TW420884B - Piezo ceramic transformer and circuit using the same - Google Patents

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Description

五、發明說明（1) 發明背景 1.發明之領域 本發明係關於壓電陶瓷轉換器及驅動兩個冷陰極螢光燈 (CCFLs)之電路，特別是使用含兩組輸出區域及驅動液晶 顯示器背光單元的兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)電路且工作 區域為全波長振盪模式之步階上升壓電陶瓷轉換器。 先前技術之描述 美國專利第2，9 7 4，2 9 6號中首次揭示西元1 9 6 〇年初期 所發展的壓電陶瓷轉換器。近來更由於步階上升壓電陶竞 轉換器作為液晶顯示器背光單元的電路而重新獲得重視。 根據R 〇 s e咕型設計，美國專利第5，4 4 0，1 9 5號及 5, 365, 1 4 1號以及日本專利第6-224484號及8- 1 0 7240號所 揭示的壓電陶瓷轉換器已作幾項修改並成功地應用於液晶 顯示器丨光皁元的反相器。比起傳統磁性轉換器，壓電轉 換器有許多優點：低輪廓、窄寬度、高效率及y少電磁干 負載電阻步階上升比例的關係成為冷陰 擾問題等。此外 ^w 1/j I卯I cr, ivy· 極螢光燈（CCFL)點亮及調節之最佳值，亦即對於未接負 時啟動冷陰極螢光燈（CCFL)的步階上升比例非常高，並 點亮冷陰極榮光燈（CCFL)之後降低冷陰極螢光燈㈧”“的 阻抗使其有降低的步階上升比例來詷節燈電流。大 業應用須要較低的輸入電壓，因而可製作多層的壓電 器輸入區域來增加筆記型電腦 '個人電腦等的步階上升比 例0
第8頁 五、發明說明（2) 雖然單個冷陰極螢光燈（CCFL)可作為 晶顯示器的背景先源，當超過“付的液晶顯示器，3特： 液晶顯示型螢幕 行⑴是 μγρι μ i Γ ί，則通常須要兩個或更多冷陰極螢光燈 來增加輪屮 > _ ^ 相老办秘k蔽」出先源並增加売度。通常可藉由增加工作 ’ -、《 壓電陶瓷轉換器每單元重量的功率密度、降低 增加冷陰極發光燈(C瞻發光4 :4; 率艾限於冷陰極螢光燈（CCFL)的特性。由燈管製作廠 ::::的最大工作頻率通常不會超過…咖二： 須要在極限内扭1:是液晶顯示器反相器的厚度及寬度， 轉換琴來11動^ ^其工頻率並設計多重輸出電極的壓電 锝換15 土驅動多重冷陰極螢光燈（CCFL)。 先則技術大部分的壓電轉換器只有一個輸出電極， =可能驅動兩個冷陰極螢光燈（CCFL)。兩個冷陰極螢光 燈（CC⑴必須同3寺連接至同一個壓電轉換器的輸出電=先 =個平仃連接之冷陰極螢光燈（CCFL )使得阻抗減半，使得 〇又计壓電轉換器時無法得到高轉換效率的阻抗匹配。 含兩個輸出電極1〇1、產生區域1〇4及輸入電極1〇2的 壓電轉換器可工作在半波長模式，亦即1/2模式可在第工 圖中心1 0 3的驅動區域建立，但是有下列缺點（丨）由於輪入 電極1 0 2的幾何形狀，無法在全波共振模式，亦即1模式 I工作’工作頻率因而降低，且（2)因其在中心只有一個 節點，基本的模式並不穩定。 發明之目的 本發明之目的係提供一種工作在全波模式，亦即丨模
