圧電式電源変換器
【課題】従来のキャパシタが持つ低電圧、漏電の多さ、小さい電源出力の欠点を改善できる圧電式電源変換器を提供すること。
【解決手段】本発明の圧電式電源変換器は、圧電素子を利用して従来のキャパシタに取って代わり、圧電素子は従来のキャパシタよりも更に高いキャパシタンスを含み、且つ、通電変形時に逆電圧効果を発生させ、変形後に正電圧効果を発生させることができ、これによって正電荷が生じるので、電圧効果が増大して大きい電源出力を達成することができる。
【解決手段】本発明の圧電式電源変換器は、圧電素子を利用して従来のキャパシタに取って代わり、圧電素子は従来のキャパシタよりも更に高いキャパシタンスを含み、且つ、通電変形時に逆電圧効果を発生させ、変形後に正電圧効果を発生させることができ、これによって正電荷が生じるので、電圧効果が増大して大きい電源出力を達成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電式電源変換器に関するものであって、特に、圧電素子を利用して電源出力を増大する電源変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、より多くの携帯式機器がカラーディスプレイ、立体音響、ハイパーリンクなどの先進機能を提供している。例えばＧＰＲＳ、無線ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びビデオやカメラの撮影機器である。かさばって重い従来の携帯式機器と比べて、消費者が望むものは、デザインがよく軽くて小さいだけでなく、操作が簡単で電池の使用寿命が長い製品である。
【０００３】
消費者の嗜好は回路設計のエンジニアに２つの難題もたらした。一つは、より多くの電源をシステムに供給し、より多くの電圧を発生させる必要があることであり、もう一つは、携帯式製品の電源供給器の使用スペースと電池容量を減少することである。
【０００４】
これらの技術的要求を満たすため、設計者は、高い電源効率を採用する必要がある。一般電源変換器の回路中、一般キャパシタはインダクタに直列或いは並列して共振効果をもたらす。
【０００５】
しかし、一般キャパシタのキャパシタンスは小さいため、入力電圧信号が大き過ぎると、大きな漏電が生じ、電源出力の効率も高くなく、キャパシタが耐圧性不足となり、故障モードはキャパシタを爆発させる可能性があり、容易に出火する危険性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の技術的欠点を改善するため、本発明は圧電式電源変換器を提供する。本発明の目的の一つは、簡単な圧電素子の構造を利用して一般変圧器に組み合わせることで、倍増する出力電源を提供し、大きな電源出力の効果を達成することができる圧電式電源変換器を提供することである。
【０００７】
本発明のもう一つの目的は、簡単な圧電素子の構造を利用して、一般のキャパシタの使用に取って代わり、圧電素子の漏電が少なく、耐圧性が高く、過熱による出火の危険性がなく、信頼性の高い特性を活かし、従来の電源変換器中のキャパシタが持つ、耐圧性が低く過熱による出火の危険性があるという問題を解決し、体積が小さく包装の厚みが薄いという特性を活かして市場競争力を強化することができる圧電式電源変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明は、交流−直流変換の電源変換器に応用し、一次側と二次側を備える変圧器と、一端が一次側に接続し、もう一端がパルス電圧を受信して一次側に出力する少なくとも１つの第一圧電素子と、二次側に位置し、且つ、直流電圧を外部負荷に出力して作動させる、出力端に設けた少なくとも１つの第二圧電素子と、を含む圧電式電源変換器を提供する。
【０００９】
また、本発明は、交流−交流変換の電源変換器に応用し、一次側と二次側を備える変圧器と、一端が一次側に接続し、もう一端がパルス電圧を受信して一次側に出力し、二次側から交流電圧を外部負荷に出力して作動させる少なくとも１つの第一圧電素子を含む圧電式電源変換器を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る圧電式電源変換器は、高い電源出力の効率を達成し、圧電素子の電量漏れが少なく、耐圧性が高く、過熱による出火の危険性がななくなる。このような圧電式電源変換器の信頼性の高い特性を活かし、従来の電源変換器中の、耐圧性が低く過熱による出火の危険性があるという問題を解決できるとともに、体積が小さく包装の厚みを薄くできるので市場競争力が強化される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第一実施例を示す図である。
【図２Ａ】本発明実施例が提供する圧電発振器を示す図である。
【図２Ｂ】本発明実施例が提供する圧電発振器の等価回路を示す図である。
【図２Ｃ】本発明実施例が提供する圧電キャパシタの等価回路である。
【図３】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第二実施例を示す図である。
【図４】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第三実施例を示す図である。
【図５】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第四実施例を示す図である。
【図６】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第五実施例を示す図である。
【図７】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第六実施例を示す図である。
【図８】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第七実施例を示す図である。
【図９】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第八実施例を示す図である。
【図１０Ａ】本発明実施例が提供する絶縁型圧電発振器の等価回路である。
【図１０Ｂ】本発明実施例が提供する絶縁型圧電発振器の構造断面図である。
【図１１】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第九実施例を示す図である。
【図１２】本発明をハーフブリッジ式交流−交流変換に応用する電源変換器の第十実施例を示す図である。
【図１３】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十一実施例を示す図である。
【図１４】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十二実施例を示す図である。
【図１５】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十三実施例を示す図である。
【図１６】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十四実施例を示す図である。
【図１７】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十五実施例を示す図である。
【図１８】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十六実施例を示す図である。
【図１９】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十七実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の目的、技術内容、特色、その他の効果の理解のために、以下に図面を参照しながら、具体的な実施例を挙げて詳しく説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第一実施例を示す図である。
圧電式電源変換器は、変圧器１１、少なくとも１つの第一圧電素子、及び少なくとも１つの第二圧電素子を含む。
変圧器１１は一次側１１１と二次側１１２を備える。
変圧器１１の一次側１１１を利用してインダクタとして使用し、第一圧電素子と直列して共振回路を構成する。第一圧電素子はそれ自体が有するキャパシタ特性を利用して圧電発振器１２として使用し、且つ、従来の電源変換器中のキャパシタに取って代わる。
【００１４】
本実施例中に示される圧電発振器１２は、図２Ａに示すように、圧電材質によって作製された円板形状の基材２１を含むが、もちろんその形状は正方形、長方形、或いはその他の如何なる幾何形状でもよい。
【００１５】
また、銀ペースト、銅ペースト、或いはニッケルペーストによって同様に作製された円形の導電層２２、２３は基材２１の全体或いは部分的な上表面と下表面に位置し、圧電発振器１２の両電極を構成して電流を誘導する。
【００１６】
図２Ｂによると、圧電発振器１２の等価回路は、等価回路中に等価抵抗Ｒ、等価インダクタＬ、及び力学特性と電気特性をそれぞれ別々に表示する等価キャパシタＣaとＣbを有する。
【００１７】
本実施例では、変圧器１１の一次側１１１を利用してインダクタとして使用してハーフブリッジ共振回路形成できる。圧電発振器１２は共振回路が共振する時に電気エネルギーを保存するのに用いる。
圧電発振器１２は圧電特性を有し、力率を調整して電源を出力することが可能で、通電変形時に逆圧電効果が生じ、変形後に正圧電効果が生じ、その正、逆圧電効果の転換が正電荷を生成し、電圧を増大させ、電圧増大効果を有し、大きな電源出力の効果を達成する。
