CN101998712A - 利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置 - Google Patents

Abstract

本发明是揭露一种利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，包含至少一绝缘型压电变压器连接于一发光二极管模块，绝缘型压电变压器的一次侧是接收脉波讯号，经由压电变压方式而将脉波讯号转换为交流电压，并由绝缘型压电变压器的二次侧输出交流电压予发光二极管模块驱动点灯。由于绝缘型压电变压器具有漏电流小、绝缘性佳、耐压性高、温度低、体积小、封装厚度薄且高转换效率等优点，除了可提高点灯效率，更可缩小整个点灯驱动装置体积的功效。

Description

利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置

技术领域

本发明是有关一种利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，特别是关于一种利用绝缘型压电变压器提高功率转换效率而使发光二极管的点灯效率最佳化。

背景技术

近年来，由于信息产品轻、薄、短、小的发展趋势，使得压电变压器应用于液晶显示器背光源的驱动已日趋普遍。压电变压器的基本原理是利用电场与力场的间的能量互换效应来转换电压，具有体积小、重量轻，高电能转换效率、高可靠度、高绝缘、与无电磁干扰(electromagneticinterference，EMI)等众多优点。然而，压电变压器的一次侧接收一驱动电压并从二次侧电极输出提升一升压比的电压，若压电变压器为非共振频率的频宽范围所驱动时，压电变压器会产生寄生振动，虽可自二次侧输出非共振频率，但会消耗能量而降低压电变压器的转换效率。

习知的压电变压器得借助加上传统的绕线式变压器去做一、二次侧的绝缘，由于绕线式变压器可产生具有比输入电压高的正弦波的电压，因此，可用无含有共振频率的成分的正弦波来驱动压电变压器，使压电变压器的转换效率提高，以及压电变压器驱动电路可用较低的电压驱动等优点。惟，习知技术需要绕线式变压器做变压的用，因此整个驱动装置的体积显得非常大，不符合轻薄短小的要求。此外，绕线式变压器变压时会产生磁心的效率损耗而降低输出效率，且线圈的耐压不足，很容易会因为高压而跳电击穿，导致短路烧毁，具有极高的危险性。

有鉴于此，本发明遂提出一种利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，以改善存在于先前技术中的该些缺失。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，利用绝缘型压电变压器的基材上的绝缘区域使一次侧与二次侧达到绝缘的目的，可降低能量的损耗而提高功率转换效率。

本发明的另一目的是提供一种藉由绝缘型压电变压器取代一般点灯装置中的绕线式变压器，绝缘型压电变压器具有漏电流小、绝缘性佳、耐压性高、温度低、体积小、封装厚度薄且高转换效率等优点，除了可提高点灯效率，更可缩小整个发光二极管的点灯驱动装置体积而的让最终产品尺寸达到精简化的优点，极具有市场竞争优势。

为达到上述目的，本发明提供一种利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，包括发光二极管模块连接于至少一绝缘型压电变压器，发光二极管模块包含复数个第一极性发光二极管与第二极性发光二极管。绝缘型压电变压器包含一陶瓷基材、至少一第一上电极与第一下电极、至少一第二上电极与第二下电极。其中，陶瓷基材具有一上表面与一下表面，第一上电极与第一下电极分别对称设置于基材的上表面与下表面，以作为一次侧，并接收一脉波讯号。第二上电极与第二下电极分别对称设置于基材的上表面与下表面，以作为二次侧，且于第一上电极、第二上电极的间与第一下电极、第二下电极的间设有一绝缘区域。一次侧与二次侧藉由压电变压方式而将脉波讯号转换为一交流电压，并由二次侧输出交流电压以驱动此些第一极性发光二极管点灯或此些第二极性发光二极管点灯。

此外，本发明可增设一滤波整流电路与一压电电容，应用于直流电压驱动发光二极管模块进行点灯动作。滤波整流电路是与压电电容并联连接，滤波整流电路位于二次侧，并将二次侧输出的交流电压转换为一直流电压，由压电电容提供直流电压以驱动发光二极管模块点灯，其中，发光二极管模块为并联复数个极性相同的发光二极管。

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的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第一实施例示意图。

