KR100349134B1 - Piezoelectric transformer for high-output - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발열온도를 저감시켜 고출력을 실현시킨 고출력용 압전트랜스포머에 관한 것으로, 본 발명에 따른 압전트랜스는 도너츠 형태의 압전체소자(61)와, 상기 압전체소자(61)의 상면 일부 영역에 형성된 입력전극(INE)과, 상기 압전체소자(61)의 상면 나머지 영역에 상기 입력전극과 전기적으로 분리되도록 형성되는 출력전극(OUTE)과, 상기 압전체소자(61)의 하면에 형성되는 접지전극(GE)으로 구성되고, 상기 압전체소자를 링형으로 구성함으로서, 외부 접촉면적을 증가시켜 발열온도를 낮춘 것이다.The present invention relates to a high output piezoelectric transformer that realizes a high output by reducing the heat generation temperature. The piezoelectric transformer according to the present invention includes a donut-shaped piezoelectric element 61 and an input formed on a portion of the upper surface of the piezoelectric element 61. An electrode INE, an output electrode OUTE formed to be electrically separated from the input electrode in the remaining area of the upper surface of the piezoelectric element 61, and a ground electrode GE formed on the lower surface of the piezoelectric element 61; The piezoelectric element is formed in a ring shape, thereby increasing the external contact area to lower the heat generation temperature.

Description

고출력용 압전트랜스{PIEZOELECTRIC TRANSFORMER FOR HIGH-OUTPUT}Piezoelectric transformer for high power {PIEZOELECTRIC TRANSFORMER FOR HIGH-OUTPUT}

본 발명은 전압인가에 따른 압전체소자의 변형을 이용하여 1차전압을 2차전압으로 변환하는 압전트랜스에 관한 것으로, 특히 입력 또는 출력의 용량값을 증가시켜, 진동속도를 감소시킴으로써 고출력을 실현할 수 있음과 동시에 발열온도를 저감시킬 수 있도록 한 고출력용 압전트랜스에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer that converts a primary voltage to a secondary voltage by using a deformation of a piezoelectric element according to voltage application. In particular, a high output can be realized by increasing a capacitance value of an input or an output and reducing a vibration speed. The present invention relates to a high output piezoelectric transformer that can reduce heat generation temperature.

일반적으로, 압전트랜스의 기본원리는 몸체의 일부 영역에 전압을 인가함으로써 발생되는 변형이, 같은 몸체의 다른 영역으로 변형과 2차 전압으로 전환되는 것을 이용한 것이다. 이와 같은 압전트랜스는 입력 및 출력측의 형상과 진동모드등에 따라 여러 가지 종류로 나누어지는데, 그 중 밸러스트(ballast) 압전트랜스용으로 검토되고 있는 링-도트타입 압전트랜스를 도 1a,1b에 도시되어 있다.In general, the basic principle of piezoelectric transformers is that deformation caused by applying a voltage to a part of the body is transformed into another area of the same body and converted into a secondary voltage. Such piezoelectric transformers are classified into various types according to the shape and vibration mode of the input and output sides, among which ring-dot type piezoelectric transformers, which are being considered for ballast piezoelectric transformers, are shown in FIGS. 1A and 1B. .

도 1a는 종래 링-도트타입 압전트랜스의 평면도이고, 도1b는 종래 링-도트타입 압전트랜스의 단면도로서, 링-도트 타입 압전트랜스는 도 1a와 같이, 링형태의 오픈영역(OP)를 통해 압전체소자를 링영역(ring)과 도트영역(dot)으로 나눈 것으로, 도 1b를 참조하면, 링-도트 타입 압전트랜스는 압전체소자(11)와, 상기 압전체소자(11)의 상측면에 형성되어 1차전압이 인가되는 입력단(IN)에 연결된 입력전극(INE)과, 상기 입력전극(INE)과 오픈영역(OP)에 의하여 전기적으로 분리되며 2차전압이 출력되는 출력단(OUT)에 연결된 출력전극(OUTE)과, 상기 압전체소자(11)의 하측면에 형성되어 접지로 연결된 접지전극(GE)으로 이루어진다. 상기에서, 도트부위가 입력전극(INE)이 되고, 링부위가 출력전극(OUTE)이 될 수도 있고, 반대로 링부위가 입력전극(INE)이 되고, 도트부위가 출력전극(OUTE)이 될 수 도 있다.FIG. 1A is a plan view of a conventional ring-dot type piezoelectric transformer, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a conventional ring-dot type piezoelectric transformer, and the ring-dot type piezoelectric transformer is formed through a ring-shaped open area OP as shown in FIG. 1A. The piezoelectric element is divided into a ring region and a dot region. Referring to FIG. 1B, a ring-dot type piezoelectric transformer is formed on the piezoelectric element 11 and the upper surface of the piezoelectric element 11. An output connected to an input electrode INE connected to an input terminal IN to which a primary voltage is applied, and to an output terminal OUT that is electrically separated by the input electrode INE and an open area OP and outputs a secondary voltage. The electrode OUTE and a ground electrode GE formed on the lower surface of the piezoelectric element 11 and connected to the ground are formed. In the above, the dot portion may be the input electrode INE, the ring portion may be the output electrode OUTE, on the contrary, the ring portion may be the input electrode INE, and the dot portion may be the output electrode OUTE. There is also.