【００１８】
等価回路中の等価キャパシタンスの力学特性Ｃｂ値は電気特性Ｃａ値の約３倍のキャパシタンスである。Ｃａ値とＣｂ値のキャパシタンスを相加すると、このように圧電発振器１２は高いキャパシタンス（Ｑ＝Ｃ*Ｖ）を有し、倍増する出力電源を提供し、効率エネルギー変換の効果を高めることができる。
【００１９】
第二圧電素子は二次側１１２に位置する。第二圧電素子はそれ自体の有するキャパシタ特性を利用し第一圧電キャパシタ１３として使用し、従来の電源変換器中のキャパシタに取って代わる。
【００２０】
本実施例が示す圧電キャパシタ１３に関して、図２Ｃは圧電キャパシタ１３等価回路であり、等価回路中に等価抵抗Ｒ、等価インダクタＬ、及び電気特性を表示する等価キャパシタＣaを有する。
【００２１】
一般のキャパシタと異なるのは、本実施例の圧電発振器１２と圧電キャパシタ１３の電流漏れは小さく、耐圧性は高く、過熱による出火の危険性がなく、信頼性が高く、従来の電源変換器中のキャパシタが引き起こす低い耐圧性と過熱による出火の危険性の問題を解決できるところにある。
また、圧電発振器１２と圧電キャパシタ１３の体積は小さく、包装が薄くて済むので、市場競争において極めて優勢である。
【００２２】
変圧器１１の二次側１１２の両端はそれぞれ２つの二極体Ｄ１とＤ２に接続し、二極体Ｄ１とＤ２はフィルタインダクタ１４に接続している。第二圧電素子はフィルタインダクタ１４に接続して出力フィルタ整流開路を形成する。
二極体Ｄ１とＤ２は単一方向導電の特性を有するので、方向と大きさの変換により交流電圧を直流電圧に変換することができ、整流のために用いられる。
【００２３】
一次側１１１の入力電圧が正の値の時、誘導された二次側１１２の入力電圧も正の値を示す。入力電圧が正半周期になった時、変圧器１１の二次側１１２の上端は正の値であり、下端は負の値であり、二極体Ｄ１は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ１から流出してフィルタインダクタ１４を通過して圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行する。
【００２４】
しかし、二極体Ｄ２は逆バイアスになり、開路状態と同様で電流は流れない。
入力電圧が負半周期の時、変圧器１１の二次側１１２の上端は負であり、下端は正であり、二極体Ｄ１は逆バイアスであり、電流は流れず、二極体Ｄ２は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ２から流出してフィルタインダクタ１４を通過して圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行する。
これにより、圧電キャパシタ１３は、直流電圧を外部負荷に出力して作動させるのに用いられる。
【００２５】
図１と図３を参照する。図３は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第二実施例を示す図であり、図１の実施例とほぼ同じなので同じ部分は説明を省略する。
【００２６】
異なる部分は、２つの第一圧電素子を備えていて、それら自体が有するキャパシタ特性を利用して第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２として使用し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置し、変圧器１１の一次側をインダクタとして使用してフルブリッジ共振回路を形成し、圧電発振器３１、３２はそれぞれ一次側１１１の両端に接続し、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はパルス電圧を受信することである。
【００２７】
共振回路が共振するとき、圧電効果が生じキャパシタンスが増加して一次側１１１に出力され、１つの圧電発振器を使用するよりも電源の出力を高めることができる。
【００２８】
図３と図４を参照する。図４は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第三実施例を示す図であり、図３の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００２９】
異なる部分は、変圧器１１は少なくとも１つのセンタータップ４１を備え、且つ、二次側１１２の中間に位置し、センタータップ４１から両端のまでの電圧は等しいことである。
【００３０】
出力電圧が正半周期の時、二極体Ｄ１は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ１から流出してフィルタインダクタ１４を通過し圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行し、センタータップ４１に戻る。
【００３１】
しかし、二極体Ｄ２は逆バイアスであり、開路状態と同様で、電流が流れない。入力電圧が負半周期の時、二極体Ｄ１は逆バイアスであり、電流は流れることができず、二極体Ｄ２は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ２から流出し、フィルタインダクタ１４を通過して圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行し、センタータップ４１に戻る。
【００３２】
このように、圧電キャパシタ１３では、正半周期時と同様、電圧低下の極性が生じる。即ち、圧電キャパシタ１３を通過した電流は全て同一方向であり、圧電キャパシタ１３は直流電圧を外部負荷に出力して作動させる。
【００３３】
図４と図５を参照する。図５は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第四実施例を示す図である。図４の実施例とほぼ同じなので、同じ部分は説明を省略する。
【００３４】
異なる部分は、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を含み、それらはそれぞれ第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２に対応して直列しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
【００３５】
第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はそれぞれ第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を通してパルス電圧を受信し、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２はエネルギー蓄積効果を有しているので、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２は更に高い電圧を提供できる。
【００３６】
共振回路が共振する時、圧電効果が生じることでキャパシタンスが増加して一次側１１１への出力が可能なので、外部負荷のより大きな電源出力の提供に用いられる。
また、変圧器１１はセンタータップを備えない設計も可能で、図６は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第五実施例を示す図である。
変圧器１１の二次側１１２の両端はそれぞれ２つの二極体Ｄ１、Ｄ２に接続し、交流電圧を直流電圧に変換するのに用いられる。圧電キャパシタ１３は直流電圧を外部負荷に出力して作動させる。
【００３７】
図５と図７を参照する。図７は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第六実施例を示す図である。図５の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００３８】
異なる部分は、1つの共振インダクタ５１を使用して１つの圧電発振器３１に直列接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
共振回路が共振するとき、圧電効果が生じることでキャパシタンスが増加して一次側１１１への出力が可能なので、外部負荷のより小さい電源出力の提供に用いられる。
【００３９】
また、変圧器はセンタータップを備えない設計も可能で、図８は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第七実施例を示す図である。変圧器１１の二次側１１２の両端はそれぞれ２つの二極体Ｄ１、Ｄ２に接続し、交流電圧を直流電圧に変換するのに用いられ、圧電キャパシタ１３は直流電圧を外部負荷に出力して作動させる。
【００４０】
図６と図９を参照する。図９は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第八実施例を示す図である。図６とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００４１】
異なる部分は、図６の第一発振器３１と第二発振器３２を合わせて１つの絶縁型圧電発振器９１として代替使用することである。これを例にとると、もちろん、絶縁型圧電発振器９１は需要に合わせて更に多くの圧電発振器を合わせて使用することができる。
【００４２】
図１０Ａは、絶縁型圧電発振器９１の等価回路であり、図２Ｂが示す２つの等価回路を合わせたものである。このように、第一入力端９１１、第二入力端９１２と第一出力端９１３、第二出力端９１４を作り出すことができる。