图2A为本发明的绝缘型压电变压器的结构剖视图。

图2B为本发明的绝缘型压电变压器的组件结构。

图2C为本发明的绝缘型压电变压器的等效电路。

图3为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第二实施例示意图。

图4为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第三实施例示意图。

图5为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第四实施例示意图。

图6为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第五实施例示意图。

图7为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第六实施例示意图。

图8为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第七实施例示意图。

图中：

11发光二极管模块

111第一极性发光二极管

112第二极性发光二极管

12绝缘型压电变压器

121一次侧

122二次侧

20陶瓷基材

201第一上电极

202第一下电极

203第二上电极

204第二下电极

205绝缘区域

50发光二极管模块

501第一发光二极管灯串

502第二发光二极管灯串

70滤波整流电路

71压电电容

具体实施方式

请参阅图1，为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第一实施例示意图。本实施例是应用于交流点灯装置，包含一发光二极管模块11及至少一绝缘型压电变压器12。发光二极管模块11是为并联的复数个第一极性发光二极管111与复数个第二极性发光二极管112，其中，此些第一极性发光二极管111与此些第二极性发光二极管112的极性相反，且可交互配置再予以并联形成发光二极管模块11。绝缘型压电变压器12包含一次侧121与二次侧122，一次侧121是接收一脉波讯号，经由压电变压方式而将脉波讯号转换为交流电压，并由二次侧122输出交流电压予发光二极管模块11驱动点灯。

当操作绝缘型压电变压器12于共振频率点，且输入的脉波讯号为正半周时，则绝缘型压电变压器12的一次侧121是接收脉波讯号，藉由压电效应而将脉波讯号转换为交流电压，并由二次侧122输出交流电压以驱动此些第一极性发光二极管111点灯。其中，发光二极管具有单向导电的特性，此些第一极性发光二极管111为顺向偏压，故电流流通此些第一极性发光二极管111，因而驱动此些第一极性发光二极管111点灯，而此些第二极性发光二极管112为逆向偏压，相当于开路状态，没有电流流通。换言的，若输入的脉波讯号为负半周时，由二次侧122输出交流电压以驱动此些第二极性发光二极管112点灯，其中，此些第二极性发光二极管112为顺向偏压，故电流流通此些第二极性发光二极管112，因而驱动此些第二极性发光二极管112点灯，而此些第一极性发光二极管111为逆向偏压，相当于开路状态，没有电流流通。

如图2A所示，为本发明的绝缘型压电变压器的结构剖视图。请同时配合参阅图2B，为本发明的绝缘型压电变压器的组件结构。绝缘型压电变压器12包含一陶瓷基材20、至少一第一上电极201与第一下电极202、至少一第二上电极203与第二下电极204。陶瓷基材20具有一上表面与一下表面，第一上电极201与第一下电极202分别对称设置于陶瓷基材20的上表面与下表面，以作为一次侧。第二上电极203与第二下电极204分别对称设置于陶瓷基材20上表面与下表面，以作为二次侧，且于第一上电极201、第二上电极203的间与第一下电极202、第二下电极204的间设有一绝缘区域205。一次侧与二次侧藉由压电变压方式而将脉波讯号转换为一交流电压过程，会使第一上电极201、第一下电极202的间的陶瓷基材20与第二上电极203与第二下电极204的间的陶瓷基材20各别予以极化，绝缘区域205形成未极化区域，而保持陶瓷材料的物理特性，故呈现绝缘状态。其中，操作于共振频率的频宽范围时，绝缘区域205的阻抗值最小，换言的，绝缘区域205在没有频率的频宽范围时，阻抗值最大，约可达到10¹²～10¹³奥姆而呈现高阻状态(绝缘状态)，因此，可达到一次侧与二次侧绝缘的功效，进而减少共振频率的外的正弦波成份进入二次侧而造成能量的损耗。

接续，如图2C所示，为本发明的绝缘型压电变压器的等效电路。等效电路中绘示有位于一次侧的等效电容C₁与变压器T₁、由串联连接的等效电感L、等效电容C与等效电阻R，以及位于二次侧的等效电容C₂与变压器T₂。其中，等效电路中表示力学特性的等效电容C₁与C₂是经由压电效应所产生的，且力学特性C₁与C₂值约为表示电特性的等效电容C值的3倍电容量，绝缘型压电变压器12具有高电容量(Q＝C*V)，使效率能量转换提高，进而提高点灯效率。

请参阅图3，为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第二实施例示意图，其与图1不同在于增设一谐振电感L₁，其串联于绝缘型压电变压器12的一次侧的第一上电极201，以形成一半桥谐振电路。发光二极管模块11是为并联复数个第一极性发光二极管111与第二极性发光二极管112，且此些第一极性发光二极管111与此些第二极性发光二极管112的极性相反。当操作于谐振电感L₁与绝缘型压电变压器12的相同共振频率点，且输入脉波讯号为正半周时，绝缘型压电变压器12的一次侧121透过谐振电感L₁接收脉波讯号，经由压电变压方式，可将脉波讯号转换为交流电压，此时内阻抗最小、电流最大，故转换效率最好，再由绝缘型压电变压器12的二次侧122输出交流电压以驱动此些第一极性发光二极管111点灯。其中，谐振电感L₁具有将脉波讯号做升压与储能功效，故可以提供绝缘型压电变压器12较高的功率转换效率。若输入脉波讯号为负半周时，绝缘型压电变压器12的一次侧是接收脉波讯号，藉由压电变压方式将脉波讯号转换为交流电压后，由绝缘型压电变压器12的二次侧输出交流电压以驱动此些第二极性发光二极管112点灯。

