KR19990023965A - 압전 변환기를 구비한 회로 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압전 변환기(1)를 구비한 회로 장치에 관한 것으로서, 상기 회로 장치는 압전 변환기(1)의 제 1 측(2)상에 배열된 두 전극들(4, 5)과 상기 압전 변환기(1) 자체를 가진다. 예컨데, 상기한 타입의 압전 변환기들은 램프나 전자관의 전원 또는 제어 장치에 사용된다. 본 발명에 따르면, 상기 압전 변환기는 종래의 AC 전압 대신 DC 전압을 사용하여 제 1 측(2)상에서 제어되며, DC 전압원(8)은 전극들(4, 5)에 접속되고, 스위칭 장치(10)는 적어도 하나의 전극(4)에서 전압의 공급을 차단하도록 제공되는데, 상기 스위칭 장치의 위치는 변환기(1)의 제 1 측(2)의 팽창 상태에 의존한다. 따라서, 스위칭 장치(10)는 주기적으로 단락 및 개방되므로, 상기 인가된 DC 전압도 주기적으로 차단된다.

Description

압전 변환기를 구비한 회로 장치
본 발명은 압전 변환기를 구비한 회로 장치에 관한 것으로서, 상기 회로 장치는 상기 변환기의 제 1 측상에 배열된 두 전극들과 상기 압전 변환기 자체를 가진다.
압전 변환기는 압전 효과 및 그 가역성을 직접적으로 이용하는 전기 부품으로 알려졌다. 전기 에너지는 먼저 제 1 측에서 기계적 에너지로 변환되고, 상기 기계적 에너지가 제 1 측으로부터 제 2 측으로 전달되면, 기계적 에너지는 다시 전기적 에너지로 변환된다. 압전 변환기는 제 1 측 전극들에 인가되는 낮은 전압(AC 전압)을 제 2 측의 출력 전극들로부터 분기될 수 있는 높은 전압(AC 전압)으로 변환하는 계기용 변압기로 널리 사용된다. 예컨데, 상기 압전 변환기를 포함하는 LCD 제어용 회로 장치는 SID 96, Digest, p. 757(1996)(M. Sugimoto et al.)로 공지되었다.
압전 변환기가 제 1 측의 AC 전압으로 작동되므로, 제어 소자는 공지된 회로 장치에 인가되어 가용 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고, 그 후 AC 전압은 압전 변환기의 제 1 측에 인가된다. 그러나, 상기 제어 소자는, 특히 (종래의 유도성 변성기에 비해) 낮은 높이로 인해, 압전 변환기에 필요한 작은 공간보다 큰 공간을 요구한다.
본 발명의 목적은 압전 변환기 자체는 물론 이를 구비한 단순화된 회로를 제공함으로써 상술한 단점을 회피함에 있다.
본 발명의 상기 목적은, DC 전압원이 전극들에 접속되고, 스위칭 장치가 최소 하나의 전극의 전압 공급을 차단하도록 제공되며, 그 스위칭 위치는 상기 변환기의 제 1 측의 팽창 상태에 의존하게 하여 달성된다.
상기 스위칭 장치는 상기 변환기의 제 1 측의 팽창 상태에 의존하여 단락 또는 개방되므로, 인가된 DC 전압은 주기적으로 차단된다. 스위칭 장치용 분리 제어 소자가 필수적인 것은 아니다.
양호한 실시예에서, 스위칭 장치는 제 1 측이 팽창 상태라면 개방되고 비팽창 상태라면 단락된다. 상기 스위칭 장치가 단락되면, DC 전압이 전극들에 인가되고, 압전 효과에 따라 제 1 측이 팽창된다. 만약, 팽창이 일정 정도를 초과하면, 본 발명에 따라 제공된 상기 스위칭 장치는 개방되므로, 전압의 공급은 차단된다. 계속하여, 상기 전극들에 인가된 전압은 다시 소멸되므로, 변환기의 제 1 측도 재차 수축한다. 팽창이 일정 정도 미만이면, 상기 스위칭 장치는 다시 단락되고, DC 전압은 재차 인가되며, 그 후 상술한 동작들은 반복된다. 따라서, 스위칭 장치는 변환기의 제 1 측의 적절한 동작에 따라 개방 및 단락되며, DC 전압은 이에 따라 단속되어 DC 전압 펄스로 변환된다. 변환기 내부의 기계적 에너지의 전달과, 출력으로부터 분기될 수 있는 AC 전압에 관하여, 상기 변환기는 반드시 공지된 변환기와 같이 동작해야 한다. 그러나, 본 발명에 따른 회로 장치에서, 제 1 측 전극들에 전력을 공급하도록 AC 전압을 발생하는 제어 소자는 생략될 수 있다.
