CN1211850A - 具有压电变压器的电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有设置在变压器(1)初级一侧(2)的两个电极(4、5)的压电变压器(1)的一种电路装置及这样一种压电变压器(1)本身。这种类型的压电变压器例如可用于电源供电或对灯或对电子管的控制。为了使用最频繁可用的DC电压代替传统的AC电压,在初级一侧(2)上直接地控制这样一种压电变压器,根据本发明的DC电压源(8)与所述电极(4、5)相连,并且提供了一个开关器件(10)用于中断对至少一个电极(4)的电压供应,开关器件的位置依赖于变压器(1)初级一侧(2)伸展的状态。这样开关器件(10)周期性地接通和断开,这样所加的DC电压也被周期性地中断。

Description

具有压电变压器的电路装置

本发明涉及具有两个电极的压电变压器的电路装置及这样一种压电变压器本身，其中所述的两个电极安装于变压器初级一侧。

压电变压器是一种使用了正压电效应并同时在器件内变换的已知电气元件。电能首先在初级一侧被转换为机械能，并在机械能经内部由初级传递到次级一侧后再次转换为电能。压电变压器最主要是用作电压变压器，该电压变压器是将一个加在初级一侧电极上的低电压(AC电压)转换为由次级一侧的输出电极流出的一个高电压(AC电压)。例如由M.Sugimoto等写的出版物，SID96，文摘，第757页(1996)中公开了一种已知的电路装置，其中包括用来控制LCD的这样一种压电变压器。

因为压电变压器是在初级一侧的AC电压下工作的，所以在已知的电路装置中提供了一种控制电子，这些控制电子首先将现有的DC电压转换为AC电压，随后该AC电压将被加到压电变压器的初级一侧。然而这些控制电子需要比该压电变压器所需的小空间相对要大的空间，尤其是由于其较低的高度(与常规的电感变压器相比)。

因此，本发明的目的不仅是提供一个具有压电变压器的简化电路，还提供一个压电变压器本身，它们能避免上述缺点。

实现相应于本发明的这个目的在于DC电压源与电极相连，还在于提供了开关器件，以中断至少一个电极的电压源，这种电极的开关位置依赖于变压器初级一侧的伸展状态。

依赖于变压器初级一侧的伸展状态，所述开关器件既可以是接通的也可以是断开的，以致所加的DC电压被周期性地中断。用于开关器件的分离的控制电子是不必要的。

在最佳实施例中认为开关器件在初级一侧的伸展状态下为断开，而在初级一侧的非伸展状态下为接通。当所述开关器件接通时，在DC电压加到所述电极之后，作为压电效应的结果，初级一侧被伸展。如果超越了伸展的某种程度，则根据本发明所提供的开关器件被断开，以至电压的供应被中断。接着，加到电极上的所述电势再次减小，所以变压器初级一侧也再次缩小。在指定的伸展度以下，开关器件再次接通，且在再次加入DC电压之后，所述的操作由起始处开始。作为变压器初级一侧适当移动的结果，所述开关器件就是这样断开和接通的，且所加的DC电压因此而被开关接通及断开，由此被转换为脉冲DC电压。考虑到机械能在变压器内部的传送以及由输出端流出的AC电压，则所述压电变压器实质上与已知的压电变压器的作用相同。然而，在根据本发明的电路装置中，可省去为向初级一侧的电极供电而产生AC电压的控制电子。

本发明的一个实施例提供了一种电路装置，它代表一个很容易实现的用于开关器件的解决方案，其中所述开关器件可被伸展，并直接与电极或初级一侧相连，而且所述开关器件的伸展状态依赖于变压器初级一侧的伸展状态，并且设置所述开关器件，以便其电导率依赖于其伸展状态，以致所述电导率随伸展的增加而减小。可将这种开关器件安排为在伸展状态下为断开，而在正常位置下为接通。在所述“断开”和“接通”之间，可存在一个平滑转换即随着开关器件伸展的增加，电导平稳地降低。当开关器件伸展或缩小时，所提供的DC电压不存在跳动的通和断，但流过开关器件的电流会相应地平稳减小或增大。