【００４３】
図１０Ｂは絶縁型圧電発振器９１の構造断面図であり、基材９２、少なくとも１つの第一上電極９３、少なくとも１つの第一下電極９４、少なくとも１つの第二上電極９５、及び少なくとも１つの第二下電極９６を含む。
【００４４】
基材９２はセラミック材料で構成されており、上表面と下表面を備え、第一上電極９３は基材９２の上表面に設置し、第一下電極９４は基材９２の下表面に設置し、第一上電極９３と対称で、第一入力端９１１がパルス電圧受信して第一上電極９３に送り、内部圧電効果を経てキャパシタンスが増加し、第一下電極９４から出力し、それは第一出力端９１３となる。
【００４５】
一方、第二入力端９１２によって受信したパルス電圧が基材９２の上表面に設置された第二上電極９５に送られ、第二下電極９６は基材９２の下表面に設置され、第二上電極９５と対称で、第二上電極９５はパルス電圧を受信し内部圧電効果を経てキャパシタンスは増加し、第二下電極９６から出力し、それは第二出力端９１４となる。
【００４６】
第一上、下電極９３、９４の間の基材と第二上、下電極９５、９６の間の基材はそれぞれ交流電圧を通して分極し、分極後は正負極性を有する。
中間の分極していない部分はセラミック材料の特性を保持するため極性を有さず、交流電圧が通過する時、絶縁状態になる。
【００４７】
更に、本実施例は、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２をそれぞれ絶縁型圧電発振器９１の第一入力端９１１と第二入力端９１２に接続し、フルブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置する。
共振回路が共振する時、絶縁型圧電発振器９１の第一入力端９１１と第二入力端９１２はそれぞれ第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２に接続し、圧電効果が生じてキャパシタンスが増加し、絶縁型圧電発振器９１の第一出力端９１３、第二出力端９１４は一次側１１１の両端に接続し、一次側１１１は圧電変換後の高い交流電圧を有し、外部負荷のより大ききな電源出力の提供に用いられる。
【００４８】
また、図１１は、本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第九実施例を示す図であり、第一共振インダクタ５１を利用して絶縁型圧電発振器９１に接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置する。
共振回路が共振する時、絶縁型発振器９１は圧電効果を生じさせキャパシタンスが増加し一次側１１１に出力することができ、外部負荷のより小さな電源出力の提供に用いられる。
【００４９】
上述した実施例からわかるように、これらの実施例では全て１つの外部負荷への電圧出力により作動するが、入力する電圧信号が更に大きい場合は、２つ以上の出力を設計することができる。言い換えると、２つ以上のセンタータップと２つ以上のフィルター整流回路を組み合わせる必要があり、それにより２つ以上の外部負荷への電圧を出力を提供して作動させる。
【００５０】
図１２は、本発明をハーフブリッジ式交流−交流変換に応用する電源変換器の第十実施例を示す図である。図１と異なるのは、本実施例は交流−交流変換の電源変換器に応用することであり、図１の実施例は交流−直流変換の電源変換器であるので、変圧器１１の二次側１１２はフィルター整流回路を出力して交流電圧を直流電圧に変換する動作が必要ない。
【００５１】
交流−交流変換の電源変換器は変圧器１１及び少なくとも１つの第一圧電素子を含む。
変圧器１１は一次側１１１と二次側１１２を備える。変圧器１１の一次側をインダクタとして使用し、第一圧電素子と接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、第一圧電素子はそれ自体の有するキャパシタ特性を利用して第一圧電発振器１２として使用し、且つ、従来の電源変換器中のキャパシタに代替して使用される。
【００５２】
本実施例が示す圧電発振器１２の構造と等価回路はそれぞれ図２Ａと図２Ｂに示す。
本実施例は変圧器１１の一次側１１１をインダクタとして使用しハーフブリッジ共振回路を形成し、共振回路が共振する時、圧電発振器１２は電気エネルギーを保存するのに用いられる。圧電発振器１２は圧電特性を有し、力率を調整して電源を出力することが可能で、通電変形時に逆圧電効果が生じ、変形後に正圧電効果が生じ、その正、逆圧電効果の変換が正電荷を生成し、電圧を増大させるので電圧増大の効果を有し、大きな電源出力の効果を達成する。
【００５３】
等価回路中の等価キャパシタンスの力学特性Ｃｂ値は電気特性Ｃａ値の約３倍のキャパシタンスであり、Ｃａ値とＣｂ値のキャパシタンスを相加すると、このように圧電発振器１２は高いキャパシタンス（Ｑ＝Ｃ*Ｖ）を有し、倍増する電源出力を提供し、効率エネルギー変換の効果を高めることができる。
【００５４】
図１２と図１３を参照する。図１３は、本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十一実施例を示す図である。図１２の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００５５】
異なる部分は、２つの圧電素子を備え、それら自体の有するキャパシタ特性を利用して第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２として使用し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置し、変圧器１１の一次側をインダクタとして使用してフルブリッジ共振回路を形成し、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はそれぞれ一次側１１１の両端に接続し、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はパルス電圧を受信することである。
共振回路が共振する時、圧電効果が生じてキャパシタンス値が増加し一次側１１１に出力し、１つの圧電発振器を使用するよりも出原の出力を高めることができる。
【００５６】
図１３と図１４を参照する。図１４は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十二実施例を示す図である。図１３の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００５７】
異なる部分は、変圧器１１は少なくとも１つのセンタータップ４１を備えていることである。センタータップ４１は二次側１１２の中間に位置し、センタータップ４１から両端までの電圧は等しく、２組の出力電圧を有し、外部負荷のより大きい電源出力を提供するのに用いられる。
【００５８】
また、図１５は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十三実施例を示す図である。変圧器１１は少なくとも１つのセンタータップ４１を備える。センタータップ４１は二次側１１２の中間に位置し、センタータップ４１から両端までの電圧は等しく、２組の出力電圧を有し、外部負荷のより小さい電源出力を提供するのに用いられる。
【００５９】
図１４と図１６を参照する。図１６は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十四実施例を示す図である。図１４の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００６０】
異なる部分は、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を含み、それらは第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２にそれぞれ対応して直列しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
【００６１】
第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はそれぞれ第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を通してパルス電圧を受信し、２つの共振インダクタ５１、５２はエネルギーを蓄積する効果を有するので、２つの圧電発振器３１、３２により高い電圧を提供できる。
共振回路が共振する時、圧電効果が生じてキャパシタンス値が増加して一次側１１１に出力し、外部負荷のより大きな電源出力を提供するのに用いられる。
【００６２】
また、変圧器１１はセンタータップを備えない設計も可能で、図１７は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十五実施例を示す図である。変圧器１１の一次側１１１は二次側１１２を誘導し、二次側１１２から交流電圧を出力して、外部負荷のより小さい電源出力を提供するのに用いられる。
【００６３】
図１５と図１８を参照する。図１８は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十六実施例を示す図であり、図１５の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００６４】
