CN101938220B - 高功率输出之压电式电源转换器 - Google Patents

Abstract

本发明系揭露一种高功率输出之压电式电源转换器，应用于交流转直流或交流转交流之压电式电源转换器，其系利用至少一第三压电组件取代位于整流电路与功率因子校正电路之间的电容器、至少一第一压电组件取代位于谐振电路中的电容器及至少一第二压电组件取代位于整流电路之输出端的电容器。由于上述之压电组件具有漏电流小、耐压性高、转换效率佳与体积小等优点，可解决一般电容器所造成耐压低及过热起火的危险性。

Description

高功率输出之压电式电源转换器

【技术领域】

本发明系有关一种高功率输出之压电式电源转换器，特别是关于一种利用压电组件提升功率输出之电源转换器。

【背景技术】

目前，越来越多的可携式设备开始提供彩色屏幕、立体音讯、和连结等先进功能，例如GPRS、无线网络和蓝芽、以及视讯和相机拍摄。相较于臃肿笨重的可携式设备，消费者希望产品设计不仅轻薄短小，操作方便，还有很长的电池使用寿命。消费者的喜好为电路设计工程师带来了两难的局面：他们必须提供更多电源给系统并产生更多组电压，但在这同时，可携式产品可供电源供应器使用的空间和电池容量却日益减少。

为了满足这些技术要求，设计人员就必须采用电源效率更高，然而一般电源转换器之电路中，系使用一般电容器串联或并联于电感做谐振效应，然而，一般电容的电容量低，若输入电压讯号过大，会造成很大的漏电流，功率输出之效率并不高，而电容器的耐压性不足，失效模式会使电容器爆炸，容易导致失火的危险。此外，一般电源供应器会应用线圈型升压变压器来提高输出功率，惟，若要提供大功率使用，则线圈型变压器本身的容量就要非常巨大，除了会产生磁心的效率损耗与成本增加外，重量与大体积也与轻薄短小的要求相违背。

有鉴于此，本发明遂提出一种高功率输出之压电式电源转换器，以改善存在于先前技术中之该些缺失。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种高功率输出之压电式电源转换器，利用结构简单的压电组件用以提供倍数增加的输出功率，进而达到大功率输出之功效。

本发明之另一目的系提供一种高功率输出之压电式电源转换器，利用结构简单的压电组件取代一般电容使用，压电组件的漏电流小、耐压性高、耐高温、没有过热起火的危险，其可靠性高，进而可解决传统电源转换器中的电容器所造成耐压低及过热起火的危险，其次，压电组件体积小，封装厚度薄，极具有市场竞争优势。

本发明之再一目的系提供一种高功率输出之压电式电源转换器，利用压电组件提供倍数增加的输出功率，可省略习知技术使用线圈型升压变压器做大功率输出的成本，达到降低制造成本与产品设计轻薄短小的功效。

为达到上述目的，本发明提供一种高功率输出之压电式电源转换器，应用于交流转直流之电源转换器，其包含至少一第一压电组件、第二压电组件与第三压电组件、整流电路、功率因子校正电路、脉波宽度调变器、功率开关电路、滤波整流电路及回授电路。第三压电组件位于整流电路与功率因子校正电路之间，功率开关电路位于功率因子校正电路之输出端，脉波宽度调变器连接于功率开关电路，第一压电组件位于功率开关电路与滤波整流电路之间，第二压电组件位于滤波整流电路之输出端。其中，整流电路系接收一交流电讯号，并将其整流后输出一直流电讯号予第三压电组件，第三压电组件系接收直流电讯号并提供予功率因子校正电路，功率因子校正电路系接收第三压电组件输出之直流电讯号，并调整其一功率因子以产生一高压直流输出电压予功率开关电路，功率开关电路系接收脉波宽度调变器输出之一脉波宽度调变讯号以进行功率开关启/闭之操作，并将功率因子校正电路输出之高压直流输出电压转换为一交流脉波讯号予第一压电组件，第一压电组件接收交流脉波讯号，经由压电效应后输出一高交流电压，滤波整流电路系将第一压电组件输出之高交流电压整流为一直流电压，第二压电组件系接收滤波整流电路输出之直流电压并提供至外部负载运作，回授电路系依据外部负载之一电力状态而输出一回授讯号予脉波宽度调变器以进行调整脉波宽度调变讯号。

