TWM420034U - Piezoelectric ceramic driving module and DC solid state relay - Google Patents

Description

1、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作主要係揭示-_電 電陶瓷驅動模組的直流固體磯電哭。 吴、、且及帶有誘壓 【先前技術】 無觸點固態繼電器有交流> 和直流負載(稱直流固體繼電;载=流f體繼電器 電器是採用交流光電麵合器、壓恭陶=父流固體 電陶究變壓器作隔離和推動元件差式 搞離和推動元件只有直流光電轉合哭:w固脰繼電器、 體繼合器和壓差x切電陶《壓器作爲交流 〜二w的隔離和推動元件，用其製成固體繼•哭，l 咖合固體繼電器具有性能和價格優:了:: 二而，到市場仍有較大= Ψ^ l电耦〇為、壓電陶瓷耦合器和壓差式舞恭 ==甴:輸出電餘低，若用作直流固體 出元件:二？足以推動直流固體繼電器中的功率彳 固體繼電二;：元 度：:、製造成本=一 一可確· j作人本著多年從事侧領域的經驗將設計a 、上迷問題的Μ電n驅動模組及直流固體雜 【新型内容】 本創作的目的31 體繼電哭，φ， 種壓電陶瓷驅動模組及直流固 功率⑽^技術問題是驅動直流固體繼電器中的 定工作。 i _''氧化物''•半導體場效應晶體管並使之穩 本創作所採㈣技術方案： 路：J乍的【节陶竟驅動模組，包括隔離元件和驅動電 在談件馬長條矩形平板形狀的壓電陶兗變麗哭， 輪二二上分別設有與該壓電_變壓器; 哭第：入端相連的驅動部分和與該壓電陶瓷變壓 :弟一輸^與第：輸出端相連的發電部分，該驅動電路 ^錄電陶£變壓器的第—輸入端與第二輸人端相連。 本創作的壓電陶究驅動模組，其中該驅動部分設於古亥 長條矩形平板形狀的屋電陶究變廢器沿長邊方向的/ 圍内，該驅動部分所占體積爲長條矩形平板形狀的麼= ^壓器體積的-半，在長條矩形平板形狀的塵電陶究變 昼益的上、下表面驅動部分對應的區域製備銀電極並分 設有彈性銅線引出，作爲電陶究變翻的第一輸入# 與第二輸入端，該發電部分對稱分佈於驅動部分兩側二 每側所占體積爲長條矩形平板形狀的壓電陶究變塵器體積 的1/4 ’在發電部分位於長條矩形平板形狀的塵電陶究變 •製備銀電極並分別設有彈性銅線引出，作 减電陶究變虔器的第—輸出端與第二輪出端。 本陶€_模組，其t該驅動電路由輸入 电路、橋叙錢《電馳成，其中； 帝$路令的第—電容接於輸人電源與接地端之間， 第：：ϋ的—端接於輸入電源，其另-端通過第六電阻盥 器的輸出端之間； 禮接入輪入電源和運算放大 橋式正弦波振盪電路主要由運算放 成?橋式電路組成，第-支臂的；= 器的第―於^Ί—端通過第七電阻與麗電陶兗變麼 二輸入端：二輸入端的串聯接於運算放大器的同 端，另二焉二t的—端接於運算放大器的同相輸人 第：帝六而=弟五電阻、第二電容的並聯接於第六電阻、 二毛谷並聯的-端’並通過第六電阻： 技从.贫-士辟 昂—包合的並聯 接於運算放大器的反相輸入端，另 -:接:運:ΓΓ於運算放大器的輪出端;第四支臂的 的反相輪人端，另-端通過第四電 弟〜阻與弟三電容的並聯接地。， 本創作的壓電陶究驅動模組，其中該 電壓比較放大器，型號爲丁S39卜A。 。。