五、發明說明（3) 式的壓電轉換器’其中兩個輸出電極可分別驅動一個冷陰 極螢光燈（CCFL)。 本發明之另一目的為提供驅動兩個冷陰極螢光燈 (CCFLs)之壓電轉換器電路。 這些目的可經由下列規格、申請專利範圍及附圖說明而闡 示0 發明之概要 根據本發明之第一壓電轉換器包括工作在全波模式（1 模式）矩形壓電陶瓷平板210，其中包括驅動區域及兩個產 生區域21 3及214’此驅動區域可位於壓電陶瓷平板中間； 兩組多重中間電極2 1 9及2 2 0可建立在含多層結構的輸入區 域211及212;此壓電陶瓷平板210表面每個輸入區域的兩個 外部電極2 1 5，2 U，2 1 7及2 1 8可平行至兩組交替的内部電 極2 1 9及2 2 0 ;以及在兩個產生區域2 1 3及2 1 4的末端形成輸 出電極221及222’其中每層輸入多層結構延著厚度方向極 化’相鄰兩層的極化方向彼此相反，且兩個輸入區域2 11 及21 2同一層的極化方向相同，且在兩個產生區域的極化 方向延著壓電陶瓷平板2 1 0的長度但此各別方向為相反方 向。 每個冷陰極螢光燈（CCFL)可各別直接連接至壓電陶曼 平板末端形成的兩個輪出電極，且在壓電陶究平板同一邊 兩個輸入區域的兩個外部電極可以彼此1 8 〇度反相連接至 驅動電路。
第10頁 4 Ό 五、發明說明¢4) 根據本發明之第二壓電轉換器，兩個輸入區域同一層之極 化可置於相反方向，且壓電陶瓷平板同一邊兩個輸入區域 之兩個電極可同相地彼此連接至驅動電路使得電性連結更 為容易，且其它特色與第一發明相同。 本發明上述及其它目的、特色及優點可經由本發明下列較 佳實施例之附圖說明而闡示。 圖式簡單說明 第1圖係含兩個工作在半波模式（1 / 2模式）之壓電陶瓷轉換 器。 第2A圖係根#本發明第一壓電陶瓷轉換器的縱面圖。 第2B圖係笔%波圍界著線aa’的斷面圖。 第2C圖係第線bb’的斷面圖。 第3圖係壓電轉全波共振1模式下應力及位移的圖示分 佈圖。 第4圖係根據本發明第一壓電陶瓷轉換器兩個輸入區域的 電性架構圖。 第5圖係根據本發明第一壓電陶瓷轉換器驅動兩個冷陰極 螢光燈（CCFLs)應用電路的方塊圖。 第6 A圖係根據本發明第二壓電陶瓷轉換器的縱面圖。 第6B圖係第6A圖延著線a-a’的斷面圖。 第6C圖係第6A圖延著線b-b’的斷面圖。 第7圖係根據本發明第二壓電陶瓷轉換器兩個輸入區域的 電性架構圖。
第11頁 420B84 ______________- 五、發明說明（5) 第8圖係根據本發明第一壓電陶瓷轉換器在每個區域為1 0 0 仟歐姆步階上升比例頻率函數圖。 圖式詳細說明 根據本發明之壓電轉換器包括矩形壓電陶瓷平板 21〇，其中包括驅動區域及兩個產生區域21 3及214、兩組 多重中間電極2 1 9及2 2 0、每個輸入區域的兩個外部電極 215，216，217及2 18以及輸出電極221及22 2。 根據本發明驅動兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)的電路包括本 發明中的壓電轉換器，兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)以及驅 動電路。 本發將參考附圖解說。 第2 根據本發明第一壓電陶瓷轉換器的"級&圖。 第2Β圖係象延著線aa’的斷面圖。第2C圖係第jA圖延 著線bb’的^^。第2Α圖顯示包括兩個驅動區 2 1 2、多重内#電極2 1 9及2 2 0以及兩個產生區域2 2 1 4 的壓電陶瓷平板210。如第2B圖及第2C圖所示，每個驅動 區域219a、219b、220a及22 0b可各別經由外部電極215、 216、21 7及218平行連結。一對輸出電極221及222可在兩 個產生區域2 1 3及2 1 4末端形成。内部電極一般由銀鉑合 金、鉑或其它導電膠構成’而外部電極2 1 5、21 6、2 1 7及 2 18以及輸出電極221及2 2 2—般可由銀膠構成。如第2 B圖 及第2C圖所示，輸入區域的電極化延著厚度方向，但鄰層 電極化則相反。兩個輸入區域同一層的電極化方向可如第