此外，本发明提供另一种高功率输出之压电式电源转换器，应用于交流转交流之电源转换器，由于系直接输出高交流电压至外部负载运作，故不需要滤波整流电路来将交流电压转换为直流电压之动作。电源转换器包含至少一第一压电组件，其系接收一交流脉波讯号，将其转换为一高交流电压并输出至一外部负载运作。

底下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。

【附图说明】

第1图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之电路架构图。

第2图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第一实施例示意图。

第3A图为本发明实施例所提供之压电震荡器之结构图。

第3B图为本发明实施例所提供之压电震荡器之等效电路。

第3C图为本发明实施例所提供之压电电容之等效电路。

第4图为第1图中之交流转直流之滤波整流电路图。

第5图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第二实施例示意图。

第6图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第三实施例示意图。

第7A图于半桥谐振电路中并联多个压电震荡器之示意图。

第7B图于半桥谐振电路中串联多个压电震荡器之示意图。

第8图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第四实施例示意图。

第9图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第五实施例示意图。

第10A图为绝缘型压电震荡器之结构剖视图。

第10B图为绝缘型压电震荡器之等效电路。

第11A图于全桥谐振电路中并联多个绝缘型压电震荡器之示意图。

第11B图于全桥谐振电路中串联多个绝缘型压电震荡器之示意图。

第12图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第六实施例示意图。

第13图为本发明应用于交流转交流之电源转换器之第七实施例示意图。

第14图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第八实施例示意图。

第15图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第九实施例示意图。

第16图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第十实施例示意图。

第17图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第十一实施例示意图。

第18图为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第十二实施例示意图。

图中：

10 电源转换器

101 第一压电组件

102 滤波整流电路

103 第二压电组件

11 整流电路

12 功率因子校正电路

13 脉波宽度调变器

14 功率开关电路

15 滤波整流电路

16 回授电路

17 第一压电电容

18 压电震荡器

19 第二压电电容

21 基材

22 导电层

23 导电层

41 第一压电震荡器

42 第二压电震荡器

80 绝缘型压电震荡器

801 第一输入端

802 第二输入端

803 第一输出端

804 第二输出端

81 基材

811 第一上电极

812 第二上电极

813 第一下电极

814 第二下电极

815 绝缘区域

【具体实施方式】

请参阅第1图，为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之电路架构图。电源转换器10包含至少一第一压电组件101、一滤波整流电路102及至少一第二压电组件103，滤波整流电路102之输入端连接于第一压电组件101，而滤波整流电路102之输出端连接于第二压电组件103。其中，第一压电组件101系接收一交流脉波讯号，经由压电效应后输出一高交流电压，滤波整流电路102系将第一压电组件101输出之高交流电压整流为一直流电压，由第二压电组件103接收滤波整流电路102输出之直流电压，并提供直流电压至外部负载运作。