又h 本創作的直流g]體繼電器，包括壓電驅 氧化物-半導體場效應晶體管及其輸入回路、輸出回 該塵電陶莞驅動模組包括隔離元件和驅動雷路 雖元件爲長條矩形平板形狀的屢電陶: 啕瓷變壓器上分別設有盥·^壓恭自 。。在。亥£雙 又’…玄“陶究變壓器第—輸入端迤 輸=端相連_動部分和與該M電喊變壓哭第一輪 出，:連的發電部分，動電路與該壓; 第二輪，，所_ 物二體=2=輸出端分別與該金屬-氧化 卞 ^文[曰曰肢管的輸入回路中由第—德1… 二雙二極管挺成的橋式整流電路的兩個輪入::連广 本創作的直流固體繼電器，复 、效應晶體管的輪入回路由第二=屬-氧化物-半導 警、第八電阻、第四電容、穩:Cf二極 弟九電阻構成的整流、據波和释 土 本創作的直流固體繼電器，苴中V ’：、、，成。 :雙二極管型號爲则(又稱高效二又一二極管與第 希督刑缺a Μ 碣關一極管），二極整 虎A 1Ν4148 (又稱高效開關 4型號爲4403,金屬—氧化物主、曾0附型二極晶（ ^ IRF6930 〇 乳化物—+導體場效應晶體管型號 本創作與現有技術相比杂 ，出電壓，可以使壓電陶f ^器的兩端 ^，壓電陶曼驅動模組較高的輪出=獲付㈣的電壓信 =電器輪出電路叫氧化物—;體==固 疋工作，克服了交流光電,禹与W琢效應曰曰組管的 差式壓雷PH： 。。 不σ 壓電陶瓷耦合器和壓 尤交心的輸出電壓低的缺點，並且有很好的 溫度特性，直流固體繼, 常工作’另外本創作結槎=在：C·。⑶ 範圍内正 干涉和抗衝擊能力。 簡單成本低廉、具有較强的抗 其他目的、優點和 描述與相關的附圖更，明/新嶺特性將從以下詳細的 【實施方式】 有關本創作所操用 j

較佳實施例並配合圖，技術手奴及其功效，茲舉—個 利申請上並不受此‘S3 ’此僅供說明之用’在專 參照圖一與圖二，m <rpJ 麼電陶曼驅動模組電略爲本創作麗電陶莞變壓器結構圖與 組，包括-個隔離元你1理圖本創作的塵電陶莞驅動模 Μ矩形平板形狀的壓電5在=離元件爲 f器6上分別設有與_二:的!: 1與一個第二輸入端2 輸入端 陶幢器的一個第—2=驅動部分61和與該壓電 的發電部㈣，該驅動=二t個第，輸出，相連. -輸入端1與第二輸入端2相連的第 該驅㈣分61設_祕卿平板雜的 變壓器6沿長邊方向的φΗ松㈤〜 充 城万向的中間靶圍内，該驅動部分61所占體 積爲長條矩形平板形狀的壓電陶£變_ 6體積的_半， 在長條矩形平板形狀的麗電陶完變廢器6的上、下表面驅 動部分61對應的區域製備銀f極並分別轉接財式設 M420034 有彈性銅線引出，作爲該壓電陶莞變壓器6的第一輸入端 1與第二輸入端2，該發電部分62對稱分佈於驅動部分61 兩側，其母側所占體積爲長條矩形平板形狀的壓電陶究變 壓器6體積的1/4’在發電部分62位於長條矩形平板形狀 賴電陶錢壓器6 _個端面製備銀電極並分別以焊接 財式設有彈性銅線㈣，作爲壓電陶究變壓器6的一個 第—輸出端3與一個第二輪出端4。 ”丨心.