TW434994B - Piezoelectric transducing inverter - Google Patents

Description

434994, 五、發明說明（1) 本發明係有關於一種壓電轉換反相器，特別是有關於 一種能避免開關電晶體產生煙塵（smoke)之類的壓電轉換 反相器。 、 於習知之技術中，係利用一使用壓電轉換器 (piezoelectric transducer)之壓電轉換反相器，以將i 流（direct current，DC)電轉換成交流電（alternating current)電壓。 一般而言，壓電轉換器係為一種一次電極（primary electrode)與二次電極（secondary electrode)皆置於一 壓電材料上之元件’且此轉換器在共振頻率下之電壓係供 應至此一次電極，而該壓電材料遂共振，此外，藉由此機 械性振動，一轉換電壓係由此二次電極輸出。相較於此電 磁轉換器，此壓電材質在尺寸上能夠較小且薄，更可用於 液晶顯示器（liquid crystal display, LCD)之背景光之 電源供應。 μ 當此壓電轉換器係在共振頻率範圍以外驅動，其為僅 在一窄的共振頻率範圍下工作的元件；只有在共振&率 下，此壓電轉換器之二次電極方能輸出，且發生能量泣 J，並減少壓電轉換器之效率。咽此，在包括共振頻；之 範圍内的正弦波形中驅動此壓電轉換器是报 達到這個目的，傳統係藉由在二相位不同之正读^ 波，其等效於該共振頻率之一正弦波下 · 謗。 動此壓電轉換 作為習知技術的—個例子，日本專 τ〜a開公報第ΗΕΙ

第4頁 43499^ 五、發明說明（2) 9_107684號揭露了此壓電轉換器之驅動電路；這個例子係 將此技術加至該壓電轉換反相器中，如第1圖所說明。 如第1圖所示，此壓電轉換反相器29係由一壓電轉換 1、一升壓器（booster)4、一頻率控制電路3、一驅動電麼 控制電路10、一調光器（dimmer)ll、與一保險絲等主要 部分所構成’且由壓電轉換器1所輸出之電壓\^係輸入至 負載2。 e 接下來將要詳細敘述第1圖中之主要元件；一交濟電 壓係輸入至該壓電轉換器1之一次電極，且此墨電轉換器j 係利用壓電效應而由一二次電極輸出電壓^ β 一頻率除法器9係藉由各別交換輸出脈衝至其閘極以 交換驅動一開關電晶體7與一開關電晶體8 ;此及該頻率除 法器9係各別輸出閘極訊號Vgi與Vg2至開關電晶體8與開關電 晶艎9之閘極，並交換驅動此開關電晶體8與開關電晶體 來自負載2之電流IQ係輸入至此頻率控制電路3，則此 頻率控制電路3係輸出一驅動訊號Vr至此頻率除法器9與驅 動電壓控制電路1 〇中。此驅動電壓控制電路1 〇係控制峰值 電壓V<n與^使其在固定值下驅動此壓電轉換器j。 此調光器11係產生該驅動電壓控制電路1〇之驅動停止 訊號並控制驅動開始/停止（〇n/o f f )之效率控制，並在 驅動停止期間輸出一控制訊號至頻率控制 改變電麼控制之震盈器（v〇ltage c〇ntr〇Ued使其不要· 〇sC1lUt〇r，Vco)頻率。此保險絲12係連接於—直流電壓

第5頁 43499^iS 五、發明說明（3) VDD ;線圈5之一端係連接於此壓電轉換器1之一次電極之一 端’而此線圈5之另一端則連接於此驅動電壓控制電路 10。 開關電晶體7係連接於此線圈5與該壓電轉換器1之一 次電極之一端；線圈6連接於此壓電轉換器1之一次電極乏 另一端，而此線圈6之另一端則連接於此驅動電壓控制電 路10。 此開關電晶體8係連接於此線圈6與該壓電轉換器1之 一次電極之另一端。 利用上述所提之結構’如第1圖所示之壓電轉換反相 器2 9將直流電壓VDD轉換成高交流電壓vQ，並供應vD至負載 2 ° 於此結構中’即使此直流電壓v⑽變動，仍舊可輸出一 固定之電壓與固定之電流至此負載2 ;即使此輸入電壓範 圍很廣’仍舊能夠完成一穩定之動作。甚者，此壓電轉換 器1係由該正弦波或是與正弦波類似之訊號所驅動，且此 驅動頻率並不改變，因此能夠避免轉換效率降低。相較於 電磁轉換器，即使產生超過1000伏特之高電壓，此壓電轉 換器1能夠小且薄。 要詳細敘述如第1圖中所示之習知之壓電轉換反相器 29之動作；此開關電晶體7與8係藉由頻率除法器9所輸出 之相反相位訊號Vgl與¥^而輪流變為導通狀態。此來自直流 電源供應器VDD之電流係供應至線圈5與線圈6，並將其電流-能量充電。此時，當開關電晶體7與8變為關斷狀態此=

