CN104092402A - 一种压电陶瓷变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电陶瓷变压器，该压电陶瓷变压器是用铁电陶瓷材料经烧结和高压极化等工艺制成，利用压电材料的逆压电效应和正压电效应，完成电能－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，本发明为一长条片型结构的压电变压器，它的结构简单，制作容易，并且具有较高的升压比、无电磁干扰、不燃烧及不短路的特点。适用于离子发生器及小型高压电源等场合。

Description

一种压电陶瓷变压器

技术领域

本发明属于变压器应用领域，特别是实现一种压电陶瓷变压器。

背景技术

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。随着锆钛酸铅 (PbZrTiO3) 等高K_p和高Q_m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。

由于压电陶瓷变压器具有尺寸小、结构简单、不可燃、耐辐射、高可靠等优点，是压电陶瓷边获得广泛应用的主要原因，由于压电陶瓷变压器是一种新型高压变压器，它有许多优点，所以它主要用于产生高压的装置中采用压电陶瓷变压器升压器制作电源，工作稳定可靠。目前，压电陶瓷变压器正在高压小电流的高压设备中推广使用，陶瓷变压器以开始应用于雷达、激光、静电除尘和复印等装置中，代替铁芯变压器。

发明内容

本发明提供一种压电陶瓷变压器。

实现本发明目的的技术方案是：压电陶瓷变压器将一压电蜂鸣器的应用与一压电点火器的应用组合起来，组成压电谐振子。在蜂鸣器的驱动端输入一个与压电变压器谐振频率一致的正弦交变电压，压电谐振子产生振动，传导至点火器的发电端，产生连续的正弦波电压，若在高频驱动电压上通过调制解调器加入低频调制，则可实现信号传输。本发明压电陶瓷变压器的结构形式如图1所示，包括采用锆钛酸铅压电陶瓷材料，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，含有驱动部分及发电部分。压电陶瓷变压器采用长条形结构，采用全波模谐振，支点应在瓷片长度为为                                                和点处点处。驱动部分到发电部分能量的变换方式采用横一纵式结构，采用双管自激式振荡电路为驱动电路。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。

与现有技术相比，本发明提供一种具有结构简单，制作容易，并且具有较高的升压比、无电磁干扰、不燃烧、不短路及稳定性高的特点。

附图说明

图1 是本发明一种压电陶瓷变压器结构图。

图2是本发明一种压电陶瓷变压器等效电路图。

图3是本发明一种压电陶瓷变压器S11参数特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明是一种压电陶瓷变压器，包括采用锆钛酸铅压电陶瓷材料，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，含有驱动部分及发电部分。压电陶瓷变压器采用长条形结构，采用全波模谐振，支点应在瓷片长度为和点处。驱动部分到发电部分能量的变换方式采用横一纵式结构，采用双管自激式振荡电路为驱动电路。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。

图2为本发明压电陶瓷变压器的等效电路图，图3为此电路的S参数特性，从图3可以看出，此种变压器的最大信号衰减较小，发明设计性能良好，可以满足系统的要求。

本发明为一种压电陶瓷变压器，结合图1，其工作原理简述如下：采用锆钛酸铅压电陶瓷材料，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，含有驱动部分及发电部分。压电陶瓷变压器采用长条形结构，采用全波模谐振，支点应在瓷片长度为和点处。驱动部分到发电部分能量的变换方式采用横一纵式结构，采用双管自激式振荡电路为驱动电路。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。

本发明压电陶瓷变压器替换普通磁芯线绕变压器，由于它既不用磁芯，也不需要铜线绕组，不仅克服了逆程变压器的高压绕组的绕制及绝缘处理的困难，而且逆程变压器的高压协调问题无须考虑，振铃现象不会发生，大大提高了变压器的效率，同时，它的体积小、重量轻、不会打火击穿、不怕短路烧毁、不发霉、不受电磁干扰、故障率低、可靠性高、使用寿命长等特点。要求电子元器件向小型化和集成化方向发展，压电变压器也要向这个方向发展。目前过高的烧结温度不利于压电变压器的集成化。因此，薄膜化、多层化、低温制备将是压电变压器的一个发展趋势。

Claims (3)

1.一种压电陶瓷变压器，其特征在于：采用锆钛酸铅压电陶瓷材料，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，含有驱动部分及发电部分。

2.根据权利要求1 所述的压电陶瓷变压器，其特征在于：压电陶瓷变压器采用长条形结构，采用全波模谐振，支点应在瓷片长度为                                                和点处。

3.根据权利要求1，2 所述的压电陶瓷变压器，其特征在于：驱动部分到发电部分能量的变换方式采用横一纵式结构，采用双管自激式振荡电路为驱动电路。