专利名称：多层式中央驱动陶瓷变压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变压器，特别是一种多层中央驱动陶瓷变压器。
压电变压器的发展，最早可追溯至1956年C.A.Rosen的博士论文研究，其所发展出的主要形式…横向变压器，一般也因此而称的为Rosen-type压电变压器，图1所示，即为Rosen-type变压器的结构，如图中所示，压电陶瓷变压器主要为一长条陶瓷薄板片，并由其电极铺设(与极化方向)而分为二半部分。其中，对升压变压器而言，其驱动(输入)的部位，是由将上、下各一半面沿长度方向均匀烧覆上银电极，并作为AC输入端。因此，该部位也就可称的为驱动(driver)，而其极化方向是沿厚度方向极化(阻抗值较低)。而另一部份(小面积银电极面)则，可称的为发电部(generator)，其所有银电极面，则位于端边的面上，并作为输出端，发电部的极化方向则是沿长度方向极化(阻抗值高)。在此横向变压器结构下，当驱动部的AC输入频率与变压器长度方向谐振频率相同时，整体的压电变压器亦将产生机械谐振，亦即为由逆压电效应(电能一机械能)，产生沿长度方向的伸缩振动，而该机械谐振，则于发电部，由于正压电效应(机械一电能)，而转化为电压输出，因为陶瓷片的长度远大于厚度，故输出端(发电部)的阻抗远大于输入端(驱动部)阻抗，因而有升压的效果产生。
此外，由于压电陶瓷片的谐振现象，于其全波频率，半波频率及3/2波频率等情况下均可产生，也因此，就其升压工作模态而言，亦可分为半波、全波与3/2波模态，而于各模态频率下，均有明显的升压现象，一般以全波和半波频率的共振模式较普遍采用，尤其用于点冷阴极管(CCFL)的频率为40K-60KHz，以半波模态为主，压电陶瓷变压器在应用时以产生单一模态共振没有其它的振动频率来消耗能量时，可得到最大的转换效率，利用电极设计及支撑方式的安排，可以达到单一模态共振的效果，并提高转换效率。
压电陶瓷变压器，其升压比和陶瓷片的L/t成正比(L为陶瓷片长度，t为陶瓷片厚度)，如果要提高升压比的话，必需要将陶瓷片变薄或是将长度加长，这将会使得变压器变得易破裂或是长度太大，而无法应用于实际的电路中，因此如何在强度、效率、可用性等方面设计最佳，即成为急待解决的课题。
与本案相关但技术手段迥异或特征技术手段完全不同的有，台湾专利公告第400659叠层压电变压器及其制造方法，393789压电变压器元件及其制造方法，379457层积型压电变压器，及333715积层型压变压器及其制造方法。其中，400659揭示变压器间各陶瓷层的形成是藉混合小量金属粉末至一与该由压电陶瓷片的相同材料所造成的陶瓷粉末者是形成在输出部的诸层之间，同时亦指出其金属粉末的种类及成份重量百分比，其技术手段与本案无关，可为背景参考资料；393789教导一强化层设于该压电变压器驱动时控张应力集中处，其主要在解决机械强度的问题379457指出驱动部的单层压电构件厚度源于电力产生部(发电部)的单层压电构件厚度；及333715指出积层的基本型态；本案即是针对上述的积层型式压电陶瓷变压器提出一种利用输入端内电极的极性交错排列，提高其转换效率的有效方案。
因此，本实用新型的主要目的在提供一种高变压比及高转换效率的多层式中央驱动压电陶瓷变压器。
本实用新型的上述目的是由如下技术方案来实现的。
一种多层式中央驱动陶瓷变压器，是由多层压电陶瓷生胚堆叠共烧而成，其特征在于该压电陶瓷生胚上印制的电极面，按单数层2n-1与双数层2n以不同极性交错排列，且各该单电极的两电极面[1]、[2]和双层电极的两电极面[3]、[4]则以约略呈互补的形状配置堆叠而成；其中，该单数层2n-1与该双数层2n彼此交错电联接而分别形成输入端[7]、[8]，且各该单数与双数层堆叠在相对于上述输入端的长轴方向两自由端彼此电联接形成输出端[5]、[6]；如此，藉由上述叠层配置，加强1/2波长的共振模式，抑制全波长的共振模式。
除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容
各该电极层的两电极面呈互补的梯形态样。
各该电极层的两电极面呈互补的L形态样。
进一步包括上、下空白层[T]、[B]设于该单、双数层的上、下表面堆叠并形成适当的电连接。
该上、下空白层[T]、[B]的至少一表面的输入端沿其短轴方向延伸，以利焊接及支撑。