本发明的一个实施例提供了一种电路装置，它代表一个简单的和小型化的解决方案，其中电极同时也构成了开关位置，所述开关器件是由层化电极构成，该层化电极是由一种能够伸展并涂敷有电导电粒子的电绝缘材料组成。一方面，特别是因为省略了方法步骤而使这种方法节省制造时的开销，另一方面，也减小了所需空间。这种电导随伸展的增长而减小的层也被当作渗透层来参考。

本发明的一个实施例提供了一种压电变压器，它可在DC电压下在初级一侧工作，其中至少一个电极具有一个开关器件或其自身被设置为一个具有开关状态的开关器件，而所述开关状态依赖于变压器初级一侧的伸展状态。

根据本发明的电路装置特别适用于电源的供应或对灯的控制，尤其是，荧光灯或气体放电灯(例如，小型的荧光灯、冷阴极荧光灯、高压气体放电灯)、电子管或用于X射线管中的栅极控制。另外，根据本发明的电路装置可以在任何不需要太大输出功率的小型化的电压变压器的情况下使用。

下面，通过对参照以下实施例而进行的说明，使本发明的这些和其它方面更显著。

在附图中：

图1A至1C显示了根据本发明的用来控制灯的电路装置，以及

图2A至2C显示了(伸展的三个状态中)根据本发明的具有渗透层的压电变压器。

图1A至1C显示了一个根据本发明的电路装置，用以向灯9提供AC电压，其中显示了处于伸展的不同状态的压电变压器1。在这里被排列成长方形压电陶瓷块、以及被排列成玫瑰形变压器的压电变压器1，被分成初级一侧2和次级一侧3。两个电极4、5排列在表面，形成了初级电极，该电极与一个DC电压源，在这里是电池8相连。由排列在次级一侧3上的次级电极7和作为参考电极的初级电极5，可放出一个高频AC电压，用以向灯9提供电源。初级一侧2和次级一侧3上的压电陶瓷的极化方向与初级电极4和5平行，并与投影平面平行。

在由电池8到初级电极4的电源线6中提供了一个具有两个开关触点101、102的开关器件10。在图1A中，初级一侧2是处于静止的非伸展状态中，在该状态中开关器件10是接通的，且开关触点102处于输出相位(A)。在初级电极4、5之间没有或仅有轻微电势时，初级一侧2采用这种静止状态。当加上来自电池8的DC电压时，电流将流过电源线6及开关10，以致在电极4、5之间存在一个电势。基于压电效应，这将引起初级一侧2以箭头11所指的方向伸展。由于开关触点102是牢固地连在电极4上，而电极4又依次牢固地固定在初级一侧2的表面，所以开关触点102也由位置A移动到位置B(看图1B)。结果，开关器件10断开，以致由电源8向电极的供电被中断了。

在电源供电中断之后，加在电极4、5之间的电势再次减小，之后初级一侧2再次缩小，并以箭头12的方向返回静止的状态。这也会导致开关触点102返回参考点位置A，开关器件10则再次接通(看图1C)。现在电流再次通过开关装置10，并且在电极4、5间再次建立了一个电势，于是如上所述的过程再次由起始处开始。

在所说明的电路装置中，如同已知电路装置中可能作到的，一个高频DC电压可由电极7和5输出。由于能引起初级一侧2(以谐振频率)振荡，其中初级一侧与次级一侧3耦合，且次级一侧3也被设置为振荡模式，所以压电变压器内的机械能由初级一侧2到次级一侧 3的内部传递显示了与已知压电变压器中以相同方式发生的一切。可输出的输出电压的幅度依赖于电池电压的功率及所选的变换因子(这也依赖于压电变压器的内部结构，例如具有若干压电层的次级一侧3的装置，这若干个压电层的每个都由一个电极分开)。