他初电峪d ® 一徊輸入電路鱼一 盪電路組成，該輸人電路 入杂、広λ 昂 电奋C1接於—個給 =源與-個接地端之間，1第二電阻^ 輸入電源，其另-端通過-個第六電阻R6f禮於该 聯接地…個第― Ru_ ^電容 運异放大器U1的-個輸出^間； 4和〜個 、該橋式正弦波振4魏主舞由 相連接的四個支臂構成的橋 'τ與其 端接於該運算放大器U1的輪出山路徂二該第一支臂的-過-個第七電㈣與該壓電端::亥第-支臂的另-端通 與第二輪入端2的串聯接於t 器：輪入端1 入端七該第二支臂的一端趣心放大益U1的1同4目輸 輸入端+，該第二支臂的另、:逆异放大㈣的該同相 第二電容C2的並聯接於一 一過一個第五電脏R5、該 e3itn端，並通過該第^—W 電容 地;該第三支f的J:::::广C3的 反相輸入端〜，該第三支臂、UA_的-個 勺另一端通過該第三電阻 8 接该運算放大器U1的輸出端；該第四支臂的一端接於該運 放大姦U1的§亥反相輸入端_，該第四支臂的另一端通過 一個第四電阻R4、該第六電阻R6與該第三電容C3的旅聯 接地。 ^ M的直流固體繼電器，包括該壓電陶瓷驅動模 、’且居孟屬氧化物_半導體場效應晶體管Q1及其一個輸入 =二一個輸出回路8，其中，該壓電陶曼驅動模組包括 : = 和該驅動電路5，該隔離元件爲長條矩形平板 陶-是變壓器6，在該壓 二 =壓電陶她6的第 3與第二輪出壓繼變壓器6第-輸出端 壓電陶£變壓哭6 H的發電部分62 ’該驅動電路5與該 該壓電陶輸入端:與第:輪入端2相連， 與該金屬-氧化物/輸出女而3與弟二輪出端4分別 中由-個第一:2體場效應晶體管Q1的輪入回路7 橋式整流電心ϋ di與—個第二雙二極管敗組成的 該金屬、氣4 认端1與第二輸入端2相連。 由該第一雙二極^半導體場效應晶體㈣的輪入回路7 阻R8、一個第四 又々g —個第八電 管D4、一個ΡΝρ 、—個穩壓管D3、-個二極整流 的整流、逯波和穩曰體管Q2、一個第九電阻R9構成 效應晶體"L的輪 組成’該金屬-氧化物-半導體場 成的回路。 回路8是負載RL和負载直流電源組 該壓====，的壓繼驅動模組由升壓 鐵 。。M其碡驅動電路5組成，該壓電陶瓷 該直體繼電器的隔離和推動元件，該驅動 &用„亥運异放大器山橋式正弦波振盡電路，其作用 為破勵該壓電陶瓷變壓器6穩定工作。 其體=Γ(=器(=_平板(r_)結構’ 改性的鈮鎂結鈦酸讀bM厚）麵3’所用材料是掺雜 雷 、口 （Mgl/3Nb2/3)xzrJilty03]三元系壓 %、屍電係數η主要麥數：平面機電輕合係數Kp=60 電常婁二 _ 〇>1250、介電損耗 tgdci%。 62，：=究編6分該驅動部分61和該發電部分 壓：6、、二:61設於長條矩形平板形狀0爾電陶瓷變 狀二，其所占長條矩形平板形 _3、在長條矩形平板妒狀:二:5 (長)X3 (寬)Xl (厚) 十板开乂狀的屋電陶瓷變壓界6的！·、τ主 面驅動部分61對應的區域製備銀電=二下表 出用作·電陶咖器6的該二:二输引 入端2，面積爲5x3_2,該壓電陶究：…亥弟-輸 犯對稱分佈於該_部分61 _2= ^的發電部分 形狀的該麼電陶£龍器6的體積分別形平板 d (厚）職3，在該發電部分62位^ Μ寬） 製備銀電極，焊上彈性銅線並㈣= 反的兩個端面 6的該第-輪出端3與該第二輪出端二==變麼器 /、兩為面面積分別 M420034 爲 3xlmm2。 本創作的壓電陶究變壓器

a 6長度方向(即該長條矩形平板==電_器 的長度方向_侧式如===壓器6 方向）極化’該發電部分 二：二方向（ 當負載電阻爲_時，諧振二=:=化， Vout和輸入電壓Vi z，輸出電壓