異なる部分は、１つの第一共振インダクタ５１を使用して１つの第一圧電素発振器３１に直列接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
共振回路が共振する時、圧電効果が生じてキャパシタンス値が増加して一次側１１１に出力し、外部負荷のより小さな電源出力を提供するのに用いられる。
【００６５】
また、変圧器１１はセンタータップを備えない設計も可能で、図１９は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十七実施例を示す図である。変圧器１１の一次側１１１は二次側１１２を誘導し、二次側１１２から交流電圧を出力して、外部負荷のより小さい電源出力を提供するのに用いられる。
【００６６】
上述した実施例からわかるように、これらの実施例では全て１つの外部負荷への電圧出力により作動するが、入力する電圧信号が更に大きい場合は、２つ以上の出力を設計することができる。言い換えると、２つ以上のセンタータップを組み合わせる必要があり、それにより２つ以上の外部負荷への電圧を出力を提供して作動させる。
【００６７】
上述した実施例の記載は本発明の技術的思想と利点を説明するためのものであり、その目的は当業者が本発明の内容と実施根拠を理解することにある。本発明を限定的に解釈するためのものではなく、本発明の示す精神に基づいて適宜加えた変更や置換等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１１ 変圧器
１１１ 一次側
１１２ 二次側
１２ 圧電発振器
１３ 圧電キャパシタ
１４ フィルタインダクタ
２１ 基材
２２ 導電層
２３ 導電層
３１ 第一圧電発振器
３２ 第二圧電発振器
４１ センタータップ
５１ 第一共振インダクタ
５２ 第二共振インダクタ
９１ 絶縁型圧電発振器
９１１ 第一入力端
９１２ 第二入力端
９１３ 第一出力端
９１４ 第二出力端
９２ 基材
９３ 第一上電極
９４ 第一下電極
９５ 第二上電極
９６ 第二下電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電式電源変換器に関するものであって、特に、圧電素子を利用して電源出力を増大する電源変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、より多くの携帯式機器がカラーディスプレイ、立体音響、ハイパーリンクなどの先進機能を提供している。例えばＧＰＲＳ、無線ネットワーク、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）及びビデオやカメラの撮影機器である。かさばって重い従来の携帯式機器と比べて、消費者が望むものは、デザインがよく軽くて小さいだけでなく、操作が簡単で電池の使用寿命が長い製品である。
【０００３】
消費者の嗜好は回路設計のエンジニアに２つの難題もたらした。一つは、より多くの電源をシステムに供給し、より多くの電圧を発生させる必要があることであり、もう一つは、携帯式製品の電源供給器の使用スペースと電池容量を減少することである。
【０００４】
これらの技術的要求を満たすため、設計者は、高い電源効率を採用する必要がある。一般電源変換器の回路中、一般キャパシタはインダクタに直列或いは並列して共振効果をもたらす。
【０００５】
しかし、一般キャパシタのキャパシタンスは小さいため、入力電圧信号が大き過ぎると、大きな漏電が生じ、電源出力の効率も高くなく、キャパシタが耐圧性不足となり、故障モードはキャパシタを爆発させる可能性があり、容易に出火する危険性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来の技術的欠点を改善するため、本発明は圧電式電源変換器を提供する。本発明の目的の一つは、簡単な圧電素子の構造を利用して一般変圧器に組み合わせることで、倍増する出力電源を提供し、大きな電源出力の効果を達成することができる圧電式電源変換器を提供することである。
【０００７】
本発明のもう一つの目的は、簡単な圧電素子の構造を利用して、一般のキャパシタの使用に取って代わり、圧電素子の漏電が少なく、耐圧性が高く、過熱による出火の危険性がなく、信頼性の高い特性を活かし、従来の電源変換器中のキャパシタが持つ、耐圧性が低く過熱による出火の危険性があるという問題を解決し、体積が小さく包装の厚みが薄いという特性を活かして市場競争力を強化することができる圧電式電源変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明は、交流−直流変換の電源変換器に応用し、一次側と二次側を備える変圧器と、一端が一次側に接続し、もう一端がパルス電圧を受信して一次側に出力する少なくとも１つの第一圧電素子と、二次側に位置し、且つ、直流電圧を外部負荷に出力して作動させる、出力端に設けた少なくとも１つの第二圧電素子と、を含む圧電式電源変換器を提供する。
【０００９】
また、本発明は、交流−交流変換の電源変換器に応用し、一次側と二次側を備える変圧器と、一端が一次側に接続し、もう一端がパルス電圧を受信して一次側に出力し、二次側から交流電圧を外部負荷に出力して作動させる少なくとも１つの第一圧電素子を含む圧電式電源変換器を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る圧電式電源変換器は、高い電源出力の効率を達成し、圧電素子の電量漏れが少なく、耐圧性が高く、過熱による出火の危険性がななくなる。このような圧電式電源変換器の信頼性の高い特性を活かし、従来の電源変換器中の、耐圧性が低く過熱による出火の危険性があるという問題を解決できるとともに、体積が小さく包装の厚みを薄くできるので市場競争力が強化される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第一実施例を示す図である。
【図２Ａ】本発明実施例が提供する圧電発振器を示す図である。
【図２Ｂ】本発明実施例が提供する圧電発振器の等価回路を示す図である。
【図２Ｃ】本発明実施例が提供する圧電キャパシタの等価回路である。
【図３】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第二実施例を示す図である。
【図４】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第三実施例を示す図である。
【図５】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第四実施例を示す図である。
【図６】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第五実施例を示す図である。
【図７】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第六実施例を示す図である。
【図８】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第七実施例を示す図である。
【図９】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第八実施例を示す図である。
【図１０Ａ】本発明実施例が提供する絶縁型圧電発振器の等価回路である。
【図１０Ｂ】本発明実施例が提供する絶縁型圧電発振器の構造断面図である。
【図１１】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第九実施例を示す図である。
【図１２】本発明をハーフブリッジ式交流−交流変換に応用する電源変換器の第十実施例を示す図である。
【図１３】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十一実施例を示す図である。
【図１４】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十二実施例を示す図である。
【図１５】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十三実施例を示す図である。
【図１６】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十四実施例を示す図である。
【図１７】本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十五実施例を示す図である。
【図１８】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十六実施例を示す図である。
【図１９】本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十七実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の目的、技術内容、特色、その他の効果の理解のために、以下に図面を参照しながら、具体的な実施例を挙げて詳しく説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第一実施例を示す図である。
圧電式電源変換器は、変圧器１１、少なくとも１つの第一圧電素子、及び少なくとも１つの第二圧電素子を含む。
変圧器１１は一次側１１１と二次側１１２を備える。
変圧器１１の一次側１１１を利用してインダクタとして使用し、第一圧電素子と直列して共振回路を構成する。第一圧電素子はそれ自体が有するキャパシタ特性を利用して圧電発振器１２として使用し、且つ、従来の電源変換器中のキャパシタに取って代わる。
