專利名稱：具有壓電變壓器的電路裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有兩個電極的壓電變壓器的電路裝置及這樣一種壓電變壓器本身，其中所述的兩個電極安裝于變壓器初級一側。
壓電變壓器是一種使用了正壓電效應并同時在器件內變換的已知電氣元件。電能首先在初級一側被轉換為機械能，并在機械能經內部由初級傳遞到次級一側后再次轉換為電能。壓電變壓器最主要是用作電壓變壓器，該電壓變壓器是將一個加在初級一側電極上的低電壓(AC電壓)轉換為由次級一側的輸出電極流出的一個高電壓(AC電壓)。例如由M.Sugimoto等寫的出版物，SID96，文摘，第757頁(1996)中公開了一種已知的電路裝置，其中包括用來控制LCD的這樣一種壓電變壓器。
因為壓電變壓器是在初級一側的AC電壓下工作的，所以在已知的電路裝置中提供了一種控制電子，這些控制電子首先將現有的DC電壓轉換為AC電壓，隨后該AC電壓將被加到壓電變壓器的初級一側。然而這些控制電子需要比該壓電變壓器所需的小空間相對要大的空間，尤其是由于其較低的高度(與常規的電感變壓器相比)。
因此，本發明的目的不僅是提供一個具有壓電變壓器的簡化電路，還提供一個壓電變壓器本身，它們能避免上述缺點。
實現相應于本發明的這個目的在于DC電壓源與電極相連，還在于提供了開關器件，以中斷至少一個電極的電壓源，這種電極的開關位置依賴于變壓器初級一側的伸展狀態。
依賴于變壓器初級一側的伸展狀態，所述開關器件既可以是接通的也可以是斷開的，以致所加的DC電壓被周期性地中斷。用于開關器件的分離的控制電子是不必要的。
在最佳實施例中認為開關器件在初級一側的伸展狀態下為斷開，而在初級一側的非伸展狀態下為接通。當所述開關器件接通時，在DC電壓加到所述電極之后，作為壓電效應的結果，初級一側被伸展。如果超越了伸展的某種程度，則根據本發明所提供的開關器件被斷開，以至電壓的供應被中斷。接著，加到電極上的所述電勢再次減小，所以變壓器初級一側也再次縮小。在指定的伸展度以下，開關器件再次接通，且在再次加入DC電壓之后，所述的操作由起始處開始。作為變壓器初級一側適當移動的結果，所述開關器件就是這樣斷開和接通的，且所加的DC電壓因此而被開關接通及斷開，由此被轉換為脈沖DC電壓。考慮到機械能在變壓器內部的傳送以及由輸出端流出的AC電壓，則所述壓電變壓器實質上與已知的壓電變壓器的作用相同。然而，在根據本發明的電路裝置中，可省去為向初級一側的電極供電而產生AC電壓的控制電子。
本發明的一個實施例提供了一種電路裝置，它代表一個很容易實現的用于開關器件的解決方案，其中所述開關器件可被伸展，并直接與電極或初級一側相連，而且所述開關器件的伸展狀態依賴于變壓器初級一側的伸展狀態，并且設置所述開關器件，以便其電導率依賴于其伸展狀態，以致所述電導率隨伸展的增加而減小。可將這種開關器件安排為在伸展狀態下為斷開，而在正常位置下為接通。在所述“斷開”和“接通”之間，可存在一個平滑轉換即隨著開關器件伸展的增加，電導平穩地降低。當開關器件伸展或縮小時，所提供的DC電壓不存在跳動的通和斷，但流過開關器件的電流會相應地平穩減小或增大。
本發明的一個實施例提供了一種電路裝置，它代表一個簡單的和小型化的解決方案，其中電極同時也構成了開關位置，所述開關器件是由層化電極構成，該層化電極是由一種能夠伸展并涂敷有電導電粒子的電絕緣材料組成。一方面，特別是因為省略了方法步驟而使這種方法節省制造時的開銷，另一方面，也減小了所需空間。這種電導隨伸展的增長而減小的層也被當作滲透層來參考。
本發明的一個實施例提供了一種壓電變壓器，它可在DC電壓下在初級一側工作，其中至少一個電極具有一個開關器件或其自身被設置為一個具有開關狀態的開關器件，而所述開關狀態依賴于變壓器初級一側的伸展狀態。
