CN101453173B - 压电变压器自我换相式驱动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明压电变压器自我换相式驱动方法及装置，至少包含有：一压电变压器、一次侧电压驱动单元、输出电极、放大控制单元以及一次侧电流相位输出单元，而该驱动方式是利用一次侧输入电流的相位来反应压电变压器的实时共振频率，并将此信号放大产生控制驱动信号，进而驱动一次侧的输入电压，达到压电变压器稳定运转的目，藉以克服压电变压器以驱动频率驱动时因为温度或负载导致的共振频率漂移现象，形成驱动的频率与压电变压器的共振频率不一致而造成输入阻抗大幅增加，进而导致二次侧的输出能力大幅下降的困扰，同时藉由输入电流的相位变换时进行电压切换，可自然而然达到零电流切换的柔性切换结果，减少了驱动组件的切换损失进而提高压电变压器的转换效率，以达到节省能源的目的。

Description

压电变压器自我换相式驱动方法及装置

技术领域

本发明提供一种压电变压器的驱动方式及装置，尤指一种以压电变压器本身的一次侧电流相位作为切换基准的压电变压器自我换相式驱动方法，以及在零电流时切换电压的柔性切换驱动方式的驱动方法及装置者。

背景技术

按，压电变压器，一般来说，因连接于二次侧的负载的电阻，而使升压比(显示相对于一次侧输入电压的二次侧输出电压)产生变化，且以相对于一次侧输入电力的二次侧输出电力表示的驱动效率亦会同样的变化，因此能获得最大升压比及驱动效率的驱动频率亦变化。亦即，为了以既定的升压比效率良好地驱动压电变压器，必须视连接的负载的电阻来设定驱动频率。

例如，作为压电变压器的负载使用冷阴极管时，一般来说，由于冷阴极管至点亮为止会显示数百MΩ以上的高电阻，点亮后电阻会急遽的降至数百Ω到数十Ω，因此为了使用压电变压器以良好地效率点亮冷阴极管，必须变化点亮开始前与点亮后施加于压电变压器一次侧的交流电压的频率、与电压位准。

而习用压电变压器驱动装置有如图1(中国台湾公告号第569481号)及图2(中国台湾公开号第200614555号)所示的方块图，其揭露压电变压器驱动的电路；然而，其具有下列缺点：

1、控制回路复杂使用的零件数量多需要比较大的电路板空间，故成本高。

2、由于使用的零件数量多，电路的稳定性比较差。

3、必需在与驱动组件之间串联适当大小的电感组件，以抑制电流才能达到柔性切换以减少切换损失的目的。

4、使用多组振荡回路、多组误差参考电压设定及多组压电变压器的负载电流检波器，经过多组信号选择切换回路再配合搜寻压电变压器机械共振频率的先期扫频回路以及PWM等复杂的控制回路，藉以克服压电变压器因组装差异所造成的机械共振频率差异以及因为温度或负载改变导致压电变压器共振频率产生的漂移问题，因而形成了多阶的复杂控制回路，并且因为信号需要经过多阶的控制流程后才能到达驱动单元故容易有累积误差的情形发生。

5、信号选择切换回路有参考压电变压器的二次侧，而此二次侧的电压是属比较高的高电压回路，有零件被高电压打穿及干扰的可能性，因此须要注意高电压的预防对策及安装对策。

发明内容

本发明的主要目的即在提供一种压电变压器的驱动方式及装置，尤指一种以压电变压器本身的一次侧电流相位作为切换基准的压电变压器自我换相式驱动方法，以及在零电流时切换电压的柔性切换驱动方式的驱动方法及装置。

为达上述目的，本发明至少包含有：一压电变压器、一次侧电压驱动单元、输出电极、放大控制单元以及一次侧电流相位输出单元，而该驱动方式是利用一次侧输入电流的相位来反应压电变压器的实时共振频率，并将此信号放大产生控制驱动信号，进而驱动一次侧的输入电压，达到压电变压器稳定运转的目，藉以克服压电变压器以驱动频率驱动时因为温度或负载导致的共振频率漂移现象，形成驱动的频率与压电变压器的共振频率不一致而造成输入阻抗大幅增加，进而导致二次侧的输出能力大幅下降的困扰。