请参阅第2图，为本发明高功率输出之压电式电源转换器之第一实施例示意图。应用于交流转直流之电源转换器，其包含整流电路11、功率因子校正电路12、脉波宽度调变器13、功率开关电路14、滤波整流电路15及回授电路16、至少一第一压电组件、至少一第二压电组件与至少一第三压电组件。第三压电组件系为一第二压电电容19，其用来取代一般的电容器，第二压电电容19位于整流电路11与功率因子校正电路12之间，功率开关电路14位于功率因子校正电路12之输出端，脉波宽度调变器13连接于功率开关电路14，第一压电组件系为一压电震荡器18，其取代一般半桥谐振电路中所使用的电容器，压电震荡器18位于功率开关电路14与滤波整流电路15之间，第二压电组件系为一第一压电电容17，其用来取代一般的电容器。第一压电电容17位于滤波整流电路15之输出端。其中，整流电路11系接收一交流电讯号，并将其整流后输出一直流电讯号予第二压电电容19进行充电，其中，整流电路11可为萧特基障壁二极管(SBD)、快速回复二极管(FRD)、齐纳二极管(ZD)等桥式整流电路。第二压电电容19系接收直流电讯号并提供予功率因子校正电路12，功率因子校正电路系接收第二压电电容19输出之直流电讯号，并调整其一功率因子以产生一高压直流输出电压予功率开关电路14，其中，功率开关电路14系为一半桥式功率开关电路。功率开关电路14系接收脉波宽度调变器13输出之一脉波宽度调变讯号以进行功率开关启/闭之操作，并将功率因子校正电路输出之高压直流输出电压转换为方形波之一交流脉波讯号予压电震荡器18。当操作压电震荡器18于共振频率时，压电震荡器18用以储存电能且具有压电特性，可以调整功率因素再将功率输出，通电变形时会产生逆压电效应，变形后会产生正压电效应，而其正、逆压电效应的转换将会生成正电荷，使电压放大，故可将方形波的交流脉波讯号转换为正弦波的高交流电压后输出予滤波整流电路15，其转换过程视为压电效应。滤波整流电路15系将压电震荡器18输出之高交流电压整流为一直流电压后，输出予第一压电电容17进行充电，再由第一压电电容17提供直流电压至外部负载运作。回授电路16系依据外部负载之一电力状态而输出一回授讯号予脉波宽度调变器13以进行调整脉波宽度调变讯号。

其中，第一压电电容17与第二压电电容19具有体积小、封装厚度薄、耐高温、漏电流小而使功率输出效率提高，以及可承受约3000伏特的高压直流电压而具有耐压性高等优点，进而解决一般电容器因耐压性低(约耐压450伏特)而容易发生输入电压过大而损毁或过热起火的危险等缺点。由于，整流电路11整流后输出之直流电讯号为高压直流电，且对第二压电电容19进行充电，因此，本发明可视需求串联或并联多个第二压电电容19，增加其储能效能与耐压性。此外，压电震荡器18经过压电效应后，具有高电容量，可提供倍数增加的输出功率，由此可知，本发明可省略习知技术使用线圈型升压变压器做大功率输出的成本，达到降低制造成本与产品设计轻薄短小的功效。更进一步而言，压电震荡器18具有漏电流小、耐压性高、耐高温、绝缘性佳、体积小，封装厚度薄，极具有市场竞争优势，故压电震荡器18比一般谐振电路中的电容器具有更高的效能。

其中，压电震荡器18之结构，如第3A图所示，系以压电材质制作一圆板形状的基材21，当然，其形状亦可为方形或矩形或其它几何形状，再以银胶、铜膏或镍膏制作同样为圆形的导电层22、23于基材21的整个或部分上表面与下表面，以构成压电震荡器18之两极来引导电流。

接续，压电震荡器18之等效电路，如第3B图所示，等效电路中绘示有等效电阻R、等效电感L、以及分别表示电特性与力学特性的等效电容Ca与Cb。其中，压电震荡器18与一般谐振电路中的电容器不同在于：传统电源转换器由于输电线的电容、电感效应及负载的特性，而导致电流与电压之间有相位差存在，若电容抗大于电感抗，则电流相位将导前于电压相位，反之则电流相位将落后电压相位，而电流与电压有相位差存在，则必定会损失一部份电力，所丧失的能量就称为「无效电力」，相角差愈大，无效电力亦愈大，功率因子就愈差，故转换效率差。操作压电震荡器18于共振频率时，压电震荡器18可利用等效电路中的等效电感L作为谐振电感使用，以形成一半桥谐振电路。压电震荡器18用以储存电能且具有压电特性，可以调整功率因素，使电流与电压同相位，此时等效阻抗R最小，电流最大，故转换效率最好，输出的功率最大；此外，等效电路中的等效电容之力学特性Cb系经由压电效应所产生的，且力学特性Cb值约为电特性Ca值的3倍电容量，将Ca值与Cb值的电容量相加，如此使压电震荡器18具有高电容量(Q＝C*V)，故可提供倍数增加的输出功率，进而提高效率能量转换的功效。第一压电电容17与第二压电电容19未操作于共振频率上，因此，接收直流电压时具有高的电容量且具有极性，第一压电电容17与第二压电电容19之等效电路，如第3C图所示，等效电路中绘示有等效电阻R、等效电阻L、及表示电特性的等效电容Ca。