상기와 같이 구성된 종래 링-도트타입 압전트랜스에서, 도1a에 도시된 도트(DOT), 즉 도1b의 입력전극(INE)으로 공진주파수의 입력전압을 인가하면, 도 1b에 도시된 바와 같은 평면방향(화살표방향)으로 수축 팽창하는 진동모드로 진동을 하게 되며, 이때 두께방향으로는 반대로 팽창 수축이 일어나 출력전극(OUTE)에서 압전효과에 의한 전압이 발생하게 된다.In the conventional ring-dot type piezoelectric transformer configured as described above, when the input voltage of the resonant frequency is applied to the dot DOT shown in FIG. 1A, that is, the input electrode INE of FIG. 1B, the plane as shown in FIG. It vibrates in a vibrating mode that contracts and expands in the direction (arrow direction). In this case, an expansion and contraction occurs in the thickness direction to generate a voltage due to the piezoelectric effect at the output electrode OUTE.

그러나, 이와 같은 종래의 링-도트타입 압전트랜스는 입력측 및 출력측의 용량이 적기 때문에, 고출력용으로 사용하기가 부적합하며, 만일 고출력용으로 사용하게 되더라도 진동속도가 증가하여 어느 특정 레벨이상으로 진동속도가 증가하면발열온도가 급격하게 상승하여 허용치 이상으로 되는 등과 같은 문제점이 발생한다.However, since the conventional ring-dot type piezoelectric transformer has a small capacity at the input side and the output side, it is not suitable to be used for high power, and even if used for high power, the vibration speed increases and the vibration speed is higher than a certain level. If increases, problems such as rapid heating temperature rises above the allowable value occur.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 발열온도를 저감시켜 고출력을 실현한 고출력용 압전트랜스를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and therefore, an object of the present invention is to provide a high output piezoelectric transformer that realizes high output by reducing the heat generation temperature.

도 1a는 종래 링-도트타입 압전트랜스의 평면도이고, 도1b는 종래 링-도트타입 압전트랜스의 단면도이다.1A is a plan view of a conventional ring-dot type piezoelectric transformer, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a conventional ring-dot type piezoelectric transformer.

도 2는 본 발명의 제1실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a first embodiment of the present invention.

도 3은 도2의 변형예를 보이는 도면이다.3 is a view showing a modification of FIG.

도 4는 본 발명에 따른 적층 링-도트타입 압전트랜스의 등가회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer according to the present invention.

도 5는 본 발명의 제2실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 제3실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a third embodiment according to the present invention.

도 7은 도6의 적층 링-도트타입 압전트랜스의 분해사시도이다.FIG. 7 is an exploded perspective view of the stacked ring-dot type piezoelectric transformer of FIG. 6. FIG.

도 8은 도6의 변형예를 보이는 도면이다.8 is a view showing a modification of FIG.

도 9a는 본 발명에 따른 제4실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 분해사시도이고, 도 9b는 도9a의 적층 링-도트타입 압전트랜스의 결합사시도이며, 도 9c는 도9b의 단면도이다.FIG. 9A is an exploded perspective view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a fourth embodiment according to the present invention, and FIG. 9B is a combined perspective view of the laminated ring-dot type piezoelectric transformer of FIG. 9A, and FIG. 9C is a cross-sectional view of FIG. 9B.

도 10은 도9의 변형예를 보이는 도면이다.10 is a view showing a modification of FIG.

도 11은 도 9의 또 다른 변형예를 보이는 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating another modified example of FIG. 9.

도 12는 본 발명의 제 5실시예인 적층 링형 압전트랜스로서, 도 12A는 링형압전트랜스의 사시도이고, 도 12B는 단층인 링형 압전트랜스의 단면도이고, 도 12C는 다층 링형 압전트랜스의 단면도이다.12 is a laminated ring piezoelectric transformer as a fifth embodiment of the present invention, FIG. 12A is a perspective view of a ring piezoelectric transformer, FIG. 12B is a sectional view of a single layer ring piezoelectric transformer, and FIG. 12C is a sectional view of a multilayer ring piezoelectric transformer.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

21a,21b,31a,31b,41a,41b,41c,51 : 압전체소자21a, 21b, 31a, 31b, 41a, 41b, 41c, 51: piezoelectric element

INE,INE1,INE2 : 입력전극 OUTE,OUTE1,OUTE2 : 출력전극INE, INE1, INE2: Input electrode OUTE, OUTE1, OUTE2: Output electrode

GE : 접지전극 ML : 절연층GE: Grounding electrode ML: Insulation layer

INC : 입력전극 접속부 GP : 접지전극 접속부INC: Input electrode connection GP: Ground electrode connection

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명에 의한 고출력용 압전트랜스는As a technical means for achieving the above object of the present invention, the high-power piezoelectric transformer according to the present invention

도너츠 형태의 압전체소자;Donut type piezoelectric elements;

상기 압전체소자의 상면 일부 영역에 형성된 입력전극;An input electrode formed on a portion of an upper surface of the piezoelectric element;

상기 압전체소자의 상면 나머지 영역에 상기 입력전극과 전기적으로 분리되도록 형성되는 출력전극; 및,An output electrode formed to be electrically separated from the input electrode in the remaining area of the upper surface of the piezoelectric element; And,

상기 압전체소자의 하면에 형성되는 접지전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a ground electrode formed on the lower surface of the piezoelectric element.

