中一個(gè)開關(guān)斷開的時(shí)刻與另一個(gè)開關(guān)閉合的時(shí)刻之間，等待π(LC)1/2秒一段時(shí)間。結(jié)果是，本發(fā)明利用了此電感器與電容器之間的諧振，得以使電感器中的電流方向快速換向。
為便于較全面地理解本發(fā)明的本質(zhì)與優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)參看下面聯(lián)系附圖所作的詳細(xì)說明。在附圖中，

圖1是說明本發(fā)明工作原理的電路圖;
圖2是一定時(shí)曲線圖，說明本發(fā)明中前述兩開關(guān)與電感器中之電壓和電流的關(guān)系;
圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的電路圖;
圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的電路圖;
圖5為本發(fā)明用于一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中時(shí)的電路圖;
圖6A是先有技術(shù)中一電動(dòng)機(jī)的電流一時(shí)間曲線圖;
圖6B是先有技術(shù)中一電動(dòng)機(jī)的電壓一時(shí)間曲線圖;
圖7A是本發(fā)明中一電動(dòng)機(jī)的電流一時(shí)間曲線圖;
圖7B是本發(fā)明中一電動(dòng)機(jī)的電壓一時(shí)間曲線圖;
圖8A是本發(fā)明中一電動(dòng)機(jī)的電流一時(shí)間曲線圖;
圖8B是本發(fā)明中一電動(dòng)機(jī)的電壓一時(shí)間曲線圖;
圖9是本發(fā)明用于一記錄系統(tǒng)中的時(shí)的電路圖;
圖10A是先有技術(shù)中一磁頭的電流一時(shí)間曲線圖;
圖10B是先有技術(shù)中一磁頭的電壓一時(shí)間曲線圖;
圖11A是本發(fā)明中一磁頭的電流一時(shí)間曲線圖;
圖11B是本發(fā)明中一磁頭的電壓一時(shí)間曲線圖;
圖12A是本發(fā)明中一磁頭的電流一時(shí)間曲線圖;
圖12B是本發(fā)明中一磁頭的電壓一時(shí)間曲線圖;而圖13是本發(fā)明另一實(shí)施例的電路圖。
下面描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖1示明了本發(fā)明的一種廣義電路，用一個(gè)總的參考號(hào)數(shù)10標(biāo)明。此電路10包括一電感為L(zhǎng)的電感器12，后者與一電容為C的電容器14并聯(lián)。電流源20經(jīng)開關(guān)22與電感器12連接。此電流源20于一第一方向中給電感器12提供電流。電流源24經(jīng)開關(guān)26與電感器12連接。此電流源24于一第二方向中供給電感器12電流。
圖2是表明電路10定時(shí)關(guān)系的曲線圖。線50表示開關(guān)22相對(duì)于時(shí)間的位置。線52表示開關(guān)26相對(duì)于時(shí)間的位置。線60表示電感器12兩端的電壓與時(shí)間的關(guān)系。線62表示通過電感器12中的電流與時(shí)間的關(guān)系。
現(xiàn)在可以說明電路10的工作原理。本發(fā)明利用電感器12與電容器14之間的諧振來實(shí)現(xiàn)電感器12中的電流快速換向。開關(guān)22與26的斷開與閉合在時(shí)間上與電感器12和電容器14間的諧振周期之半重合。設(shè)T為相應(yīng)磁場(chǎng)間的轉(zhuǎn)移時(shí)間，即能量從電感器12流至電容器14再返回電感器12的時(shí)間。于是T＝π(LC)1/2。此兩開關(guān)中之一斷開與另一閉合之間的時(shí)間(t2-t3與t4-t5)設(shè)定為近似地等于T。
圖3為本發(fā)明的一種最佳電路的示意圖，由一總的參考號(hào)數(shù)100標(biāo)明。電感為L(zhǎng)的電感器102與電容為C的電容器104并聯(lián)。電壓源110經(jīng)一P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管112與一二極管114連立電感器102的第一側(cè)。在電壓源110與電感器102的第二側(cè)之間連接有一P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管116和一二極管118。在電感器102的第一側(cè)上連接一N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管122。在此晶體管122與地面之間連接著一電阻器124，而在此電阻器124與電感器102的第二側(cè)之間則連接著N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管126。晶體管112、116、122與126則最好是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
