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压电陶瓷变压器原理_压电陶瓷变压器的用途

2019年08月13日 15:22 xx 作者: 用户评论(0

  压电陶瓷变压器原理

  压电陶瓷变压器是通过电能---机械能---电能的二次能量转换,实现低电压输入,高电压输出的新型贴片器件。它的基本结构根据形状、电极和极化方向有多种形式,其中以长条片型结构的压电变压器最为常用,它的结构简单、制作容易,并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材料、产品的结构、工艺技术及工作原理均不相同。电磁式变压器所用的主材是磁性材料和导电材料,分别用作结构的磁心和绕组,其能量变换形式是电—磁—电。而压电陶瓷变压器所用的主材是二元系压电陶瓷材料(PZT)如锆钛酸铅,三元系压电陶瓷材料(PCM、PSM)——即在PZT基础上添加其它元素以及四元系压电陶瓷材料(PMMN)等。经高温烧结和高压极化而制成产品,其能量变换方式是电—机—电。由此可见,电磁式变压器的能量变换按其结构形式需要在一个正交的立体空间完成,而压电陶瓷变压器可以在一个平面内进行能量变换,因此,压电陶瓷变压器容易设计成片式化结构。

  压电陶瓷变压器的工作原理是利用压电陶瓷材料的特性——正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应就是这种材料在力的作用下(或变形)产生电荷或电压,而逆压电效应就是施加电压时,该材料产生变形或振动。压电陶瓷变压器的工作原理,就是利用压电陶瓷材料的正、逆压电效应特性,通过对压电陶瓷体的电极和极化方向取向特点进行设计,利用逆压电效应使与输入端相连接的压电陶瓷体在电压作用下产生机械振动,再通过正压电效应使与输出端连接的压电陶瓷体产生电压。当输入端和输出端的阻抗不相等时,则导致其两端的电压和电流也不相等,由此实现输入端和输出端之间电压与电流大小变换的功能。

  压电陶瓷变压器结构

  压电陶瓷变压器采用压电材料, 利用机电转换特性, 配合元件的振动部分、 发电部分电机, 进行极化设计, 由输入电压使压电片处于共振状态, 再由正压电效应, 将高应变转化成电压输出, 从而达到变压的效果。

压电陶瓷变压器原理_压电陶瓷变压器的用途

  图1为其长条片型一体化结构简图, 采用特殊压电陶瓷材料 (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。

  压电陶瓷变压器基于正逆压电效应, 在机电能量二次转换过程中, 通过体内阻抗变换升压。当压电变压器输入端 (驱动部分) 加入一定频率的交变电压, 由于逆压电效应, 使压电变压器产生沿长度方向的伸缩振动, 输入端的电能转换为机械能。在发电部分, 由于存在纵向振动, 通过正压电效应, 机械能转换为电能, 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增加, 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迅速增加, 保证变压器及外围电路不至烧毁。因此, 使用压电陶瓷变压器, 电源无需另设短路保护电路

  压电陶瓷变压器的用途

  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。

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( 发表人:姚远香 )

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