이하, 본 발명에 따른 고출력용 적층 압전트랜스에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.Hereinafter, a high power multilayer piezoelectric transformer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings referred to in the present invention, components having substantially the same configuration and function will use the same reference numerals.

도 2는 본 발명에 따른 제1실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 단면도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 제1실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스는 제1 압전체소자(21a)와, 상기 제1 압전체소자(21a)의 상측면에 형성된 제1 입력전극(INE1)와, 상기 제1 입력전극(INE1)과 같은 면상에 전기적으로 분리되어 형성된 제1 출력전극(OUTE1)와, 상기 제1 압전체소자(21a)의 하측면에 형성된 접지전극(GE)와, 상기 접지전극(GE) 아래에 형성된 제2 압전체소자(21b)와, 상기 제2 압전체소자(21b)의 하측면에 형성된 제2 입력전극(INE2)와, 상기 제2 입력전극(INE2)과 같은 면상에 전기적으로 분리되어 형성된 제2 출력전극(OUTE2)으로 구성된다. 여기서 화살표방향은 분극방향을 표시한 것으로서, 이는 본 발명의 전체 도면에 동일하게 적용된다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the laminated ring-dot type piezoelectric transformer according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the laminated ring-dot type piezoelectric transformer according to the present invention may include a first piezoelectric element 21a. ), A first input electrode INE1 formed on an upper surface of the first piezoelectric element 21a, a first output electrode OUTE1 formed on the same surface as the first input electrode INE1, and And a ground electrode GE formed on the lower surface of the first piezoelectric element 21a, a second piezoelectric element 21b formed under the ground electrode GE, and a lower surface of the second piezoelectric element 21b. And a second output electrode OUTE2 formed on the same surface as the second input electrode INE2 formed on the second input electrode INE2. Here, the arrow direction indicates the polarization direction, which applies equally to the entire drawing of the present invention.

상기 도 2에서, 제1 및 제2 입력전극(INE1,INE2) 각각은 해당 압전체소자(21a,21b)의 중앙부에 원형으로 형성되고, 상기 제1 및 제2 출력전극(OUTE1,OUTE2) 각각은 해당 입력전극(INE1,INE2)의 주변에 링형상의 오픈영역(OP)에 의해 전기적으로 분리되어 형성된 것이나, 반대로, 상기 제1 및 제2 출력전극(OUTE1,OUTE2) 각각을 해당 압전체소자(21a,21b)의 중앙부에 원형으로 형성하고, 상기 제1 및 제2 입력전극(INE1,INE2) 각각을 해당 출력전극(OUTE1,OUTE2)의 주위에 링형상의 오픈영역(OP)에 의해 전기적으로 분리되도록 형성할 수 도 있다.In FIG. 2, each of the first and second input electrodes INE1 and INE2 is formed in a circular shape at the center of the piezoelectric elements 21a and 21b, and each of the first and second output electrodes OUTE1 and OUTE2 is formed in a circular shape. The first and second output electrodes OUTE1 and OUTE2 are respectively formed by being electrically separated from each other by the ring-shaped open area OP around the input electrodes INE1 and INE2. , 21b) is formed in a circular shape, and each of the first and second input electrodes INE1 and INE2 is electrically separated by a ring-shaped open area OP around the corresponding output electrodes OUTE1 and OUTE2. It may be formed to be.

상기 도2의 변형예로서 도 3에 또 다른 적층 링-도트 타입 압전트랜스를 보인다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제1 실시예의 변형예는 도2에 도시한 압전트랜스에 있어서, 제1 압전체소자(21a)와 제2압전체소자(21b)사이에 위치한 접지전극을 절연층(ML)을 사이에 두고 두층으로 분리하여, 제1압전체소자(21a)의 하측면에 형성된 접지전극(GE1)과, 제2 압전체소자(21b)의 상측면에 형성된접지전극(GE2)으로 형성한다.As another modification of FIG. 2, another stacked ring-dot type piezoelectric transformer is shown in FIG. Referring to FIG. 3, a modified example of the first embodiment according to the present invention is an insulating layer in the piezoelectric transformer shown in FIG. 2 between the first piezoelectric element 21a and the second piezoelectric element 21b. It is formed of a ground electrode GE1 formed on the lower side of the first piezoelectric element 21a and a ground electrode GE2 formed on the upper side of the second piezoelectric element 21b by separating ML into two layers with the ML interposed therebetween. do.