4349 9f^i 五 '發明說明（4) 電之能量放出，並產生比％要高的電壓。 此電壓係藉由該壓電轉換器丨與負栽？之等效輸入電容 與線圈之電感而形成電壓共振波形，且設定成正弦波，其 在壓電轉換器1之共振週期的一半時間内變為零電壓或 此正弦波型之大略訊號的半波。 此產生的電壓係交換輸入至此壓電轉換器1之一次電 極，作為驅動電壓之正弦波之等效波形或此正弦波型之大 略5凡號造成壓電轉換器1振動，且由該壓電轉換器1之波形 而決定之提升電壓率的Ν倍之輸出電壓V()係由此二次電極 所輸出。此電壓％係供應至負載2 ’且通過負載2之回饋電 流（feedback Current)ID係輸入至頻率控制電路3。此頻 率控制電路3產生驅動壓電轉換器1之頻率至頻率除法器 9，直到回饋電流IG便為一既定之值，並在此既定之值停 止，則掃略此驅動頻率。 第2圖為方塊圖，顯示此頻率控制電路3之結構；此頻 率控制電路3係用於習知種類與本發明之壓電轉換反相 器’接下來’請參考第2圖，將要說明此頻率控制電路2。 如第2圖所示’此頻率控制電路3係由一電流/電壓轉換器 13、一整流器14、一比較器15、一積體電路（IC)16、一比 較器17、與一電壓控制震盪器（voltage contr〇lle(1 oscillator, VCO) 18 所構成。 來自負載2之回饋電流ID在電流/電壓轉換器中轉換 成一交流電壓，並在整流器14中轉換為一直流電壓，並輸 入至比較器15中。此直流電壓係在比較器15中與一參考電 ------- 五、發明說明（5) 二；f時’當輪入電壓為小時，比較器15則輪出 高階訊號至此積體電路16。 於4» 電路係建構以工作，以在輸入-高階訊號時， ,I ”以:定之速率增加’且此輸出電壓輸入至VCO ' 此VCO 1 8係為電壓控制震盪器，其輸出一頻率，且該、 率係與此輸入電壓成反比，而頻率除法器9係在VCO 1 8 '、以此震盛頻率’且壓電轉換器1係被此頻率所驅動。因 此’，此狀況下’—較參考電壓Vref要小之電壓係輸入至 比較器15，而此驅動頻率係繼續下降。 參考第3圖，係解釋壓電轉換器丨之電壓升高率時之驅 動，率之特性；不過，此種特性係對習知之型態與本發明 而s ，因此，第3圖係適用於習知之技術與本發明兩者。 如第3圖所示，此壓電轉換器丨之驅動頻率係設定成低於 f!;因此’此驅動頻率逼近共振頻率^其為壓電轉換器1之 最高電壓升高率，且隨著時間的過去，此壓電轉換器1之 電壓升问率與其輸出電流上升。此時，當輸入比較器15之 電壓在驅動頻率％下係大於參考電壓，此比較器15之輸 出電壓則變為低位準（1 0 w 1 e v e I )。 由於此訊號，積體電路16之輸出訊號在變為低位準之 前係維持其右邊之電壓，而VCO 18之輸出頻率變為一固定 之值’且此壓電轉換器1係由一固定頻率所驅動。 此時’當如第1圖中所示之負載2係為一冷凍陰極管-(cold cathode tube)，且此直流電壓、係為低位準，而 輸出電壓V0並未達到可以開始放電之電壓，則不會產生在

比較器15之輸入電壓大於參考電壓'Μ時之回饋電流I。。 一 在此狀態下，如第2圖所示之比較器1 5之輸出係維持 尚位準狀態，且驅動頻率繼續下降。當此驅動頻率變為如 第3圖中所示之頻率L，輸入比較器17中之積體電路16之 輸出電壓係大於參考電壓、&，並輸出高位準訊號至此積 體電路16。藉於此高位準訊號，積體電路16係重置 (reset) ’且其輸出電壓變為最小電壓，並且vc〇 η之輸 出電壓係變為頻率除法器9輸出頻率1之狀態。此驅動頻 率係由頻率降’並重複上述之㈣，在恢復此直流電 壓VDD至該既定之電壓狀況下，冷凍陰極管便能夠正常發 光。 接下來，請參考第4圖以便於解釋於第1圖中所示之 動電壓控制電路10 ;第4圖係為方塊圖，其顯示驅動電壓 控制電路1 0之結構。此驅動電壓控制電路丨〇係用於習知 技術與本發明兩者。 如第4圖所示，此驅動電壓控制電路1〇在分壓整流器 (voltage dividing rectifier)20 中將開關電晶體7之沒 極電流波形Vdl予以分割並整流而輸出此分壓並整流過之電 M Vc。此電壓Vc係輸入一比較器丨9之非反相輸入端並 且’在頻率控制電路3中產生的三角波Vr則輸入至比較器 19之反相輸入端，且此比較結果係輸入至開關電晶體2j < 閘極。其中，此驅動電壓控制電路丨〇係為上述之結構。. 第5圖為時序圖，顯示經分割之電壓、與經整流之汲： 極電壓波形Vdl、在頻率控制電路3中產生之三角波^、開 4349 94- 五、發明說明（7) 關電晶體21之間搞带蔽、17

與Vg2、開關電曰曰H e3、由頻率除法器9輸出之電壓L ^ φ /¾ ^ ^ V :體7之汲極電壓波形％與開關電晶體8之汲 極電壓波形vd2等之計時（timing) ^ 本發^外’此時序圖不僅用於習知之技術’稍後更可用於 電壓v如變第1圖所而V入!壓為’此非反相輸入端‘ …間比率輸出;r電器壓 雷曰:$杜第4圖所示之驅動電壓控制電路1 〇之開關 井^ H4夕於、.與汲極間開路（〇Pen)的時間長，且輸入至 v μ二μ 入忐量小，因此開關電晶體之汲極電壓^與 體21丄時門比率二1 較器19的電壓Vc越小，開關電晶 :曰m輪出閘極電壓^就越小。因為如此，開關 ea 、源極與汲極間開路（opeη)的時間短，且輸入至 升壓器4之輸人能I大’目此開關電晶體之没極電

Vd2的控制變大。 藉由此種連續性的控制，係將開關電晶體之汲極電壓

Vdl與vd2控制在某一特定電壓，且此使得一電壓驅動壓電轉 換器1使之維持於某一特定位準之動作亦可完成，即使此 直流電壓vDD在一寬的範圍内振動，&壓電轉換則仍可穩 定的動作。 接下來’要垅明於第i圖中所示之調光器n ;第6圖係 為方塊圖，其顯示此調光器u之結構。而此調光器u係可