请参阅第4图，为第1图中之交流转直流之滤波整流电路图。滤波整流电路15包含二极管D1与D2与一滤波电感L，滤波电感L一端连接于二极管D1与D2，另一端连接于第一压电电容17。其中，二极管D1与D2系接收压电震荡器18输出之高交流电压，由于二极管D1与D2具有单向导电的特性，可以把方向和大小交变的高交流电压变换为直流电压，故作为整流之用。当压电震荡器18输入的高交流电压为正半周时，则二极管D1为顺向偏压，电流可从二极管D1流出通过滤波电感L至第一压电电容17进行充电，而二极管D2为逆向偏压，相当于开路状态，没有电流流通。当压电震荡器18输入的高交流电压为负半周时，则二极管D1为逆向偏压，相当于开路状态，没有电流流通，而二极管D2为顺向偏压，电流可由二极管D2流出通过滤波电感L至第一压电电容17进行充电，再由第一压电电容17输出直流电压至外部负载运作。

参阅第5图，为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第二实施例示意图，其与第2图不同之处在于具有二第一压电组件，以及功率开关电路14系为全桥式之功率开关电路，二第一压电组件系取代一般全桥谐振电路中的二电容器，且位于功率开关电路14与整流滤波电路15之间，二第一压电组件分别为一第一压电震荡器41与第二压电震荡器42。全桥式功率开关电路连接于功率因子校正电路12之输出端，且接收脉波宽度调变器13输出之脉波宽度调变讯号以进行功率开关启/闭之操作，可将功率因子校正电路12输出之高压直流输出电压转换为方形波之一交流脉波讯号，并将交流脉波讯号分别输入第一压电震荡器41与第二压电震荡器42。

若操作第一压电震荡器41与第二压电震荡器42于共振频率时，第一压电震荡器41与第二压电震荡器42分别利用等效电路中的等效电感L作为谐振电感使用，以形成一全桥谐振电路。第一压电震荡器41与第二压电震荡器42可分别产生压电效应而将交流脉波讯号转换为高交流电压予滤波整流电路15，经由滤波整流电路15将高交流电压整流为一直流电压后，输出予第一压电电容17进行充电，再由第一压电电容17输出直流电压至外部负载运作。其中，第一压电震荡器41与第二压电震荡器42经过压电效应后，使第一压电震荡器41与第二压电震荡器42分别产生高电容量以提供倍数增加的输出功率，因此，比仅运用一压电震荡器更能提供大功率的输出。

接续，参阅第6图，为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第三实施例示意图。于电源转换器中的谐振电路增设一谐振电感L₁，其位于半桥式之功率开关电路14与第一压电震荡器41之间而形成一半桥谐振电路。谐振电感L₁系接收功率开关电路14输出之交流脉波讯号，由于谐振电感L₁具有升压与储能功效，因此可提供第一压电震荡器41更高的电压转换效率。当操作于谐振电感L₁与第一压电震荡器41之相同共振频率点时，内阻抗最小、电流最大，第一压电震荡器41产生压电效应而将交流脉波讯号转换为一高交流电压，且可提高数倍的电容量，故可提供功率转换效率。滤波整流电路15将高交流电压整流为一直流电压后，输出予第一压电电容17进行充电，再由第一压电电容17输出直流电压至外部负载运作。

此外，于第6图中可视需求并联或串联多个第一压电震荡器41，如第7A图与第7B图所示。第7A图于半桥谐振电路中并联多个压电震荡器之示意图，图中，将多个第一压电震荡器41并联后，此些第一压电震荡器41产生压电效应后，所产生的电容量会倍数增加，如此使功率转换效率达到最佳化。第7B图于半桥谐振电路中串联多个压电震荡器之示意图，图中，将多个第一压电震荡器41串联后，此些第一压电震荡器41产生压电效应后，所产生的电容量比单一压电震荡器41大，虽串联多个第一压电震荡器41之电容量略小于并联多个第一压电震荡器41，但一个第一压电震荡器41可承受约3000伏特的电压，换言之，多个串联的第一压电震荡器之耐压性相对可倍数提高。