도 4는 상기 도 2 및 도 3에 도시한 본 발명에 따른 적층 링-도트타입 압전트랜스의 등가회로도로서, 도4를 참조하면, 본 발명에 따른 적층 링-도트타입 압전트랜스는 입력커패시터(Ci)와, 인덕터(L1), 커패시터(C1), 저항(Rm), 트랜스(T), 그리고 출력커패시터(Co)를 등가적으로 포함하고 있는데, 상기 저항(Rm), 인덕터(L), 커패시터(C)는 압전체소자의 진동모드, 구조, 물성등에 따른 값이고, 입력커패시터(Ci)와 출력커패시터(Co)는 전극면의 면적과 압전체소자의 두께에 따라 형성되는 값이다. 이때, 본 발명에 따른 압전트랜스에서의 입,출력커패시터(Ci,Co)의 커패시턴스 C는로 나타낼 수 있다. 상기 수학식에서 N은 압전트랜스의 적층수이고, A는 전극면의 면적, t는 압전체소자의 두께이다.FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the stacked ring-dot type piezoelectric transformer according to the present invention shown in FIGS. 2 and 3. Referring to FIG. 4, the stacked ring-dot type piezoelectric transformer according to the present invention is an input capacitor Ci. ), The inductor L1, the capacitor C1, the resistor Rm, the transformer T, and the output capacitor Co are equivalently included, and the resistor Rm, the inductor L, and the capacitor ( C) is a value according to the vibration mode, structure, physical properties, etc. of the piezoelectric element, and the input capacitor Ci and the output capacitor Co are values formed according to the area of the electrode surface and the thickness of the piezoelectric element. At this time, the capacitance C of the input and output capacitors (Ci, Co) in the piezoelectric transformer according to the present invention is It can be represented by. In the above equation, N is the number of stacked piezoelectric transformers, A is the area of the electrode surface, and t is the thickness of the piezoelectric element.

따라서, 본 발명에 따른 적층 링-도트 타입 압전트랜스는 적층수를 조정함에 의하여 입력측과 출력측의 커패시턴스 크기를 용이하게 조정할 수 있고, 그 결과 입력전압 및 출력 부하(load)의 변화에 따른 대응설계가 용이하게 된다. 상기 도 4의 등가회로도는 이하 설명할 다른 실시예에 따른 압전트랜스에도 동일하게 적용할 수 있다.Therefore, the laminated ring-dot type piezoelectric transformer according to the present invention can easily adjust the capacitance of the input side and the output side by adjusting the number of stacked layers, and as a result, the corresponding design according to the change of the input voltage and the output load is made. It becomes easy. The equivalent circuit diagram of FIG. 4 may be equally applicable to piezoelectric transformers according to other embodiments to be described below.

상기 도1에 도시한 종래의 적층 링-도트타입 압전트랜스와, 도2 및 도3에 도시한 바와 같은 본 발명의 적층 링-도트타입 압전트랜스의 등가회로 요소값을 비교하여 정리하면 하기 표1과 같다.The equivalent circuit element values of the conventional laminated ring-dot type piezoelectric transformer shown in Fig. 1 and the laminated ring-dot type piezoelectric transformer of the present invention as shown in Figs. Same as

nn CiCi CoCo L1L1 C1C1 RmRm -- nFnF nFnF mHmH pFpF -- 종래Conventional 0.420.42 0.5910.591 1.871.87 85.285.2 52.752.7 -- 본 발명The present invention 0.420.42 1.181.18 3.743.74 41.241.2 111111 --

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 적층형성된 본 발명에 따른 압전트랜스의 입력커패시터(Ci)와 출력커패시터(Co)가 종래의 단층으로 이루어진 압전트랜스보다 높아졌음을 알 수 있으며, 이에 따르면 종래 링-도트타입 압전트랜스에 비해서, 본 발명에 따른 적층형성된 링-도트타입 압전트랜스의 입력측 및 출력측의 용량이 종래보다 대략 2배정도 크기 때문에, 입력파워를 증가시켜 출력을 증가시킬 수 있게 되므로 고출력용으로 사용하는 것이 가능하고, 고출력용으로 사용하는 경우에는 종래 링-도트타입 압전트랜스에 비해, 진동속도가 크게 증가하지 않으므로 발열온도가 급격하게 상승하지 않게 된다. 더하여, 출력측의 커패시터는 링의 면적을 조정함으로서 부하와의 임피던스 매칭이 가능하게 된다.As shown in Table 1, it can be seen that the input capacitor (Ci) and the output capacitor (Co) of the piezoelectric transformer according to the present invention laminated is higher than the piezoelectric transformer consisting of a conventional single layer, according to the conventional ring-dot Compared to the type piezoelectric transformer, since the capacity of the input side and the output side of the stacked ring-dot type piezoelectric transformer according to the present invention is approximately twice as large as that of the conventional method, the output power can be increased by increasing the input power, which is used for high output. In the case of using for high power, the oscillation speed does not increase significantly compared with the conventional ring-dot type piezoelectric transformer, so that the heat generation temperature does not increase rapidly. In addition, the capacitor on the output side allows impedance matching with the load by adjusting the area of the ring.

한편, 링-도트타입 압전트랜스에 있어서, 통상적으로 진동속도가 증가하면 발열량이 증가하게 된다. 이때 링-도트타입 압전트랜스의 출력을 28W를 기준으로 할 때, 종래 링-도트타입 압전트랜스의 진동속도는 0.33(m/sec)인데 비해, 본 발명의 적층 링-도트타입 압전트랜스의 진동속도는 0.24(m/sec)이며, 이에 따르면, 본 발명에 의한 진동속도는 종래의 진동속도보다 대략 27% 감소하여 그 만큼 발열온도를 줄여 고출력에 사용 가능하게 되는 것이다.On the other hand, in the ring-dot type piezoelectric transformer, in general, when the oscillation speed increases, the amount of heat generated increases. At this time, when the output of the ring-dot type piezoelectric transformer is 28 W, the vibration speed of the conventional ring-dot type piezoelectric transformer is 0.33 (m / sec), whereas the vibration speed of the laminated ring-dot type piezoelectric transformer of the present invention is Is 0.24 (m / sec), and accordingly, the vibration speed according to the present invention is reduced by approximately 27% from the conventional vibration speed, thereby reducing the heat generation temperature, thereby making it possible to use at high power.