下面介紹電路100的作業(yè)。首先，于時(shí)刻t1，在節(jié)點(diǎn)140處將一正X信號(hào)施加到晶體管112與122的柵上，同時(shí)在節(jié)點(diǎn)142處將一零X信號(hào)施加到晶體管116與126的柵上。驅(qū)動(dòng)了晶體管112與126而未驅(qū)動(dòng)晶體管116與122。電流經(jīng)晶體管112、二極管114、電感器102、晶體管126與電阻器124流至地中。此電流從左至右流經(jīng)電感器102。
于時(shí)刻t2，逆轉(zhuǎn)上述兩個(gè)信號(hào)?，F(xiàn)在把正X信號(hào)加到晶體管116與126上，而把零X信號(hào)加到晶體管112與122上。驅(qū)動(dòng)了晶體管116與126而未驅(qū)動(dòng)晶體管112與122。但是，二極管118將阻塞從晶體管116流出的電流。此二極管的電性質(zhì)是，當(dāng)它上面的電壓為負(fù)時(shí)將阻塞電流流動(dòng)。在時(shí)刻t2與t3之間(見圖2)，二極管118將經(jīng)壓一負(fù)電壓，不允許直電流流入電感器102。電感器102與電容器104是隔離的，并將發(fā)生諧振。電能從電感器102傳輸?shù)诫娙萜?04然后返回，按反向驅(qū)動(dòng)電感器102。完成這一作業(yè)的時(shí)間是上述諧振的周期或者T＝(LC)1/2之半。于時(shí)刻t3，電感器102兩端的電壓再次為零。二極管118將不再經(jīng)歷一負(fù)電壓，此時(shí)將允許電流從晶體管116流出，經(jīng)電感器104，從右到左，流過晶體管122與電阻器124至地。此流經(jīng)電感器102的電流業(yè)已換向。
要是希望再次改變電流方向，可在時(shí)刻t4，將正Z信號(hào)再次加到晶體管112與122上，同時(shí)把零Z信號(hào)加到晶體管116與126上。晶體管112與126被驅(qū)動(dòng)，而晶體管116與122則未被驅(qū)動(dòng)。二極管114此時(shí)經(jīng)受一負(fù)電壓并將在時(shí)刻t4與t5之間阻塞電流。電感器102與電容器104交再此隔離，并將以一段時(shí)間T＝π(LC)1/2諧振。于時(shí)刻t5，二極管114經(jīng)歷了零電壓，此時(shí)將使電流從晶體管112流出，經(jīng)電感器102，從左至右，通過晶體管126與電阻器124至地。
將電路100與廣義電路10作一比較是有益的。晶體管112與126等價(jià)于開關(guān)22。晶體管116與122則等價(jià)于開關(guān)26。二極管114與118有效地為這兩個(gè)開關(guān)提供定時(shí)控制。這樣就不要復(fù)雜的定時(shí)電路了，結(jié)果獲得一種元件個(gè)數(shù)最少并能在電感器中實(shí)現(xiàn)快速電流換向的緊致電路。
圖4示明本發(fā)明的另一種電路，標(biāo)以總的參考號(hào)數(shù)200。將一電感為L(zhǎng)的電感器202與一電容為C的電容器204并聯(lián)。此電感器204的第一端連至一電壓源210，此電壓源的電壓為VS/2。電壓源220則經(jīng)一電阻器221、P溝場(chǎng)效應(yīng)晶體管222與二極管224連主電感器202的第二側(cè)。在二極管230與地之間連接一N溝場(chǎng)效應(yīng)晶體管232。晶體管222與232最好是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