接续，参阅第8图，为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第四实施例示意图。于电源转换器中的谐振电路增设二谐振电感L₁与L₂，其位于全桥式之功率开关电路14与二压电震荡器之间而形成一全桥谐振电路，其中二压电震荡器为第一压电震荡器41与第二压电震荡器42，谐振电感L₁与L₂分别对应串联于第一压电震荡器41与第二压电震荡器42。谐振电感L₁与L₂系接收功率开关电路14输出之交流脉波讯号，由于谐振电感L₁与L₂具有升压与储能功效，因此可分别提供第一压电震荡器41与第二压电震荡器42更高的电压转换效率。

当操作于谐振电感L₁、L₂与第一压电震荡器41、第二压电震荡器42之相同共振频率点时，内阻抗最小、电流最大，第一压电震荡器41、第二压电震荡器42分别产生压电效应而将交流脉波讯号转换为一高交流电压，且可提高数倍的电容量，除了可提高功率转换效率外，更可作为大功率输出之应用。滤波整流电路15将高交流电压整流为一直流电压后，输出予第一压电电容17进行充电，再由第一压电电容17输出直流电压至外部负载运作。藉此，操作于共振频率时，本发明之全桥谐振电路比半桥谐振电路能输出更大功率之效能。此外，本发明可视需求并联或串联多个第一压电震荡器41或第二压电震荡器42，以增加其转换效率。

接续，请参阅第9图，为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第五实施例示意图。电源转换器其特征在于：将二压电震荡器并排而形成一绝缘型压电震荡器80，其用以取代一般全桥谐振电路的二电容器。绝缘型压电震荡器80系使用于本发明之电源转换器中的全桥谐振电路上，且位于全桥式之功率开关电路14与滤波整流电路15之间。绝缘型压电震荡器80系接收功率开关电路14输出方形波之交流脉波讯号，当操作于共振频率时，绝缘型压电震荡器80用以储存电能且具有压电特性，可以调整功率因素再将功率输出，通电变形时会产生逆压电效应，变形后会产生正压电效应，而其正、逆压电效应的转换将会生成正电荷，使电压放大，故可将方形波的交流脉波讯号转换为正弦波的高交流电压后输出予滤波整流电路15。滤波整流电路15依据接收的高交流电压为正半周或负半周，而将方向和大小交变的交流电压变换为一直流电压，再由第一压电电容17输出直流电压至外部负载运作。

其中，绝缘型压电震荡器80具有漏电流小(约0～0.2μA)，使转换效率提高、耐压性高、耐高温、绝缘性佳、体积小，封装厚度薄等优点，故相较于一般全桥谐振电路中的二电容器是具有更高的效能。如第10A图与第10B图所示，第10A图为绝缘型压电震荡器之结构剖视图，第10B图为绝缘型压电震荡器之等效电路。绝缘型压电震荡器80包含一基材81、至少一第一上电极811、至少一第一下电极813、至少一第二上电极812及至少一第二下电极814。基材81系为陶瓷材料，且具有一上表面与一下表面，第一上电极811与第二上电极812设置于基材81之上表面，且第一上电极811与第二上电极812之间设有一绝缘区域815。第一下电极813与第二下电极814设置于基材81之下表面，且第一下电极813与第二下电极814之间设有绝缘区域815。绝缘区域815会保持陶瓷材料的物理特性，而呈现绝缘状态。第一下电极813与第二下电极814分别与第一上电极811与第二上电极812对称，且第一上电极811、第一下电极813之间与第二上电极812、第二下电极814之间的基材81分别通一交流脉波讯号，并经由压电效应后，可将交流脉波讯号转换为一高交流电压。