根據本發明的電路裝置特別適用于電源的供應或對燈的控制，尤其是，熒光燈或氣體放電燈(例如，小型的熒光燈、冷陰極熒光燈、高壓氣體放電燈)、電子管或用于X射線管中的柵極控制。另外，根據本發明的電路裝置可以在任何不需要太大輸出功率的小型化的電壓變壓器的情況下使用。
下面，通過對參照以下實施例而進行的說明，使本發明的這些和其它方面更顯著。
在附圖中
圖1A至1C顯示了根據本發明的用來控制燈的電路裝置，以及圖2A至2C顯示了(伸展的三個狀態中)根據本發明的具有滲透層的壓電變壓器。
圖1A至1C顯示了一個根據本發明的電路裝置，用以向燈9提供AC電壓，其中顯示了處于伸展的不同狀態的壓電變壓器1。在這里被排列成長方形壓電陶瓷塊、以及被排列成玫瑰形變壓器的壓電變壓器1，被分成初級一側2和次級一側3。兩個電極4、5排列在表面，形成了初級電極，該電極與一個DC電壓源，在這里是電池8相連。由排列在次級一側3上的次級電極7和作為參考電極的初級電極5，可放出一個高頻AC電壓，用以向燈9提供電源。初級一側2和次級一側3上的壓電陶瓷的極化方向與初級電極4和5平行，并與投影平面平行。
在由電池8到初級電極4的電源線6中提供了一個具有兩個開關觸點101、102的開關器件10。在圖1A中，初級一側2是處于靜止的非伸展狀態中，在該狀態中開關器件10是接通的，且開關觸點102處于輸出相位(A)。在初級電極4、5之間沒有或僅有輕微電勢時，初級一側2采用這種靜止狀態。當加上來自電池8的DC電壓時，電流將流過電源線6及開關10，以致在電極4、5之間存在一個電勢。基于壓電效應，這將引起初級一側2以箭頭11所指的方向伸展。由于開關觸點102是牢固地連在電極4上，而電極4又依次牢固地固定在初級一側2的表面，所以開關觸點102也由位置A移動到位置B(看圖1B)。結果，開關器件10斷開，以致由電源8向電極的供電被中斷了。
在電源供電中斷之后，加在電極4、5之間的電勢再次減小，之后初級一側2再次縮小，并以箭頭12的方向返回靜止的狀態。這也會導致開關觸點102返回參考點位置A，開關器件10則再次接通(看圖1C)。現在電流再次通過開關裝置10，并且在電極4、5間再次建立了一個電勢，于是如上所述的過程再次由起始處開始。
在所說明的電路裝置中，如同已知電路裝置中可能作到的，一個高頻DC電壓可由電極7和5輸出。由于能引起初級一側2(以諧振頻率)振蕩，其中初級一側與次級一側3耦合，且次級一側3也被設置為振蕩模式，所以壓電變壓器內的機械能由初級一側2到次級一側 3的內部傳遞顯示了與已知壓電變壓器中以相同方式發生的一切。可輸出的輸出電壓的幅度依賴于電池電壓的功率及所選的變換因子(這也依賴于壓電變壓器的內部結構，例如具有若干壓電層的次級一側3的裝置，這若干個壓電層的每個都由一個電極分開)。
對于初級和次級側，不是用電極5作為通用參考電極，而是次級一側3有它自己的作為參考電極的第二電極，在這種實施例中，也可將開關器件(只有它自己或除了所示的開關器件10外)安裝在由電池8到電極5的電源線中。
在圖2A至2C中顯示了本發明的另一個實施例，其中說明了在不同伸展狀態中的壓電變壓器1。為便于理解，這里省略了圖1中顯示的電池8及燈9。與DC電源線6相連的上面的初級電極(圖1中4)，在這里構成一個薄滲透層13。它也如開關器件一樣工作，作為初級一側2伸展的結果而接通，也可斷開，正如下文中將要說明的那樣。
滲透可由有彈性的柔軟材料的合成物構成。這種合成物包括一個電絕緣塑料基體14(看圖2C)，例如一種聚合物、聚烯烴或涂敷有電導電粒子15的SiO2，其中導電粒子15例如可由金屬、氧化導電材料或石墨組成。根據結構及成分，在滲透層13中的導電粒子15最好在30％至60％之間。