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用於習知與本發明之技術。 如第6圖所示，此調光器n係由一三角波震盪器22， 其可在一夠小於驅動頻率的調光頻率下震盪，以及一比 器23所構成。此比較器23係將一調光頻率與該三角波震 器22所輸出之波形作比較，且此調光器u輸出改變效率 (duty)之脈衝訊號。 此讯號係輸出至該頻率控制電路3與驅動電壓控制電 路1 〇 ;在訊號為高位準時，開關電晶體2丨係關斷，並停止 壓電轉換器1之驅動，且維持積體電路16之 勿改變VCO 18之頻率。 、基於這種構造，習知之壓電轉換反相器是小且薄的， 並可在寬的輸入電壓範圍與高效能下操作。除此之外， :,壓電轉換反相器係#求能做到更小的〖寸與更低的花 為了達到上述之要 t〇扣厂,丨匀叨恥炙積體雷 係為理想的，但是，與其是頻率控制電路3、頻率除法 =9 '不包括開關電晶體21與二極體3〇與調光器丨丨之驅 =壓控制電路10、A開關電晶體7之高能部分、開關電晶 、開關電晶體21、與二極體3〇皆為單晶片之小訊號 構，不如是開關電晶體與二極體係置於1(：之外較適於 '局階之使用’並硬用於高能輸出與低能輸出之狀況。 因此，藉由頻率控制電路3、頻率除法器9、 壓 =電與調光器U皆為單晶片IC之結構，且以 曰曰體7與8之南能部分’其製成小的尺寸，且利用低花費的

- ' ----------------- 五、發明說明（9) -- =^封裝係置於1C之外部，此壓電轉換器丨係於高效 :動’且能夠獲得如習知之第！圖所示一般在較高階下使 用、體積小、且花費低之壓電轉換反相器1。 歹而，示於第1圖中之習知之壓電轉換反相器具有下 j問碭：接下來請參考圖示，以便於解釋這些問題。 如第1圖所示，此習知之壓電轉換反相器在其形成之 基板上的頻率除法器9與該開關電晶體7與8之間需要電性 連接’而頻率除法器9之Q輸出端或反相輸出端或力是圖案定 義破壞之不良接合誤會導致一異常之狀態。 一、 例如’如第1圖所示’在頻率除法器9之反相Q輪出端 ’、開關電晶體8之閘極間的點a遭破壞，且開關電晶體8之 問極變開路（open)狀態’而開關電晶體7係由頻率抑除法器9 之輸出Q所驅動’此僅解釋只有—邊係被驅動。’、 習知之壓電轉換反相器之動作波形係示於第7圖中； 在此狀況中’ N通道之M0SFET係用於個別之開關電晶體: 於第7圖中，由ti至心之週期時間係為一般之週期時間其 開關電晶體7與開關電晶體8交互於反相週期被頻率除法^ ，動，且在時間％之後的週期則為異常之操作時間， a”點遭受破壞時，開關電晶體7方由頻率除法器9所驅 在時間1：2至％其間對線圈5所充的電係在時間t至t p气 放雷 3 l4 电，但是，由於共振狀況之減弱，此開關電晶體7之汲 極電壓Vdl變為第7圖中所示之波形（d)。 此電壓Vdl藉著壓電轉換器1之輸入電容能夠與開關電

第12頁 4 349 9 4ίί___ 五、發明說明（ίο) 晶體8之汲極產生電容耦合，因此，開關電晶體8之汲極電 壓Vd2變為第7圖中所示之波形（e)。 在時間is至t4間之Vd2的波形係為去掉波形Vdl之直流部 分，因此在壓電轉換器1之一次電極電壓Vdl之電位變高。 在時間t4時，開關電晶體7變為導通狀態，且Vdi變0伏 特’但是’於壓電轉換器1之輸入電容中充電之電荷在時 間t4之前與之後並不充電，因此vd2變為一個負電壓。 然而’此N通道M0SFET在汲極與源極間具有一個二極 體’且在閘極與没極間具有一電容，如第8圖之構造所 示；因此電壓Vd2係電容耦合於開關電晶體8 ,其閘極係藉 一寄生電容而開路，且產生Vg2之閘極波形如第7圖中之（g) 所示。而開路電晶體8則藉由此電壓產生偏壓因此導通， 且此時Vm變負電壓，寄生二極體D變為傳導狀態，而汲極 電流Id2則一大的電流流過，如第7圖之（i )所示。 於第1圖中’汲極電流Id2流過一由線圈5、線圈6、開 關電晶體7、與開關電晶體8所構成的封閉電路，因此大的 汲極電流1犯並不流過此保險絲12。因此，此電路並不停止 動作’且僅有開關電晶體7是繼續的被驅動中。因為如 此’第7圖之（i)中所示之電流id2流過此開關電晶體8，且 此開關電晶體8逐漸地產生熱，此時，在產生可允許範圍 量的熱之下’開關電晶體8遂產生煙霧或火苗或燃燒。自 此之後，這些產生的煙霧或次苗或燃燒皆以產生煙霧來稱 之。 在上述產生之煙霧問題中’在此電路結構内係為一適

第13頁 五、發明說明（11) 切的問題，其產生一正 高效率下驅動此壓電轉 線圈6與開關電晶體8遂 且，利用此產生之訊號 即使在線圈係由冑 舊會產生；事實上，在 1 2伏特至直流電壓vdd， 險絲，一次電極側對_ 轉換器’且連接一型號 電晶體，並在一般之工 除法器9與開關電晶體7 過數十秒’此開關電晶 產品的安全是十分 生皆為一個大麻須；要 度。 因此，本發明之目 期能有效的驅動一壓電 能避免煙霧之產生。 依據本發明之第一 提供一升壓裝置，其具 由一次電極輸入一電壓 且一第一線圈，一端係 一側；一第一開關電晶 一端；一第二線圈，一 弦波之等效訊號，或者是為了要在 換器1，由線圈5與開關電晶體7與_ 產生之一等效訊號之大略值，並 而驅動此壓電轉換器1。 磁轉換器來替代之狀況下，煙霧仍-一壓電轉換器驅動電路中，供應β 並使用一承受電流為1 · 2 5安培的保 次電極側之轉換比例為1到2的電磁 為2SK2111之自動轉換器至此開關 作下輸出大約4瓦特至負載2在頻率 或8連接之異常狀態下係損壞，經 體便產生煙霧。 重要的’而火苗或煙霧或燃燒的產 避免這個問題，必須改進其安全 的在於提供一種壓電轉換反相器， 轉換器’且其體積小，花費低，更 個型態’於一壓電轉換反相器中係 有一壓電轉換器，係利用壓電效應 ’而由二次電極輪出一交流電壓， 連接於該壓電轉換器之一次電極的 體’一端係連接於該壓電轉換器之_ 端係連接於該壓電轉換器之一次電

