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压电陶瓷变压器:什么,陶瓷也能做变压器?

2018-03-01 08:33:12 德州信平电子有限公司 阅读

       压电陶瓷变压器的原理是利用压电材料的压电性能来实现机械能和电能之间的转换。早在20世纪50年代,美国罗森 ( Rosen )等人就提出了Rosen 型压电变压器。压电变压器作为一种新型电子器件,与传统的电磁变压器相比,具有体积小、重量轻、升压比大、转换效率高、输出波形好、使用时不会击穿、变压器本身耐高温、不怕燃烧和不引起电磁干扰,以及结构简单、制作简便、易批量生产、能节约有色金属、不用磁芯等优点 ,特别适用于电子集成领域。
根据振动模式的不同,压电陶瓷变压器可分为纵向振动模式、厚度振动模式、径向振动模式和弯曲振动模式变压器等。 


1.1纵向振动模式变压器
Rosen型压电陶瓷变压器是纵向振动模式的典型,它主要工作在谐振状态下。普通的Rosen型压电变压器的结构原理如图1 所示,它由左右两部分组成,分别称之为 “驱动部分”和 “发电部分”。驱动部分的上、下两个端面都有烧渗的银电极,它们沿厚度方向极化,可作为电压输入端:发电部分右端烧渗的银电极则沿长度方向极化,可作为电压输出端。当交变电压加到压电变压器的输入端时,通过压电效应,可使压电变压器产生沿长度方向的伸缩振动,以将输入的电能转换为机械能;而发电部分则通过正压电效应,使沿长度方向伸缩振动的机械能转换为电能,从而产生电压输出Vout。由于压电变压器的长度大于厚度,故其输入端为低阻抗,输出端为高阻抗,输出电压大于输入电压,为升压变压器。一般输人几伏到几十伏的交变电压,就可以获得几千伏以上的高压输出。 


1.2 厚度振动模式变压器 
厚度振动模式压电变压器的结构原理如图2所示。它的输入部分和输出部分都是由纵向式压电陶瓷组成的。厚度振动模式压电变压器是低压变压器。主要应用于低功率的变换器和适配器中。厚度振动模式的代表是叠层式降压压电陶瓷变压器。它的厚度扩张振动模式也有两种 .即半波模式和全波模式(又称作一次模式和二次模式) 。当输入端加交流电压时,由于逆压电效应.输入部分的单层压电陶瓷产生沿厚度方向的扩张振动.当振动传递到输出部分后,由于压电效应的作用,可在输出端产生输出电压。这种压电降压变压器的变压比由输人与输出部分的单层厚度比决定 。

1.3径向振动模式变压器 径向压电陶瓷变压器的基本结构如图3 所示 。其中下半部分沿厚度方向极化且沿径向应变,可作为输入端,亦称为驱动部分;上半部分也沿厚度方向极化且沿径向应变,可作为输出端,称为感应部分。当正弦交变电压加到输入端时,压电变压器产生沿径向的振动:而感应部分则通过正压电效应来产生电压输出。由于施加在两组输入端电极的入端电压极性是相反的,因此,在工作时,上下表面将分别以厚度切变模式进行收缩和扩张,从而在输入端总体上导致弯曲振动模式,而在输出端仍为长度扩张模式。这样就可以产生较高的输出电压。


       除上述压电陶瓷变压器外。还有几种新型压电陶瓷变压器,如美国Kenji Uchino等人研制开发的月牙形电极圆片形压电陶瓷变压器,以及环/菱形点型电极的方形压电陶瓷变压器。但上述前三种压电变压器的实际应用较多。

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