在圖2A中顯示了處于靜止非伸展狀態下的初級一側2及滲透層13。在該狀態中滲透層13的作用是一個接通的開關。在這種狀態中，導電粒子15相互接觸或靠得極近，以致實質上由隧道電流形成的電流能流過滲透層13。當將DC電壓加到初級電極13、5上時，在它們之間就建立了電勢，該電勢會引起初級一側2伸展，并且在同一時刻，牢固地涂敷在初級一側2上的滲透層13以箭頭11的方向(看圖2B)伸展。結果，導電粒子15不再接觸，且移去，以致不再有電流流過滲透層13。接著，在由靜止的非伸展狀態(圖2A)變為最大伸展狀態(圖2C)中，滲透層的阻抗平穩地提高，以致流過滲透層13的電流穩步減小，直到根本不再可能有電流流動。在建立于滲透層13和電極15之間的電勢再次減小之后，初級一側2和滲透層13再次返回支座的非伸展狀態，且滲透層13也再次變為導電的。如上所述的操作再次從起始處開始。
滲透層非常薄，以致壓電變壓器1的彈性不受其影響。所說明的周期性操作的頻率現在僅意味著變壓器本身的機電特性，這就是說，設定了其特性中的一個—固有頻率，特別是諧振頻率。
也可以用已知的Wagner開關的原理安裝開關裝置，其中(在電流流過電磁體及斷路觸點時，由電磁體的磁場)將斷路觸點斷開及(在沒有電流流動時，例如用彈簧)將其接通。
權利要求
1．具有排列在變壓器(1)初級一側(2)上的兩個電極(4、5)的壓電變壓器(1)的一種電路裝置，其特征在于DC電壓源(8)與電極(4、5)相連，且提供了一個用于中斷至少一個電極(4)的電壓供應的開關器件(10)，其中該電極(4)的開關位置依賴于變壓器(1)初級一側(2)的伸展狀態。
2．如權利要求1的一種電路裝置，其特征在于將所述開關器件(10)設置為在初級一側(2)的伸展狀態下為斷開，而在初級一側(2)為非伸展狀態時為接通。
3．如權利要求1的一種電路裝置，其特征在于所述開關器件(10)可被伸展，并直接與電極(4)或初級一側(2)相連，而且所述開關器件(10)的伸展狀態依賴于變壓器初級一側(2)的伸展狀態，并且設置所述開關器件(13)，以便其電導率依賴于其伸展狀態，以致所述電導率隨伸展的增加而減小。
4．如權利要求1的一種電路裝置，其特征在于所述開關器件(10)是由層化電極(13)構成，該層化電極(13)是由一種能夠伸展，并涂敷有電導電粒子(15)的電絕緣材料(14)組成。
5．且有排列在變壓器(1)初級一側(2)上的兩個電極(4、5)的一種壓電變壓器(1)，其特征在于至少一個電極(4)具有一個開關器件(10)或其自身被設置為一個具有開關狀態的開關器件，其中所述開關狀態依賴于所述變壓器(1)初級一側(2)的伸展狀態。
6．如權利要求1所述的電路裝置的使用，用于電源供應或對燈(9)，特別是對熒光燈或氣體放電燈、電子管或X射線管的控制。
全文摘要
本發明涉及具有設置在變壓器(1)初級一側(2)的兩個電極(4、5)的壓電變壓器(1)的一種電路裝置及這樣一種壓電變壓器(1)本身。這種類型的壓電變壓器例如可用于電源供電或對燈或對電子管的控制。為了使用最頻繁可用的DC電壓代替傳統的AC電壓,在初級一側(2)上直接地控制這樣一種壓電變壓器,根據本發明的DC電壓源(8)與所述電極(4、5)相連,并且提供了一個開關器件(10)用于中斷對至少一個電極(4)的電壓供應,開關器件的位置依賴于變壓器(1)初級一側(2)伸展的狀態。這樣開關器件(10)周期性地接通和斷開,這樣所加的DC電壓也被周期性地中斷。
文檔編號H05B41/14GK1211850SQ9811794
公開日1999年3月24日 申請日期1998年8月25日 優先權日1997年8月28日
發明者A·孔伯格, R·普拉塔 申請人:皇家菲利浦電子有限公司