压电变压器得研究进展.docxVIP

压电变压器的研究进展文献综述报告压电变压器原理1.传统变压器自 1884 年电磁变压器发明以来，其在交流供电方面得到了广泛的应用。然而，随着电子领域的微型化和集成化发展，传统的电磁变压器面对这一新的挑战，显得有些力不从心。在使用电磁变压器的电子系统中，变压器往往占据了整个系统的很大一部分体积，而且变压器所产生的电磁干扰对于电子系统来说也是很棘手的问题。2.压电变压器的发展压电变压器是 20 世纪50 年代后期开始研制的一种新型压电器件，最早由C.A. Rosen 于1956 年发明。但是，那时的压电陶瓷材料是以钛酸钡（BaTiO3）为主，其压电性能低，制成的压电变压器升压比很低，仅有50~60 倍，输出电压仅为3 kV，实用价值不大，故未能引起人们的重视。随着锆钛酸铅（PbZrTiO3）等高kp 和高Qm 压电陶瓷材料的出现，压电变压器的研制才取得了显著的进展。目前已能生产升压比为300~500，输出功率50W以上的压电变压器。随着信息处理设备和通讯设备日益小型化的发展，电源设备小型化的需求越来越高，加上功能陶瓷材料的迅猛发展，压电变压器的应用范围越来越广。目前压电变压器已用于电视显像管、雷达显示管、静电复印机、静电除尘、小功率激光管、离子发生器、高压极化等高压设备中。可以预言，在电子领域的未来几年中，压电变压器必将大规模地代替电磁变压器，当然电磁变压器在电力领域还是会继续发挥其巨大作用的[1~4]。3.压电变压器的优点压电变压器作为一种新型电子件，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，且结构简单、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[1~2]。4.压电变压器的工作原理和结构压电变压器是利用压电材料的逆压电效应和正压电效应来实现高压输出。即在压电陶瓷片输入低电压信号，通过逆压电效应转换成机械振动能，再通过正压电效应又转变成电能。在压电陶瓷的电能-机械能-电能的机电能量的二次变换中实现阻抗变换，从而在陶瓷片的谐振频率上获得高的电压输出。根据升压比的不同，压电变压器可以分为升压变压器和降压变压器。升压变压器一般工作在超音频范围，而降压变压器则工作在工频范围内[1]。可以通过对瓷片长度和厚度尺寸的控制来改变其工作方式[5]。根据振动模式的不同，压电变压器可分为Rosen型、厚度振动型、径向振动型等[3]。其中Rosen 型压电变压器最为常用。Rosen 型压电变压器结构简单，制作容易，升压比非常高，特别适合于驱动高电压小功率器件，比如驱动冷阴极荧光灯CCFL（Cold Cathode FluorescentLamps），可为手机、笔记本电脑的LCD 显示器提供背光源。图1 示出普通的Rosen 型压电变压器的结构及其原理。整个压电变压器可分成两部分，左半部的上、下面都有烧渗的银电极，沿厚度方向极化，作为输入端，称为驱动部分；右半部分的右端也有烧渗的银电极，沿长度方向极化，作为输出端，称为发电部分。当交变电压加到压电变压器输入端（驱动部分）时，由于逆压电效应，压电变压器产生沿长度方向的伸缩振动，将输入电能转换成机械能；而发电部分则通过正压电效应将机械能转换成电能，产生高压输出。由于压电变压器的长度远大于厚度，故输入端为低阻抗，输出端为高阻抗，因此输出电压远大于输入电压。一般输入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。图1 Rosen 型压电变压器Fig.1 Rosen-type piezoelectric transformer厚度振动型压电变压器又称为纵纵式压电变压器，是由两块纵向振动压电陶瓷片胶合而成，中间有一层绝缘层，如图2 所示。在输入端加上交变电压，由于逆压电效应，输入端会产生厚度扩张振动。这种机械振动传到输出端，由正压电效应转换成电能。转换比率N 等于输入端跟输出端厚度之比。通过调整输入端和输出端陶瓷片的厚度比例，就可以很方便地调整压电变压器的升压比[4]。厚度振动型压电变压器的特点是功率较大、工作频率很高，能够降低电压，多用于高频开关电源中。图2 厚度振动型压电变压器Fig.2 Thickness vibration mode piezoelectric transformer径向振动型压电变压器是一种处于发展中的新型压电变压器，其结构如图3 所示。这种压电变压器的突出优点是结构简单，制作方便，能以很小的尺寸实现低频和大功率，可用在电子整流器、适配器及DC/DC 变换器中[5]。这种压电变压器已由美国Transoner 公司制作出来。图3 径向振动型压电变压器Fig.3 Radial vibration mode piezoelectric transfomer二．压电