청구항 3에 기재된 본 발명의 실시예는 스위칭 장치의 간단한 선택예이다. 본 스위칭 장치는 팽창 상태에서 개방되고 정상 상태에서 단락되도록 배열될 수 있다. 개방과 단락 스위칭 상태들간에는, 스위칭 장치의 팽창이 증가되면 도전율이 감소되는 연속적인 천이가 존재할 수 있다. 스위칭 장치가 팽창 또는 수축하면, 공급되는 DC 전압은 불연속적으로 단속되지 않고, 상기 스위칭 장치를 흐르는 전류는 각각 지속적으로 증가 또는 감소한다.
청구항 4에 기재된 실시예는 하나의 전극이 동시에 스위칭 장치를 형성하는 단순하고 간결한 해결책을 나타낸다. 주로 방법 단계들의 생략에 의해 제작 비용이 절감됨은 물론, 요구되는 공간도 축소된다. 팽창이 증가할 때 도전률이 감소되는 막도 또한 침투막으로 지칭하겠다.
또한, 본 발명은 DC 전압에 의해 제 1 측에서 동작되는 청구항 5에 기재된 압전 변환기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 회로 장치는 전력의 공급이나 램프의 제어에 적용되는데, 보다 구체적으로는, 형광 또는 가스 방전 램프(예컨데, 콤팩트 형광 램프, 냉-음극 형광 램프, 고압 가스 방전 램프 등)나 전자관의 제어 또는 X-레이관내의 그리드 제어에 적용된다. 또한, 본 발명에 따른 회로 장치는 과도한 출력 전력을 가지지 않는 소형화된 계기 변압기가 필요한 임의의 상황에서 사용될 수 있다.
후술한 실시예들을 참조하면 본 발명의 상기 및 여타 실시예가 자명할 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 램프 제어용 회로 장치를 (변환기 팽창의 3 상태로) 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른, 침투막을 구비한 압전 변환기를 (변환기 팽창의 3 상태로) 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 압전 변환기(piezoelectric transformer)
2 : 제 1 측(primary side) 3 : 제 2 측(secondary side)
4, 5 : 전극들(electrodes) 6 : 전력선(power line)
7 : 제 2 전극(secondary electrode) 8 : 배터리(battery)
9 : 램프(lamp)
10 : 스위칭 장치(switching device)
도 1a 내지 1c는, 본 발명에 따른, 램프(9)에 AC 전압을 공급하는 회로 장치를 도시한 도면으로서, 여기서, 압전 변환기(1)는 상이한 팽창 상태들로 도시되어 있다. 상기 도면에서 직각형의 압전 세라믹 블록(piezoceramic block) 및 로즈-타입 변압기(rose-type transformer)로 배열된 압전 변환기(1)는 제 1 측(2)과 제 2 측(3)으로 분리된다. 표면상에 배열된 두 전극들(4, 5)은 DC 전압원(여기서는 배터리(8))에 접속된 제 1 전극들을 형성한다. 제 2 측(3)상 배열된 제 2 전극(7)과 기준 전극인 제 1 전극(5)으로부터, 램프(9)로 전력을 공급하는 고주파 AC 전압이 분기될 수 있다. 제 1 측(2) 및 제 2 측(3)상 상기 압전 세라믹의 편극 방향은 제 1 전극들(4, 5)과 평행하고 투사면에 평행하다.
