CN101615651A - 绝缘性压电变压器 - Google Patents
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Abstract
一种绝缘性压电变压器，系于陶瓷材料所构成的基材上，分别于上表面与下表面形成对应的上、下电极，而构成一次侧与二次侧，并藉由一次侧与二次侧通与直流高压电，使电极部份间的陶瓷材料极化，而基材未被极化的部份仍保有陶瓷材料的特性，达到一次侧、二次侧的绝缘效果，而可作为绝缘性压电变压器使用。
Description
【技术领域】
本发明系有关一种压电变压器，特别是指一种利用部份基材未被极化而保有陶瓷材料特性，以作为一次侧、二次侧绝缘之绝缘性压电变压器。
【背景技术】
隔离变压器一般泛指为防止噪声用变压器的总称，电源在进入各类电器产品之前，虽然会先经过电源变压器，但是高频噪声仍可藉由变压器一次侧与二次侧线圈间的电容效应、磁性耦合或辐射等方式通过二次侧，再进入电器产品的线路内。然而，因为电源必然会受制于必须经过的组件，假若小功率使用便罢，若要提供大功率使用，隔离变压器本身的容量就要非常巨大，工业用隔离变压器动辄上百公斤，就是这个道理。
近年来，由于信息产品轻、薄、短、小之发展趋势，使得压电变压器应用于液晶显示器背光源冷阴极灯管之驱动，形成重要趋势，尤其在于笔记型计算机上之应用。压电变压器系应用压电材料之机械能与电能间之可相互转换特性，于压电组件之输入端即致动侧馈入近于共振频率之弦波交流电压时，因逆压电效应因素将激发压电组件共振，复因正压电效应关系而令共振之应力形变机械能转换为电能，由压电组件之输出端即换能侧输出从而达成变压作用。压电变压器具高功率密度(＞40W/cm3)、高电能转换效率(97％)、高变压比、高可靠度、高度低、体积小、重量轻、低发热、高绝缘度、不可燃、低价格、无绕线及磁芯、单体构造、适于自动产制与几无电磁干扰问题等等多项优点。
习知的压电变压器得借助加上传统的变压器去做一、二次侧的绝缘，方能符合直流电的安规要求，故，效率会折损。前案如本国专利公告第492204号专利，系为一种高输出层迭式压电变压器，系利用降低振荡速度来达到高输出并有效降低热释温度，然而，因为是采用复合材料的多层结构，绝缘层和其它层为不同材质，功率损耗高，且作高压输入、振动太激烈时，复合材质会无法负荷，容易发生断裂、破损，同时因为不同材料在能量传递时无法进行耦合，无法达到一次侧与二次侧绝缘的安规要求，因此，并无法作为绝缘性压电变压器来使用。
【发明内容】
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种绝缘性压电变压器，藉以大体上解决先前技术存在之缺失，有效达到一次侧与二次侧绝缘的目的，而可作为绝缘性压电变压器使用。
因此，为达上述目的，本发明所揭露之绝缘性压电变压器，系包含有基材、第一上电极、第一下电极、第二上电极与第二下电极，基材系采用陶瓷材料所构成，且具有上表面与下表面，第一上电极、第二上电极设置于基材的上表面且互不相连，而第一下电极、第二下电极设置于基材的下表面且互不相连，同时，第一上电极、第一下电极相互对称，第二上电极、第二下电极相互对称而分别构成一次侧与二次侧，藉由一次侧、二次侧分别通直流高压使中间的受到两侧电极夹置的基材极化，而中间未极化的部份仍保持有陶瓷材料的特性，因此，当输入为没有频率的电压时，则可使一次侧、二次侧绝缘，而作为绝缘性压电变压器使用。因为采用单层的设计，不用担心如习知采用复合材质般，于高压下会有断裂的危险；同时，藉由保持陶瓷材料之物理特性，于输入为直流电压时，可达到一次与二次侧呈现高阻状态的真绝缘。
【附图说明】
为使对本发明的目的、特征及其功能有进一步的了解，兹配合图式详细说明如下：
第1A图系为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器之示意图；
第1B图系为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器之上视图；
第2图系为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器极化之第一实施例示意图；以及
第3A、3B图系为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器极化之第二实施例示意图。
图中：
10 基材
11 上表面
12 下表面
13 未极化区域
21 第一上电极
22 第一下电极
31 第二上电极
32 第二下电极
【具体实施方式】
如第1A图所示，为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器之示意图。
绝缘性压电变压器包含有基材10、第一上电极21、第一下电极22、第二上电极31以及第二下电极32。同时，请配合参照第1B图，为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器之上视图；基材10概略呈圆板状，也就是说，由上视图来看，呈现为圆形，且可由陶瓷材料烧结成型所构成，而具有相对应的上表面11以及下表面12，第一上电极21形成于基材10之上表面11，如图中所示，系为一弓形，也就是由一弧线与弦所组成。而第一下电极22设置于基材10之下表面12，且与第一上电极21对称，换句话说，分别设置于基材10之上表面11以及下表面12，且概略具有相同的形状。另一方面，第二上电极3 1也形成于基材10之上表面11，如图中所示，也系为一弓形。而第二下电极32设置于基材10之下表面12，且与第二上电极31对称，换句话说，分别设置于基材10之上表面11以及下表面12，且概略具有相同的形状；实际应用上，基板10亦可设计成矩形板状或其它任何对称的几何形状，当然，第一上电极21与第一下电极22以及第二上电极31与第二下电极32系配合基板10之形状并相互对称。且第一上电极21与第二上电极31不相接，同样的，第一下电极22与第二下电极32也不会相接；上述的电极(包含第一上电极21、第一下电极22、第二上电极31、第二下电极32)可选自镍、银或铜材质，并以涂布方式所制成。
