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压电陶瓷变压器的应用

作者:美顺和  来源:www.hubeimsh.com   日期:2017/6/13 14:32:10  浏览次数:

压电变压器是基于压电效应和逆压电效应的第三代电子变压器,相比传统的电磁变压器,具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、转换效率高等优点。已被应用到笔记本和手机等手持设备的背光电源、ac-dc转换器、dc-dc转换器等领域。

压电变压器的分类

根据升压比的不同可以分为:[1] 升压变压器和降压变压器 根据机械振动方式的不同可以分为: 沿长度振动型、沿厚度振动型、轮廓扩张振动型和弯曲振动 根据结构不同压电变压器又可以分为: 纵纵式、横纵式、横横式和环状式

折叠编辑本段压电变压器的结构

现有的压电变压器根据输入和输出部分压电陶瓷的工作方式大致可以分成三种类型:长条形结构的rosen型、厚度振动模式型、辐射振动模式型。

折叠编辑本段压电变压器的工作原理

压电变压器正是利用极化后的压电体的压电效应来实现电压输出的。在压电变压器的输入部分用一个正弦波电压信号驱动,通过逆压电效应使输入部分产生振动,振动波通过输入和输出部分的机械结构耦合到输出部分,输出部分再通过正压电效应产生电荷,实现压电体的电能一机械能一电能的机电能量的二次变换,在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。

折叠编辑本段压电变压器的优点

(1)压电变压器有很高的转换效率。空载变压器效率可达90%以上,即使在应用中,平均转换效率也比电磁变压器高出十个百分点以上。这一优势使压电变压器在产品开发设计中有着相当大的吸引力。 (2)工艺性好,结构简单,制作简便,易批量生产,能节约有色金属,不用磁芯。 (3)升压比高。空载升压比可以高达800以上。调整升压比对变压器外形影响不大。 (4)耐高压,不怕潮湿,不怕燃烧,抗电磁干扰,因而稳定性,可靠性较好。 (5)不怕短路,使用时不会击穿。 (6)输出波形好。非常有利于延长负载的寿命和工作稳定性,而且有利于提高负载的能量转换效率。 (7)体积小,重量轻,符合电子产品小型化、轻薄化的发展趋势。 (8)适用于电子集成领域。在与集成电路工艺兼容方面有着相当好的发展前景。

折叠编辑本段压电变压器的发展趋势

1956年,rosen利用压电陶瓷材料首次研制出压电变压器。从20世纪70年代起,压电变压器开始发展,但受到压电材料缺少的限制,研究进展比较缓慢。随着工业自动化的发展, 压电材料的发展和应用要求的提高,压电变压器的研究越来越受关注。目前, rosen型压电变压器已经市场化, 应用在静电复印机高压电源、负离子发生器、小功率激光管电源、警用电击器高压电源、液晶显示背景光源等场合。随着电子工业的不断发展,电子器件越来越小型化, 国内外研究人员开始研究多层变压器、薄膜型变压器以及压电变压器与半导体芯片的集成技术。压电变压器将是未来的电路系统中一个很重要的应用部件。

应用领域

小、薄、轻型化产品:由于压电陶瓷变压器具有以上所概括的一些特点,所以适合用于以电池供电的消费类电子产品,如蜂窝电话、笔记本电脑、折叠式计算机、摄录一体化VTR、PAD等产品的电源系统。

需要用极高电压、小电流供电的特种设备如雷达、静电复印机、静电除尘器等电源系统。

液晶显示器(LCD)(包括LCD照明) 背面照明用压电逆变器。因为LCD要求具有高的输出功率、传输效率,且要求结构上低高度、重量轻。同时,因为背面照明冷阴极荧光灯的特点:点灯前的阻抗大,必须供给高电压,点灯后阻抗变小,电压就下降。压电陶瓷变压器逆变器的特性正好可以与此相匹配。

用于电池性能、尺寸和重量均受到严格限制的自供电系统中,如汽车、直升飞机、航空航天器、卫星、声纳、医疗设备等使用的压电制动驱动系统。这些设备的供电一般要求为100V~1000V,这与普通电池的9V~24V的供电大不相同,而压电陶瓷变压器则可实现这个指标。

总之,压电陶瓷变压器的应用领域非常广泛。


但实际上压电陶瓷变压器的局限性更加明显:电变压器的发热量大是一个问题,与驱动电路间连接的稳定性也解决。缺点是易碎,焊接温度要低,焊接过程尽量快,工作温度不高,另外要谐振。功率也太小了,一般十瓦左右。还有成品率低。有关文献介绍,压电变压器寿命有限,驱动他需要谐振,功率不高,成本高,一直没有太大应用,主要用在负离子发生器和CCFL上。

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