其中，绝缘型压电震荡器80之功率转换效率虽略低于使用二压电震荡器，但可简化电路设计而达到降低制造成本与产品设计轻薄短小的功效。此外，本发明可视需求并联或串联多个绝缘型压电震荡器80，以增加其转换效率。如第11A图于全桥谐振电路中并联多个绝缘型压电震荡器之示意图，将多个绝缘型压电震荡器80并联后，此些绝缘型压电震荡器80产生压电效应后，所产生的电容量会倍数增加，如此使功率转换效率达到最佳化。如第11B图所示，于全桥谐振电路中串联多个绝缘型压电震荡器之示意图，将多个绝缘型压电震荡器80串联后，此些绝缘型压电震荡器80产生压电效应后，所产生的电容量比单一绝缘型压电震荡器80大，虽串联多个绝缘型压电震荡器80之电容量略小于并联多个绝缘型压电震荡器80，但一个绝缘型压电震荡器80可承受约3000伏特的电压，换言之，多个串联的绝缘型压电震荡器80之耐压性相对可倍数提高。此外，使用于全桥谐振电路中的绝缘型压电震荡器比半桥谐振电路中的压电震荡器能提供更大的输出功率。

接续，参阅第12图，为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第六实施例示意图。于电源转换器中的谐振电路增设二谐振电感L₁与L₂，其位于全桥式之功率开关电路14与一绝缘型压电震荡器之间而形成一全桥谐振电路，其中，谐振电感L₁与L₂分别对应串联于绝缘型压电震荡器之第一输入端801与第二输入端802。谐振电感L₁与L₂系接收功率开关电路14输出方形波之交流脉波讯号，由于谐振电感L₁与L₂具有升压与储能功效，因此可提供绝缘型压电震荡器80更高的电压转换效率。

当操作于谐振电感L₁、L₂与绝缘型压电震荡器80之相同共振频率点时，内阻抗最小、电流最大，绝缘型压电震荡器80产生压电效应而将方形波之交流脉波讯号转换为正弦波之高交流电压，并由绝缘型压电震荡器80之第一输出端803与第二输出端804分别输出高交流电压予滤波整流电路15。由于压电效应后，可提高数倍的电容量，除了可提高功率转换效率外，更可作为大功率输出之应用。藉此，操作于共振频率时，本发明之全桥谐振电路比半桥谐振电路能输出更大功率之效能。此外，本发明可视需求并联或串联多个绝缘型压电震荡器80，以增加其转换效率。

由上述可得知，本发明无须使用巨大线圈型升压变压器，只要将一压电震荡器应用于半桥谐振电路，即可输出高达70瓦功率的目的，当然，若将二个以上之压电震荡器或绝缘型压电震荡器应用于全桥谐振电路，则可推动更高的功率输出，再者，压电电容与压电震荡器、绝缘型压电震荡器的体积小且封装厚度薄，除了可减少制造成本外，亦使电路配置方式更为简化而达到产品设计轻薄短小的功效，极具有市场竞争优势。此外，压电电容与压电震荡器、绝缘型压电震荡器具有高耐压性、绝缘性佳、漏电流小等优点，可解决一般电容器耐压低及过热起火的危险，以及输出更高功率之功效。

接续，请参阅第13图为本发明应用于交流转交流之电源转换器之第七实施例示意图。其特征在于：直接输出高交流电压至外部负载，故不需要滤波整流电路来将交流电压转换为直流电压之动作。电源转换器包含整流电路11、功率因子校正电路12、脉波宽度调变器13、功率开关电路14及回授电路16、至少一第一压电组件与至少一第三压电组件。第三压电组件系为一第二压电电容19，其用来取代一般的电容器，第二压电电容19位于整流电路11与功率因子校正电路12之间，功率开关电路14位于功率因子校正电路12之输出端，脉波宽度调变器13连接于功率开关电路14，第一压电组件系为一压电震荡器18，其取代一般半桥谐振电路中所使用的电容器，压电震荡器18位于功率开关电路14之输出端。其中，整流电路14系接收一交流电讯号，并将其整流后输出一直流电讯号予第二压电电容19，第二压电电容19系接收直流电讯号并提供予功率因子校正电路12，功率因子校正电路12系接收第二压电电容19输出之直流电讯号，并调整其一功率因子以产生一高压直流输出电压予功率开关电路14，功率开关电路14系接收脉波宽度调变器13输出之一脉波宽度调变讯号以进行功率开关启/闭之操作，并将功率因子校正电路12输出之高压直流输出电压转换为方形波之一交流脉波讯号予压电震荡器18。压电震荡器18系接收功率开关电路14输出之交流脉波讯号，当操作压电震荡器18于共振频率时，系利用等效电路中的等效电感L作为谐振电感使用，以形成一半桥谐振电路。其中，压电震荡器18用以储存电能且具有压电特性，可以调整功率因素再将功率输出，通电变形时会产生逆压电效应，变形后会产生正压电效应，而其正、逆压电效应的转换将会生成正电荷，使电压放大，故可将方形波的交流脉波讯号转换为正弦波的高交流电压后输出予外部负载运作。回授电路16系依据外部负载之电力状态而输出一回授讯号予脉波宽度调变器13，以进行调整脉波宽度调变讯号。

