TWI406574B - 太陽能駐極體換能器 - Google Patents

Description

太陽能駐極體換能器

本發明與一種駐極體換能器有關，特別是與一種以太陽能作為電力供應之駐極體換能器有關。

電聲揚聲器是一種將電能轉換為聲能輸出之換能器(Transducer)，依其驅動方式可分為動圈式、壓電式與靜電式換能器三種。

目前以動圈式換能器的使用最為廣泛，其已大量應用於電視、音響、耳機與手機等產品；然動圈式換能器因其固有結構與電能設計受限，無法符合人們對於電子產品之可攜性與低電流需求。至於傳統靜電式換能器則因需要高直流偏壓(1500V至2000V)之放大器，其成本高昂不利於可攜式產品之應用。因此，需要發展一種省電、輕薄、透明、高再生品質的電聲換能器。

駐極體換能器因具備可軟性而又稱為軟性揚聲器，其具有體積輕薄、高效率、高頻寬與低失真等優點；就產品體積與效率之考量而言，駐極體換能器深具可攜式產品之應用潛力。

另一方面，在設計可攜式3C產品時，除產品本身體積的考量外，電力供應來源亦屬相當重要的議題。特別是，如第一圖所示，在傳統換能器的放大器電路10中，係對聲音放大器12供應一直流電源14，藉其將聲音訊號升壓以推動揚聲器16之薄膜運動而產生聲音。

目前各界皆極力尋求環保、永續之電能來源，以太陽能電池作為電力供應來源之技術亦因而蓬勃發展；太陽能不但屬於可再生能源，也具備應用於可攜式產品之潛力。請參閱第二圖，其說明了利用太陽能電池作為直流電源驅動傳統換能器之聲音放大器的放大電路20；其雖設計以太陽能電池24來驅動聲音放大器22，然因傳統換能器之聲音放大器22需要高直流偏壓，故太陽能電池24仍須結合一充電電路與儲能電池25，利用充電電路對儲能電池25進行充電，進而對聲音放大器22提供電力以將聲音訊號升壓，始能推動揚聲器26之薄膜運動而產生聲音。

由上述說明可知，目前使用太陽能作為電力來源之現有系統皆須結合充電電路與儲能電池進行充電儲能，尚無一種不需儲蓄電能即可使用之換能器。

本發明之第一構想在於提供一種可攜式換能器，其以太陽能電池作為單一電力來源，無須另行結合充電電路與儲能電池，符合環保需求，具有高附加價值。

本發明之第二構想在於提供一種低耗能電聲換能器，其具高省電效率及體積輕巧等優勢，可應用於各種可攜式或戶外型電子產品。

根據上述構想，本發明提供了一種太陽能駐極體換能器，其包括：一太陽能電力供應元件；一放大電路，其具有與該太陽能電力供應元件耦接之一第一輸入端以及與一音訊輸入端耦接之一第二輸入端，該放大電路透過該第一輸入端接收一第一電壓位準，並將該第一電壓位準升壓至一第二電壓位準，且該放大電路透過該第二輸入端接收一第一音頻訊號，並將該第一音頻訊號轉換為一放大之第二音頻訊號；以及一駐極體揚聲器，其耦接至該放大電路之一輸出端以接收該第二音頻訊號，並輸出與該第二音頻訊號對應之一聲音。

根據上述構想，該太陽能電力供應元件係選自一晶片型太陽能電池、一薄膜型太陽能電池與一有機材料型太陽能電池其中之一。

根據上述構想，該太陽能電力供應元件的尺寸係介於20mm×20mm至500mm×500mm之間。

根據上述構想，該太陽能電力供應元件所提供之電壓位準係介於0.03V至20V之間；較佳為，該太陽能電力供應元件所提供之電壓位準係介於2V至10V之間。

根據上述構想，該第一音頻訊號之電壓係介於50mVAC至2VAC之間。

根據上述構想，該太陽能電力供應元件之交流電流係介於10mA至200mA之間。

根據上述構想，該放大電路更可以為一升壓電路，用於提昇該第一電壓位準的電壓而轉換為一第二電壓位準；及一音頻功率放大器，用於放大該第一音頻訊號而轉換為一放大之第二音頻訊號。

根據上述構想，該音頻功率放大器係選自一A類音頻功率放大器、一B類音頻功率放大器、一C類音頻功率放大器、一D類音頻功率放大器、一AB類音頻功率放大器以及一運算放大器其中之一。