【００１４】
本実施例中に示される圧電発振器１２は、図２Ａに示すように、圧電材質によって作製された円板形状の基材２１を含むが、もちろんその形状は正方形、長方形、或いはその他の如何なる幾何形状でもよい。
【００１５】
また、銀ペースト、銅ペースト、或いはニッケルペーストによって同様に作製された円形の導電層２２、２３は基材２１の全体或いは部分的な上表面と下表面に位置し、圧電発振器１２の両電極を構成して電流を誘導する。
【００１６】
図２Ｂによると、圧電発振器１２の等価回路は、等価回路中に等価抵抗Ｒ、等価インダクタＬ、及び力学特性と電気特性をそれぞれ別々に表示する等価キャパシタＣaとＣbを有する。
【００１７】
本実施例では、変圧器１１の一次側１１１を利用してインダクタとして使用してハーフブリッジ共振回路形成できる。圧電発振器１２は共振回路が共振する時に電気エネルギーを保存するのに用いる。
圧電発振器１２は圧電特性を有し、力率を調整して電源を出力することが可能で、通電変形時に逆圧電効果が生じ、変形後に正圧電効果が生じ、その正、逆圧電効果の転換が正電荷を生成し、電圧を増大させ、電圧増大効果を有し、大きな電源出力の効果を達成する。
【００１８】
等価回路中の等価キャパシタンスの力学特性Ｃｂ値は電気特性Ｃａ値の約３倍のキャパシタンスである。Ｃａ値とＣｂ値のキャパシタンスを相加すると、このように圧電発振器１２は高いキャパシタンス（Ｑ＝Ｃ*Ｖ）を有し、倍増する出力電源を提供し、効率エネルギー変換の効果を高めることができる。
【００１９】
第二圧電素子は二次側１１２に位置する。第二圧電素子はそれ自体の有するキャパシタ特性を利用し第一圧電キャパシタ１３として使用し、従来の電源変換器中のキャパシタに取って代わる。
【００２０】
本実施例が示す圧電キャパシタ１３に関して、図２Ｃは圧電キャパシタ１３等価回路であり、等価回路中に等価抵抗Ｒ、等価インダクタＬ、及び電気特性を表示する等価キャパシタＣaを有する。
【００２１】
一般のキャパシタと異なるのは、本実施例の圧電発振器１２と圧電キャパシタ１３の電流漏れは小さく、耐圧性は高く、過熱による出火の危険性がなく、信頼性が高く、従来の電源変換器中のキャパシタが引き起こす低い耐圧性と過熱による出火の危険性の問題を解決できるところにある。
また、圧電発振器１２と圧電キャパシタ１３の体積は小さく、包装が薄くて済むので、市場競争において極めて優勢である。
【００２２】
変圧器１１の二次側１１２の両端はそれぞれ２つの二極体Ｄ１とＤ２に接続し、二極体Ｄ１とＤ２はフィルタインダクタ１４に接続している。第二圧電素子はフィルタインダクタ１４に接続して出力フィルタ整流開路を形成する。
二極体Ｄ１とＤ２は単一方向導電の特性を有するので、方向と大きさの変換により交流電圧を直流電圧に変換することができ、整流のために用いられる。
【００２３】
一次側１１１の入力電圧が正の値の時、誘導された二次側１１２の入力電圧も正の値を示す。入力電圧が正半周期になった時、変圧器１１の二次側１１２の上端は正の値であり、下端は負の値であり、二極体Ｄ１は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ１から流出してフィルタインダクタ１４を通過して圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行する。
【００２４】
しかし、二極体Ｄ２は逆バイアスになり、開路状態と同様で電流は流れない。
入力電圧が負半周期の時、変圧器１１の二次側１１２の上端は負であり、下端は正であり、二極体Ｄ１は逆バイアスであり、電流は流れず、二極体Ｄ２は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ２から流出してフィルタインダクタ１４を通過して圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行する。
これにより、圧電キャパシタ１３は、直流電圧を外部負荷に出力して作動させるのに用いられる。
【００２５】
図１と図３を参照する。図３は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第二実施例を示す図であり、図１の実施例とほぼ同じなので同じ部分は説明を省略する。
【００２６】
異なる部分は、２つの第一圧電素子を備えていて、それら自体が有するキャパシタ特性を利用して第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２として使用し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置し、変圧器１１の一次側をインダクタとして使用してフルブリッジ共振回路を形成し、圧電発振器３１、３２はそれぞれ一次側１１１の両端に接続し、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はパルス電圧を受信することである。
【００２７】
共振回路が共振するとき、圧電効果が生じキャパシタンスが増加して一次側１１１に出力され、１つの圧電発振器を使用するよりも電源の出力を高めることができる。
【００２８】
図３と図４を参照する。図４は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第三実施例を示す図であり、図３の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００２９】
異なる部分は、変圧器１１は少なくとも１つのセンタータップ４１を備え、且つ、二次側１１２の中間に位置し、センタータップ４１から両端のまでの電圧は等しいことである。
【００３０】
出力電圧が正半周期の時、二極体Ｄ１は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ１から流出してフィルタインダクタ１４を通過し圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行し、センタータップ４１に戻る。
【００３１】
しかし、二極体Ｄ２は逆バイアスであり、開路状態と同様で、電流が流れない。入力電圧が負半周期の時、二極体Ｄ１は逆バイアスであり、電流は流れることができず、二極体Ｄ２は順方向バイアスであり、電流は二極体Ｄ２から流出し、フィルタインダクタ１４を通過して圧電キャパシタ１３に送られ充電を実行し、センタータップ４１に戻る。
【００３２】
このように、圧電キャパシタ１３では、正半周期時と同様、電圧低下の極性が生じる。即ち、圧電キャパシタ１３を通過した電流は全て同一方向であり、圧電キャパシタ１３は直流電圧を外部負荷に出力して作動させる。
【００３３】
図４と図５を参照する。図５は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第四実施例を示す図である。図４の実施例とほぼ同じなので、同じ部分は説明を省略する。
【００３４】
異なる部分は、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を含み、それらはそれぞれ第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２に対応して直列しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
【００３５】
第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はそれぞれ第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を通してパルス電圧を受信し、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２はエネルギー蓄積効果を有しているので、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２は更に高い電圧を提供できる。
【００３６】
共振回路が共振する時、圧電効果が生じることでキャパシタンスが増加して一次側１１１への出力が可能なので、外部負荷のより大きな電源出力の提供に用いられる。
また、変圧器１１はセンタータップを備えない設計も可能で、図６は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第五実施例を示す図である。
変圧器１１の二次側１１２の両端はそれぞれ２つの二極体Ｄ１、Ｄ２に接続し、交流電圧を直流電圧に変換するのに用いられる。圧電キャパシタ１３は直流電圧を外部負荷に出力して作動させる。
【００３７】
図５と図７を参照する。図７は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第六実施例を示す図である。図５の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００３８】
異なる部分は、1つの共振インダクタ５１を使用して１つの圧電発振器３１に直列接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
共振回路が共振するとき、圧電効果が生じることでキャパシタンスが増加して一次側１１１への出力が可能なので、外部負荷のより小さい電源出力の提供に用いられる。
【００３９】