本发明另一目的，同时藉由输入电流的相位变换时进行电压切换，可自然而然达到零电流切换的柔性切换结果，减少了驱动组件的切换损失进而提高压电变压器的转换效率，以达到节省能源的目的。

附图说明

图1为中国台湾公告号第569481号驱动电路的方块示意图；

图2为中国台湾公开号第200614555号驱动电路的方块示意图；

图3为本发明中驱动装置的结构示意图；

图4为本发明中放大控制单元的另一实施例结构示意图；

图5为本发明中放大控制单元的再一实施例结构示意图；

图6为本发明中放大控制单元的又一实施例结构示意图；

图7为本发明中驱动装置第二实施例的结构示意图；

图8为本发明中驱动装置第三实施例的结构示意图；

图9为本发明中驱动装置第四实施例的结构示意图；

图10为本发明中一次侧电流相位输出单元的另一实施例结构示意图；

图11为本发明中一次侧电流相位输出单元的再一实施例结构示意图；

图12为本发明中一次侧电流相位输出单元的又一实施例结构示意图。

【图号说明】

驱动装置2                压电变压器21

一次侧211                二次侧212

电流流向P1、P2           一次侧电压驱动单元22

输出电极23               一次侧电流相位输出单元24

输出电压限制保护器241    放大控制单元25

监控强制重置单元26       辅助换相单元27

消耗功率调整单元28

具体实施方式

本发明的特点，可参阅本案图式及实施例的详细说明而获得清楚地了解。

本发明压电变压器自我换相式驱动方法及装置，其中，压电变压器自我换相式驱动装置2，如图3所示，至少包含有：

一压电变压器21，该压电变压器21具有一次侧211及二次侧212，而该一次侧211并具有两个电流流向P1、P2。

一一次侧电压驱动单元22，该一次侧电压驱动单元22一端可接收电源，另端则与压电变压器的一次侧211相连接。

一输出电极23，与压电变压器的二次侧212连接。

一一次侧电流相位输出单元24，该一次侧电流相位输出单元24一侧与压电变压器的一次侧211连接，另侧则透过一放大控制单元25与一次侧电压驱动单元22连接，使一次侧电压驱动单元22、压电变压器的一次侧211、一次侧电流相位输出单元24以及放大控制单元25接续串接。

一放大控制单元25，该放大控制单元25设于一次侧电压驱动单元22与一次侧电流相位输出单元24间。

而整体驱动方式可包含有下列步骤：

步骤A、电源电压由一次侧电压驱动单元22传送至压电变压器的一次侧211，并产生电流由电流流向P1；

步骤B、该电流传送至一次侧电流相位输出单元24，并可输出该一次侧211的电流相位状态，若该电流为正值则该电流相位状态则为正相位信号，而电流为负值则该电流相位状态则为负相位信号，而此时该一次侧211的电流为正值，故产生正相位信号；

步骤C、该电流相位状态经由放大控制单元25转换成控制讯号后，传送至一次侧电压驱动单元22，该一次侧电压驱动单元22依照该电流相位状态所对应的控制讯号而判定是否进行电压切换，此时该一次侧电压驱动单元22接收到正相位信号时，使电源保持输入在压电变压器的一次侧211；

步骤D、此时该压电变压器的一次侧211会由「零」逐渐增加到「正最大值」，然后此电流将转变为由「正最大值」逐渐减少到「零」，当此电流减少到「零」时「压电变压器21将会产生电流换相特性而开始反相使得此电流从「零」转变为「负值」；

步骤E、承接上述电流换相，此时一次侧电流相位输出单元24将会由正相位信号转变为负相位信号并将此负相位信号输入放大控制单元25，该放大控制单元25接收到此负相位信号后产生控制信号，并将此控制信号输入一次侧电压驱动单元22而开始进行电压切换的切换动作。