该陶瓷变压器的堆叠长轴方向两自由端形成的至少一表面的输出端沿其长轴方向延伸，以利焊接及支撑。
该陶瓷片长度L1与输入电极长度L2的比值约为0.35至0.06之间。
该L1与L2比值较佳为0.45至0.55之间。
本实用新型的优点在于利用输入端内电极的极性交错排列，藉以加强1/2波长的共振模式，同时有效抑制全波长的共振模式来提高变压器的转换效率。
为进一步了解本实用新型的目的及其优点将以实施例并辅以附图做示范性说明，其中；
图1是现用罗森压电变压器的简图，显示陶瓷变压器的基本工作原理。
图2是依据本实用新型的一实施例各叠层上视图，显示电极型式的配置及其特征构成。
图3是图2的立体分解图，显示各叠层连接关系。
图4是图2的立体组合图，显示依据本实施例的极化方向。
图5为图4输入端之间的频率特性图。
图6(a)为图4的压陶瓷变压器的电路连接图。
图6(b)为在负载为50KΩ时，上述线路在不同频率下的升压比。
图7显示图中L2/L1比值和转换效率的关系。
图8(a)显示不同的极化方向。
图8(b)及(c)显示输入端与输出端之间的频率特性图。
图9(a)为图8的压电陶瓷变压器的电路连接图。
图9(b)为在负载为50KΩ时，上述线路在不同频率下的升压比。
图10是依据本实用新型的另一实施例，显示电极图形的不同错开型式。
图11(a)显示电极面上下空白层面上加大，以利焊接及支撑。
图11(b)显示电极面单个空白层面上加大，以利焊接及支撑。
图12(a)显示电极面四周围加大，以利焊接及支撑。
图12(b)显示电极面上下面加大，以利焊接及支撑。
图12(c)显示电极面单个面上加大，以利焊接及支撑。
首先，请参考图2至图4根据本案的一种多层式中央驱动陶瓷变压器的一实施例，其主要在压电陶瓷生胚上印制单数层和双数层的不同电极型式，再依序单、双堆叠而成，上下亦可增加空白层形成。其中，单数层以2n-1表示，双数层以2n表示上、下空白层分别以T与B表示。以一示范性但非限制性做讨论，如图2中仅以单、双各一层叠层表示；事实上，依设计需求n可为一正整数，表示1、2、3、…，相对地，2n-1表示1、3、5、…等奇数层，2n表示2、4、6、…等偶数或双数层。单数层2n-1，双数层2n彼此交错电联接而分别形成输入端分别以标号7与8表示；各叠层堆叠的长轴方向两自由端彼此电联接分别形成输出端分别以标号5与6表示，藉由压电效应，陶瓷片的长度远大于厚度，故输出端的阻抗远大于输入端阻抗，因而有升压的效果产生。当然降压的操作亦可经相同原理的适当置换而得到。
本案的主要优点在利用输入端内电极的极性交错排列，藉以加强1/2波长的共振模式，同时有效抑制全波长的共振模式来提高变压器的转换效率，其精神可由图2及以下说明得到体现。
图2显示各积层或叠层的上视图，各单数积层2n-1与双数层2n形成极性交错排列，每电极层2n-1、2n的电极则以约略呈互补的形状配置。以一实施例而言，单数层电极1与2分别呈梯形态样，又其斜面相对立呈约略平行的形状；具体而言，电极1具有底边11，长轴方向延伸的两侧边12,13及斜边14形或一梯形态样，而其相对的互补梯形电极2具有相对的底边21，长轴方向延伸的两侧边22,23及约略与上述第1电极1的斜边14约略呈平行但隔开的斜边24，如此形成单数层电极的互补配置形态。电极3与4形成双数层2n的另一交错电极，其主要在斜边呈相反的斜率方向；具体而言，电极4具有底边41，长轴方向延伸的两侧边42,43及依斜率方向的斜边44形成一梯形态样，而其相对的互补梯形电极3具有相对的底边31，长轴方向延伸的两侧边42,43及约略与上述第4电极4的斜边44约略呈平行但隔开的斜边34，如此形成双数层电极的互补配置形态，且单数层与双数层间由于斜边的斜率相反，使得单数层2n-1与双数层2n形成极性交错排列；如此，当各积层生胚堆叠共烧后电极1与3会连接形成输入端7，而电极2与4连接形成输入端8，同时在7与8之间极化后形成极性相反，以P1与P2表示；P3,P4的极性也相反，P1与P4极性相同，即上下左右相邻的极性都相反，而形成整体的相反极化方向以9与10表示，并于两长轴方向形成输出端5与6。
图5显示输入端7,8之间的频率特性图，图6(a)指出依据本案的压电陶瓷变压器的典型电路连接图。同时图3(b)指出以示范性负载50kΩ时，上述的络路在不同频率下的升压比VO/Vi，清楚显示只有在半波共振模态有电压输出。图7具体指出电极长度与陶瓷长度L2/L1比值和转换效率的关系，数据显示L2/L1比值在0.35至0.60间具有相当优秀的效率值，而特别在0.45至0.55间效率均在95％以上，有效提高压电陶瓷变压器的转换效率，达到其创作目的。