また、変圧器はセンタータップを備えない設計も可能で、図８は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第七実施例を示す図である。変圧器１１の二次側１１２の両端はそれぞれ２つの二極体Ｄ１、Ｄ２に接続し、交流電圧を直流電圧に変換するのに用いられ、圧電キャパシタ１３は直流電圧を外部負荷に出力して作動させる。
【００４０】
図６と図９を参照する。図９は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第八実施例を示す図である。図６とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００４１】
異なる部分は、図６の第一発振器３１と第二発振器３２を合わせて１つの絶縁型圧電発振器９１として代替使用することである。これを例にとると、もちろん、絶縁型圧電発振器９１は需要に合わせて更に多くの圧電発振器を合わせて使用することができる。
【００４２】
図１０Ａは、絶縁型圧電発振器９１の等価回路であり、図２Ｂが示す２つの等価回路を合わせたものである。このように、第一入力端９１１、第二入力端９１２と第一出力端９１３、第二出力端９１４を作り出すことができる。
【００４３】
図１０Ｂは絶縁型圧電発振器９１の構造断面図であり、基材９２、少なくとも１つの第一上電極９３、少なくとも１つの第一下電極９４、少なくとも１つの第二上電極９５、及び少なくとも１つの第二下電極９６を含む。
【００４４】
基材９２はセラミック材料で構成されており、上表面と下表面を備え、第一上電極９３は基材９２の上表面に設置し、第一下電極９４は基材９２の下表面に設置し、第一上電極９３と対称で、第一入力端９１１がパルス電圧受信して第一上電極９３に送り、内部圧電効果を経てキャパシタンスが増加し、第一下電極９４から出力し、それは第一出力端９１３となる。
【００４５】
一方、第二入力端９１２によって受信したパルス電圧が基材９２の上表面に設置された第二上電極９５に送られ、第二下電極９６は基材９２の下表面に設置され、第二上電極９５と対称で、第二上電極９５はパルス電圧を受信し内部圧電効果を経てキャパシタンスは増加し、第二下電極９６から出力し、それは第二出力端９１４となる。
【００４６】
第一上、下電極９３、９４の間の基材と第二上、下電極９５、９６の間の基材はそれぞれ交流電圧を通して分極し、分極後は正負極性を有する。
中間の分極していない部分はセラミック材料の特性を保持するため極性を有さず、交流電圧が通過する時、絶縁状態になる。
【００４７】
更に、本実施例は、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２をそれぞれ絶縁型圧電発振器９１の第一入力端９１１と第二入力端９１２に接続し、フルブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置する。
共振回路が共振する時、絶縁型圧電発振器９１の第一入力端９１１と第二入力端９１２はそれぞれ第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２に接続し、圧電効果が生じてキャパシタンスが増加し、絶縁型圧電発振器９１の第一出力端９１３、第二出力端９１４は一次側１１１の両端に接続し、一次側１１１は圧電変換後の高い交流電圧を有し、外部負荷のより大ききな電源出力の提供に用いられる。
【００４８】
また、図１１は、本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第九実施例を示す図であり、第一共振インダクタ５１を利用して絶縁型圧電発振器９１に接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置する。
共振回路が共振する時、絶縁型発振器９１は圧電効果を生じさせキャパシタンスが増加し一次側１１１に出力することができ、外部負荷のより小さな電源出力の提供に用いられる。
【００４９】
上述した実施例からわかるように、これらの実施例では全て１つの外部負荷への電圧出力により作動するが、入力する電圧信号が更に大きい場合は、２つ以上の出力を設計することができる。言い換えると、２つ以上のセンタータップと２つ以上のフィルター整流回路を組み合わせる必要があり、それにより２つ以上の外部負荷への電圧を出力を提供して作動させる。
【００５０】
図１２は、本発明をハーフブリッジ式交流−交流変換に応用する電源変換器の第十実施例を示す図である。図１と異なるのは、本実施例は交流−交流変換の電源変換器に応用することであり、図１の実施例は交流−直流変換の電源変換器であるので、変圧器１１の二次側１１２はフィルター整流回路を出力して交流電圧を直流電圧に変換する動作が必要ない。
【００５１】
交流−交流変換の電源変換器は変圧器１１及び少なくとも１つの第一圧電素子を含む。
変圧器１１は一次側１１１と二次側１１２を備える。変圧器１１の一次側をインダクタとして使用し、第一圧電素子と接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、第一圧電素子はそれ自体の有するキャパシタ特性を利用して第一圧電発振器１２として使用し、且つ、従来の電源変換器中のキャパシタに代替して使用される。
【００５２】
本実施例が示す圧電発振器１２の構造と等価回路はそれぞれ図２Ａと図２Ｂに示す。
本実施例は変圧器１１の一次側１１１をインダクタとして使用しハーフブリッジ共振回路を形成し、共振回路が共振する時、圧電発振器１２は電気エネルギーを保存するのに用いられる。圧電発振器１２は圧電特性を有し、力率を調整して電源を出力することが可能で、通電変形時に逆圧電効果が生じ、変形後に正圧電効果が生じ、その正、逆圧電効果の変換が正電荷を生成し、電圧を増大させるので電圧増大の効果を有し、大きな電源出力の効果を達成する。
【００５３】
等価回路中の等価キャパシタンスの力学特性Ｃｂ値は電気特性Ｃａ値の約３倍のキャパシタンスであり、Ｃａ値とＣｂ値のキャパシタンスを相加すると、このように圧電発振器１２は高いキャパシタンス（Ｑ＝Ｃ*Ｖ）を有し、倍増する電源出力を提供し、効率エネルギー変換の効果を高めることができる。
【００５４】
図１２と図１３を参照する。図１３は、本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十一実施例を示す図である。図１２の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００５５】
異なる部分は、２つの圧電素子を備え、それら自体の有するキャパシタ特性を利用して第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２として使用し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置し、変圧器１１の一次側をインダクタとして使用してフルブリッジ共振回路を形成し、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はそれぞれ一次側１１１の両端に接続し、第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はパルス電圧を受信することである。
共振回路が共振する時、圧電効果が生じてキャパシタンス値が増加し一次側１１１に出力し、１つの圧電発振器を使用するよりも出原の出力を高めることができる。
【００５６】
図１３と図１４を参照する。図１４は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十二実施例を示す図である。図１３の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００５７】
異なる部分は、変圧器１１は少なくとも１つのセンタータップ４１を備えていることである。センタータップ４１は二次側１１２の中間に位置し、センタータップ４１から両端までの電圧は等しく、２組の出力電圧を有し、外部負荷のより大きい電源出力を提供するのに用いられる。
【００５８】
また、図１５は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十三実施例を示す図である。変圧器１１は少なくとも１つのセンタータップ４１を備える。センタータップ４１は二次側１１２の中間に位置し、センタータップ４１から両端までの電圧は等しく、２組の出力電圧を有し、外部負荷のより小さい電源出力を提供するのに用いられる。
【００５９】
図１４と図１６を参照する。図１６は本発明をフルブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十四実施例を示す図である。図１４の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００６０】
異なる部分は、第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を含み、それらは第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２にそれぞれ対応して直列しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
【００６１】
第一圧電発振器３１と第二圧電発振器３２はそれぞれ第一共振インダクタ５１と第二共振インダクタ５２を通してパルス電圧を受信し、２つの共振インダクタ５１、５２はエネルギーを蓄積する効果を有するので、２つの圧電発振器３１、３２により高い電圧を提供できる。