根據上述構想，該音頻功率放大器的功率係介於0.2W至20W之間。

根據上述構想，該放大電路更包括一變壓器，用於調整該第二音頻訊號之電壓位準。

根據上述構想，其中該變壓器的阻抗範圍介於1Ω至50Ω之間。

根據上述構想，該變壓器的輸入端電感範圍介於0.1mH至10H之間；較佳為，該變壓器的輸入端電感範圍介於0.1mH至100mH之間。該變壓器的輸出端電感範圍介於1H至100H之間。

根據上述構想，該變壓器的圈數比介於5至500之間；較佳為，介於5至200之間。

根據上述構想，該駐極體揚聲器係選自一軟性揚聲器與一透明揚聲器其中之一。

根據上述構想，該駐極體揚聲器的電容值介於30pF至30nF之間。

根據上述構想，本發明之太陽能駐極體換能器亦可包括一儲能模組，其耦接至該太陽能電力供應元件。

本發明亦提供了一種低耗能駐極體換能器，其將輸入之一第一音頻訊號轉換為輸出之一第二音頻訊號，該低耗能換能器包括：一低壓電力供應元件，其提供之電壓位準係介於0.03伏特至20伏特；一轉換電路，其一第一輸入端係耦接至一音訊輸入端以接收該第一音頻訊號，其一第二輸入端係耦接至該低壓電力供應元件以自該低壓電力供應元件接收一低電壓電力，該第一音頻訊號係經該轉換電路轉換為一放大之第二音頻訊號；以及一駐極體揚聲器，其耦接至該轉換電路之一輸出端，該駐極體揚聲器自該轉換電路之該輸出端接收該第二音頻訊號，並輸出與該第二音頻訊號對應之該聲音。

根據上述構想，該低壓電力供應元件係一太陽能電池模組。

根據上述構想，該轉換電路包括一音頻功率放大器與一升壓變壓器，其彼此串聯耦接以將該第一音頻訊號轉換為該第二音頻訊號。

本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得以令讀者更深入了解：

雖然本發明將參閱含有本發明較佳實施例之所附圖式予以充分描述，但在此描述之前應瞭解熟悉本行技藝之人士可修改本文中所描述之發明，同時獲致本發明之功效。因此，須瞭解以下之描述對熟悉本行技藝之人士而言為一廣泛之揭示，且其內容不在於限制本發明。

請參閱第三圖，其係根據本發明一實施例之低耗能駐極體換能器之放大器電路方塊圖；在本發明中，所述換能器係將電能轉換為聲能輸出之裝置，亦即一般所稱之揚聲器；本發明之低耗能駐極體換能器是以太陽能電池作為其放大電路之電力供應元件。如第三圖所示，放大電路30包括了聲音放大器32、升壓變壓器33、太陽能電池34、以及駐極體揚聲器36。

聲音放大器32的第一輸入端係耦接至太陽能電池34，其自太陽能電池34接收一第一電壓位準，並藉由升壓變壓器33的作用而將第一電壓位準升壓至第二電壓位準。聲音放大器32的第二輸入端係與一音訊輸入端耦接以接收第一音頻訊號(聲音訊號，其電壓一般係介於50mVAC至2VAC之間)，並轉換該第一音頻訊號，使其成為放大之第二音頻訊號。

駐極體揚聲器36之輸入端係透過升壓變壓器33而耦接至聲音放大器32，其接收經放大之第二音頻訊號後，即響應該第二音頻訊號而產生一聲音輸出。

在本發明中，升壓變壓器33的阻抗範圍介於1Ω至50Ω之間，且其輸入端電感範圍介於0.1mH至10H(較佳為0.1mH至100mH)之間，輸出端電感範圍介於1H至100H之間；此外，變壓器33的圈數比係介於5至500之間，且較佳為介於5至200之間。

由於本發明使用低耗能(電能輸入需求僅數十毫安培)之駐極體換能器，其放大器無須高直流偏壓即可輸出差動式音頻訊號以驅動內部駐極體振膜產生推拉式振動。根據本發明，換能器的能量需求係依揚聲器的大小而定；舉例而言，以15cm×15cm之揚聲器大小為例，其能量需求為電壓約2V至5V、電流約30mA(目前積體電路驅動極限)以上。為符上述能量需求，可使用尺寸介於20mm×20mm至500mm×500mm之間的晶片型太陽能電池、薄膜型太陽能電池或有機材料型太陽能電池作為本發明之太陽能電力供應元件，其可提供之電壓位準係介於0.03V至20V(甚至介於2V至10V)之間，電流介於10mA至200mA之間。