第12頁 " —----- 五、發明說明（6) 2Β圖及第2C圖所示在同一方向。兩個輸出區域延著縱長方 向極化’但每個區域的方向彼此相反。每個輪人區域的長 度2 1 1或2 1 2大約為壓電平板長度的八分之三之内作變彳匕， 且每.個輸出區域2 1 3或2 1 4則為壓電平板2 1 0剩卞半個長 度。 第3圖係壓電轉換器全波共振1模式下應力及位移的胃 示分佈圖。我們很容易地可以看出兩個輸入區域（之|1力條 件恰相反，換句話說，輸入區域2 1 1在壓縮下而輸人區域 2 1 2在張力下，反者亦是。如第1圖所示，如果令央輸人區 域為一整片，則無法達到全波共振模式。在本發明第—壓 電陶瓷轉換器中，如第2B圖及第2C圖中所示，全波共振模 式可藉由將輸入區域分成兩部分並將兩個輸入區 極化成同一方向，並如第4圖所示將兩個輸入區域同—邊 2 1 5及2 1 7或2 1 6及2 1 8—百八十度反相連結至高頻輸入源。 如第3圖所示，由於全波共振模式存在兩個節點，可更容 易簡單地保留基本模式，並比起第1圖的設計來說更為可 靠。 第5圖係根據本發明壓電陶瓷轉換器驅動冷陰極螢光 燈（CCFLs)電路的方塊圖。輸入直流電壓可轉化成縱向振 盥的高頻產生電路的高頻輸入電壓，亦即一般由交換電晶 體、頻率產生及控制積體電路、用來控制輸出電流的回饋 控制電路及含電感之輸入匹配網路所構成的驅動電路。高 頻交流電壓可饋至壓電轉換器輸入區域215、21 6及218。 兩個外部電極2 1 5及2 1 7或2 1 6及2 1 8可一百八十度反相彼此
第13頁 五、發明說明（7) 連結至驅動電路。冷陰極螢光燈（CCFLs)其中之一端，例 如CCFL1或CCFL2可各別連結至輸出電極221或222，且另一 端可經由回饋控制量測電阻r 1或R2連結至地。 第6A圖、第6B圖及第6C圖係根據本發明第二壓電陶瓷轉換 器的壓電轉換器，其中驅動區域611的所有及其它描述與 第2圖驅動區域2 11的所有及其它描述一致。與第一種發明 不同的是’兩個輸入區域6 1 1及6 1 2同一層的極化與第6 B圖 及第6C圖相反。因此，在應用電路中，如第7圖所示，兩 個輸入區域6 1 5及6 1 7或6 1 6及6 1 8的高頻輸入電壓彼此同相 以達到共振條件。當壓電轉換器每邊兩個輸入外部電極 6 1 5及6 1 7或6 1 6及6 1 8有相同極化時’驅動電路的電性連結 較方便。 實例 根據本發明可提供第一壓電陶瓷轉換器，以及由驅動 電路所驅動的兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)。壓電陶瓷轉換 器可由氧化鉛、氧化鉻及氧化鈦的固溶體所構成，其尺寸 為56X 7.0X 2.0(龍）。輸入部分有14個由銀鉑構成的輸入 電極。壓電陶瓷轉換器可由多層陶瓷程序構成’也就是綠 色堆疊印刷片及一起烘烤的綠色堆疊棒。輸出電極及外部 電極可由銀膠構成。可灌入矽油來達到溫度攝氏i 3 〇度， 2〜4kV/m„^化場的極化率。第8圖係根據本發明第一壓電 陶甍轉換器在每個區域為1〇〇仟歐姆步階上升比例頻率函 數圖。對於1 0 0仟歐姆的電阻而言，我們可得到步階上升 比例峰值35及每個區域的臘安培，亦即6瓦特的輸出電