共振回路が共振する時、圧電効果が生じてキャパシタンス値が増加して一次側１１１に出力し、外部負荷のより大きな電源出力を提供するのに用いられる。
【００６２】
また、変圧器１１はセンタータップを備えない設計も可能で、図１７は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十五実施例を示す図である。変圧器１１の一次側１１１は二次側１１２を誘導し、二次側１１２から交流電圧を出力して、外部負荷のより小さい電源出力を提供するのに用いられる。
【００６３】
図１５と図１８を参照する。図１８は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十六実施例を示す図であり、図１５の実施例とほぼ同じなので、同じ部分の説明は省略する。
【００６４】
異なる部分は、１つの第一共振インダクタ５１を使用して１つの第一圧電素発振器３１に直列接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、変圧器１１の一次側１１１に位置することである。
共振回路が共振する時、圧電効果が生じてキャパシタンス値が増加して一次側１１１に出力し、外部負荷のより小さな電源出力を提供するのに用いられる。
【００６５】
また、変圧器１１はセンタータップを備えない設計も可能で、図１９は本発明をハーフブリッジ入力に応用する圧電式電源変換器の第十七実施例を示す図である。変圧器１１の一次側１１１は二次側１１２を誘導し、二次側１１２から交流電圧を出力して、外部負荷のより小さい電源出力を提供するのに用いられる。
【００６６】
上述した実施例からわかるように、これらの実施例では全て１つの外部負荷への電圧出力により作動するが、入力する電圧信号が更に大きい場合は、２つ以上の出力を設計することができる。言い換えると、２つ以上のセンタータップを組み合わせる必要があり、それにより２つ以上の外部負荷への電圧を出力を提供して作動させる。
【００６７】
上述した実施例の記載は本発明の技術的思想と利点を説明するためのものであり、その目的は当業者が本発明の内容と実施根拠を理解することにある。本発明を限定的に解釈するためのものではなく、本発明の示す精神に基づいて適宜加えた変更や置換等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１１ 変圧器
１１１ 一次側
１１２ 二次側
１２ 圧電発振器
１３ 圧電キャパシタ
１４ フィルタインダクタ
２１ 基材
２２ 導電層
２３ 導電層
３１ 第一圧電発振器
３２ 第二圧電発振器
４１ センタータップ
５１ 第一共振インダクタ
５２ 第二共振インダクタ
９１ 絶縁型圧電発振器
９１１ 第一入力端
９１２ 第二入力端
９１３ 第一出力端
９１４ 第二出力端
９２ 基材
９３ 第一上電極
９４ 第一下電極
９５ 第二上電極
９６ 第二下電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側と二次側を備えた変圧器と、
一端が前記一次側に接続し、もう一端がパルス電圧を受信し前記一次側に出力する、少なくとも１つの第一圧電素子と、
前記二次側に位置し、且つ、直流電圧を外部負荷に出力して作動させる、少なくとも１つの第二圧電素子と、
を含むことを特徴とする圧電式電源変換器。
【請求項２】
前記第二圧電素子が圧電キャパシタであることを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項３】
前記第一圧電素子が圧電発振器であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項４】
前記圧電発振器は、基材及び２つの導電層を含み、前記基材は上表面と下表面を備え、前記２つの導電層は前記上表面と下表面にそれぞれ形成され、前記圧電発振器の両極を構成することを特徴とする、請求項３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項５】
前記基材の形状は円形、正方形、或いは長方形であることを特徴とする、請求項４に記載の圧電式電源変換器。
【請求項６】
前記第一圧電素子は絶縁型圧電発振器であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項７】
前記絶縁型圧電発振器は、基材、少なくとも１つの第一上電極、少なくとも１つの第一下電極、少なくとも１つの第二上電極、及び少なくとも１つの第二下電極を含み、前記基材はセラミック材料で構成されており、上表面と下表面を備え、前記第一上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第一下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第一上電極と対称で、前記第二上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第二下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第二上電極と対称で、前記第一上、下電極の間の基材と前記第二上、下電極の間の基材はそれぞれ前記パルス電圧を通して分極し、中間に周波数の入力電圧が無い時、中間の分極していない部分は絶縁状態になることを特徴とする、請求項６に記載の圧電式電源変換器。
【請求項８】
更に共振インダクタを含み、それが前記第一圧電素子に直列接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項９】
更に２つの共振インダクタを含み、それらが２つの前記第一圧電素子前記第一圧電素子に対応して直列接続しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項８に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１０】
前記フルブリッジ共振回路は前記２つの共振インダクタと前記第一圧電素子を含み、且つ、前記２つの共振インダクタはそれぞれ前記第一圧電素子に直列接続すること特徴とする、請求項９に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１１】
更に２つの二極体とフィルタインダクタを含み、前記フィルタインダクタの一端は前記２つの二極体に接続し、もう一端は前記第二圧電素子に接続してフィルタ整流回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記二次側に位置すること特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１２】
前記変圧器は少なくとも１つのセンタータップを備え、前記二次側の中間に位置して両端の電圧を等しくしすること特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１３】
交流−交流変換の変換器に応用し、一次側と二次側を備える変圧器と、
一端は前記一次側に接続し、もう一端はパルス電圧を受信し前記一次側に出力し、前記二次側から交流電圧を外部負荷に出力して作動する、少なくとも１つの第一圧電素子を含むこと特徴とする、圧電式電源変換器。
【請求項１４】
前記第一圧電素子が圧電発振器であること特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１５】
前記圧電発振器は、基材及び２つの導電層を含み、前記基材は上表面と下表面を備え、前記２つの導電層は前記上表面と下表面にそれぞれ形成され、前記圧電発振器の両電極を構成することを特徴とする、請求項１４に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１６】
前記基材の形状は円形、正方形、長方形、或いはその他の幾何形状であることを特徴とする、請求項１５に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１７】
前記第一圧電素子は絶縁型圧電発振器であることを特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１８】
前記絶縁型圧電発振器は、基材、少なくとも１つの第一上電極、少なくとも１つの第一下電極、少なくとも１つの第二上電極、及び少なくとも１つの第二下電極を含み、前記基材はセラミック材料で構成されており、上表面と下表面を備え、前記第一上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第一下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第一上電極と対称で、前記第二上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第二下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第二上電極と対称で、前記第一上、下電極の間の基材と前記第二上、下電極の間の基材はそれぞれ前記パルス電圧を通して分極し、中間に周波数の入力電圧が無い時、中間の分極していない部分は絶縁状態になることを特徴とする、請求項１７に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１９】
更に共振インダクタを含み、それが前記第一圧電素子に接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項２０】
