[发明专利]感应电流开关系统与开关方法

说明书

本发明涉及电感器用的电流开关，更具体地说，涉及电感器用的快速电流开关。

在电感负载中，电流的快速换向仍是限制多种电力与机电系统性能的一个复杂工程问题。这样一类系统包括无刷直流（DC）电动机、步进电动机、声圈电动机以及磁头。

无刷DC电动机与步进电动机是据电磁铁与永磁铁间反复产生力的原理而运转的。典型的情形是，有一组磁铁随机械负载运动，而另一组磁铁则保持静止。这里的电磁铁组是在一个极性上起动，得以产生对下游永磁铁的引力。随着上述运动使两组磁铁会合时，电磁铁中的电流便会由于绕组电流的换向而突然换向。此时，电磁铁将吸引下一块下游的永磁铁，产生同一方向中的运动。可以重复地继续电流的换向，直到获得所希望的运动结果。从电学观点考虑，这类电机的绕组表示着驱动它的电路的电感负载。

Kaszman的美国专利4584506号（1986，4，22），Bergstrom等人的美国专利4710691号（1987，12.1）以及Nebgen于《IBM    Technical    Disclosure    Bulletin》，24卷，1A期（1981，6）中所公开的技术，都阐述了先有技术中电动机用的电感器驱动电路。

磁头的绕组在记录数据时也表示驱动电路的电感负载。传统上，这样的电感特征在局限于典型的电源电压下，会使电流的上升时间受到限制。由这一磁头产生的磁场正比于磁头绕组中的电流，而磁头的电感则限制着整个记录系统的数据速率。

磁头中的电感问题在磁盘机工业中的各个环节上都是显而易见的。小型的磁盘机通常采用铁氧体磁头，后者具有很高的电感（几个微亨），从而将数据速率限制到约1.25兆比/秒。解决的方法之一是采用具有较低电感的薄膜磁头，但是价格就要高的多。

业已周知，在此种技术中通过提高电源电压能实现较快速的开关。高压电源是很费钱和不可靠的，而且是不能用于大多数覆罩着磁盘机的计算机机壳之内的。此外，在由电源到地面的很大的电压降之中，会消耗较大的功率。对于小型的，电池供电的便携式磁盘机来说，是无法实现这样特大之功率的。

通过计算时间常数（电感/电阻）可以证明磁头的电感会对数据速率起限制作用。例如，典型的铁氧体磁头具有2.5微亨（uH）的电感，为了达到记录场强则需要有50毫安（mA）的电流。要是电源电压在磁盘机的电压下降后为3伏，则接地电阻为60欧（ohm），使上升时间（L/R）等于40毫微秒（ns）。此上升时间在频率为3兆赫（MHz）下对于仅仅是1.25兆比/秒的数据速率是足够了。

Bailey等人在《IBM    Technical    Disclosuere    Bulletin》，23卷，11期（1981，4）中，给出了先有技术中磁头用的一种典型的电感器驱动电路。

为了改进电动机与磁头之类电力装置的性能，需要一种能实现较高电流开关速率的电感器驱动电路。

根据本发明，使一电容为C的电容器与一电感为L的电感器并联。在此电感器上连接着一第一与第二开关。第一开关连接一第一电流源，按一第一方向给此电感器提供电流。第二开关连接一第二电流源，按一第二方向为此电感器供应电流。在这两个第一与第二开关上连接有一开关控制器，用来控制它们的定时开闭。此种开关控制器使上述第一与第二开关依次交替地断开与闭合，并在其中一个开关断开的时刻与另一个开关闭合的时刻之间，等待π（LC）^1/2秒一段时间。结果是，本发明利用了此电感器与电容器之间的谐振，得以使电感器中的电流方向快速换向。

为便于较全面地理解本发明的本质与优点，应参看下面联系附图所作的详细说明。在附图中，

图1是说明本发明工作原理的电路图;

图2是一定时曲线图，说明本发明中前述两开关与电感器中之电压和电流的关系;

图3是本发明一实施例的电路图;

图4为本发明另一实施例的电路图;

图5为本发明用于一步进电动机中的电路图;

图6A是先有技术中一电动机的电流一时间曲线图;

图6B是先有技术中一电动机的电压一时间曲线图;

图7A是本发明中一电动机的电流一时间曲线图;

图7B是本发明中一电动机的电压一时间曲线图;

图8A是本发明中一电动机的电流一时间曲线图;

图8B是本发明中一电动机的电压一时间曲线图;

图9是本发明用于一记录系统中的电路图;

图10A是先有技术中一磁头的电流一时间曲线图;

图10B是先有技术中一磁头的电压一时间曲线图;