在本發明中，放大電路30亦可作用為A類音頻功率放大器、B類音頻功率放大器、C類音頻功率放大器、D類音頻功率放大器、AB類音頻功率放大器或運算放大器，其以0.2W至20W之功率範圍放大該第一音頻訊號(聲音訊號)而轉換為放大之第二音頻訊號，藉以使駐極體揚聲器產生對應之聲音輸出。

基於實際應用性之考量，本發明所使用之駐極體揚聲器36係選自軟性揚聲器與透明揚聲器其中之一，其電容值介於30pF至30nF之間。

以目前常見的太陽能模組而言，實際應用上幾乎皆以太陽能電池搭配充電電路與儲能電池35使用，形成如第三圖虛線方框所示之儲能模組的設計，以維持供能之穩定性。然於本發明中，由於使用低耗能之駐極體換能器，因而不需使用儲能模組(虛線方框所示)即可以太陽能電池34直接供應整體換能器系統所需能量。

請參閱第四圖，其說明了根據本發明一實施例之低耗能駐極體換能器之放大器電路之增益頻率響應測試結果。以本發明之太陽能駐極體換能器(功率為1W)為例，取其規格為頻率1KHz、電容400pF、電阻370kΩ，太陽能電池為1W(不含儲能模組)。根據第四圖所示之增益頻率響應測試結果計算駐極體換能器之輸出聲壓位準，其聲壓值在距離0.3m處可達85dB以上。

藉由本發明，不但節省換能器所需體積，亦可利用太陽能發電而達到可攜帶、無須任何化學儲能電池之功效，更具高效率、低失真等優勢，適合用於可攜式產品或戶外型產品等，深具應用潛力。

因此，本發明實為一新穎、進步且具產業實用性之發明，深具發展價值。本發明得由熟悉技藝之人任施匠思而為諸般修飾，然不脫如附申請範圍所欲保護者。

10．．．放大器電路

12．．．聲音放大器

14．．．直流電源

16．．．揚聲器

20．．．放大器電路

22．．．聲音放大器

24．．．太陽能電池

25．．．儲能電池

26．．．揚聲器

30．．．放大器電路

32．．．聲音放大器

33．．．升壓變壓器

34．．．太陽能電池

35．．．儲能電池

36．．．駐極體揚聲器

第一圖係一傳統換能器的放大器電路方塊圖；

第二圖係另一傳統換能器的放大器電路方塊圖；

第三圖係根據本發明一實施例之低耗能駐極體換能器之放大器電路方塊圖；以及

第四圖說明本發明一實施例之低耗能駐極體換能器之放大器電路之增益頻率響應測試結果。

30．．．放大器電路

32．．．聲音放大器

33．．．升壓變壓器

34．．．太陽能電池

35．．．儲能電池

36．．．駐極體揚聲器

Claims (41)