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43499^5 五、發明說明（12) 極的另一側；一第二開關雪a抽 ]關電日日體，一端係連接於該壓電轉 換器之另一；；一頻率除法器’係、分別輸出間極之訊號以 交互驅動該第-開關電晶體與該第二開關電晶冑，本發明 係f供了一第一電阻器，其一端係連接於上述第-開關電 晶體之祕’且另-端則連接於—保險絲或—直流電源供 應器，以及-第二電阻器’丨一端係連接於上述第二開關 電晶體之閘極，且另一端則連接於該保險絲或該直流電源 供應器。 依據本發明之第二個型態，於此第一個型態中，該壓 電轉換反相器提供了一第三開關電晶體，其一端係連接於 該第一線圈與該第二線圈之另一端，一二極體，係連接於 該第一線圈與該第二線圈之另一端，且一驅動電壓控制電 路’係藉由一第三開關電晶體之導通/關斷而用以控制該 壓電轉換器之驅動電壓使之達一預定之值。 依據本發明之第三個型態，於該第一個型態中，該第 一與第一電阻器之阻值係夠大’藉由該頻率除法器，而無 法妨礙該第一開關電晶體與第二開關電晶體的驅動能力。 依據本發明之第四個型態，於此壓電轉換反相器中， 係提供一升壓裝置，其具有一壓電轉換器，係利用壓電效 應由一次電極輸入一電壓，而由二次電極輸出—交流電 壓，且一第一線圈，一端係連接於該壓電轉換器之一次電_ 極的一側；一第一開關電晶體，一端係連接於該壓電轉換 器之一端；一第二線圈，一端係連接於該壓電轉換器之一 次電極的另一侧；一第二開關電晶體’一端係連接於該壓

第15頁 4349 94 發明說明（13) 電轉換器之另一端；一頻率除法器，係分別輸出閘極之訊 號以交互驅動該第一開關電晶體與該第二開關電晶體，本 發明係提供了一輸出一固定直流電壓之固定電壓電路；一 第一電阻器，其一端係連接 極’且另一端則連接於一該 阻器’其一端係連接於上述 一端則連接於該固定電壓電 依據本發明之第五個型 電轉換反相器提供了 一第三 該第一線圈與該第二線圈之 該第一線圈與該第二線圈之 路’係藉由一第三開關電晶 壓電轉換器之驅動電壓使之 依據本發明之第六個型 一與第二電阻器之阻值係夠 法妨礙該第一開關電晶體與 依據本發明之第七個型 提供一升壓裝置，其具有— 由一次電極輸入一電壓，而 且一第一線圈，一端係連接 一側；一第一開關電晶體， ' 端，'第一線圈，一端传 極的另一側；一第二開關電 換器之另一端；一頻率除法 於上述第一開關電晶體之閘 固定電壓電路：以及一第二電 第二開關電晶體之閘極，且另 路。 態’於該第四個型態中，該壓 開關電晶體，其一端係連接於 另一端’一二極體，係連接於 另一端’且一驅動電壓控制電 體之導通/關斷而用以控制該 達一預定之值。 態’於該第四個型態中，該第 大’藉由該頻率除法器，而無 第一開關電晶體的驅動能力。 態’於一壓電轉換反相器中係 壓電轉換器’係利用壓電效應 由二次電極輸出一交流電壓， 於該壓電轉換器之一次電極的 一端係連接於該壓電轉換器之 連接於該壓電轉換器之一次電 晶體’一端係連接於該壓電轉-器

Jl 3 49 94^ 五、發明說明（14)

交互驅動該第一開關電晶體與該第二開關電晶體，本發明 係提供了 一第一電阻器’其一端係連接於上述第一開關電 晶體之閘極’且另一端則連接於一保險絲或一直流電源供 應器，一第二電阻器，其一端係連接於上述第二開關電晶 體之問極’且另一端則連接於該保險絲或該直流電源供應 器；一第三電阻器’其一端係連接於該第一開關電晶體之 開極，另一端則接地；以及一第四電阻器，其一端係連接 於該第一開關電晶體之閘極，另一端則接地D 依據本發明之第八個型態，於該第七個型態中，該壓 電轉換反相器提供了一第三開關電晶體，其一端係連接於 該第一線圈與該第二線圈之另一端，一二極體，係連接於 該第一線圈與該第二線圈之另一端，且一驅動電壓控制電 路，係藉由一第三開關電晶體之導通/關斷而用以控制該 壓電轉換器之驅動電壓使之達一預定之值。 依據本發明之第九個型態，於該第七個型態中，該第 一、第二、第三、與第四電阻器之阻值係夠大，藉由該頻 率除法器，而無法妨礙該第一開關電晶體與第二開關電晶 體的驅動能力。 依據本發明之第十個型態，於此壓電轉換反相器中， 係將頻率除法器所輸出之訊號個別輸入至該二開關電晶體 之閘極，並驅動此壓電轉換器，而輸出一轉換電壓，此. 時，當頻率除法器與該二開關電晶體之閘極間的電性連接 消失的異常狀況發生，此壓電轉換反相器偏壓向該開關電 晶體’且電流係流過該保險絲，因而避免煙霧之產生。