请参阅第2图，系为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器极化之第一实施例示意图。
藉由同时通与高压直流电，强度譬如为30kV/cm，使得第一上电极21、第一下电极22之间以及第二上电极31、第二下电极32之间的基材10予以极化，并于基材10中央未被电极覆盖的部份(包含第一上电极21、第一下电极22、第二上电极31、第二下电极32)形成未极化区域13，而保有陶瓷材料的物理性质；因此，如图中所绘示，第一上电极21、第一下电极22即可作为变压器的一次侧，第二上电极31、第二下电极32即可作为变压器的二次侧。
另一方面，请参阅第3A、3B图，系为本发明之实施例所提供之绝缘性压电变压器极化之第二实施例示意图。
将一次侧与二次侧分开两次来加以极化，换句话说，如第3A图所示，先予以极化第一上电极21、第一下电极22一侧，然后如第3B图所示，在予以极化第二上电极31、第二下电极32一侧，图式中所绘示的极性可以任意置换，如此各别极化的方式，将会使得绝缘阻抗值比较高，阻抗值取决于极化过程与其材料物理特性。
因此，当由一次侧输入方形波时，就会由二次侧输出正弦波，一般说来，操作于其共振频率下得到最高的功率输出。本发明透过实验分析得知，保有陶瓷材料的特性之中央未极化区域13，其阻抗值会随输入频率的变小而随之增大，而在共振频率的频宽范围内的阻抗值最低；故，当输入为没有频率的电压(譬如为High或是Low的直流电)时，阻抗值可高达1010～1011奥姆，因此可作为绝缘性压电变压器使用。而实际操作控制时，当感应到输出的负载端出现故障时(譬如为OVP、OCP等)，即可由异常回授保护回路发出讯号告知控制逻辑(CPU)，使其送出直流电压，即可达到一次侧与二次侧呈现高阻状态(真绝缘)。
同时，本发明因为一次侧、二次侧电极面面积大，所以电容值大，而可做大功率的绝缘变压器，同时，第一上电极21与第二上电极31以相同形状、且对称于基材10之直径或中心线为佳，且适用于发光二极管照明、背光板，冷阴极射线管(Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL)、背光模块之逆变器(Inverter)、平面荧光灯源(External Flat Fluorescent Lamps；EFFL)之安定器(ballast)、或是其余的如笔记型计算机、桌上型计算机、个人数字助理等电子装置上。同时，本发明因为是单层隔离变压器，故也可适合用于PFC DC400V输入，因为不需要DC400V降压，DC12-24V再升压，而可使输出效率更好。
虽然本发明以前述之实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所为之更动与润饰，均属本发明之专利保护范围。关于本发明所界定之保护范围请参考所附之申请专利范围。
Claims (9)
1.一种绝缘性压电变压器，其特征在于：其包含：
一基材，系为陶瓷材料所构成，具有一上表面与一下表面；
一第一上电极，设置于该基材之上表面；
一第一下电极，设置于该基材之下表面，并与该第一上电极对称，藉由通电方式，使该第一上电极与该第一下电极之间的该基材极化作为一次侧；
一第二上电极，设置于该基材之上表面，且与该第一上电极不相接；及
一第二下电极，设置于该基材之下表面，并与该第二上电极对称，藉由通电方式，使该第二上电极与该第二下电极之间的该基材极化作为二次侧；
其中该基材未覆盖该等电极的部份未被极化而保持陶瓷材料特性。
2.根据权利要求第1项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该一次侧与该二次侧系同时极化。
3.根据权利要求第1项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该一次侧与该二次侧系各别极化。
4.根据权利要求第1项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该基板系为圆板状或矩形板状。
5.根据权利要求第4项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该第一上电极与该第二上电极系为相同形状。
6.根据权利要求第5项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该第一上电极与该第二上电极皆为弓形或矩形。
7.根据权利要求第5项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该第一上电极与该第二上电系对称于该基材之直径或中心线。
8.根据权利要求第1项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该等电极系为镍、银或铜材质。
9.根据权利要求第1项所述之绝缘性压电变压器，其特征在于：其中该一次侧接收没有频率之输入电压时，该基材未被极化的部份会呈绝缘状态。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102130291A (zh) * | 2010-12-27 | 2011-07-20 | 广州金升阳科技有限公司 | 一种压电陶瓷圆片型隔离信号变压器及其制造方法 |
| CN107482918A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-12-15 | 中南大学 | 一种基于平板电容器的电力电子变压器 |
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2008
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