极小的压电陶瓷变压器

极小的压电陶瓷变压器 潘玉安, 范跃农, 胡鸿豪, 曹良足 (景德镇陶瓷学院，景德镇 333001) 摘 要:本文介绍了一种新型的电子陶瓷材料—压电陶瓷材料，以及它在变压器领域中的应用。详细介绍了 压电陶瓷变压器的结构、工作原理及广泛的应用。 关键词:压电陶瓷, 变压器, 背光电源+ 中图分类号:TQ174.756文献标识码:B文章编号:1001-9642(2004)03-0041-02 发光二极管(LED )在可携式信息设备(包括个其中的细线会导致“铜损”和“芯损”，从而降低工作 人数字秘书、笔记本电脑、数字摄录机和移动电话等) 效率。 中找到了延伸应用。许多这样的发光二极管都采用背 1一种解决方案光单元，这些背光单元又采用了阴极射线管。驱动阴 为了解决这些问题，日本村田公司已经开发出了 极射线管的倒相器通常在 LCD (液晶屏)的周边或后 一种具有高的耦合系数的压电陶瓷变压器。该公司利 用烧结技术将陶瓷和内电极集成到一个单元中。 线 绕变压器采用磁能来进行能量转换。相反，村 田公司的压电变压器采用了一个弹性波来达到这一目 的，从而引进了一个新的能量转换原理。结果一个具 有高的电压升压比、低厚度、窄宽度、优良的效 率、低噪声并防火的变压器就诞生了。它的特性使其 在电源电路中的应用成为可能。 2产品的轮廓 图 1压电变压器只有硬币大小本文所介绍的陶瓷压电变压器( 1 )包封在一 面排布。由于 LCD 的屏幕做得越来越大，但结构却做个树脂外壳内，然后将其集成到一个引线电极。该结得越来越薄，这就要求其中的倒相器必须采用比以前 构使装置制造者可利用焊接来安装产品到线路板上。 其尺寸为 17.0 × 5.8 × 2.1mm (L × W × H )，使变 更低矮的结构。同时，为了延长电池寿命，倒相器的 功能必须改进。压器适合存在于即将来临的超薄型设计的和窄型宽度 迄今为止，工程技术人员都是依靠应用电磁耦合 结构的 LCD 内。该变压器的功率为 2W 。 的线绕变压器来驱动阴极射线管。但低矮的倒相器会 由于它采取了谐振，所以压电变压器与其他的常 出现问题。例如，很难保证适当的绝缘和耐压。而且， 规变压器相比，就不会产生太高的谐波和太多的磁通 会起火冒烟。而且，及时压电变压器工作时，没有整从电池电压升到额定点亮电压。单层变压器所提供的 流电容，它也不会产生大于额定电压的电压值。这些升压比不能满足，于是必须采用一个线圈式的辅助变 性能都保证了产品的安全性。压器。但是我们就采用一个将内电极与压电陶瓷体烧 结在一起的叠层结构以便产生高的耦合系数。这样就 3工作状态与结构 有效地提高了升压比。从而就取消了那个辅助变压器，在树脂型的压电变压器中(图 2 )，它采用了矩形 也就减小了变压器所占用的空间。 压电陶瓷片，一半通过厚度极化(图 3 )，另一半通过 5捕捉波形长度极化。在升压模式中，厚度极化的部分为输入端， 当将一个压电变压器安装到一个外壳中时，技术 沿长度方向极化的部分为输出端。而且采用了三端头 结构，其中有一端在输入的一边，作为一个公共端。当 人员必须将它置于一个振动接点的附近。否则会出现 电能通过输入端的时候，它这个矩形压电陶瓷片的长 振动能量的泄漏，削弱产品的效率。整个单元的支撑 度方向流过。矩形压电陶瓷片将这一电能转变成振动 点越多，它的稳定性就越大，振荡模的级数就越高(图 (动能)。同时传输方向改变，由垂直方向压缩成电场。 4 )。同时其驱动频率在基础谐振模(初级模)达到它 伸缩振动的弹性能沿着整个压电变压器的长度方 的最低点。 向传输。在平行于位移方向产生电流的效应(垂直压在背光单元及其它大容量负载项目中，升高频率 会弄糟电能损耗。当无效能量的元件增加时，压电变 压器的振荡水平将升高，从而产生损耗。通过采用低 频初级模，我们可以获得较佳的效率。当频率一定时， 采用初级模的器件最小，而当采用次级模时，它的长 度就要加倍，采用第三级模，则增加三倍。 由于减小设计和提高效率是首选目标，我们采用 了一个通过两边的粘结带来固定整个单元的方法，从 而使基础振荡模得以实用。 图 2单层与叠层压电变压器的结构比较 图 4压电变压器的振荡模 6展 望 图 3Rosen 型压电变压器的结构 目前所提供的最先进压电变压器用于 LCD 、数字 摄像机、移动电话、PDA 和笔记本电脑。通过改进该 电效应)，在输出端将这个弹性能转换成电能。 器件的结构可以使它们作为高压电源，用于臭氧脱氧 由于压电变压器的长度受到限制，所以我们的技 机、吸尘器和一般用途的 DC/DC 、AC/DC 转换电源。 术人员采用取决于压电变压器长度和弹性波传输速率 最近，研究人员正努力致力于提高其压电变压器的频率来激发机械振动。在谐振过程中，振荡速率在 的输出能量和减小它的尺寸，同时将提高产品的效率、 方型瓷片的两端达到最大，而升压比达到峰值。谐振 降低产品的价格。希望将来能将压电变压器的用途拓 时的最大升压比取决于压电陶瓷的机电耦合系数和陶 展得更宽。 瓷片的长度与厚度之比。 