도 5는 본 발명에 따른 제2실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 단면도로서, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제2실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스는 제1 압전체소자(31a)와, 상기 제1 압전체소자(31a)의 상측면에 형성된 입력전극(INE)와, 상기 입력전극(INE)과 같은 평면상에 전기적으로 분리되어 형성된 제1 출력전극(OUTE1)와, 상기 제1 압전체소자(31a)의 하측면에 제1출력전극(OUTE1)과 대향하도록 형성된 제1 접지전극(GE1)과, 상기 제1 접지전극(GE1)이 형성된 제1압전체소자(31a)의 하부에 적층되는 제2 압전체소자(31b)와, 상기 제2 압전체소자(31b)의 하측면에 상기 제1접지전극(GE)과 대향하게 형성되는 제2 출력전극(OUTE2)와, 상기 제2 출력전극(OUTE2)과 같은 면상에 전기적으로 분리되고 상기 입력전극(INE)에 대향하게 형성된 제2 접지전극(GE2)을 포함한다.FIG. 5 is a cross-sectional view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a second embodiment according to the present invention. Referring to FIG. 5, the laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a second embodiment according to the present invention may include a first piezoelectric element 31a. ), An input electrode INE formed on an upper surface of the first piezoelectric element 31a, a first output electrode OUTE1 formed electrically separated on the same plane as the input electrode INE, and the first electrode. The first ground electrode GE1 formed on the lower surface of the first piezoelectric element 31a to face the first output electrode OUTE1 and the lower portion of the first piezoelectric element 31a on which the first ground electrode GE1 is formed. The second piezoelectric element 31b to be stacked, the second output electrode OUTE2 formed on the lower surface of the second piezoelectric element 31b to face the first ground electrode GE, and the second output electrode. And a second ground electrode GE2 electrically separated on the same surface as OUTE2 and formed to face the input electrode INE.

상기 제1 접지전극(GE1)은 상기 제1 및 제2 압전체소자(31a,31b) 사이에, 중앙의 원형부를 제외한 나머지부분에 형성된다.The first ground electrode GE1 is formed between the first and second piezoelectric elements 31a and 31b at the remaining portion except for the central circular portion.

상기 입력전극(INE)과 제2 접지전극(GE2) 각각은 제1,2 압전체소자(31a,31b)의 중앙부에 원형으로 형성되며, 상기 제1 및 제2 출력전극(OUTE1,OUTE2) 각각은 해당 제1 입력전극(INE1) 및 제2 접지전극(GE2)과 같은 평면상에서 링형상의 오픈영역(OP1,OP2)에 의해 다른 전극과 전기적으로 분리되어 형성된다.Each of the input electrode INE and the second ground electrode GE2 is formed in a circular shape at the center of the first and second piezoelectric elements 31a and 31b, and the first and second output electrodes OUTE1 and OUTE2 are respectively formed. It is formed by being electrically separated from other electrodes by ring-shaped open regions OP1 and OP2 on the same plane as the first input electrode INE1 and the second ground electrode GE2.

도 6은 본 발명에 따른 제3실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 단면도이고, 도 7은 도6의 적층 링-도트타입 압전트랜스의 분해사시도이다.6 is a cross-sectional view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a third embodiment according to the present invention, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the laminated ring-dot type piezoelectric transformer of FIG.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 제3실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스는 제1 압전체소자(41a)와, 상기 제1 압전체소자(41a)의 상측면 오픈영역(OP)의 바깥쪽에 형성된 제1 입력전극(INE1)과, 상기 제1 입력전극(INE1)과 같은 평면상에 오픈영역(OP)의 안측에 전기적으로 분리되게 형성된 출력전극(OUTE)와, 상기 제1 압전체소자(41a)의 하측면에 상기 제1입력전극(INE1)과 대향하게 형성된 제1 접지전극(GE1)와, 상기 제1 접지전극(GE1)이 형성된 제1압전체소자(41a)의 하부에 적층되는 제2 압전체소자(41b)와, 상기 제2 압전체소자(41b)의 하측면에 상기 제1접지전극(GE1)에 대향하게 형성된 제2 입력전극(INE2)과, 상기 제2 입력전극(INE2)이 형성된 제2압전체소자(41c)의 하부에 적층 형성된 제3 압전체소자(41c)와, 상기 제3 압전체소자(41c)의 하측면에 전면에 걸쳐 형성된 제2 접지전극(GE2)를 포함한다.6 and 7, a laminated ring-dot type piezoelectric transformer according to a third embodiment of the present invention includes a first piezoelectric element 41a and an upper side open area OP of the first piezoelectric element 41a. A first input electrode INE1 formed on the outer side of the first side, an output electrode OUTE formed on the same plane as the first input electrode INE1 on the inner side of the open area OP, and the first piezoelectric body The first ground electrode GE1 formed on the lower side of the element 41a so as to face the first input electrode INE1 and the first ground electrode GE1 formed on the lower side of the first piezoelectric element 41a. A second piezoelectric element 41b, a second input electrode INE2 formed on the lower surface of the second piezoelectric element 41b so as to face the first ground electrode GE1, and the second input electrode INE2 Is formed on the lower side of the third piezoelectric element 41c and the third piezoelectric element 41c formed on the lower portion of the second piezoelectric element 41c. The second ground electrode GE2 is included.