第17頁 43499 五、發明說明（15) 依據本發明之第十一個型態於此第十個型態中，為了 讓電流流向該保險絲，該具有阻抗之開關電晶體其一端係 個別連接於該開關電晶體之閘極，另一端則連接於該保險 絲或直流電源供應器。 依據本發明之第十二個型態於此第十個型態中，為了 讓電流流向該保險絲，該具有阻抗之開關電晶體其—端係 個別連接於該開關電晶體之閘極，另一端則連接於供應一 固疋直流電壓之該固定電壓電路，且該固定電壓電路係連 接於該保險絲或是該直流電源供應器。 依據本發明之第十三個型態於此第十個型態中，為了 讓電流流向該保險絲’該二開關電晶體個別提供一第一阻 抗’其一端係個別連接於該開關電晶體之閘極，另一端則 連接於該保險絲或直流電源供應器；以及一第二阻抗，其 一端係個別連接於該開關電晶體之閘極，另一端則接地。 因此’本發明之壓電轉換反相器能有效地驅動此壓電 轉換器’且此壓電轉換反相器可廣泛的使用於一般狀態 下*並提供一體積小、成本低之壓電轉換器之驅動電路。 甚者’此壓電轉換反相器加入了 一推動（pull_up)電阻與 分壓電阻至該二電晶體之閘極，此時，當開關電晶體之閘 極與頻率除法器間之電性連接以驅動這些開關電晶體係因 導線等之損壞而發生問題，則產生一大電流藉偏壓而流溥 保險絲之電子路線，而使該保險絲燃燒，因此避免了煙薪 之產生’並改善其安全性， 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易

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1，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 明如下： & 圖式之簡單說明： 第1圖為方塊圖，顯示習知之壓電轉換反相器之結 構； 第2圖為方塊圖’顯示用於習知與本發明中之壓電轉 換反相器之頻率控制電路結構的一個例子； 第3圖為驅動頻率與用於習知與本發明中之升壓率特 性之圖示； / 第4。圖為方塊圖’顯示用於習知與本發明中之壓電轉 換反相器之驅動電壓控制電路結構的一個例子； 第5圖為時序圖’顯示用於習知與本發明中之壓電轉 換反相器之動作的一個例子； 第6圖為方塊圖，顯示用於習知與本發明中之壓電轉 換反相器之調光器結構的一個例子； 第7圖為時序圖，顯示如第1圖中所示之壓電轉換反相 器之動作； 第8圖為概念圖示，顯示用於習知與本發明中之開關 電晶體結構的一個例子； 第9圖為方塊圖’顯示本發明之壓電轉換反相器之第 一實施例的結構； 第10圖為方塊圖’顯示本發明之壓電轉換反相器之第 二實施例的結構；以及 第11圖為方塊圖’顯示本發明之壓電轉換反相器之第

第19頁 4 3 49 9 五、發明說明（17) 三實施例的結構 符號說明 1 11 13 15 17 2 21 23 26 4 51 6 壓電轉換器 10 調光器 12 電流/電壓轉換器 14 比較器 16 比較器 18 負載 20 開關電晶體 22 比較器 24, 27壓倒電晶體 29 頻率控制電路 30 升壓器 5 52、53壓電轉換反相器 線圈 61 驅動電壓控制電路 保險絲 整流器 積體電路 電壓控制震盪器 分壓整流器 三角波震盪器 2 5推動電晶體 壓電轉換反相器 二極體 線圈 固定電壓電路 7、8開關電晶體9頻率除法器 實施例 現在，參考這些圖示，將要解釋本發明之壓電轉換反 相器之動作；第9圖、第1 0圖、與第11圖分別顯示本發明 之第一、第二、與第三實施例。 於第9圖、第10圖、與第11圖中，係由一頻率除法器9-之時鐘訊號交互驅動之開關電晶體7與8，此時，當開關電 晶體7與8之閘極及頻率除法器9間之導線圖案（pattern)遭‘ 破壞，而使頻率除法器9不再驅動該等開關電晶體其中之

第20頁 五、發明說明（18) 一 ’此開關電晶體遂由加入開關電晶體之閘極之電阻器而 偏壓（b i as)’且且產生一大的電流流過保險絲1 2之電流路 線’並造成保險絲燒毀’而停止電路之動作，進而預防煙 霧之產生。其中，加入開關電晶體之閘極之電阻器係為示 於第9圖與第1〇圖中之推動電阻器24與25，或由於第丨丨圖-中所示之該推動電阻器24與一壓倒（pull-down)電阻器26 所產生之分壓電阻（voltage dividing resistance)，戈 是由該推動電阻器25與一壓倒電阻器27所產生之分壓電 阻。 亦即’於一由二個開關電晶體所驅動之壓電轉換反相 器中，在頻率除法器與該二開關電晶體其中之—閘極之電 性連接喪失之異常狀態下，本發明係藉由該推動電阻或分 壓電阻而使開關電晶體產生偏壓’並改變沒極電流之電流 路線使之經過保險絲而讓保險絲燒毀，而停止電路之動 作，進而預防煙霧之產生等等。 接下來’參考這些圖示，將要詳細說明本發明之實施 例；第9圖為方塊圖’係顯示本發明之壓電轉換反相器之 第一實施例之結構。 如第9圖所示’本發明之壓電轉換反相器51之第一實 施例提供一壓電轉換器1 ’其中，一交流電壓係由一次電 極輸入，並利用壓電效應由二次電極輸出。一升壓器4其. 將直流電壓VDD轉換成一正弦波或趨近於一正弦波之訊號， 並驅動此壓電轉換器1與一頻率除法器9，係交互地利用時’ 鐘訊號而驅動開關電晶體7與8。