对于初级和次级侧，不是用电极5作为通用参考电极，而是次级一侧3有它自己的作为参考电极的第二电极，在这种实施例中，也可将开关器件(只有它自己或除了所示的开关器件10外)安装在由电池8到电极5的电源线中。

在图2A至2C中显示了本发明的另一个实施例，其中说明了在不同伸展状态中的压电变压器1。为便于理解，这里省略了图1中显示的电池8及灯9。与DC电源线6相连的上面的初级电极(图1中4)，在这里构成一个薄渗透层13。它也如开关器件一样工作，作为初级一侧2伸展的结果而接通，也可断开，正如下文中将要说明的那样。

渗透可由有弹性的柔软材料的合成物构成。这种合成物包括一个电绝缘塑料基体14(看图2C)，例如一种聚合物、聚烯烃或涂敷有电导电粒子15的SiO₂，其中导电粒子15例如可由金属、氧化导电材料或石墨组成。根据结构及成分，在渗透层13中的导电粒子15最好在30％至60％之间。

在图2A中显示了处于静止非伸展状态下的初级一侧2及渗透层13。在该状态中渗透层13的作用是一个接通的开关。在这种状态中，导电粒子15相互接触或靠得极近，以致实质上由隧道电流形成的电流能流过渗透层13。当将DC电压加到初级电极13、5上时，在它们之间就建立了电势，该电势会引起初级一侧2伸展，并且在同一时刻，牢固地涂敷在初级一侧2上的渗透层13以箭头11的方向(看图2B)伸展。结果，导电粒子15不再接触，且移去，以致不再有电流流过渗透层13。接着，在由静止的非伸展状态(图2A)变为最大伸展状态(图2C)中，渗透层的阻抗平稳地提高，以致流过渗透层13的电流稳步减小，直到根本不再可能有电流流动。在建立于渗透层13和电极15之间的电势再次减小之后，初级一侧2和渗透层13再次返回支座的非伸展状态，且渗透层13也再次变为导电的。如上所述的操作再次从起始处开始。

渗透层非常薄，以致压电变压器1的弹性不受其影响。所说明的周期性操作的频率现在仅意味着变压器本身的机电特性，这就是说，设定了其特性中的一个—固有频率，特别是谐振频率。

也可以用已知的Wagner开关的原理安装开关装置，其中(在电流流过电磁体及断路触点时，由电磁体的磁场)将断路触点断开及(在没有电流流动时，例如用弹簧)将其接通。

Claims (6)

1．具有排列在变压器(1)初级一侧(2)上的两个电极(4、5)的压电变压器(1)的一种电路装置，其特征在于DC电压源(8)与电极(4、5)相连，且提供了一个用于中断至少一个电极(4)的电压供应的开关器件(10)，其中该电极(4)的开关位置依赖于变压器(1)初级一侧(2)的伸展状态。

2．如权利要求1的一种电路装置，其特征在于将所述开关器件(10)设置为在初级一侧(2)的伸展状态下为断开，而在初级一侧(2)为非伸展状态时为接通。

3．如权利要求1的一种电路装置，其特征在于所述开关器件(10)可被伸展，并直接与电极(4)或初级一侧(2)相连，而且所述开关器件(10)的伸展状态依赖于变压器初级一侧(2)的伸展状态，并且设置所述开关器件(13)，以便其电导率依赖于其伸展状态，以致所述电导率随伸展的增加而减小。

4．如权利要求1的一种电路装置，其特征在于所述开关器件(10)是由层化电极(13)构成，该层化电极(13)是由一种能够伸展，并涂敷有电导电粒子(15)的电绝缘材料(14)组成。

5．且有排列在变压器(1)初级一侧(2)上的两个电极(4、5)的一种压电变压器(1)，其特征在于至少一个电极(4)具有一个开关器件(10)或其自身被设置为一个具有开关状态的开关器件，其中所述开关状态依赖于所述变压器(1)初级一侧(2)的伸展状态。

6．如权利要求1所述的电路装置的使用，用于电源供应或对灯(9)，特别是对荧光灯或气体放电灯、电子管或X射线管的控制。

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