更に２つの共振インダクタを含み、それらが２つの前記第一圧電素子に対応して直列接続しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項１９に記載の圧電式電源変換器。
【請求項２１】
前記変圧器は少なくとも１つのセンタータップを備え、前記二次側の中間に位置して両端の電圧を等しくすること特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１】
一次側と二次側を備えた変圧器と、
一端が前記一次側に接続し、もう一端がパルス電圧を受信し前記一次側に出力する、少なくとも１つの第一圧電素子と、
前記二次側に位置し、且つ、直流電圧を外部負荷に出力して作動させる、少なくとも１つの第二圧電素子と、
を含むことを特徴とする圧電式電源変換器。
【請求項２】
前記第二圧電素子が圧電キャパシタであることを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項３】
前記第一圧電素子が圧電発振器であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項４】
前記圧電発振器は、基材及び２つの導電層を含み、前記基材は上表面と下表面を備え、前記２つの導電層は前記上表面と下表面にそれぞれ形成され、前記圧電発振器の両極を構成することを特徴とする、請求項３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項５】
前記基材の形状は円形、正方形、或いは長方形であることを特徴とする、請求項４に記載の圧電式電源変換器。
【請求項６】
前記第一圧電素子は絶縁型圧電発振器であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項７】
前記絶縁型圧電発振器は、基材、少なくとも１つの第一上電極、少なくとも１つの第一下電極、少なくとも１つの第二上電極、及び少なくとも１つの第二下電極を含み、前記基材はセラミック材料で構成されており、上表面と下表面を備え、前記第一上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第一下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第一上電極と対称で、前記第二上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第二下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第二上電極と対称で、前記第一上、下電極の間の基材と前記第二上、下電極の間の基材はそれぞれ前記パルス電圧を通して分極し、中間に周波数の入力電圧が無い時、中間の分極していない部分は絶縁状態になることを特徴とする、請求項６に記載の圧電式電源変換器。
【請求項８】
更に共振インダクタを含み、それが前記第一圧電素子に直列接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項９】
更に２つの共振インダクタを含み、それらが２つの前記第一圧電素子前記第一圧電素子に対応して直列接続しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項８に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１０】
前記フルブリッジ共振回路は前記２つの共振インダクタと前記第一圧電素子を含み、且つ、前記２つの共振インダクタはそれぞれ前記第一圧電素子に直列接続すること特徴とする、請求項９に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１１】
更に２つの二極体とフィルタインダクタを含み、前記フィルタインダクタの一端は前記２つの二極体に接続し、もう一端は前記第二圧電素子に接続してフィルタ整流回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記二次側に位置すること特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１２】
前記変圧器は少なくとも１つのセンタータップを備え、前記二次側の中間に位置して両端の電圧を等しくしすること特徴とする、請求項１に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１３】
交流−交流変換の変換器に応用し、一次側と二次側を備える変圧器と、
一端は前記一次側に接続し、もう一端はパルス電圧を受信し前記一次側に出力し、前記二次側から交流電圧を外部負荷に出力して作動する、少なくとも１つの第一圧電素子を含むこと特徴とする、圧電式電源変換器。
【請求項１４】
前記第一圧電素子が圧電発振器であること特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１５】
前記圧電発振器は、基材及び２つの導電層を含み、前記基材は上表面と下表面を備え、前記２つの導電層は前記上表面と下表面にそれぞれ形成され、前記圧電発振器の両電極を構成することを特徴とする、請求項１４に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１６】
前記基材の形状は円形、正方形、長方形、或いはその他の幾何形状であることを特徴とする、請求項１５に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１７】
前記第一圧電素子は絶縁型圧電発振器であることを特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１８】
前記絶縁型圧電発振器は、基材、少なくとも１つの第一上電極、少なくとも１つの第一下電極、少なくとも１つの第二上電極、及び少なくとも１つの第二下電極を含み、前記基材はセラミック材料で構成されており、上表面と下表面を備え、前記第一上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第一下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第一上電極と対称で、前記第二上電極は前記基材の上表面に設置し、前記第二下電極は前記基材の下表面に設置し、前記第二上電極と対称で、前記第一上、下電極の間の基材と前記第二上、下電極の間の基材はそれぞれ前記パルス電圧を通して分極し、中間に周波数の入力電圧が無い時、中間の分極していない部分は絶縁状態になることを特徴とする、請求項１７に記載の圧電式電源変換器。
【請求項１９】
更に共振インダクタを含み、それが前記第一圧電素子に接続してハーフブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【請求項２０】
更に２つの共振インダクタを含み、それらが２つの前記第一圧電素子に対応して直列接続しフルブリッジ共振回路を形成し、且つ、前記変圧器の前記一次側に位置することを特徴とする、請求項１９に記載の圧電式電源変換器。
【請求項２１】
前記変圧器は少なくとも１つのセンタータップを備え、前記二次側の中間に位置して両端の電圧を等しくすること特徴とする、請求項１３に記載の圧電式電源変換器。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−２７３５２８（Ｐ２０１０−２７３５２８Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４５５３（Ｐ２００９−１８４５５３）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（５０４３４８４１５）金威貿易有限公司 (7)
【出願人】（５０４３４８４２６）チャンピオン エライト カンパニー リミテッド (7)
【氏名又は名称原語表記】ＣＨＡＭＰＩＯＮ ＥＬＩＴＥ ＣＯＭＰＡＮＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】Ｓｋｅｌｔｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｒｏａｄ Ｔｏｗｎ， Ｔｏｒｔｏｌａ， Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｖｉｒｇｉｎ Ｉｓｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（５０４３４８４１５）金威貿易有限公司 (7)
【出願人】（５０４３４８４２６）チャンピオン エライト カンパニー リミテッド (7)
【氏名又は名称原語表記】ＣＨＡＭＰＩＯＮ ＥＬＩＴＥ ＣＯＭＰＡＮＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】Ｓｋｅｌｔｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｒｏａｄ Ｔｏｗｎ， Ｔｏｒｔｏｌａ， Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｖｉｒｇｉｎ Ｉｓｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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