電路200的工作與電路100類似。于時(shí)刻t1，將一正信號(hào)Z加到晶體管222與232的柵上。驅(qū)動(dòng)了晶體管222而未驅(qū)動(dòng)晶體管232。電流從電壓源220流出，經(jīng)電阻器221、晶體管222、二極管224，通過電感器202，從左至右，到電壓源210。在時(shí)刻t2，將零信號(hào)加到晶體管222與232上。晶體管232被驅(qū)動(dòng)，而晶體管222外未被驅(qū)動(dòng)。二極管230在時(shí)刻t2與t3之間阻止著電流流動(dòng)，同時(shí)電感器202與電容器204遇諧振π(LC)1/2秒。于時(shí)刻t3，電流從源210流出，經(jīng)電感器202從右向左，通過二極管230、晶體管232至地。于時(shí)刻t4，再次將正信號(hào)Z加到晶體管222與232上。晶體管222被驅(qū)動(dòng)勵(lì)，而晶體管232未被驅(qū)動(dòng)。二極管224在時(shí)刻t4與t5之間阻止電流流動(dòng)，而電感器202與電容器204諧振π(LC)1/2秒。于時(shí)刻t5，電流從晶體管222流經(jīng)二極管224，經(jīng)電感器202，從左向右，到電壓源210。
下面的分析表明采用本發(fā)明優(yōu)于先有技術(shù)之處。相關(guān)的物理量定義為下L＝繞組電感，R＝總的串聯(lián)電阻，I＝繞組中的電流，RT＝電流的上升時(shí)間，Vs＝電源電壓C＝諧振電容Vi＝感生電壓的振幅以下各方程表示本發(fā)明的和先有技術(shù)的物理量之間的基本關(guān)系1/2＊CVi2＝1/2＊LI2，RT＝L/R，對(duì)于先有技術(shù);而RT＝π(LC)1/2，對(duì)于本發(fā)明。
于磁頭繞組中使電流換向所需的時(shí)間可由以上基本方程導(dǎo)出，給出
RT＝LI/VS，對(duì)于先有技術(shù);而RT＝πLI/Vi，對(duì)于本發(fā)明。
本發(fā)明的上升時(shí)間較先有技術(shù)的為優(yōu)，是后者的πVs/Vi倍?？紤]一種有12伏電源的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？少Y利用的包括二極管與晶體管在內(nèi)的元器件，可以在360伏感生電壓下操作。因此，對(duì)本發(fā)明說來，上述電動(dòng)機(jī)的開關(guān)速率可提高8.5倍。
再來考慮一具有5伏電源的磁頭。易于獲得能在300伏感生電壓下作業(yè)的磁頭與有并的元器件。利用本發(fā)明，上述磁頭的開關(guān)速率可以提高14倍。
圖5示意地表明了本發(fā)明的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以總的參考號(hào)數(shù)300標(biāo)明。系統(tǒng)300包括一機(jī)械式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)310，這可以采用日本Shimano Kenshi公司生產(chǎn)的一種STH-39D002電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)310有一永磁轉(zhuǎn)子312和一批磁繞組314與316。為便于圖示，只表明了兩個(gè)繞組314與316。正如本項(xiàng)技術(shù)中周知的，繞組314與316包括著眾多圍繞轉(zhuǎn)子312周邊串聯(lián)排定的交錯(cuò)的繞線。
電路320包括一電壓源322，晶體管324、326、328、330，一對(duì)二極管332與334，電阻器336，電容器338以及繞組314。電路320與圖3中的電路100類似，只是用繞組316置換了電感器102。電路350包括一電壓源352，晶體管354、356、358、360，一對(duì)二極管362與364，電阻器366，電容器368與繞組314。此電路350與圖3中之電路100類似，只是以繞組314取代了電感器102。
在電壓源362與地之間連接一雙極晶體管360。晶體和360則連接著晶體管324與326。雙極晶體管364則連在電壓源366與地之間。晶體管364連接著晶體管328與330，雙極晶體管370連接在電壓源372與地之間。此晶體管370還連接著晶體管354與356。雙極晶體管374連接在電壓源376與地之間。此晶體管374還連接著晶體管358與360。
用一雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器380連接晶體管360與364。同時(shí)用一雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器382連接晶體管370與374。以一變換器386連接以雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器382的脈沖輸入。方形波發(fā)生器390則連接著雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器380的鐘脈沖輸入與變換器386。