1. 一種太陽能駐極體換能器，包括：一太陽能電力供應元件；一放大電路，其具有與該太陽能電力供應元件耦接之一第一輸入端、與一音訊輸入端耦接之一第二輸入端以及一變壓器，該放大電路透過該第一輸入端接收一第一電壓位準，並將該第一電壓位準升壓至一第二電壓位準，且該放大電路透過該第二輸入端接收一第一音頻訊號，並將該第一音頻訊號轉換為一放大之第二音頻訊號，該變壓器用於調整該第二音頻訊號之電壓位準；以及一駐極體揚聲器，其耦接至該放大電路之一輸出端以接收該第二音頻訊號，並輸出與該第二音頻訊號對應之一聲音。
2. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件係選自一晶片型太陽能電池、一薄膜型太陽能電池與一有機材料型太陽能電池其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件的尺寸係介於20mm×20mm至500mm×500mm之間。
4. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件所提供之電壓位準係介於0.03V至20V之間。
5. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件所提供之電壓位準係介於2V至10V之間。
6. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該第一音頻訊號之電壓係介於50mVAC至2VAC之間。
7. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件之交流電流係介於10mA至200mA之間。
8. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該放大電路更可以為一升壓電路，用於提昇該第一電壓位準的電壓而轉換為一第二電壓位準；及一音頻功率放大器，用於放大該第一音頻訊號而轉換為一放大之第二音頻訊號。
9. 如申請專利範圍第8項之太陽能駐極體換能器，其中該音頻功率放大器係選自一A類音頻功率放大器、一B類音頻功率放大器、一C類音頻功率放大器、一D類音頻功率放大器、一AB類音頻功率放大器以及一運算放大器其中之一。
10. 如申請專利範圍第8項之太陽能駐極體換能器，其中該音頻功率放大器的功率係介於0.2W至20W之間。
11. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的阻抗範圍介於1Ω至50Ω之間。
12. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的輸入端電感範圍介於0.1mH至10H之間。
13. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的輸入端電感範圍介於0.1mH至100mH之間。
14. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的輸出端電感範圍介於1H至100H之間。
15. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的圈數比介於5至500之間。
16. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的倍數比介於5至200之間。
17. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該駐極體揚聲器係選自一軟性揚聲器與一透明揚聲器其中之一。
18. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，其中該駐極體揚聲器的電容值介於30pF至30nF之間。
19. 如申請專利範圍第1項之太陽能駐極體換能器，更包括一儲能模組，其耦接至該太陽能電力供應元件。
20. 一種太陽能駐極體換能器，包括：一太陽能電力供應元件；一放大電路，其具有與該太陽能電力供應元件耦接之一第一輸入端以及與一音訊輸入端耦接之一第二輸入端，該放大電路透過該第一輸入端接收一第一電壓位準，並將該第一電壓位準升壓至一第二電壓位準，且該放大電路透過該第二輸入端接收一第一音頻訊號，並將該第一音頻訊號轉換為一放大之第二音頻訊號；以及一駐極體揚聲器，其耦接至該放大電路之一輸出端以接收該第二音頻訊號，並輸出與該第二音頻訊號對應之一聲音；其中，該放大電路更可以為一升壓電路，用於提昇該第一電壓位準的電壓而轉換為一第二電壓位準；及一音頻功率放大器，用於放大該第一音頻訊號而轉換為一放大之第二音頻訊號。
21. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件係選自一晶片型太陽能電池、一薄膜型太陽能電池與一有機材料型太陽能電池其中之一。
22. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件的尺寸係介於20mm×20mm至500mm×500mm之間。
23. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件所提供之電壓位準係介於0.03V至20V之 間。
24. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件所提供之電壓位準係介於2V至10V之間。
25. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該第一音頻訊號之電壓係介於50mVAC至2VAC之間。
26. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該太陽能電力供應元件之交流電流係介於10mA至200mA之間。
27. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該音頻功率放大器係選自一A類音頻功率放大器、一B類音頻功率放大器、一C類音頻功率放大器、一D類音頻功率放大器、一AB類音頻功率放大器以及一運算放大器其中之一。
28. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該音頻功率放大器的功率係介於0.2W至20W之間。
29. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該放大電路更包括一變壓器，用於調整該第二音頻訊號之電壓位準。
30. 如申請專利範圍第29項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的阻抗範圍介於1Ω至50Ω之間。
31. 如申請專利範圍第29項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的輸入端電感範圍介於0.1mH至10H之間。
32. 如申請專利範圍第29項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的輸入端電感範圍介於0.1mH至100mH之間。
33. 如申請專利範圍第29項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的輸出端電感範圍介於1H至100H之間。
34. 如申請專利範圍第29項之太陽能駐極體換能器，其中該變 壓器的圈數比介於5至500之間。
35. 如申請專利範圍第29項之太陽能駐極體換能器，其中該變壓器的倍數比介於5至200之間。
36. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該駐極體揚聲器係選自一軟性揚聲器與一透明揚聲器其中之一。
37. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，其中該駐極體揚聲器的電容值介於30pF至30nF之間。
38. 如申請專利範圍第20項之太陽能駐極體換能器，更包括一儲能模組，其耦接至該太陽能電力供應元件。
39. 一種低耗能駐極體換能器，其將輸入之一第一音頻訊號轉換為輸出之一第二音頻訊號，該低耗能換能器包括：一低壓電力供應元件，其提供之電壓位準係介於0.03伏特至20伏特；一轉換電路，其一第一輸入端係耦接至一音訊輸入端以接收該第一音頻訊號，其一第二輸入端係耦接至該低壓電力供應元件以自該低壓電力供應元件接收一低電壓電力，該第一音頻訊號係經該轉換電路轉換為一放大之第二音頻訊號；以及一駐極體揚聲器，其耦接至該轉換電路之一輸出端，該駐極體揚聲器自該轉換電路之該輸出端接收該第二音頻訊號，並輸出與該第二音頻訊號對應之該聲音。
40. 如申請專利範圍第39項之低耗能駐極體換能器，其中該低壓電力供應元件係一太陽能電池模組。
41. 如申請專利範圍第39項之低耗能駐極體換能器，其中該轉換電路包括一音頻功率放大器與一升壓變壓器，其彼此串聯耦接以將該第一音頻訊號轉換為該第二音頻訊號。