4电压因素 (下转第 45 页?Continued on pgae 45) [4]Marlyse Demartin Maeder, Dragan Damjanovic, Piezoelectric Properties of SrBi Ti O ferroelectricceramics, 4 4 15 [1]郝 华，罗大兵，刘韩星，欧阳世翕.熔盐法合成SrBi Ti O 4 4 15 J.Mater.Res.17(6):1376-1384, 2002 片状铁电陶瓷粉末.武汉理工大学学报.26(1).4-6，2004 [5]Maria V. Gelfuso, Synthesis and Structural, Ferroelectric, [2]赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建.无铅压电陶瓷研究开发 and Piezoelectric Properties of SrBi Ti O Ceramics, J. 4 4 15进展.压电与声光.25(2).127-132，2003 [3]晏海学，李承 Am. Ceram.Soc. 82(9),2368-2372,1999恩，周家光等.高Tc铋层状压电陶瓷结构与性 STUDY ON PROCESSING ANDPROPERTY OF LEAD-FREE SrBi Ti O PIEZOELECTRIC CERAMICS 4 4 15 Hao hua, Ma Lin (Material Science and Engineering Department, Key Laboratory for Silicate Materials Science and Engineering,Wuhan University of Technology, Wuhan 430070) Abstract: The processing of lead-free SrBi Ti O piezoelectric ceramics was studied to choose synthesis 4 4 15 temperature (900?)and sintering temperature(1100?). Property of the sintered sample was tested. Piezoelectric parameter of lead-free SrBi Ti O ceramics was about10Pc/N. It needs some special processing to improve its 4 4 15 performance at certain direction. Keywords: lead-free piezoelectric ceramics，Piezoelectric parameter (上接 42 页?Continued from pgae 42) [2]J.P Roberts P. Popper, Piezoelectric Ceramics. London and New York; Academic Press 1977.253-255 [3]钟维 参考 文 献烈.铁电体物理学.北京科学出版社.1996，415-436 [4]上海科 技大学新型无机材料教研室.电子陶瓷基础 上 海人民出 [1]刘远权，陈也兴(合写).硅酸盐手册.北京轻工业出版社.版社.1977，3-14 [5]徐廷献.电子陶瓷材料.天津大学出版 1984，184-186.217-224社.1993，22-29 NOVEL SMALL PIEZOELECTRIC CERAMIC TRANSFORMER Pan Yu’an，Fan Yuenong，Hu Honghao，Cao Liangzu (Jingdezhen Ceramics Institute, Jingdezhen 333001) Abstract: This article introduces a new kind of electronic ceramic material, piezoelectric ceramic material, and its application in the field of transformer. And also particularly introduces the structure, working principle and wide application of the piezoelectric ceramic transformer. Keywords: piezoelectric ceramic, transformer, back electrical source file:///D|/新建Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建Microsoft Word 文档.txt2012/8/216:09:56