상기에서, 출력전극(OUTE)은 제1 압전체소자(41a)의 상측면상에서 중앙부에 원형으로 형성되고, 상기 제1 입력전극(INE1)은 출력전극(OUTE)과 동일 면상에서 그 주위에 링형상의 오픈영역(OP)에 의해 전기적으로 분리되어 형성된다.In the above, the output electrode OUTE is formed in a circular shape at the center on the upper side of the first piezoelectric element 41a, and the first input electrode INE1 is ring-shaped around the same surface as the output electrode OUTE. It is formed electrically separated by the open area (OP) of.

상기 제1 접지전극(GE1)은 상기 제1,제2 압전체소자(41a,41b) 사이 중앙의 원형부를 제외한 나머지부분에 형성되는데, 상기 제1입력전극(INE1)과 동일한 형태이다.The first ground electrode GE1 is formed at the remaining portion except for the circular portion in the center between the first and second piezoelectric elements 41a and 41b, and has the same shape as the first input electrode INE1.

상기 제2 입력전극(INE2)은 상기 제2,제3 압전체소자(41b,41c) 사이에, 상기 제1입력전극(INE1) 및 제1접지전극(GE1)과 동일한 형태로 중앙의 원형부를 제외한 나머지부분에 형성된다. 그리고, 제2접지전극(GE2)은 제3압전체소자(41c)의 하측면 전체에 걸쳐 형성된다.The second input electrode INE2 has the same shape as the first input electrode INE1 and the first ground electrode GE1 between the second and third piezoelectric elements 41b and 41c, except for a circular portion in the center. It is formed in the rest. The second ground electrode GE2 is formed over the entire lower surface of the third piezoelectric element 41c.

도 8은 도6에 보인 압전트랜스의 변형예를 보이는 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 제3 실시예의 변형예는 상기 적층 링-도트타입 압전트랜스가제1 입력전극(INE1)과 제2 입력전극(INE2)을 패턴으로 연결하는 입력전극 접속부(INC)와, 제1 접지전극(GE1)과 제2 접지전극(GE2)을 패턴으로 연결하는 접지전극 접속부(GC)를 더 포함한다.8 is a view showing a modification of the piezoelectric transformer shown in FIG. Referring to FIG. 8, a modified example of the third embodiment of the present invention is an input electrode connection part in which the stacked ring-dot type piezoelectric transformer connects a first input electrode INE1 and a second input electrode INE2 in a pattern ( INC and a ground electrode connecting portion GC connecting the first ground electrode GE1 and the second ground electrode GE2 in a pattern.

상기한 도5,도6 및 도8에 도시한 적층 링-도트타입 압전트랜스에 있어서, 출력을 28W로 할 경우, 임피던스 매칭을 위해서 압전트랜스의 출력커패시터는 대략 2104pF이어야 한다. 따라서, 출력측의 두께를 3.5mm로 할 경우 도트의 반경은 15.5mm(C=εA/t=επr2/t=0.97475E-08*π*r2/0.0035, r=sqrt(tC/(επ)))가 되며, 이와 같은 적층 링-도트타입 압전트랜스는 입력측 및 출력측의 임피던스를 모두 낮춘 형태에 해당된다.In the above-mentioned stacked ring-dot type piezoelectric transformer shown in Figs. 5, 6 and 8, when the output is 28W, the output capacitor of the piezoelectric transformer should be approximately 2104pF for impedance matching. Therefore, when the thickness of the output side is 3.5mm, the radius of the dot is 15.5mm (C = εA / t = επr 2 /t=0.97475E-08*π*r 2 /0.0035, r = sqrt (tC / (επ)) This stacked ring-dot type piezoelectric transformer corresponds to a form in which both the input and output side impedances are reduced.

도 9a는 본 발명에 따른 제4실시예인 적층 링-도트타입 압전트랜스의 분해사시도이이고, 도 9b는 도9a에 도시한 적층 링-도트타입 압전트랜스의 결합사시도이며, 도 9c는 도9b의 단면도이다.FIG. 9A is an exploded perspective view of a laminated ring-dot type piezoelectric transformer as a fourth embodiment according to the present invention, and FIG. 9B is a combined perspective view of the laminated ring-dot type piezoelectric transformer shown in FIG. 9A, and FIG. 9C is a cross-sectional view of FIG. 9B. to be.