배터리(8)로부터 제 1 전극(4)까지의 전력선(6)에는 2개의 스위칭 접촉부들(101, 102)을 가진 스위칭 장치(10)가 제공된다. 도 1a에서, 제 1 측(2)은 비팽창 휴지 상태이며, 스위칭 장치(10)는 단락되어 있고, 스위칭 접촉부(102)는 출력 위상(A)에 있다. 상기 휴지 상태는 제 1 전극들(4, 5)간 0 또는 미소 전압이 인가되는 경우에 채택된다. 배터리(8)로부터 DC 전압이 인가되면, 공급선(6)과 스위치(10)을 통하여 전류가 흐르고, 전극들(4, 5) 사이에 전위차가 발생한다. 압전 효과에 따라, 제 1 측(2)은 화살표 방향(11)으로 팽창한다. 스위칭 접촉부(102)는 전극(4)에 고정 접속되므로(또한, 제 1 측(2)의 표면에 고정 접속되므로), 위치(A)로부터 위치(B)로 이동한다(도 1b). 그 결과, 스위칭 장치(10)가 개방되어, 배터리(8)로부터 상기 전극까지의 전력 공급은 차단된다.
전력 공급이 차단되면, 전극들(4, 5) 사이에 인가된 전압은 재차 감소되고, 제 1 측(2)도 다시 수축되어 화살표 방향(12)을 따라 휴지 상태로 복귀한다. 이로써, 스위칭 접촉부(102)는 위치(A)로 복귀하고, 스위칭 장치(10)는 다시 단락된다(도 1c). 이제, 전류는 스위칭 장치(10)를 통해 다시 흐르고, 전압은 전극들(4, 5) 사이에 다시 인가되어, 상술한 단계들은 처음부터 다시 진행된다.
공지의 회로 장치내 동작과 같이, 상기한 회로 장치에서 고주파 AC 전압은 전극들(7, 5)로부터 분기된다. 압전 변환기내에서, 제 1 측(2)으로부터 제 2 측(3)으로의 기계적 에너지의 내부 전달은 공지의 압전 변성과 같은 방식으로 발생된다. 왜냐하면, 제 1 측(2)은 (공진 주파수로) 진동하며, 상기 제 1 측은 제 2 측(3)에 접속되어 있어, 제 2 측(3) 역시 진동 모드를 따르기 때문이다. 분기될 수 있는 출력 전압의 크기는 상기 배터리 전압의 전력 및 선택된 변환 인자에 의존한다(또한, 이는 각 전극마다 분리된 복수의 압전막을 구비한 제 2 측(3)의 배치와 같은 상기 압전 변환기의 내부 구조에도 의존한다).
본 실시예에서, 제 1 및 제 2 측들에 대한 일반적인 기준 전극으로 사용되는 것은 전극(5)이 아니며, 제 2 측(3)은 기준 전극으로서 자신의 제 2 전극을 가지고, 스위칭 장치는 (단독으로 또는 도시된 스위칭 장치(10)에 부가하여) 배터리(8)로부터 전극(5)까지의 전력선내에 배치될 수 있다.
도 2a 내지 2c에는 상이한 팽창 상태로 표시된 압전 변환기(1)를 가지는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 1의 배터리(8)와 램프(9)는 도면의 간략화를 위해 생략하였다. DC 공급선(6)이 접속된 상부 제 1 전극(도 1의 4)은 침투 박막(13)으로 배열되어 있다. 후술할 바와 같이, 이 또한 스위칭 장치로서 기능하므로, 제 1 측(2)의 팽창에 따라 단락되고 또한 개방될 수 있다.
상기 침투막은 탄성 변형 물질의 복합체로서 배열된다. 상기 복합체는 폴리머(polymer), 폴리올레핀(polyolefin) 또는 SiO2와 같은 전기 절연성 플라스틱 메트릭스(14)로 구성되며(도 2c), 상기 메트릭스는, 예컨데, 금속(metal), 산화 도전성 물질(oxidically conductive material) 또는 흑연(graphite)을 포함하는 매입된 도전성 입자들(15)을 구비한다. 그 형태 및 조성에 따라, 침투막(13)내의 도전성 입자들(15)의 비율은 30% 내지 60% 범위내인 것이 바람직하다.