第U頁 4 2 〇SB4 五、發明說明（8) 流。轉換效率可達9 6 %或更多。在1 Ο (Η干歐姆電阻時的共振 頻率為6 0仟赫玆。根據本發明第一壓電陶瓷轉換器之兩個 冷陰極螢光燈（CCFLs)可修改其長度為34 0ram及半徑為 2.5rom，並測量燈管之電流及電壓。得到之燈管電流為8微 安培，及燈管電壓為6 5 0伏特，亦即每個燈管5. 2瓦特。此 兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)可在回饋控制下穩定工作而不 會有壓電轉換器跳躍或加熱的現象。
第15頁

Claims (1)

  1. c 六、申請專利範圍 1_ 一種壓電陶瓷轉換器，包括： 工作在全波模式的矩形壓電陶瓷平板2 i 〇，其中包括驅 動區域及兩個產生區域21 3及214、其中驅動區域可置於 壓電陶瓷平板210中間並分成兩個輸入區域211及212， 且此兩個產生區域可置於壓電陶瓷平板末端； 兩組多重中間電極21 9及22 0可置於含多層結構的輸入 區域211及212; 壓電陶瓷平板2 1 0每個輸入區域表面的兩個外部電極 2 1 5，2 1 6 ’ 2 1 7及2 1 8以及平行連結兩組交流内部電極 21 9及220;以及輸出電極221及222可在兩個產生區域213 及2 1 4末端； 其中輸入多層結構每層可延著鄰層厚度方向彼此相反 極化’且兩個輸入區域211及21 2每層極化相同且兩個產 生區域的極化可延著壓電陶瓷平板210長度方向，但各 別方向相反。 2.—種壓電陶瓷轉換器，包括： 工作在全波模式的矩形壓電陶瓷平板210，其中包括 驅動區域及兩個產生區域21 3及214、其中驅動區域可置 於壓電陶瓷平板210中間並分成兩個輸入區域211及 212，且此兩個產生區域可置於壓電陶瓷平板末端； 兩組多重中間電極2 1 9及2 2 0可置於含多層結構的輸入 區域211及212 ; 壓電陶瓷平板2 1 0每個輸入區域表面的兩個外部電極
    第16頁 ό ό 六、申請專利範圍 215， 216, 2 1 9及 2 2 0 ; 2 13及2 14末 其中輸入 極化，且兩 生區域的極 ^方向相反 2 1 7及2 1 8以及平行連結兩組交流内部電極 以及輸出電極221及22 2可在兩個產生區域 端； 多層結構每層可延著鄰層厚度方向彼此相反 個輸入區域2 1 1及2 1 2每層極化相同且兩個產 化可延著壓電陶瓷平板210長度方向，但各 〇
    其個輸 V， 度的八分之
    :讀專 ^護層 利範圍第1項或第2項料、之壓電陶堯， 入區域之長度為整個壓電##瓷轉換器餐個長 二 〇 利範圍第1項或第2項摩之壓電陶瓷本=¾， 可放i於該壓電陶瓷年藏.病頂端及底 個冷陰極螢光燈（CCFLs)的電路包括： 申專利範圍第1項的壓電陶瓷轉換器； 兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)中，其中每個冷陰極螢光燈 (CCFL)可連結至兩個輸出電極之一，且另一端經由回饋 控制的測量電阻接至地；以及 控制燈管電流的回饋控制電路的驅動電路， 其中壓電陶瓷平板同邊輸入區域兩個輸入外部電極可同 相地彼此連結至驅動電路。
    第17頁 0 88^ _ 冷陰極螢光燈（CCFLs)的電路包括： 申請專:利範圍第2項的壓電陶瓷轉換器； 兩個冷陰極螢光燈（CCFLs)中，其中每個冷陰極螢光燈 (CCFL)可連結至兩個輸出電極之一，且另一端經由回饋 控制的測量電阻接至地；以及 控制燈管電流的回饋控制電路的驅動電路， 其中壓電陶瓷平板同邊輸入區域兩個輸入外部電極可同 相地彼此連結至驅動電路。
    第18頁
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