步骤F、承接上述电压切换，此时一次侧电压驱动单元22将会切换电压，结果使得一次侧电流由电源流向P1的状态切换为一次侧211电流由电源流向P1流出并经过一次侧电压驱动单元22后流入接地端流向P2而完成电压切换的动作。

步骤G、完成电压切换的动作后，压电变压器的一次侧211电流将会由「零」逐渐转变到「负最大值」，当此一次侧211电流变成「负最大值」之后，又会由「负最大值」再逐渐变化「零」，此时压电变压器21将会再次产生电流换相特性而使得此电流开始从「负值」变成「零」后再变为「正值」。

步骤H、承接上述电流换相，此时一次侧电流相位输出单元24将会由负相位信号转变为正相位信号并将此正相位信号输入放大控制单元25，该放大控制单元25接收到此正相位信号后产生控制信号并将此控制信号输入一次侧电压驱动单元22开始进行电压切换动作。

步骤I、承接上述电压切换，此时一次侧电压驱动单元22将会进行切换动作，把一次侧211电流由P1流出并经过一次侧电压驱动单元22流入接地端流向P2的状态，切换为由电源流向P1一次侧211的电流状态而再次完成电压切换的动作。此后，将会进入步骤D，反复进行步骤D～步骤I的动作。

本发明中电压切换的相位基准来源为仅需要来自压电变压器的一次侧，而此一次侧的电压为比较低的电压回路，完全不需要参考到压电变压器二次侧的高电压回路，比对习用技术的控制回路有连接到压电变压器二次侧的高电压回路，本案的控制回路不需要考虑高电压的预防对策及安装对策问题。

另外，本发明驱动装置2的电流相位输出单元24可以为电容器(如图10所示)、电阻器(如图11所示)或者电容器与电阻器的组合，如图12所示并可以进一步设有一输出电压限制保护器241。

另外，本发明驱动装置2的放大控制单元25可以为模拟电路回路(如图4所示)、微电脑控制器(如图5所示)或者数字电路回路(如图6所示)；而该一次侧电压驱动单元22与放大控制单元25间进一步设有一监控强制重置单元26，如图7所示的第二实施例，该监控强制重置单元26可持续监控驱动控制信号的频率，当其频率超出预先设定的工作频率范围或系统停止振荡时，监控强制重置单元26将输出重置脉波信号至一次侧电压驱动单元22以产生强制重置动作，将一次侧电压驱动单元22强制切换至步骤I并维持一段时间，以确保压电变压器211放电完毕后，监控强制重置单元26将停止重置脉波信号，此时系统等同重新进入步骤A而会重新激活。

再者，如图8的第三实施例所示，该一次侧电压驱动单元22与压电变压器的一次侧211间进一步设有辅助换相单元27，该辅助换相单元27可使电流换相现象更形凸显，以辅助稳定换相；而另外，如图9的第四实施例所示，该一次侧电压驱动单元22与电源间进一步设有一消耗功率调整单元28，该消耗功率调整单元28以预先设定的平均功率值或平均电流值，以调整来自电源的平均功率或平均电流的大小。

而上述各实施例的驱动装置可应用于空气离子产生装置、臭氧产生装置、萤光灯发光装置等；其中，该驱动装置的输出电极若与一放电针连接，可藉由高电压在针尖产生的电晕放电在空气中产生离子，则形成空气离子产生装置；若该输出电极与一放电管连接，该高电压则在管内产生放电现象以产生臭氧，而形成臭氧产生装置；当然，若该输出电极与萤光灯管连接，输出电极所输出的高电压在管内对离子体产生放电现象使离子体发出紫外线，紫外线撞击灯管管内的萤光粉以发出特定波长的光。

综上所述，本发明相较于习有具有下列优点：

1、控制回路简单，可以大幅减少零件数量及缩小电路板尺寸，成本也得以大幅下降。

2、零件数量少，可提高电路稳定性及生产的良率。

3、本案的驱动方法本身就具备有零电流切换的特性，符合减少损失的柔性切换特点，具有节省能源的功效。无需如习用技术必须在压电变压器与驱动组件之间串联电感组件来抑制电流才能达成柔性切换的目的。