現(xiàn)在可以來認(rèn)識(shí)系統(tǒng)300的作業(yè)。發(fā)生器390在頻率2F下輸出一方形波信號(hào)。此信號(hào)給雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器380提供了鐘脈沖。此信號(hào)為變換器386變換，給雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器382提供鐘脈沖。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器380輸出一相位A信號(hào)給晶體管360，輸出一相位A信號(hào)給晶體管364。相位A與A在頻率F下為方形波，是有180度的相位差。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器382輸出一相位B信號(hào)給晶體管370，輸出一相位B信號(hào)給晶體管374。相位B與B信號(hào)在頻率F下為方形波，具有180度的相位差。相位B信號(hào)滯后于相位A信號(hào)90度。相位A與A信號(hào)促致晶體管360與364以類似于對(duì)于圖3中電路100所述的作業(yè)，交替地驅(qū)動(dòng)電路320的晶體管。相位B與B信號(hào)促致晶體管370與374，以與圖3中就電路100所描述的相似作業(yè)，交替地驅(qū)動(dòng)電路350的晶體管。結(jié)果使繞組314與316中的電流快速換向，其中繞組314中的電流換向在相位上滯后于繞組316中的電流換向90度。這種電流換向使驅(qū)動(dòng)著轉(zhuǎn)子。在本項(xiàng)技術(shù)中，由電流換向來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)屬周知的知識(shí)。但是，本發(fā)明中的電路320與350卻可使繞組314與316在高得多的頻率下驅(qū)動(dòng)，這樣便能大大提高電動(dòng)機(jī)310的最大轉(zhuǎn)速。
在另一實(shí)施例中，圖4中的電路200可用來取代系統(tǒng)300中的電路320與350。在這種情形下，只要求有相位A與相位B的信號(hào)。
圖6A與6B表明了先有技術(shù)中，一種典型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)之電感器繞組的電壓與電流相對(duì)于時(shí)間的關(guān)系。這種電感器繞組是由本項(xiàng)技術(shù)中周知的H型標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路所驅(qū)動(dòng)，此種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的最高速率為600步位/秒，而電感器是在600赫下激勵(lì)。此電感器是不能以更快的速率激勵(lì)的。注意到電流的倒向相當(dāng)徐緩，而電流信號(hào)中的跳步約在7.0毫秒。
圖7A與7B示明了系統(tǒng)300的電感器316中電壓與電流相對(duì)于時(shí)間的關(guān)系。這種電動(dòng)機(jī)也是以600步位/秒運(yùn)行的(對(duì)于電感器316為600赫)。發(fā)電機(jī)390是在1200赫下驅(qū)動(dòng)?？梢宰⒁獾接泻芗眲〉碾娏鞯瓜?。
圖8A與8B同樣示明系統(tǒng)300之電壓與電流關(guān)于時(shí)間的關(guān)系。這里的電動(dòng)機(jī)是按1500步位/秒的速率運(yùn)行(對(duì)于電感器316為1500赫)。發(fā)電機(jī)390是在3000赫下驅(qū)動(dòng)。注意到電流的倒向仍很急劇。本發(fā)明之電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)300能使此種電動(dòng)機(jī)的速率性能提高2.5倍。
圖9示明本發(fā)明一數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的示意圖，以總的參考數(shù)號(hào)400標(biāo)明。系統(tǒng)400包括一以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式安裝于一立軸404上的記錄磁盤402。記錄磁盤402可以是一普通磁盤。軸404接裝到一帶動(dòng)它轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸電動(dòng)機(jī)406上。電動(dòng)機(jī)406接附到一磁盤驅(qū)動(dòng)器410上，聲圈電動(dòng)機(jī)412接附到一傳動(dòng)臂414上。聲圈電動(dòng)機(jī)412便臂414于磁盤402上依徑向運(yùn)動(dòng)，在臂414的端部上裝設(shè)著磁頭416，在電學(xué)上把它看為一電感器的繞組。