至鐵時^ 高隔離性能。於1〇GQ，该壓電陶竟㈣器 1具有較 出隔離電阻，而且變壓116不但加大輪入和輸 壓，有利於换曹Α大提高了該壓電陶莞變塵器6輸出電 f有利於推動該直流固體繼電器中的金屬一氧化物 體場效應晶體管卯穩定工 千¥

,β 2圖—所不，本創作採用運算放大器⑴橋式正弦波振 =路（以下簡稱縫電路）作爲壓電喊變壓器6的驅 動電路5’將_電陶瓷變壓器6的第一輸入端1與第二 輸入端2作爲選頻振|電路的―部分，以_振蓋電路在 該壓電陶錢壓器6諧振頻率振盪時，讀出電壓的頻率 與該㈣㈣難器6错振解同步。 、 由於賴電陶究變壓器6在諸振頻率附近呈電容性， 因此，把雜電陶莞變壓器6的驅動部分61作爲運算放大 器U1電阻串並聯選頻電路的—部分，使得振褒電路在該壓 電陶竞變壓11 6 _振_振*，並且使振«路的輸出 M420034 具有跟踪剩陶麵器6譜振頻率變化的作 用口此，在該壓電陶竞變壓器6謂振頻率因 而變化時’在推動模塊工作過程中，該屋電二: 义二6的驅動電路61輸出的激勵壓電陶究變塵 的电壓類率總是能夠與該壓電陶莞 變化，％ _ 瓦夂塋益6 §皆振頰率同步 ^而知了該壓電喊變壓器6輸出功率的穩定。 ;運算放大器W ’正回饋選頻電路的該第七泰阻R7 和δ亥麼電陶杳變懕哭 ^ ^ —文山6的弟一輸入端 ::第讀rr5和該第二電容c2並聯、== 振逢電四電阻R4’這四部分各爲—臂構成 π 〜振盈电路的振盪頻率决定於選頻電路，適每 凋疋選頰電路中的該第電R 、 田 二電容Γ弟電阻R5和該第 6味垢相、’使振盪電路只能在該壓電陶瓷變壓哭 谐振頻率振蓋。這種振尤又^ 力，碹仅τ 有早乂强的頻率跟踪能 確保了該£笔陶究變壓器6輪 魏R1的兩端分別接於該輸入電源和=疋5亥弟 出端n 運錢大器U1輸 過·2和該第六電阻R6組成分壓電路，通 +，該第-電容C1二第二2算放大器U1同相輪入端 小一此 和§玄弟二电各C3作爲濾波回路，点 J鬲頻雜波對該壓電陶姿增懕 乂成 參照圖三與圖的驅動電路5的， :=髓_電路原，本創作的直流固;=與 流固體繼電器的壓電_全屬： 物、半導體場效應晶體管〇1.h 々k 孟屬1化 ^ Q1的輪入回路7和金屬_氧化物一 12 M420034 半導體場效應晶體官Q1的輸出回路8組成，將由該壓電陶 曼驅動模組的第-輸出端3與第二輸出端4輸出的標準正 弦波電壓U輸人到该金屬-氧化物_半導體場效應晶體管 '· Q1的輸人回路7 ’而該金屬-氧化物-半導體場效應晶體管 Q1的輸入回路7將該正弦波電壓輸入信號的正弦波經整 H皮和穩壓後得到的直流電壓信號輸入到該金屬—氧化 物-半導體場效應晶體管Q1的輪入端，並和該金屬_氧化物 % 半導體場效應晶體管Q1的輸出回路8結合，推動該金屬— 氧化物~半導體場效應晶體管Q1完全導通，從而使該直流 固體繼電器的壓電陶瓷驅動模組實現驅動該金屬_氧化物_ 半導體場效應晶體管Q1工作的任務，使該直流固體繼電器 正常工作。 如圖四所示，該壓電陶瓷驅動模組中的壓電陶瓷變壓 器6的第一輸出端3與第二輸出端4輪出的正弦波電壓信 鲁 唬，、^該金屬_氧化物_半導體場效應晶體管Q1輸入回路8 • 中的該第一雙二極管與該第二雙二極管D2組成的橋式 整流電路的整流、該第八電阻R8、該第四電容C4、該穩爆 3的穩廢後獲得的直流輸出電壓信號，經該二極整流營 D4 Ν ^ ΤΛ 读ΡΝΡ型三極晶體管Q2和該第九電阻R9輸入到該金 胃''氣化物-半導體場效應晶體管Q1的栅一源電極，並通過 叙成該金屬-氧化物-半導體場效應晶體管Q1的輸出回路8 的負戟電源V〇ut和負載電阻RL，接入到該金屬-氧化物〜 半導體場效應晶體管Q1的漏電極’激發該金屬-氧化物〜 半導體場效應晶體管Q1導通。