4、压电变压器本身的一次侧电流相位状态即可反应出压电变压器的实时共振频率，因此以此电流相位状态作为供应其电压相位的驱动方式，便无需考虑压电变压器因组装差异所造成的机械共振频率差异，以及因为温度变化或负载变化导致压电变压器的共振频率产生漂移的问题，所以也不需要如习用技术一般需要搜寻压电变压器机械共振频率的先期扫频回路，大大的减少了电路的复杂性，同时从一次侧相位信号产生后到达实际的驱动单元之间，只需要一阶的电路回路，所以也避免了多阶控制回路可能会产生累积误差的问题。

本发明的技术内容及技术特点巳揭示如上，然而熟悉本项技术的人士仍可能基于本发明的揭示而作各种不背离本案发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的申请专利范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种压电变压器自我换相式驱动装置，该驱动装置至少包含有：

一压电变压器，该压电变压器具有一次侧及二次侧；

一一次侧电压驱动单元，该一次侧电压驱动单元一端可接收电源，另端则与压电变压器的一次侧相连接；

一输出电极，与压电变压器的二次侧连接；

一一次侧电流相位输出单元，该一次侧电流相位输出单元一侧与压电变压器的一次侧连接，另侧则透过一放大控制单元与一次侧电压驱动单元连接，使一次侧电压驱动单元、压电变压器的一次侧以及一次侧电流相位输出单元接续串接；

一放大控制单元，该放大控制单元设于一次侧电压驱动单元与一次侧电流相位输出单元之间。

2.如权利要求1所述压电变压器自我换相式驱动装置，其中该一次侧电流相位输出单元进一步设有一输出电压限制保护器。

3.如权利要求1所述压电变压器自我换相式驱动装置，其中该一次侧电压驱动单元与放大控制单元间进一步设有一监控强制重置单元，该监控强制重置单元持续监控驱动控制信号的频率，当其频率超出预先设定的工作频率范围或系统停止振荡时，该监控强制重置单元输出重置脉波信号至一次侧电压驱动单元以产生强制重置动作。

4.如权利要求1或3所述压电变压器自我换相式驱动装置，其中该一次侧电压驱动单元与压电变压器的一次侧间进一步设有辅助换相单元。

5.如权利要求4所述压电变压器自我换相式驱动装置，其中该一次侧电压驱动单元与电源间进一步设有一消耗功率调整单元。

6.如权利要求1或3所述压电变压器自我换相式驱动装置，其中该一次侧电压驱动单元与电源间进一步设有一消耗功率调整单元。

7.如权利要求1所述压电变压器自我换相式驱动装置，其中该输出电极可连接有一放电针或放电管或萤光灯管。

8.一种压电变压器自我换相式驱动方法，包含有：一压电变压器、一次侧电压驱动单元、输出电极以及一次侧电流相位输出单元，而该驱动方法包含下列步骤：

A、电源电压由一次侧电压驱动单元传送至压电变压器的一次侧，并产生电流；

B、该电流传送至一次侧电流相位输出单元，并可输出该一次侧的电流相位状态；

C、该电流相位状态传送至一次侧电压驱动单元，该一次侧电压驱动单元依照该电流相位状态而判定是否进行电压切换，其中该电流为正值则该电流相位状态则为正相位信号，而电流为负值则该电流相位状态则为负相位信号，且其中在该一次侧电压驱动单元接收的信号由正相位信号转变为负相位信号时，或是在该一次侧电压驱动单元接收的信号由负相位信号转变为正相位信号时，进行电压切换动作。

9.如权利要求8所述压电变压器自我换相式驱动方法，其中该一次侧电压驱动单元接收到正相位信号时，使电源保持输入在压电变压器的一次侧；而该一次侧电压驱动单元接收到负相位信号时，则进行电压切换动作。

10.如权利要求9所述压电变压器自我换相式驱动方法，其中该步骤C后进一步包含有一步骤D，该步骤D为电流换相，该电流换相使该一次侧的电流由零转变为负值。

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