第21頁 ^ 3499^-_ 五、發明說明（19) 更甚於此，壓電轉換反相器51提供了一頻率控制電路 3 ’其輸出一驅動訊號至頻率除法器9，一驅動電壓控制電 路1 0控制驅動壓電轉換器1之峰值電壓Vdi與L使其維持一 固定值，一調光器11係產生一驅動停止訊號至該驅動電壓 控制電路10，並產生驅動之導通/關斷的效率控制訊號，. 更將輸出控制訊號輸出至頻率控制電路3使其在驅動停 止，以及一保險絲1 2連接一直流電源期間，VCO之頻率不 要改變。 甚者’壓電轉換反相器51提供一線圈5，其一端連接 於壓電轉換器1之一次電極與驅動電壓控制電路1〇，連接 於線圈5與該壓電轉換器1之一次電極之開關電晶體7，一 推動電阻器24 ’係連接於開關電晶體7之閘極，一線圈6， 其連接於該壓電轉換器1之一次電極之另一側與驅動電壓 控制電路10 ’ 一開關電晶體8，其連接於線圈6與該壓電轉 換器1之一次電極之另—側，以及一推動電阻25，係與該 開關電晶體8之閘極相連。 如前所述’如第9圖所述之壓電轉換反相器51利用線 圈與開關電晶體將直流電壓VDD轉換成一正弦波或趨近於一 正弦波之訊號’並驅動此壓電轉換器1轉換此高交流電壓 ν〇 ’而供給此電壓vfl至負載2。 於第9圖中，其與第1圖之習知之壓電轉換反相器29中. 相同的元件具有相同的標號與前述之動作，因此省略其中 相同的說明。 於第9圖中之第一實施例所示之壓電轉換反相器51與

第22頁 434994 五、發明說明（20) 第1圖中所示習知之壓電轉換反相器其不同點在於壓電轉 換反相器5 1之第一實施例其推動電阻器2 4、2 5係個別與開 關電晶體7、8連接。 由於這些推動電阻器24、25，此時，當頻率除法器9 與開關電晶體7與8間之電性連接損壞，該等開關電晶體偏 壓’此第一實施例方有可能強制該等開關電晶體導通。 接下來’將要說明本發明之壓電轉換反相器之第一實 施例之動作。 藉由輸入由頻率除法器9所交互輸出之正弦波或近似 於正弦波之半波電壓Vdi與Vd2至該壓電轉換器1之—次電極 之一側與另外一側，此壓電轉換反相器1係由等效該正弦 波或近似於正弦波訊號所驅動’並由二次電極輸出由V與 Vd2提升N次之電壓vfl。 dl、 此電壓係供應至負載2，且流過負載2之回饋電流l 係輸入至頻率控制電路3。此頻率控制電路3產生兩次驅^ 壓電轉換器1之頻率以至頻率除法器9，並持續驅動頻率之 掃略’直到來自負載2之回餚電流IQ成為一預定之值並於 一預定之值停止。 藉由此輸入壓電轉換反相器1之電壓％或L而輸入至 該驅動電壓控制電路1 〇，即使直流電壓Vdd變大，此電 與Vd2之峰值電壓係控制在一特定之值。調光器η則輸出二 控制訊號’其頻率較至驅動電壓控制電路1〇之頻率低， 供應至升壓器4之能量係隨著時間的分隔受控制，且供’應& 至負載2之電壓之有效值或流過負載2之有效電流ί〇 ^有

4 349 9 4- 五、發明說明（21) ~ ' ---- 效值能夠減少。在電源沒有供給至升壓器4其間，vc〇之頻 率不能改變，此調光器U遂輪出一維持（11〇1(〇訊號至該 率控制電路3中。 在頻率除法器9與開關電晶體7與8之閘極成電性連接_ 之-般狀態下，不要干擾頻率除法器9之驅動 高之阻抗值則設定至推動電晶體2 4與25。 在頻率除法器9沒有與開關電晶體7與8其中之一之閘 極成電性連接之異常狀態下，此推動電晶體24與25係對該 等開關電晶體產生偏壓，並產生一大電流流過該保險絲1 2 之路線’且操縱此電路使之停止動作。 因此，依據本發明之壓電轉換反相器之第一實施例， 即使頻率除法器9與開關電晶體7與8之電性連接遭破壞， 亦可避免開關電晶體7或8所產生的煙霧效應。 接下來，將要說明依據本發明之壓電轉換反相器之第 二實施例；第10圖為方塊圖’顯示依據本發明之壓電轉換 反相器之第二實施例。於第1〇圖中，與第9圖中所示之相 同的元件係給予相同的標號，並省略其中動作相同之部 分。 本發明之壓電轉換反相器5 2之第二實施例與本發明之 壓電轉換反相器5 1之第一實施例的不同點在於此第二實施 例另外具有一固定電壓電路61 ’其輸出一固定直流電壓， 即使直流電壓VD!)變動，且此推動電阻器2 4與2 5係連接於其 輸出。 於第9圖中所示之本發明之第一實施例，在直流電壓

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vDD範圍 變。缺 額定電 此開關 在 破壞之 汲極電 寬範圍 不理想 是不可 寬的情況下’此偏壓至開關電晶體之閘極電 =，即使此偏Μ係'晶體之問極與源 壓内，但對於供應開關電晶體之電壓而言則太t ’ 電晶體7與8之導通電阻則變得非常小。 门- 頻率除法器9與開關電晶體之閘極間的電性連. 異常狀況下，在保險絲燒毀之前，係流過一超高^ 流，而這可能會產生煙霧。因此，於直流電壓^之 下操作之壓電轉換驅動電路，對直流電壓、推：並 ，且設定開關電晶體之閛極電壓至一合適之偏壓值 能的。 例如，在保險絲之額定電流為25安培，且其為立刻 燒毀之種類，而線圈5與6為58微亨利（#h),電晶體7與8 之型號為2SK2111，且在頻率除法器9與開關電晶體7與8之 其中之一閘極間之電性連接遭破壞之異常狀態下，且直流 電源供應VPD係為1 2伏特，推動電阻之值則為〗Μ Ω，一導通 電阻值變小’且在保險絲丨2燒毀前，係流過一超過之汲極 電流’此開關電晶體係產生煙霧。然而，在直流電源供應 VDD係為12伏特情況下’此固定電壓電路61之輸出電壓係為 5伏特’且推動電阻值g1〇〇kQ，此導通電阻直並沒有變 小’且不流過一過大之電流，因此在開關電晶體產生煙霧 以前’保險絲1 2係燒毀，並且能夠安全的停止這個電路之. 運作。 因此’本發明之壓電轉換反相器5 2之第二實施例係有 效地驅動此壓電轉換器1，並且適合於一般的使用，尺寸