負載電流大小决定於直流電 13 M420034 源電壓和負載電阻RL。 該穩壓管D3和該金屬-氧化物一半 Q1的型號規格可以根據該直流固體繼每效應晶體管 壓、負載電流的大小來確定，從而可以制 負載电 不同負載電壓和負載電流的壓電_直流 才。 本創作的直流固體繼電器，苴輸入…龜… 〆、彻八電歷爲3 —3(lVDr、 負載電壓爲0-55VDC、負載電流爲5A， 採用TS撕-A，該第一雙二極管w第二放大益U1 採用謂9雙二極管，該穩壓管D3採用12化 = 極整流管D4採用麗48，該PNP型三極晶體㈣= 4403，该金屬-氧化物—半導體場效應晶 IRF6930 ° ^ 就以上所述可以歸納出本創作壓電陶竟驅 流固體繼電器具有以下之優點： 、、、夂直 本創作壓電陶竟驅動模組及直流固體繼電器，盆厚泰 陶究驅動模組輪出電壓高，足轉動直流固 體繼電器的功 率輸出7C件金屬-氧化物—半導體場效應晶齡正常， 有很好的溫度特性，可在〜阶至赃的範圍内工 作’具結構解、成本低廉、具有較㈣抗干涉和抗衝擊 能力。 准上所述者，僅爲本創作之較佳實施例而已，當 以之蚊實叙範»，故舉凡數值之較或 件之置換，錢本創料料利 鮮 倚，皆應仍屬本料翻㈣ 4與修 14 M420034 [圖式簡單說明】 圖一：爲本創作壓電陶瓷變壓器結構圖。 圖二：為本創作壓電陶瓷驅動模組電路原理圖。 圖三：為本創作直流固體繼電器方框圖。 圖四.為本創作直流固體繼電器電路原理圖。

【主要元件符號說明】 1 第一輸入端 2 第二輸入端 3 第一輸出端 4 第二輸出端 5 驅動電路 6 壓電陶瓷變壓器 61 驅動部分 62 發電部分 7 輸入回路 8 輸出回路 C1 第一電容 C2 第二電容 C3 第三電容 C4 第四電容 R1 第一電阻 R2 第二電阻 R3 第三電阻 R4 第四電阻 R5 第五電阻 R6 第六電阻 R7 第七電阻 R8 第八電阻 R9 第九電阻 U1 運算放大器 D1 第一雙二極管 D2 第二雙二極管 D3 穩壓管 D4 二極整流管 Q1 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管 15 M420034 Q2 PNP型三極晶體管 ~Γ 同相輸入端 一 反相痛'入端 16

Claims (1)

1. M420034 - /: 100年11月02日替換頁 ' 六、.申請專利範圍： 1. 一種壓電陶瓷驅動模組，包括一個隔離元件和一個 驅動電路： 該隔離元件爲一個長條矩形平板形狀的壓電陶瓷變壓 器，在該壓電陶瓷變壓器上分別設有與該壓電陶瓷變壓器 . 的一個第一輪入端與一個第二輸入端相連的一個驅動部分 -- 和與該壓電陶瓷變壓器的一個第一輸出端與一個第二輸出 ' 端相連的一個發電部分，該驅動電路與該壓電陶瓷變壓器 • 的第一輸入端與第二輸入端相連。 