電路430包括一電壓源432、晶體管434、436、438、440，一對(duì)二極管442與444，電阻器446，電容器448以及磁頭416。電路430與圖3中之電路100類似，但此磁頭416轉(zhuǎn)換了電感器102。在電壓源462與地之間連接一雙極晶體管460。在晶體管460連接到晶體管434與436上。在電壓源472與地之間連接一雙極晶體管470。晶體管470連接著晶體管438與440。有一變換器480與晶體管470相連。同時(shí)有一數(shù)據(jù)傳輸線482連接著晶體管460與變換器480。
現(xiàn)在可以來認(rèn)識(shí)系統(tǒng)400的作業(yè)。以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)加到傳輸線482上。雙極晶體管460與470分別以類似對(duì)于圖3中線路100所述的操作。交替地驅(qū)動(dòng)晶體管434、436、438與440。于是，電感器磁頭416中的電流迅速反向而將數(shù)據(jù)記錄入到磁盤402上。
在另一實(shí)施例中，可以用圖4中的電路200置換此系統(tǒng)400中的電路430。
圖10A與10B表明了常規(guī)記錄系統(tǒng)中所用磁頭之電流與電壓的示波圖。其中之磁頭的電感為L(zhǎng)＝2.5微亨，而電阻R＝4.3歐。此磁頭以4兆赫驅(qū)動(dòng)。注意到電流的倒向相當(dāng)徐緩。
圖11A、11B12A與12B示明系統(tǒng)400中磁頭416之電流與電壓的示波圖。此磁頭416采用前面在圖10A與10B中用于測(cè)量目的的同一種電感器磁頭。磁頭416在圖11A與11B中于4兆赫下驅(qū)動(dòng)，在圖12A與12B中于8兆赫下驅(qū)動(dòng)。圖12A與12B中的波形質(zhì)量足以保證記錄頻率，并表明相對(duì)于常規(guī)電路頻率已至少加倍。
圖13示明了本發(fā)明另一實(shí)施例的電路圖，標(biāo)以總的參考號(hào)數(shù)500。電路500的元件與圖3中電路100的元件類似，于相對(duì)應(yīng)的參考號(hào)數(shù)的右上角加撇標(biāo)明。電路500中有一連接在結(jié)點(diǎn)140′與晶體管112′間的延遲線510，以及連接在結(jié)點(diǎn)142′與晶體管116′之間的延遲線512。也可采用其它類型的信號(hào)延遲器件。
當(dāng)要求有極高頻率的電流開關(guān)時(shí)也可采用電咱500。在頻率低于1兆赫時(shí)，電路100的元件起到近似理想元件的作用。但當(dāng)此種開關(guān)頻率超過1兆赫時(shí)，由于晶體管與二極管的非線性行為，上述元件就不能那么理想地進(jìn)行工作。此種非線性行為的起因在于已存儲(chǔ)之電荷與電阻效應(yīng)，它們會(huì)在電流與電壓波形中造成一種與時(shí)間相關(guān)的相移。
電咱500通過對(duì)晶體管112′與116′給信號(hào)提供了稍許延遲。此種延遲乃是電路循環(huán)時(shí)間的一個(gè)很小的百分?jǐn)?shù)。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，這樣的延遲有可能達(dá)10至20毫微秒。這樣小的延遲使得此電路的LC(感容)部分在其發(fā)生諧振之前預(yù)先充電。預(yù)先光電的結(jié)果有效地使電路之電壓與電流波形發(fā)生相移，以補(bǔ)償非線性效應(yīng)導(dǎo)致的相移。
圖4中的電路200適用于在較高頻率下按類似的方式工作。這時(shí)的延遲器件可插入于X信號(hào)源與晶體管222之間。最終所成的電路同樣會(huì)有電路500中所示的預(yù)先充電效應(yīng)。