其中，压电震荡器18转换过程视为压电效应，压电震荡器18经过压电效应后，具有高电容量，可提供倍数增加的输出功率，故压电震荡器18比一般谐振电路中的电容器具有更高的效能。由此可知，本发明可省略习知技术使用线圈型升压变压器做大功率输出的成本，达到降低制造成本与产品设计轻薄短小的功效。更进一步而言，压电震荡器18具有漏电流小、耐压性高、耐高温、绝缘性佳、体积小，封装厚度薄，极具有市场竞争优势。

接续，请参阅第14图，其为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第八实施例示意图，其与第13图不同之处在于具有二第一压电组件，以及功率开关电路系为全桥式之功率开关电路14，二第一压电组件系取代一般全桥谐振电路中的二电容器，且位于全桥式之功率开关电路14之输出端，二第一压电组件分别为一第一压电震荡器41与第二压电震荡器42。第一压电震荡器41与第二压电震荡器42接收功率开关电路14输出方形波之一交流脉波讯号，经由压电效应后，可将交流脉波讯号转换为高交流电压予外部负载运作，其中，第一压电震荡器41与第二压电震荡器42经过压电效应后，使第一压电震荡器41与第二压电震荡器42分别产生高电容量以提供倍数增加的输出功率，因此，比仅运用一压电震荡器更能提供大功率的输出。

接续，请参阅第15图，其为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第九实施例示意图。于电源转换器中的谐振电路增设一谐振电感L₁，其位于半桥式之功率开关电路14与第一压电震荡器41之间而形成一半桥谐振电路。谐振电感L₁系接收功率开关电路14输出之交流脉波讯号，由于谐振电感L₁具有升压与储能功效，因此可提供第一压电震荡器41更高的电压转换效率，经由压电效应后，可将功率开关电路14输出之交流脉波讯号转换为一高交流电压予外部负载运作。当然，若增设二谐振电感L₁与L₂，并分别串联连接于第一压电震荡器41与第二压电震荡器42以形成一全桥谐振电路，则可推动更高功率的输出，如第16图所示。

接续，请参阅第17图，其为本发明之高功率输出之压电式电源转换器之第十一实施例示意图。电源转换器其特征在于：将二压电震荡器并排而形成一绝缘型压电震荡器80，其用以取代一般全桥谐振电路的二电容器。绝缘型压电震荡器80系使用于本发明之电源转换器中的全桥谐振电路上，且位于全桥式之功率开关电路14之输出端。绝缘型压电震荡器80系接收功率开关电路14输出方形波之交流脉波讯号，当操作于共振频率时，绝缘型压电震荡器80用以储存电能且具有压电特性，可以调整功率因素再将功率输出，通电变形时会产生逆压电效应，变形后会产生正压电效应，而其正、逆压电效应的转换将会生成正电荷，使电压放大，故可将方形波的交流脉波讯号转换为正弦波的高交流电压后输出至外部负载运作。此外，若增设二谐振电感L₁与L₂，且于全桥式之功率开关电路14与一绝缘型压电震荡器之间而形成一全桥谐振电路，其中，谐振电感L₁与L₂分别对应串联于绝缘型压电震荡器之第一输入端801与第二输入端802。谐振电感L₁与L₂系接收功率开关电路14输出方形波之交流脉波讯号，由于谐振电感L₁与L₂具有升压与储能功效，因此可提供绝缘型压电震荡器80更高的电压转换效率。当操作于谐振电感L₁、L₂与绝缘型压电震荡器80之相同共振频率点时，内阻抗最小、电流最大，绝缘型压电震荡器80产生压电效应而将方形波之交流脉波讯号转换为正弦波之高交流电压，并由绝缘型压电震荡器80之第一输出端803与第二输出端804分别输出高交流电压予外部负载运作，如第18图所示。