若要提高整个发光二极管模块11的功率输出，如图4所示，本实施例可增设二谐振电感L₁与L₂。谐振电感L₁与L₂分别串联于绝缘型压电变压器12的一次侧的第一上电极201、第一下电极202以形成一全桥谐振电路。此些第一极性发光二极管111与此些第二极性发光二极管112分别连接于绝缘型压电变压器12的第二上电极203与第二下电极204。当操作于谐振电感L₁、L₂与绝缘型压电变压器12的相同共振频率点，且输入脉波讯号为正半周时，一次侧的第一上电极201为正极，第一下电极202为负极，一次侧透过谐振电感L₁与L₂接收脉波讯号，谐振电感L₁与L₂可作为升压与储能，以供一次侧更大的功率转换效能，藉由压电变压方式，可将脉波讯号转换为一交流电压，此时，绝缘型压电变压器12的二次侧的第二上电极203为正极，第二下电极204为负极，故由第二上电极203输出交流电压以驱动顺向偏压的此些第一极性发光二极管111点灯。若输入脉波讯号为负半周时，一次侧的第一下电极202为正极，第一上电极201为负极，一次侧透过谐振电感L₁与L₂接收脉波讯号，藉由压电变压方式，可将脉波讯号转换为一交流电压，此时，绝缘型压电变压器12的二次侧的第二下电极204为正极，第二上电极203为负极，故由第二下电极203输出交流电压以驱动顺向偏压的此些第二极性发光二极管112点灯。藉此，操作于共振频率的频宽范围时，本发明的全桥谐振电路比半桥谐振电路能输出更大功率的效能。

请参阅图5，为本发明的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置的第四实施例示意图。点灯装置包含至少一发光二极管模块50及至少一绝缘型压电变压器12。发光二极管模块50是为并联复数个第一发光二极管灯串501与复数个第二发光二极管灯串502，每一第一发光二极管灯串501包含复数个第一极性发光二极管，每一第二发光二极管灯串502包含复数个第二极性发光二极管。此些第一发光二极管灯串501与此些第二发光二极管灯串502分别连接于绝缘型压电变压器12的第二上电极203与第二下电极204，其中，此些第一发光二极管灯串501与此些第二发光二极管灯串502的极性相反，且可交互配置再予以并联形成发光二极管模块50。当操作于绝缘型压电变压器12共振频率点，且输入脉波讯号为正半周时，此时，绝缘型压电变压器12的一次侧的第一上电极201为正极、第一下电极202为负极，而一次侧是接收一脉波讯号，藉由压电变压方式，可将脉波讯号转换为一交流电压，此时，绝缘型压电变压器12的第二上电极203为正极，第二下电极204为负极，故由第二上电极203输出交流电压以驱动顺向偏压的此些第一发光二极管灯串501点灯。换言的，输入脉波讯号为负半周时，此时，绝缘型压电变压器12的一次侧的第一下电极202为正极，第一上电极201为负极，而二次侧的第二下电极204为正极，第二上电极203为负极，故由第二下电极203输出交流电压以驱动顺向偏压的此些第二发光二极管灯串502点灯。于本实施例中，若绝缘型压电变压器12搭配二谐振电感L₁与L₂来构成全桥谐振电路，即可推动更高功率的输出，如图6所示。

本发明除了利用交流电压驱动发光二极管模块外，更可利用直流电压驱动发光二极管模块，如图7所示，本实施例可增设一滤波整流电路70与一压电电容71，滤波整流电路70与一压电电容71并联连接，滤波整流电路70是位于一绝缘型压电变压器12的二次侧，压电电容71是提供一直流电压以驱动发光二极管模块11点灯。滤波整流电路70包含二极管D1与D2与一滤波电感L，滤波电感L连接于二极管D1与D2，二极管D1与D2分别连接于二次侧的第二上电极203与第二下电极204。

当操作于绝缘型压电变压器12共振频率点，且输入脉波讯号为正半周时，此时，绝缘型压电变压器12的一次侧的第一上电极201为正极、第一下电极202为负极，而一次侧是接收一脉波讯号，藉由压电变压方式，可将脉波讯号转换为一交流电压，此时，绝缘型压电变压器12的第二上电极203为正极，第二下电极204为负极，故由第二上电极203输出交流电压予二极管D1，二极管D1为顺向偏压，电流可从二极管D1流出通过滤波电感111至压电电容71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。若输入脉波讯号为负半周时，一次侧的第一下电极202为正极，第一上电极201为负极，而二次侧的第二下电极204为正极，第二上电极203为负极，故由第二下电极204输出交流电压予二极管D2，二极管D2为顺向偏压，电流可从二极管D2流出通过滤波电感L至压电电容71进行充电，而二极管D1为逆向偏压，相当于开路状态，没有电流流通。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交流电压转换为一直流电压，再由压电电容71输出直流电压以驱动发光二极管模块11点灯。于本实施例中，发光二极管模块11为并联复数个极性相同的单颗发光二极管，并由压电电容71提供直流电压以驱动发光二极管模块11点灯，当然，发光二极管模块11亦可为并联复数个极性相同的发光二极管灯串113，每一发光二极管灯串113包含复数个极性相同的发光二极管，如图8所示。