도9a, 9b 및 9c를 참조하면, 본 발명에 따른 제4실시예는 압전체소자(51)와, 상기 압전체소자(51)의 상측면에 형성된 입력전극(INE)와, 상기 입력전극과 전기적으로 분리되어 형성된 출력전극(OUTE)와, 상기 압전체소자의 하측면에 형성된 접지전극(GE)을 구비한 적층 링-도트타입 압전트랜스에 있어서, 상기 압전트랜스의 중앙에 상측에서 하측으로 관통하는 관통홀(H)을 형성한다. 상기 관통홀(H)은 외부와 접촉하는 단면적을 증가시켜 발열온도를 낮추기 위한 것이다.9A, 9B and 9C, the fourth embodiment according to the present invention electrically connects the piezoelectric element 51, the input electrode INE formed on the upper side of the piezoelectric element 51, and the input electrode. In a stacked ring-dot type piezoelectric transformer having a separately formed output electrode OUTE and a ground electrode GE formed on a lower side of the piezoelectric element, a through hole penetrating from the upper side to the lower side in the center of the piezoelectric transformer. (H) is formed. The through hole (H) is to lower the heating temperature by increasing the cross-sectional area in contact with the outside.

도 10은 도9의 변형예를 보이는 도면으로서, 도 10을 참조하면, 본 발명에따른 제4 실시예의 변형예는 상기 적층 링-도트타입 압전트랜스가 두 층의 압전체소자를 포함할 수도 있고, 2층 이상의 압전체소자를 포함할 수도 있다는 것을 나타낸다. 이때 입력전극, 출력전극, 그리고 접지전극은 같은 전극끼리 각각 접속부(INC,OUTC,GC)를 통해서 전기적으로 접속한다.10 is a view showing a modification of FIG. 9, referring to FIG. 10, a modification of the fourth embodiment according to the present invention may include the laminated ring-dot type piezoelectric transformer including two layers of piezoelectric elements. It shows that two or more layers of piezoelectric elements may be included. In this case, the input electrode, the output electrode, and the ground electrode are electrically connected to each other through the connecting portions INC, OUTC, and GC.

상기 도9 및 도10에 도시한 적층 링-도트타입 압전트랜스는 입력임피던스를 도트(DOT)의 크기로 맞추고, 출력임피던스를 적층수로 맞추어 출력측의 임피던스만을 낮추게 한 것이다.The stacked ring-dot type piezoelectric transformer shown in FIGS. 9 and 10 adjusts the input impedance to the size of the dot DOT and lowers only the impedance on the output side by matching the output impedance to the number of stacked layers.

그리고, 본 발명의 적층 링-도트타입 압전트랜스와 종래 링-도트타입 압전트랜스의 공진주파수 및 반공진주파수를 비교하면 하기 표 2에 보인 바와같다.In addition, the resonance frequency and the anti-resonance frequency of the laminated ring-dot type piezoelectric transformer and the conventional ring-dot type piezoelectric transformer of the present invention are shown in Table 2 below.

해석/실험Interpretation / Experiment 입력input 출력Print frfr fafa kk frfr fafa kk kHzkHz kHzkHz %% kHzkHz kHzkHz %% 해석Translate 종래Conventional 75.13175.131 77.46077.460 24.324.3 75.13175.131 79.16179.161 31.531.5 본 발명The present invention 74.48874.488 76.91876.918 24.924.9 74.48874.488 78.68878.688 32.232.2 실험Experiment 종래Conventional 75.2575.25 78.1078.10 26.826.8 75.2075.20 79.6079.60 32.832.8

상기 표 2에서, fr은 공진주파수이고, fa는 반공진주파수이며, 그리고 k는 진동에너지/전압에너지이다. 상기 표 2에 보인 바와같이, 본 발명에서는 종래에 비해 공진주파수(fr)와 반공진주파수(fa)는 각각 약간 낮아진 반면, k는 약간 증가하였다.In Table 2, fr is the resonant frequency, fa is the anti-resonant frequency, and k is the vibration energy / voltage energy. As shown in Table 2, in the present invention, the resonant frequency fr and the anti-resonant frequency fa are slightly lowered compared to the conventional one, while k is slightly increased.

도 11은 본 발명에 따른 압전트랜스의 다른 실시예를 도시한 것으로, 앞서의 도 9에 도시한 제4실시예에 의한 압전트랜스에 있어서, 압전체소자의 형상을 사각형이 아닌 원형으로도 할 수 있다는 것을 보인다.FIG. 11 illustrates another embodiment of a piezoelectric transformer according to the present invention. In the piezoelectric transformer according to the fourth embodiment shown in FIG. 9, the piezoelectric element may have a circular shape instead of a rectangle. Seems to

도 12는 본 발명의 압전트랜스의 제5실시예를 도시한 것으로, 도 12a에 도시한 바와 같이, 도너츠 형태의 압전체소자(61)의 상측면을 두분으로 구분하여 입력전극(INE)과 출력전극(OUTE)을 형성하고, 그 하측면에 접지전극(GE)을 형성하여 이루어지는 링형 압전트랜스를 적층형으로 구성한 예를 보인 것이다.FIG. 12 illustrates a fifth embodiment of the piezoelectric transformer of the present invention. As shown in FIG. 12A, an upper surface of a piezoelectric element 61 in the form of a donut is divided into two parts, an input electrode INE and an output electrode. An example is shown in which a ring-shaped piezoelectric transformer formed by forming an OUTE and forming a ground electrode GE on a lower side thereof is stacked.