第25頁 434994^_ 五、發明說明（23) ' ' - 小，且花費低，並且係在寬的直流電壓範圍v⑽下操作。 甚於此，並提供一固定電壓電路61，且在頻率除法器9與 開關電晶體之閘極間的電性連接失效之異常狀態下，推 固定電壓電路61之輸出，因此能避免開關電晶體產生煙 霧。 接下來，將要說明依據本發明之壓電轉換反相器之第 三實施例；第11圖為方塊圖，顯示依據本發明之壓電轉換 反相器之第三實施例。於第n圖中，與第9圖中所示之相、 同的元件係給予相同的標號，並省略其中動作相同之部 分。 本發明之壓電轉換反相器53之第三實施例與本發明之 壓電轉換反相器51之第一實施例的不同點在於此第三實施 例係使用單一之電壓作為直流電壓，且壓倒電阻器2 6與 27係個別連接於開關電晶體7與8。 由於推動電阻器24或25及壓倒電阻器26或27分壓值而 使開關電晶體7或8產生偏壓，在頻率除法器9與開關電晶 體7或8之閑極間的電性連接失效之異常狀態下，一大的電 流係流過保險絲1 2 ’且能夠避免開關電晶體產生煙霧。因 此’在使用單一之電壓作為直流電⑽的壓電轉換反相器 中’與推動電晶體一同推動者能夠連接於該直流電壓VDD或 此保險絲1 2 ’則不需要一額外用於偏壓之電源供應，例如 是於第10圖中的固定電壓電路61。 即使該直流電壓VDD藉由推動電阻器與壓倒電阻器之分 Μ $ @對開關電晶體產生偏壓，在電壓太小以致於無法產

第26頁 4 3 49 五、發明說明（24) 生一電流流過該保險絲1 2 ’則使用如第9或1 〇圖所示之第 —或第二實施例。 依據本發明之壓電轉換反相器之第三實施例，在由寬 範圍直流電壓VDD之壓電轉換驅動電路中，此壓電轉換反相 器能有效地驅動該壓電轉換器，且一般可使用的範圍报. 廣’尺寸小’更花費低a而在頻率除法器9與開關電晶體 的一個閘極間之電性連接呈異常狀態時，能夠避免煙霧自 開關電晶體產生。 如同上述，本發明 驅動壓電轉換器，且一 低。且本發明之壓電轉 關電晶體的一個閘極間 能夠避免煙霧自開關電 因燃燒而產生煙霧以前 阻而產生偏壓。更甚於 其可藉由壓電轉換器之 具有一高效率轉換電壓 甚且’本發明能夠 一、第二、第三、與第 妨礙第一與第二開關電 雖然本發明已以較 限定本發明，任何熟習 神和範圍内，當可作更 當視後附之申請專利範

^ ^ itG 般之應用範 換器更改善 之電性連接 晶體產生其 ’此開關電 此，本發明 控制頻率使 且於一寬輸 提供壓電轉 四電阻值， 晶體之驅動 佳實施例揭 此項技藝者 動與潤飾， 圍所界定者 電轉換器， 圍很廣，尺 了在頻率除 喪失而呈異 安全度；在 晶體之閑極 能夠提供壓 之控制於一 入電壓範圍 換反相器予 由頻率除法 能力亦可避 露如上，然 ’在不脫離 因此本發明 為準。 其能有效地 寸小，花費 法器9與開 常狀態時， 開關電晶體 可藉由該電 電轉換器， 預定之值而 〇 夠高之第 器所產生之 免。 其並非用以· 本發明之精 之保護範圍

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Claims (1)

1. 4 349 ^ 六、申請專利範圍 1. 一種壓電轉換反相器，其提供一具有一壓電轉換器 之升壓裝置，而該電壓係由該壓電轉換器之一次電極輸 入，再利用壓電效應由二次電極輸出一交流電壓，一第一. 線圈，其一端係連接於該壓電轉換器之一次電極之一端％ 一第一開關電晶體，其一端係連接於該壓電轉換器之一次 電極之一端，一第二線圈，其一端係連接於該壓電轉換器 之一次電極之另一端；一第二開關電晶體，其一端係連接 於該壓電轉換器之一次電極之另一端’，以及一頻率除法 器，其輸出一閘極訊號以個別地交互驅動該第一電晶體奐 該第二電晶體，包括： 一第一電阻器，其一端係連接於該第一開關電晶體之 該閘極，且其另一端則連接於一保險絲或一直流電源供應 器；以及 一第二電阻器，其一端係連接於該第二開關電晶體之 該閘極，且其另一端則連接於該保險絲或該直流電源供應 器。 2. 如申請專利範圍第1項所述之一種壓電轉換反相 器，包括： 一第三開關電晶體，其一端係連接於該第一線圈之另 一端，與該第二線圈之另一端； 一二極體，其一端係連接於該第一線圈之另一端，與-該第二線圈之另一端；以及 一驅動電壓控制電路，係藉由該第三開關電晶體之導 埂/關斷而控制該驅動轉換反相器之驅動電壓至一預定之