由上述应用于交流转交流之电源转换器之实施例中，本发明更可将二压电震荡器并排为一绝缘型压电震荡器，其用以取代一般全桥谐振电路中的二电容器，而绝缘型压电震荡器之结构及其动作原理与第10A图与第十B图之实施例相同，故不再多加赘述。此外，本发明可视需求并联或串联多个压电震荡器或绝缘型压电震荡器，以增加其转换效率。

本发明利用压电电容、压电震荡器与绝缘型压电震荡器取代一般应用于电源转换器中的电容器，可应用于交流转直流或交流转交流等类型的电源转换器，具有优越的产业利用价值。此外，本发明除了可解决一般电容器体积大、漏电流大而功率输出之效率差的问题、耐压性低而容易造成电容器爆炸或过热起火的危险等之外，更可省略习知技术使用线圈型升压变压器做大功率输出的成本，达到降低制造成本与产品设计轻薄短小的功效。

以上所述之实施例仅系为说明本发明之技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺之人士能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以之限定本发明之专利范围，即大凡依本发明所揭示之精神所作之均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明之专利范围内。

Claims (8)

1.一种高功率输出之压电式电源转换器，应用于交流转直流之转换器，其包含：

至少一第一压电组件，系接收一交流脉波讯号，经由压电效应后输出一高交流电压，其中该第一压电组件系为一压电震荡器，操作压电震荡器于共振频率时，压电震荡器可利用等效电路中的等效电感作为谐振电感使用；

一滤波整流电路，系连接于该第一压电组件，该滤波整流电路系将该第一压电组件输出之该高交流电压整流为一直流电压；及

至少一第二压电组件，系位于该滤波整流电路之输出端，该第二压电组件系接收该滤波整流电路输出之该直流电压并提供至外部负载运作；

一回授电路，其系依据该外部负载之一电力状态而输出一回授讯号予一脉波宽度调变器以进行调整一脉波宽度调变讯号。

2.根据权利要求1所述之高功率输出之压电式电源转换器，其中该第二压电组件系为一压电电容。

3.根据权利要求1所述之高功率输出之压电式电源转换器，更包含一谐振电感，其串联连接于该第一压电组件以形成一半桥谐振电路。

4.根据权利要求1所述之高功率输出之压电式电源转换器，更包含二谐振电感，其分别串联连接于二该第一压电组件以形成一全桥谐振电路。

5.根据权利要求1所述之高功率输出之压电式电源转换器，其中该滤波整流电路包含二二极管与一滤波电感，该滤波电感一端连接于该二二极管，另一端连接于该第二压电组件。

6.一种高功率输出之压电式电源转换器，应用于交流转交流之转换器，其包含至少一第一压电组件，其系接收一交流脉波讯号，将其转换为一高交流电压并输出至一外部负载运作，该第一压电组件系为一压电震荡器或绝缘型压电震荡器，操作压电震荡器于共振频率时，压电震荡器可利用等效电路中的等效电感L作为谐振电感使用；还包括一回授电路，其系依据该外部负载之一电力状态而输出一回授讯号予一脉波宽度调变器以进行调整一脉波宽度调变讯号。

7.根据权利要求6所述之高功率输出之压电式电源转换器，更包含一谐振电感，其连接于该第一压电组件以形成一半桥谐振电路。

8.根据权利要求6所述之高功率输出之压电式电源转换器，更包含二谐振电感，其分别连接于二该第一压电组件以形成一全桥谐振电路。