[實用新型]一種壓電變壓器驅動電路

無效

• 申請號: 200820109374.7
• 申請日: 2008-07-22
• 公開（公告）號: CN201234214Y
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 夏定豪;陳維忠
• 申請（專利權）人: 夏定豪;陳維忠
• 主分類號: H02M7/523
• 分類號: H02M7/523;H01L41/107
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 王朋飛

技術領域

本實用新型涉及變壓器相關電路領域，具體涉及一種壓電變壓器驅動電路。

背景技術

壓電變壓器是一種電子變壓器件，它利用壓電效應，通過電能—機械能—電能的二次能量轉換形式，達到能量的傳遞。與傳統電磁式變壓器相比，壓電變壓器具有體積小、重量輕、無短路擊穿等優良特性，逐步得到廣泛應用，如：高壓電源、負離子發生器、靜電復印機、警用電擊器、液晶顯示背光電源、小功率激光管電源等中小功率器件。

在不具有對稱中心的晶體中，由于內部存在自發極化，正負電荷中心不重合而產生偶極距，這樣晶體內部就產生一個電場，為平衡內部電場，晶體表面就產生空間電荷，使整個晶體對外顯示電中性，當外力變化時，晶體內部的偶極距改變而使得內部電場發生變化，這樣晶體表面的空間電荷也就得以釋放，表現出壓電性。反之，在一定的電場作用下，晶體會產生外形尺寸的變化(即逆壓電效應)。

壓電變壓器正是利用了這樣的原理，如圖1所示，在一個壓電變壓器(可以采用壓電陶瓷片)上，輸入端a、b施加一個電場(驅動電壓Vin)使陶瓷片產生諧振(逆壓電效應)，而在輸出端c、d將高應變產生的機械振動能量轉化成電荷輸出(壓電效應Vout)，其中電阻RL為負載，為便于理解，可以將壓變電壓器看作分為驅動部分101和發電部分102。

由于現有技術中壓電變壓器的驅動電壓Vin為正弦波型電壓，所以大部分壓電變壓器的驅動電路的結構為半橋電路，如圖2所示，該半橋電路由金屬氧化物半導體晶體管MOS₁和MOS₂構成，半橋電路的輸入端與圖3所示的直流的工作母線電壓V₁連接，該驅動電路中，常在壓電變壓器前串聯一個電感L₁或一個LC串聯諧振電路。通過控制MOS₁和的輸入端A₁和MOS₂管的輸入端電壓A₂的波形電壓，驅動電路將該直流工作母線電壓V₁整形為圖4所示的正弦電壓V₂，并加到壓電變壓器1的輸入端a、b。如果考慮外界溫度、輸入電壓、負載等的變化因素，驅動電路可能稍微復雜一些，但也更為實用，如圖5所示，在壓電變壓器1的輸入端a串聯電容C₁，在壓電變壓器1的輸入兩端a、b并聯電感L₂。由電感L₂和電容C₁構成的LC濾波電路用于去除雜波，及低溫低外界輸入電壓下確保壓電變壓器仍有足夠的輸出功率。

但是壓電變壓器的驅動電路無論采用圖(a)的原理性電路，或采用圖(b)的實用型電路，都有一個共同的缺點，即金屬氧化物半導體晶體管MOS₁、MOS₂不是處于零壓零流的工作狀態，其連接的工作母線電壓V₁始終處于直流高壓狀態，電感加上串聯的壓電變壓器其等效的數學模型通常為感性負載，使電流又和電壓有相位差，因此金屬氧化物半導體晶體管MOS₁、MOS₂的開關損耗很大。上述壓電變壓器的驅動電路只是套用了通常開關電路的概念，實用型電路只是加上LC濾波，因而開關電路的缺點在這里并未消除，電路缺乏針對性。

現有技術中壓電變壓器已經發展到其本身等效于純阻狀態，該壓電變壓器在某一工作頻率下呈現輸入電壓與輸入電流同相位(或相差為π)。由于上述驅動電路加上已經具有等效純阻狀態的壓電變壓器后，已無法構成全諧振電路的概念。因此必須尋求一種新的能適應上述壓電變壓器特性要求的驅動電路。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種壓電變壓器驅動電路，該驅動電路的輸出為間歇式半正弦波電壓，減少了開關器件的損耗，可以使包括驅動電路及壓電變壓器的整個電路處于全諧振狀態，達到大大減小損耗，提高可靠性的目的。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種壓電變壓器驅動電路，所述驅動電路包括：LC串聯諧振回路，輸入端與所述直流電壓連接，輸出端與壓電變壓器連接；開關，并聯連接在所述LC串聯諧振回路中電容的兩端；開關控制器件，與所述開關連接，用于控制所述開關的開關動作，使所述LC串聯諧振回路的輸出端輸出間歇式半正弦波形電壓。

其中，所述開關為金屬氧化物半導體晶體管，所述金屬氧化物半導體晶體管的柵極與所述開關控制器件連接，源極與所述電容接地一端連接，漏極與電容的另一端連接，所述開關控制器件通過波形電壓控制所述金屬氧化物半導體晶體管的導通和截止。