此外，于图7与图8中，本发明可视需求将绝缘型压电变压器12搭配一谐振电感L₁来构成半桥谐振电路，以提高功率来驱动发光二极管模块，当然，若将绝缘型压电变压器12搭配二谐振电感L₁与L₂来构成全桥谐振电路，即可推动更高功率的输出。

综上所述，绝缘型压电变压器为陶瓷材质，具有高耐压性，约可耐压交流电压3000伏特，藉以取代绕线式变压器，以解决绕线式变压器变压时会产生磁心的效率损耗而降低输出效率，且线圈的耐压不足，容易会因为高压而跳电击穿，导致短路烧毁的问题；以及，可解决习知压电变压器因高压输入、振动太激烈时，所发生断裂或破损的问题，再者，本发明的绝缘型压电变压器在没有频率的频宽范围时，阻抗值约可达到10¹²～10¹³奥姆，可有效降低能量的损失，进而提高电能转换效率，使点灯效率达最佳化。此外，绝缘型压电变压器体积小、封装厚度薄，可降低制造成本与缩小整个发光二极管的点灯驱动装置体积而使产品设计轻薄短小的优点，故极具有市场竞争优势。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (13)

1.一种利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，包括：

一发光二极管模块；及

至少一绝缘型压电变压器，是连接于该发光二极管模块，该绝缘型压电变压器包含：

一陶瓷基材，具有一上表面与一下表面；

至少一第一上电极与第一下电极，分别对称设置于该陶瓷基材的该上表面与该下表面，以作为一次侧，并接收一脉波讯号；及

至少一第二上电极与第二下电极，分别对称设置于该陶瓷基材的该下表面与该下表面，以作为二次侧，且于该第一上电极、该第二上电极的间与该第一下电极、该第二下电极的间设有一绝缘区域，该一次侧与该二次侧藉由压电变压方式而将该脉波讯号转换为一交流电压，并由该二次侧输出该交流电压以驱动该发光二极管模块点灯。

2.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该陶瓷基材的形状是为圆形、方形、矩形或其它几何形状。

3.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该发光二极管模块包含复数个第一极性发光二极管与复数个第二极性发光二极管，并由该二次侧输出该交流电压以驱动该些第一极性发光二极管点灯或该些第二极性发光二极管点灯。

4.根据权利要求第3项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该发光二极管模块为并联复数个的该第一极性发光二极管与该第二极性发光二极管，且该些第一极性发光二极管与该些第二极性发光二极管的极性相反。

5.根据权利要求第3项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该发光二极管模块为并联复数个第一发光二极管灯串与第二发光二极管灯串，每一该第一发光二极管灯串包含该些第一极性发光二极管，每一该第二发光二极管灯串包含该些第二极性发光二极管，且该些第一发光二极管灯串与该些第二发光二极管灯串的极性相反。

6.根据权利要求第3项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该二次侧输出该交流电压是以正半周状态来驱动该些第一极性发光二极管点灯，而以负半周状态来驱动该些第二极性发光二极管点灯。

7.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，更包含一滤波整流电路与一压电电容，该滤波整流电路是与该压电电容并联连接，滤波整流电路位于该二次侧，并将该二次侧输出的该交流电压转换为一直流电压，由该压电电容提供该直流电压以驱动该发光二极管模块点灯。

8.根据权利要求第7项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该发光二极管模块为并联复数个极性相同的单颗发光二极管，由该压电电容提供该直流电压以同时驱动该些单颗发光二极管点灯。

9.根据权利要求第7项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该发光二极管模块为并联复数个极性相同的发光二极管灯串，每一该发光二极管灯串包含复数个极性相同的发光二极管，由该压电电容提供该直流电压以同时驱动该些发光二极管灯串点灯。

10.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该绝缘区域在没有频率的频宽范围时，阻抗值约为1012～1013奥姆。

11.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，其中该绝缘型压电变压器可耐压约3000伏特的高压交流电压。

12.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，更包含一谐振电感，其串联于该绝缘型压电变压器以形成一半桥谐振电路。

13.根据权利要求第1项所述的利用绝缘型压电变压器驱动发光二极管的点灯装置，更包含二谐振电感，其串联于该绝缘型压电变压器以形成一全桥谐振电路。

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