压电陶瓷变压器原理
压电陶瓷变压器是经过电能—机械能—电能的二次能量转化,完结低电压输入,高电压输出的新式贴片器材。它的根本结构依据形状、电极和极化方向有多种方法,其间以长条片型结构的压电变压器最为常用,它的结构简略、制造简单,而且具有较高的升压比。
与传统的电磁式变压器比较,压电陶瓷变压器所用的资料、产品的结构、工艺技术及作业原理均不相同。电磁式变压器所用的主材是磁性资料和导电资料,别离用作结构的磁心和绕组,其能量改换方法是电—磁—电。而压电陶瓷变压器所用的主材是二元系压电陶瓷资料(PZT)如锆钛酸铅,三元系压电陶瓷资料(PCM、PSM)——即在PZT基础上添加其它元素以及四元系压电陶瓷资料(PMMN)等。经高温烧结和高压极化而制成产品,其能量改换方法是电—机—电。由此可见,电磁式变压器的能量改换按其结构方法需要在一个正交的立体空间完结,而压电陶瓷变压器能够在一个平面内进行能量改换,因而,压电陶瓷变压器简单规划成片式化结构。
压电陶瓷变压器的作业原理是运用压电陶瓷资料的特性——正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应便是这种资料在力的作用下(或变形)发生电荷或电压,而逆压电效应便是施加电压时,该资料发生变形或振荡。压电陶瓷变压器的作业原理,便是运用压电陶瓷资料的正、逆压电效应特性,经过对压电陶瓷体的电极和极化方向取向特色进行规划,运用逆压电效应使与输入端相衔接的压电陶瓷体在电压作用下发生机械振荡,再经过正压电效应使与输出端衔接的压电陶瓷体发生电压。当输入端和输出端的阻抗不相等时,则导致其两头的电压和电流也不相等,由此完结输入端和输出端之间电压与电流巨细改换的功用。
压电陶瓷变压器结构
压电陶瓷变压器选用压电资料, 运用机电转化特性, 合作元件的振荡部分、 发电部分电机, 进行极化规划, 由输入电压使压电片处于共振状况, 再由正压电效应, 将高应变转化成电压输出, 然后到达变压的作用。
图1为其长条片型一体化结构简图, 选用特别压电陶瓷资料 (如改性锆钛酸铅或铌镁锆钛酸铅) ,经高压力成型、 高温烧结和高压电场极化等一系列工艺制成。
压电陶瓷变压器根据正逆压电效应, 在机电能量二次转化过程中, 经过体内阻抗改换升压。当压电变压器输入端 (驱动部分) 参加必定频率的交变电压, 由于逆压电效应, 使压电变压器发生沿长度方向的弹性振荡, 输入端的电能转化为机械能。在发电部分, 由于存在纵向振荡, 经过正压电效应, 机械能转化为电能, 使输出端有高电压输出。
因压电陶瓷变压器的反射阻抗随负载阻抗的减小而添加, 这个特性在高压应用时极为重要。当负载短路或高压放电时, 陶瓷变压器的输入阻抗敏捷添加, 确保变压器及外围电路不至焚毁。因而, 运用压电陶瓷变压器, 电源无需另设短路维护电路。
压电陶瓷变压器的用处
小、薄、轻型化产品:由于压电陶瓷变压器具有以上所归纳的一些特色,所以合适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等产品的电源体系。
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、静电除尘器等电源体系。
液晶显示器(LCD)(包含LCD照明) 反面照明用压电逆变器。由于LCD要求具有高的输出功率、传输功率,且要求结构上低高度、分量轻。一起,由于反面照明冷阴极荧光灯的特色:点灯前的阻抗大,有必要供应高电压,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能够与此相匹配。
用于电池功能、尺度和分量均遭到严厉约束的自供电体系中,如轿车、直升飞机、航空航天器、卫星、声纳、医疗设备等运用的压电制动驱动体系。这些设备的供电一般要求为100V~1000V,这与一般电池的9V~24V的供电大不相同,而压电陶瓷变压器则可完结这个目标。
总归,压电陶瓷变压器的应用领域十分广泛。