2 ·如請求項1所述之壓電陶瓷驅動模組，其中該驅動 ' 部分設於該長條矩形平板形狀的壓電陶瓷變壓器沿長邊方 向的中間範圍内，該驅動部分所占體積爲長條矩形平板形 狀的壓電陶瓷變壓器體積的一半，在長條矩形平板形狀的 壓電陶瓷變壓器的上、下表面驅動部分對應的區域製備銀 電極並分別設有彈性銅線引出，作爲該壓電陶瓷變壓器的 第一輸入端與第二輸入端，該發電部分對稱分佈於該驅動 部分兩側，其每側所占體積爲長條矩形平板形狀的壓電陶 瓷變壓器體積的1/4,在該發電部分位於長條矩形平板形 狀的壓電陶瓷變壓器的兩個端面製備銀電極並分別設有彈 性銅線引出，作爲壓電陶瓷變壓器的該第一輸出端與該第 二輸出端。 3 ·如請求項1所述之壓電陶竟驅動模組，其中該驅動 電路由一個輸入電路、一個橋式正弦波振盪電路組成，該 輸入電路中的一個第一電容接於一個輸入電源與一個接地 17 M420034 100年11月02曰替換頁 端之間，一個第二電阻的一端接於該輸入電源，第二電阻 ^ 的另一端通過一個第六電阻與一個第三電容的並聯接地， 一個第一電阻接入該輸入電源和一個運算放大器的輸出端 之間； 該橋式正弦波振盪電路主要由該運算放大器、與其相 連接的四個支臂構成的橋式電路組成，該第一支臂的一端 . 接於該運算放大器的輸出端，該第一支臂的另一端通過一-— 個第七電阻與該壓電陶瓷變壓器的該第一輸入端與該第二 ^ 輸入端的串聯接於該運算放大器的一個同相輸入端；該第 籲 二支臂的一端接於該運算放大器的該同相輸入端，該第二 支臂的另一端通過一個第五電阻、一個第二電容的並聯接 於該第六電阻、該第三電容並聯的一端，並通過該第六電 阻、該第三電容的並聯接地；該第三支臂的一端接於該運 算放大器的一個反相輸入端，該第三支臂的另一端通過一 個第三電阻接於該運算放大器的輸出端；該第四支臂的一 端接於該運算放大器的該反相輸入端，該第四支臂的另一 _ 端通過一個第四電阻、該第六電阻與該第三電容的並聯接 - .地。 ’ 4 ·如請求項_ 3所述之壓電陶瓷驅動模組，其中該運算 放大器的型號爲391 — A。 5 · —種直流固體繼電器，包括一個壓電陶瓷驅動模 組、一個金屬-氧化物-半導體場效應晶體管及其一個輸入 回路、一個輸出回路，該壓電陶瓷驅動模組包括一個隔離 元件和一個驅動電路，該隔離元件爲一個長條矩形平板形 S 18 M420034 - J . 100年11月02日替換頁 Np - 狀的壓電陶瓷變壓器，在該壓電陶瓷變壓器上分別設有與 該壓電陶瓷變壓器的一個第一輸入端與一個第二輸入端相 連的一個驅動部分和與該壓電陶瓷變壓器的一個第一輸出 端與一個第二輸出端相連的一個發電部分，該驅動電路與 該壓電陶瓷變壓器的該第一輸入端與該第二輸入端相連， • 該壓電陶瓷變壓器的該第一輸出端與該第二輸出端分別與 ' 該金屬-氧化物-半導體場效應晶體管的輸入回路中由一個 ' 第一雙二極管與一個第二雙二極管組成的橋式整流電路的 ® 兩個輸入端相連。 6、 如請求項5所述之直流固體繼電器，其中該金屬-. 氧化物-半導體場效應晶體管的輸入回路由該第一雙二極 管與該第二雙二極管、一個第八電阻、一個第四電容、一 個穩壓管、一個二極整流管、一個PNP型三極晶體管、一 個第九電阻構成的整流、濾波和穩壓電路組成。 7、 如請求項6所述之直流固體繼電器，其中該第一雙 ^ 二極管與該第二雙二極管型號爲99，該二極整流管型號爲 - 4148，該PNP型三極晶體管型號爲4403，該金屬-氧化物- ' 半導體場效應晶體管型號爲6930。 19