接下来，请参图10本案的不同交错排列电极面形式，其相对部分不再赘述，仅就其不同部份做说明。由图10的实施例电极图形主要分左右区域，中间隔开约略呈英文大写字母L形的态样，各单数层2n-1与双数层2n形成极性交错排列，而各电极层2n-1,2n的电极则以约略呈互补的形状配置，其不同的互补斜面呈L形在单数层以14’与24’，而在双数层以44’与34’表示，使得单数层与双数层形成极性交错排列，同时，当各积层胚堆叠共烧后经适当配置，亦可形成相反或相同的极化方向，亦可同理藉由电路的配置连接得到适当的输出，此部分应可自前述讨论直接推出不再详述。
图11显示电极面上下空白层加大，有利于焊接及支撑，其中图11(a)输入端7、8电极面延短轴Y方向延伸，有效加大电极面积，而图11(b)仅在上空白层延短轴方向延伸，在几何面积与电性隔离的本质限制下，基本上此Y方向的加大或延伸并无特别的限制，其衍生的生产益处，即利于焊接及支撑则非常明显。
图12显示输出端5,6电极面的加大，其中图12(a)其输出端四周围延长轴向x方向延伸，(b)在空白层电极面的外表面延x方向延伸，(c)图则仅上空白层加大；藉由输出端电极面的延伸与配置亦有利于焊接与支撑。
本案至此相信已清楚说明，其主要精神在利用输入端内电极的极性交错排列，主要利用输电极面的互补形状配置与单数双数电极层的交错电连接而达到加强1/2波长的共振模式且有效抑制全波长的共振模式，进而提高整体的转换效率。
权利要求1.一种多层式中央驱动陶瓷变压器，是由多层压电陶瓷生胚堆叠共烧而成，其特征在于该压电陶瓷生胚上印制的电极面，按单数层2n-1与双数层2n以不同极性交错排列，且各该单电极的两电极面[1]、[2]和双层电极的两电极面[3]、[4]则以约略呈互补的形状配置堆叠而成；其中，该单数层2n-1与该双数层2n彼此交错电联接而分别形成输入端[7]、[8]，且各该单数与双数层堆叠在相对于上述输入端的长轴方向两自由端彼此电联接形成输出端[5]、[6]。
2.根据权利要求1所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于各该电极层的两电极面呈互补的梯形态样。
3.根据权利要求1所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于各该电极层的两电极面呈互补的L形态样。
4.根据权利要求1至3所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于进一步包括上、下空白层[T]、[B]设于该单、双数层的上、下表面堆叠并形成电连接。
5.根据权利要求4所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于该上、下空白层[T]、[B]的至少一表面的输入端沿其短轴方向延伸。
6.根据权利要求4所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于该陶瓷变压器的堆叠长轴方向两自由端形成的至少一表面的输出端沿其长轴方向延伸。
7.根据权利要求4所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于该陶瓷片长度L1与输入电极长度L2的比值约为0.35至0.06之间。
8.根据权利要求4所说的一种多层式中央驱动陶瓷变压器，其特征在于该L1与L2比值较佳为0.45至0.55之间。
专利摘要一种多层式中央驱动陶瓷变压器,特征是:该压电陶瓷生坯的电极面,按单数层与双数层以不同极性交错排列,各层电极的两电极面[1]、[2]和[3]、[4]则以互补的形状配置;其中,单数层与双数层彼此交错电联接而分别形成输入端[7]、[8],且各单数与双数层堆叠在相对于上述输入端的长轴方向两自由端彼此电联接形成输出端[5]、[6]。优点是:加强1/2波长的共振模式,全波长的共振模式被抑制而消失,有效提高变压器的转换效率。
文档编号H01L41/107GK2462547SQ0120003
公开日2001年11月28日 申请日期2001年1月2日 优先权日2001年1月2日
发明者邱宸甫, 杨孟章 申请人:优耐电子股份有限公司, 咏业股份有限公司