도 2a에는 비팽창 휴지 상태의 제 1 측(2) 및 침투막(13)이 도시되어 있으며, 여기서 침투막(13)은 단락된 스위치로서 기능한다. 상기 상태에서, 도전성 입자들(15)은 상호 접촉하거나, 상호 근접하므로 터널 전류에 의해 실질적으로 형성된 전류는 침투막(13)을 통해 흐른다. DC 전압이 제 1 전극들(13, 5)에 인가되면, 이들 사이의 전위차는 제 1 측(2)과, 그 위에 고정적으로 위치한 침투막(13)을 화살표 방향(11)으로 동시 팽창시킨다(도 2b). 그 결과, 도전성 입자들(15)은 접촉을 상실하고 상호 이격되므로, 침투막(13)을 통한 전류의 흐름은 더 이상 없다. 상기 침투막의 저항은 비팽창 휴지 상태(도 2a)로부터 최대 팽창 상태(도 2c)까지 지속적으로 증가하므로, 침투막(13)을 통한 전류 흐름은 지속적으로 감소하여, 결국, 전류 흐름이 없게 된다. 침투막(13)과 전극(5) 사이의 전위차는 다시 소멸하고, 제 1 측(2) 및 침투막(13)은 다시 비팽창 휴지 상태로 복귀하며, 침투막(13)은 다시 도전성을 가진다. 상술한 단계들은 다시 처음부터 진행된다.
상기 침투막은 매우 얇으므로, 압전 변환기(1)의 탄성은 이에 의해 영향을 받지 않는다. 상술한 주기적 동작의 주파수는 상기 변환기의 전기-기계적 성질에 의존한다. 여기서, 상기 성질은 고유의 자연 주파수를 말하며, 보다 구체적으로는 공진 주파수를 말한다.
또한, 공지된 바그너 차단기(Wagner interrupter)의 원리를 이용한 스위칭 장치의 배치를 상정할 수 있다. 여기서 접점은 교번적으로 개방(전류가 전자석 및 상기 접점을 흐를 때, 상기 전자석의 자기장에 의해) 및 단락(전류의 흐름이 없을 때, 예컨데, 스프링에 의해)된다.
본 발명에 의해, 압전 변환기 자체는 물론 이를 구비한 단순화된 회로를 제공하여 종래 기술의 단점을 회피할 수 있다.

Claims (6)

  1. 압전 변환기(1)를 구비한 회로 장치로서, 상기 변환기(1)의 제 1 측(2)상에 배치된 두 전극들(4, 5)을 가지는 상기 회로 장치에 있어서,
    DC 전압원(8)이 상기 전극들(4, 5)에 접속되고,
    스위칭 장치(10)가 최소한 한 전극(4)의 전압 공급을 차단하도록 제공되며, 상기 스위칭 장치(10)의 스위칭 위치가 상기 변환기(1)의 상기 제 1 측(2)의 팽창 상태에 의존하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 장치(10)는 상기 제 1 측(2)의 팽창된 상태에서 열리고 상기 제 1 측(2)의 비팽창된 상태에서 닫히도록 배치된 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 장치(10)는 팽창될 수 있고 전극(4) 또는 상기 제 1 측(2)에 직접 접속되며, 상기 스위칭 장치(10)의 팽창 상태는 상기 변환기의 상기 제 1 측(2)의 팽창 상태에 의존하고, 상기 스위칭 장치(10)는 자신의 도전율이 자신의 팽창 상태에 의존하도록 배치되어, 상기 도전율이 팽창의 증가와 함께 감소하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 장치(10)는 매립된 도전성 입자들(15)을 가진 팽창 가능한 전기 절연성 물질(14)을 포함하는 층상 전극(13)으로 형성된 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  5. 압전 변환기(1)로서, 상기 변환기(1)의 제 1 측(2)상에 배치된 두 전극들(4, 5)을 가지는 상기 압전 변환기(1)에 있어서,
    최소한 하나의 전극(4)이 스위칭 장치(10)를 가지거나, 상기 최소한 하나의 전극(4) 자체가 상기 변환기(1)의 상기 제 1 측(2)의 팽창 상태에 의존하는 스위칭 상태를 가지는 스위칭 장치로서 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 변환기(1).
  6. 제 1 항에 기재된 회로 장치를 형광 또는 가스-방전 램프, 전자관 또는 X-레이관을 위시한 램프(9)의 제어 또는 전력 공급을 위해 사용하는 방법.
KR1019980035078A 1997-08-28 1998-08-28 압전 변환기를 구비한 회로 장치 KR19990023965A (ko)

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