盡管已通過附圖詳述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但顯然，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人在不脫離本發(fā)明按后附權(quán)利要求書所陳述的范圍內(nèi)，是可以對(duì)這些實(shí)施例作出變動(dòng)與修改的。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)，特征在于包括有電感為L(zhǎng)的電感器；與電感器并聯(lián)的電容為C的電容器；與電感器連接依一第一和第二方向?yàn)橹峁╇娏鞯碾娏髟?；與電流源相連接的電流控制裝置，它允許電流于第一方向中流過此電感器，終止此電流約π(LC)1/2秒，然后使電流以第二方向流過此電感器。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特征在于上述電流控制裝置由晶體管組成。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特征在于上述電流控制裝置包括一對(duì)二極管。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特征在于此系統(tǒng)還包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，上述電感器是此步進(jìn)電勸機(jī)的繞組。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，特征在于它包括一磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，而前述電感器乃是此存儲(chǔ)裝置的轉(zhuǎn)換器頭。
6.一種感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)，特征在于它包括有一電感為L(zhǎng)的電感器以及與之并聯(lián)的電容為C的電容器;與此電感器第一側(cè)連接的第一二極管;與此電感器第二側(cè)連接的第二二極管;連在一電壓源與此第一二極管之間的第一晶體管;連在此電壓源與此第二二極管之間的第二晶體管;連在地與此電感器第一側(cè)之間的第三晶體管;連在地與此電感器第二側(cè)之間的第四晶體管;以及與第一、二、三、四晶體管相連的一種晶體管控制裝置，用來驅(qū)動(dòng)第一與第四晶體管而不驅(qū)動(dòng)第二與第三晶體管，然后再驅(qū)動(dòng)第二與第三晶體管，但不驅(qū)動(dòng)第一與第四晶體管。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，特征在于它包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，而前述的電感器乃是此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，特征在于它包括一種磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，而前述的電感器乃是此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的轉(zhuǎn)換器頭。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，特征在于它包括連在在所述晶體管控制裝置與第一晶體管之間的第一延遲器件。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，特征在于所述晶體管控制裝置在第一與第四晶體管的開關(guān)和第二與第三晶體管的開關(guān)之間有一時(shí)間補(bǔ)償。
11.一種感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)，特征在于它包括一電感為L(zhǎng)的電感和一與之并聯(lián)的電容為C的電容器;與此電感器第一側(cè)相連的第一二極管;與此電感器第一側(cè)相連的第二二極管;與一第一電壓源和此第一二極管相連的第一晶體管;與此第二二極管和地相連的第二晶體管;與上述電感器第二側(cè)連接的第二電壓源;以及與前述第一和第二晶體管連接的一種晶體管控制裝置，用來驅(qū)動(dòng)此第一而不驅(qū)動(dòng)此第二晶體管，然后驅(qū)動(dòng)此第二而不驅(qū)動(dòng)此第一晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，特征在于它包括一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，而所說的電感器乃是此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，特征在于它包括一種磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，而所說的電感器乃是此數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的轉(zhuǎn)換器頭。