壓電變壓器-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯壓電變壓器-基礎(chǔ)電子前面介紹的變壓器屬于電磁式變壓器，壓電變壓器PT（PiezoelectricTransformer）屬于電一機(jī)械式，已不屬于磁性元件的范圍。PT是利用壓電陶瓷材料做成的.這種壓電材料具有交流電壓一機(jī)械振動(dòng)一電壓振蕩的性質(zhì)，藉以傳送能量，機(jī)械能量的密度遠(yuǎn)比磁能大。壓電材料有二種振動(dòng)模式：長度、寬度和厚度。早期的PT是利用長度振動(dòng)模式，做成l00kHz高壓發(fā)生器（1956年），這種振動(dòng)模式的主要缺點(diǎn)是：內(nèi)阻抗大，諧振頻率低，損耗大。

20世紀(jì)90年代初，日本Zaitsu等提出利用厚度振動(dòng)模式的PT在高頻功率轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用（PESO，1994），并得到美國。其主要優(yōu)點(diǎn)是：功率密度高（如20w/cm3）、成本低、內(nèi)耗小、效率高、無磁噪聲等，可以實(shí)現(xiàn)輕、小、薄的低壓小功率轉(zhuǎn)換器，圖1所示即為PT的結(jié)構(gòu)示意圖及其等效電路模型。

圖1壓電變壓器PT

從圖1（a）所示的PT結(jié)構(gòu)示意圖可知，PT共有三層：即輸入層、輸出層、絕緣層。雖然沒有繞組，但輸入層、輸出層之間卻是隔離的。輸入端加交流電壓，壓電材料受應(yīng)力，有位移，并在厚度方向產(chǎn)生振動(dòng)，此振動(dòng)與輸人電壓的頻率有關(guān)，于是輸出電路就有電振蕩。按照上面介紹的原理，PT可以等效成一個(gè)定常集中參數(shù)電路模型，如圖1（b）所示。這是一個(gè)帶通濾波器，并具有變壓功能。由RLC串聯(lián)諧振電路及變比為n∶1的變壓器組成，在輸人端與輸出端有大電容C1、C2。壓電材料輸入層、輸出層的厚度比決定了變比n。PT的諧振頻率達(dá)千赫級，應(yīng)用于ZVS轉(zhuǎn)換器比較合適，并且，若用于PWM轉(zhuǎn)換器，輸人電容C，產(chǎn)生的容性開通損耗太大。

PT及其在高頻功率轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用是20世紀(jì)90年代國際功率轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，內(nèi)容包括：壓電材料的損耗評估，PT的設(shè)計(jì)方法，仿真、參數(shù)分析、有限元分析、振動(dòng)速度極限，n的高頻性能等。

PT在高頻ZVS轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用已有報(bào)道，下面介紹一個(gè)實(shí)例。

圖2所示為一個(gè)用PT作為轉(zhuǎn)換器的AC/DC轉(zhuǎn)換器、500kHz、8W.AC110/DC12V，效率97%。PT用環(huán)形壓電材料，變比8∶1，PT輸人端電感△可以使轉(zhuǎn)換器滿足ZVS要求，同時(shí)還起到濾波作用，并可以減小EMI，使PT輸人電流為正弦。