   第28頁 4 349 六、申請專利範圍 電壓。 3.如申請專利範圍第1項所述之一種壓電轉換反相 器，其中’該第一電阻器與該第二電阻器之阻值係夠高 而藉由該頻率除法器不會妨礙該第一電晶體與該第二電晶 體之驅動能力。 4. 器 其 中 而 藉 由 該 體 之 驅 動 之 升 〇 , 壓 裝 入 ) 再 利 線 圈 其 第 — 開 電 板 之 —- 之 • · 次 電 於 謗 壓 電 器 Ϊ 其 輪 該 第 電 _鳴 固 第 該 閘 極 * —* 第 該 閘 極 ) 種壓電 置’而 請專利範圍第2項所述之一種壓電轉換反相 該第一電阻器與該第二電阻器之阻值係夠高， 率除法器不會妨礙該第一電晶體與該第二電晶 端 轉換反 該電壓 電效應由 係連接於 晶體，其 一第二線 另一端， w快器之一次 出一閘極訊號 晶體’包括： 定電壓電路， ~電阻器，其 且其另一端則 二電阻器，其 ’且其另一端則 相器，其 係由該壓 二次電極 該壓電轉 一端係連 圈，其一 一第二開 電極之另 以個別地 提供一具有一壓電轉換器 電轉換器之一次電極輸 輸出一交流電壓，—第一 換器之一次電極之一端， 接於該壓電轉換器之一次 端係連接於該壓電轉換器 關電晶體，其—端係連接 率除法 電晶體與 一端，以及一頻 交互驅動該第— 係輸出一直流電壓； 一端係連接於該第一開關電晶體之 連接於該固定電壓電路；以及 一端係連接於該第二開關電晶體之 連接於該固定電壓電路。

   六、申請專利範圍 6‘如申請專利範圍第5項所述之一種壓電轉換反相 器，包括： 一第三開關電晶體，其一端係連接於該第一線圈之另 一端，與該第二線圈之另—端； 一二極體，其一端係連接於該第一線圈之另一端，與 該第二線圈之另一端；以及 一驅動電壓控制電路，係藉由該第三開關電晶體之導 通/關斷而控制該驅動轉換反相器之驅動電壓至一預定之 電壓。 7, 如 器，其中 而藉由該 體之藥動 8, 如 器，其中 而藉由該 體之驅動 9, 一 之升壓裴 入，再利 線圈，其 —第一開 電極之— 之一次電 申請專 ，該第 頻率除 能力。 申請專 ，該第 頻率除 能力。 種壓電 置，而 用壓電 —端係 關電晶 端，一 極之另 利範圍第5項所述之一種壓電轉換反相 一電阻器與該第二電阻器之阻值係夠高， 法器不會妨礙該第一電晶體與該第二電產 利範圍第6項所述之一種壓電轉換反相 一電阻器與該第二電阻器之阻值係夠高 法器不會妨礙該第一電晶體與該第二電 轉換反相器，其提供一具有—壓電轉換器 該電壓係由該壓電轉換器之一次電極輸 效應由二次電極輸出一交流電壓，一第一 連接於該壓電轉換器之—次電極之—端，t 體’其一端係連接於該壓電轉換器之一次 第二線圈，其一端係連接於該壓電轉換器 一端，一第二開關電晶體，其一端係連接

   第30頁 ^34994^ 六、中請專利範圍 ~ 於該壓電轉換器之—次電極之另一端以及一頻率除法 器，其輪出一閘極訊號以個別地交互驅動該第一電晶體與 該第二電晶體，包括： ) 第一電阻器，其一端係連接於該第一開關電晶體之 該閘極，且其另一端則連接於一保險絲或一直流電源供應 器；以及 一第一電阻器’其一端係連接於該第二開關電晶體之該閘 極’且其另一端則連接於該保險絲或該直流電源供應器； 一第三電阻器’其一端係連接於該第一電晶體之該閘 極’且其另一端則接地；以及 —第四電阻器，其一端係連接於該第二電晶體之該閘 極’且其另一端則接地。 10,如申請專利範圍第9項所述之一種壓電轉換反相 器，包括： 一第三開關電晶體，其一端係連接於該第一線圈之另 一端’與該第二線圈之另一端； 一二極體，其一端係連接於該第一線圈之另一端’與 該第二線圈之另一端；以及 一驅動電壓控制電路，係藉由該第三開關電晶體之導 通/關斷而控制該驅動轉換反相器之驅動電壓至一預定之 電壓。 如申請專利範圍第9項所述之一種壓電轉換反相 器’其中，該第一電阻器、該第二電阻器、該第三電阻 器 '與該第四電阻器之阻值係夠高，而藉由該頻率除法器 1 第31頁 9 4.1

   六、申請專利範圍 不會妨礙該第一電晶體與該第二電晶體之驅動能力。 1 2 ‘如申請專利範圍第1 〇項所述之一種壓電轉換反相 器，其中，該第一電阻器、該第二電阻器、該第三電阻 器、與該第四電阻器之阻值係夠高，而藉由該頻率除法器 不會妨礙該第一電晶體與該第二電晶體之驅動能力了 1 3. —種壓電轉換反相器，其個別將自該頻率除法器 所輸出之訊號輸入制該二開關電晶體之閘極，並驅、動™ 電變壓器並輸出一轉換訊號，其中，當該頻率除法器與哼 二開關電晶體其中之一之閘極間之電性連接失效而^ /生= 異常狀態，該壓電反相轉換器係對該開關電晶體產生偏 壓’並流過一大流量之電流流過該保險絲，而使該保險絲 燃燒，並因此預防煙霧之產生。 ’、^ ^ 14.如申請專利範圍第13項所述之一種壓電轉換反相 器’其中’為了使該大流量之電流流過該保險絲，該二開 關電晶體個別具有電阻’且其一端係連接於該開關電晶體 之該閘極，而其另一端係連接於該保險絲或該直流電源供 應器。 ” 。15.如申請專利範圍第13項所述之一種壓電轉換反相 器’其中，為了使該大流量之電流流過該保險絲，該二開 關電晶體個別具有電阻，且其一端係連接於該開關電晶體 之该閘極’而其另一端係連接於該供應一固定直流電壓之 該固定電壓電路’且該固定電壓電路則連接於該保險絲或 該直流電源供應器·>

   3 4 ^ 9 4^¾ 六、申請專利範圍 器，其中，為了使該大流量之電流流過該保險絲，該二開 關電晶體包括： 一第一電阻器，其一端係連接於該開關電晶體之該閘 極，且其另一端則連接於一保險絲或一直流電源供應器； 以及 一第二電阻器，其一端係連接於該開關電晶體之該閘 極，且其另一端則接地。

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