도 12a는 링형 압전트랜스의 외관을 도시한 사시도이고, 도 12b는 단층으로 이루어진 링형 압전트랜스의 단면도를 보인다. 이러한 링형 압전트랜스는 외부와 접촉되는 단면적이 증가됨으로 발열온도를 저감시킬 수 있다.12A is a perspective view showing the appearance of a ring piezoelectric transformer, and FIG. 12B shows a cross-sectional view of a ring piezoelectric transformer having a single layer. The ring-shaped piezoelectric transformer can reduce the heat generation temperature by increasing the cross-sectional area in contact with the outside.

도 12c는 본 발명에 따른 적층 링형 압전트랜스의 단면도로서, 도너츠형태의 제1압전체소자(61a)와, 상기 제1압전체소자(61a)의 상측면 일부분에 형성되는 제1입력전극(INE1)과, 상기 제1압전체소자(61a)의 상측면상에 오픈영역(op)에 의해서 상기 제1입력전극(INE1)과 전기적으로 분리되도록 형성된 제1출력전극(OUTE1)과, 상기 제1압전체소자(61a)의 하측면에 형성되는 접지전극(GE)과, 상기 접지전극(GE)가 형성된 제1압전체소자(61a)의 하부에 적층되는 제2압전체소자(61b)와, 상기 제1압전체소자(61b)의 하부에 각각 상기 제1입력전극(INE1)과 제1출력전극(OUTE1)에 대향하여 형성되는 제2입력전극(INE2) 및 제2출력전극(OUT2)를 포함한다.12C is a cross-sectional view of the stacked ring piezoelectric transformer according to the present invention, wherein a first piezoelectric element 61a having a donut shape, a first input electrode INE1 formed at a portion of an upper surface of the first piezoelectric element 61a, and And a first output electrode OUTE1 formed to be electrically separated from the first input electrode INE1 by an open area op on the upper surface of the first piezoelectric element 61a, and the first piezoelectric element 61a. Ground electrode GE formed on the lower surface of the bottom side, a second piezoelectric element 61b stacked below the first piezoelectric element 61a on which the ground electrode GE is formed, and the first piezoelectric element 61b. The second input electrode INE2 and the second output electrode OUT2 are formed below the first input electrode INE1 and the first output electrode OUTE1, respectively.

상기에서, 제1입력전극(INE1)과 제2입력전극(INE2)은 함께 입력단(IN)에 연결되고, 제1출력전극(OUT1)과 제2출력전극(OUT2)도 함께 출력단(OUT)에 연결되며, 접지전극(GE)은 접지단(G)에 연결한다.In the above description, the first input electrode INE1 and the second input electrode INE2 are connected to the input terminal IN together, and the first output electrode OUT1 and the second output electrode OUT2 are also connected to the output terminal OUT. The ground electrode GE is connected to the ground terminal G.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 적층에 의해 입력커패시턴스를 증가시킬 수 있어, 입력파워를 증가시키고, 출력커패시턴스를 증가시켜 부하와의 임피던스매칭을 용이하게 하고, 진동속도를 감소시켜, 고출력을 실현할 수 있도록 하는 효과가 있음과 동시에, 고출력시의 발열온도를 저감시킬 수 있는 특별한 효과가 있다.According to the present invention as described above, it is possible to increase the input capacitance by lamination, to increase the input power, to increase the output capacitance to facilitate impedance matching with the load, to reduce the vibration speed, to achieve high output At the same time, there is a special effect that can reduce the heating temperature at high output.

또한, 종래의 단층으로 이루어진 링-도트타입 압전트랜스는 밸러스트(ballast)에만 적용이 가능하나, 본 발명과 같이 적층으로 형성하는 경우, 입출력 캐패시턴스의 조정이 가능해짐으로서 부하와 소스간의 조절이 용이해져 어댑터(adaptor), 충전기(charger)등에도 이용할 수 있게되는 우수한 효과가 있다.In addition, the conventional single-layer ring-dot type piezoelectric transformer can be applied only to a ballast, but in the case of forming a stack according to the present invention, the input / output capacitance can be adjusted, thereby making it easy to control the load and the source. There is an excellent effect that can be used for adapters, chargers and the like.

이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.The above description is only a description of one embodiment of the present invention, the present invention is capable of various changes and modifications within the scope of the configuration.

Claims (2)

도너츠 형태의 압전체소자(61);A donut-shaped piezoelectric element 61; 상기 압전체소자(61)의 상면 일부 영역에 형성된 입력전극(INE);An input electrode INE formed in a portion of the upper surface of the piezoelectric element 61; 상기 압전체소자(61)의 상면 나머지 영역에 상기 입력전극과 전기적으로 분리되도록 형성되는 출력전극(OUTE); 및,An output electrode OUTE formed on the remaining area of the upper surface of the piezoelectric element 61 to be electrically separated from the input electrode; And, 상기 압전체소자(61)의 하면에 형성되는 접지전극(GE)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고출력용 압전트랜스.The piezoelectric transformer for high output, characterized in that it comprises a ground electrode (GE) formed on the lower surface of the piezoelectric element (61). 제 1 항에 있어서, 상기 압전체소자는 2개 이상이 적층되는 것을 특징으로 하는 고출력용 압전트랜스포머.2. The high output piezoelectric transformer according to claim 1, wherein two or more piezoelectric elements are stacked.
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