CCTO陶瓷变压器的设计与性能.pdfVIP

第 31卷 第 2期 河 南 科 技 大 学 学 报 ：自然 科 学 版 Vol_31 No．2 2010年 4月 JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScience Apr． 2010 文章编号 ：1672—6871(2010)02—0058—03 CCTO陶瓷变压器的设计与性能 巩晓阳，杨雷雷 (河南科技大学 物理与工程学院，河南 洛阳471003) 摘要：一些手机充电器等 电子设备中对变压器的变压比要求不高，但要求变压器具有工艺简单，成本低廉等优 点。以CCTO为功能材料，依据物理学原理，设计并制作一种满足上述要求的陶瓷变压器，经测定其性能稳 定，降压比为 8—9，输入输出电压具有很好的线性关系，且价格低 ，易生产，能量转换率高，适用频率广，具有 较广 的应用前景 。 关键词 ：铁磁式变压器 ；陶瓷变压器 ；压 电陶瓷变压器 中图分类号：TM41 文献标识码 ：A 0 前言 1956年，RosenCA最早发明了压电陶瓷变压器，它具有重量轻、能量密度高、效率高、外形小、运行过 程无电磁噪声以及不易燃等优点，随着功能陶瓷材料的迅猛发展，其应用范围越来越广 。现在压电陶 瓷变压器的应用分为两种 ：一种是由低压变成高压的升压变压器 ，用于液晶显示器 、静电除尘器和高压电 源中，国内外都已形成规模生产 ；另一种是由高压变成低压的降压变压器，现在仍处于研究开发阶段，只 有个别的产品投人生产 ，已报道的最好 的样机是 日本富士通利用 LiNbO，单晶制成 15mmx15mmx0．5 mm 的压电陶瓷变压器，工作频率4MHz，输出功率 30～40w，可以用于降压型开关电源 。 压电陶瓷变压器功率小 ，现在最大为40w，配套 电路比较复杂，工艺流程还不完整，还没有很好解 决压制、烧结、磁性激化等工艺问题 ，规模生产优 良率不高 ，导致成本偏高 ，价格 比现有同容量 的电磁变 压器贵。因此要推广应用还需要解决一系列问题 。 本研究设计制作一种陶瓷变压器，与多层电容制作工艺相仿，设计工艺简单、成本低廉，对于变压 比 要求不高的一部分电子设备 (如手机充 电器等)非常适用。 1 设计原理 本实验用四层金属薄板 1、2、3、4制成 ，每板面积均为S，中间 夹着 3层介质。如图1所示，两边两层为同一种高介 电常数的介 质 ，介 电常数设为 ．；中间一层是击穿 电压高但介电常数很小的介 质 ，介电常数设为 ( ：)，介质厚度 d。外侧两金属板 1和4 接输入端 ，总厚度 d，；内部两金属板 2和 3接电阻，为输出端。 设某时刻 ，外金属板 1和4带电量 ±Q ，内金属板 2和3带电 图 1 压 电陶瓷变压器的结构 量 Q：，则有： )+ (1) 8O 1．) 8O82．) (2) 式(1)、(2)分别对时19求导 ： aQ。(d ～d) ，dQ， dQ 、 d d 。 百 + 百 一 ’ (3) 基金项 目：河南省科技攻关项 目(0224360063)；河南科技大学大学生研究训练项 目(2008080) 作者简介 ：巩晓阳(1970一)，女 ，河南西平人 ，副教授． 收稿 日期 ：2009—12—03 第2期 巩晓