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，特征在于它包括有連接在所說晶體管控制裝置與第一晶體管之間的第一延遲器件;以及在此晶體管控制裝置與第二晶體管之間的第二延遲器件。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，特征在于所說的晶體管控制裝置在第一與第四晶體管的開關(guān)和第二與第三晶體管的開關(guān)之間有一時(shí)間補(bǔ)償。
16.用來使通過一電感為L(zhǎng)之電感器的電流換向的方法，特征在于它包括以下步驟，使一電容為C之電容器與此電感器并聯(lián);將一第一電流源連立此電感器上，使得電流依一第一方向流過此電感器;終止來自此第一電流源的電流流動(dòng);在允許依一第二方向從一第二電流源流至此電感器之前，等待一段近似π(LC)1/2秒的時(shí)間。
17.一種感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)，特征在于它包括一種數(shù)據(jù)記錄介質(zhì);一種電感為L(zhǎng)的電感器磁頭;與上述磁頭和介質(zhì)相連接用來使此磁頭于介質(zhì)上運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置;與此電感器并連的電容為C的電容器;與此電感器相連的第一開關(guān);與此電感器相連的第二開關(guān);與此第一開關(guān)相連依一第一方向用來給電感器提供電流的第一電流源;與此第二開關(guān)相邊依一第二方向?yàn)榇穗姼衅鞴┙o民流的第二電流源;以及一種開關(guān)控制裝置，它連接著上述第一與第二開關(guān)用來以交替方式閉合與斷開此第一與第二開關(guān)，使得在這兩個(gè)開關(guān)均斷開時(shí)約經(jīng)過π(LC)1/2秒。
18.用來使通過一電感器之電流換向的方法，特征在于它包括以下步驟，設(shè)置一電感器、一與此電感器并聯(lián)的電容器以及一電流源;從此電流源將一第一極性之電流供給此電感器以產(chǎn)生一磁場(chǎng);終止此第一極性之電流的流動(dòng)使磁場(chǎng)換向，一旦通過此電感器與電容器間的能量互換使此磁場(chǎng)換向后，即由此電流源給電感器供給一第二極性的電流，使此已換向的磁場(chǎng)保持到下一次的磁場(chǎng)換向。
19.一種感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)，特征在于它包括一電感器;一與此電感器并聯(lián)的電容器;一與此電感器相連用來將一第一與第二極性電流供給此電感器的電源;以及控制裝置，它與上述電流源相連，用來終止第一極性電流流向此電感器，通過此電感器與電容器間的互換能量使相應(yīng)磁場(chǎng)換向，并提供第二極性的電流將此已換向之磁場(chǎng)保持到下一次的磁場(chǎng)換向。
20.一種感應(yīng)電流開關(guān)系統(tǒng)，特征在于它包括一電感為L(zhǎng)之電感器;與此電感器并聯(lián)的電容為C的電容器;與此電感器相連的第一開關(guān);與此電感器相連的第二開關(guān);與此第一開關(guān)相連按一第一方向給此電感器供給電流的第一電流源;與此第二開關(guān)相連按一第二方向給此電感器供給電流的第二電流源;以及連至此第一與第二開關(guān)的開關(guān)控制裝置，用來依交替方式閉合與斷開此第一開關(guān)然后再閉合與斷開此第二開關(guān)，使得在此兩個(gè)開關(guān)斷開時(shí)約經(jīng)過π(LC)1/2秒。
全文摘要
與一電容器并聯(lián)之電感器。按相對(duì)方向?yàn)榇穗姼衅魈峁╇娏鞯牡谝慌c第二電流源。允許此電感器與電容器在應(yīng)用第一與第二電流源之電流中間的一段時(shí)間內(nèi)諧振，由此來實(shí)現(xiàn)快速的電流換向。
文檔編號(hào)H03K17/04GK1065960SQ9210184
公開日1992年11月4日 申請(qǐng)日期1992年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月19日
發(fā)明者大為·切克特·程, 塔瑞克·馬肯思, 馬斯詹比·斯利-杰亞薩 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司