多層壓電陶瓷變壓器的應(yīng)用及其行業(yè)發(fā)展趨勢
   多層壓電陶瓷變壓器(MPT)是20世紀(jì)50年代開始研制,并于70年代發(fā)展起來的新型電子變壓器,隨著新型壓電陶瓷材料的出現(xiàn),如鈦鋯酸鉛等高壓電常數(shù)、高Kp和高Qm,MPT的發(fā)展突飛猛進(jìn),具有傳統(tǒng)的線繞變壓器不可比擬的優(yōu)點.以MPT為核心電子器件的逆變器,也將是未來液晶顯示背景光源的主流.
關(guān)鍵詞:多層壓電陶瓷變壓器(MPT),逆變器(INVERTER)
一﹑多層壓電陶瓷變壓器與線繞變壓器的比較
    采用多層壓電陶瓷材料制成的MPT被業(yè)內(nèi)人士稱為繼傳統(tǒng)線繞變壓器及脈沖變壓器之后的“第三代”電子變壓器.電子變壓器是電子電路中的重要元件,起著絕緣﹑隔離﹑電壓/電流轉(zhuǎn)換﹑信號傳輸?shù)戎匾饔?
    壓電陶瓷變壓器的種類繁多,最常用的是升壓壓電陶瓷變壓器,工作原理:輸入壓電片的電振動能量通過逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動能,再通過正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能,在能量的這兩次轉(zhuǎn)換中實現(xiàn)阻抗變換,從而在壓電片的諧振頻率上獲得高的電壓輸出,即采用的是電＿機(jī)＿電能量轉(zhuǎn)換原理,在驅(qū)動端輸入一個與MPT諧振頻率一致的正弦交變電壓,壓電振子產(chǎn)生振動,傳導(dǎo)到輸出端,產(chǎn)生連續(xù)的正弦電壓.MPT實際上是一種壓電陶瓷振子,利用壓電陶瓷作為振動能量的傳遞,使輸入和輸出兩端間的電壓發(fā)生變化的器件.采用多層結(jié)構(gòu)后,每一單層厚度和層數(shù)可調(diào),驅(qū)動電壓不在受限制,因而可以使壓電變壓器總是工作在最佳狀態(tài).同時,由于結(jié)構(gòu)簡單,更易于批量生產(chǎn).
   線繞變壓器是由一個公共鐵氧體磁芯和繞在其上的多個線圈組成.能量轉(zhuǎn)換發(fā)生在介于磁通量和磁場之間的磁芯中,采用的是電＿磁＿電能量轉(zhuǎn)換原理.變壓器的電壓增益可以通過次級線圈和初級線圈之間的匝數(shù)比N2/N1來確定.
   通過對兩種變壓器的工作原理分析,可以看出,線繞變壓器的鐵芯平面正交于線圈平面,構(gòu)成立方體,因此很難在幾何尺寸上有所突破,尤其是在厚度,目前,線繞變壓器的最小厚度約為7~8毫米.MPT的電能和機(jī)械能是在同一平面上進(jìn)行轉(zhuǎn)換,因此,可以做得很薄,由我司生產(chǎn)的MPT,厚度為3毫米,這是線繞變壓器難以達(dá)到的尺寸.
   MPT的主要技術(shù)特點:
1. 厚度一般不超過4毫米.
2. 轉(zhuǎn)換效率高,可達(dá)95%以上.
3. 具有負(fù)載短路自動截止工作的自保護(hù)特性
4. 可實現(xiàn)零電壓﹑零電流轉(zhuǎn)換.
5. 對于低阻負(fù)載具有準(zhǔn)恒流輸出特性.
6. 無反峰壓﹑可靠保護(hù)功率放大電路.
7. 無電磁干擾.
8. 無線圈擊穿﹑霉斷
9. 抗鹽霧﹑耐候性好,尤其適于海洋性氣候.
10. 溫升低.
綜上所述,MPT具有效率高﹑體積小﹑厚度薄﹑無電磁干擾﹑回路簡單﹑重量輕﹑升壓比高﹑正弦運行﹑高激發(fā)電壓﹑不可燃等優(yōu)點,應(yīng)用領(lǐng)域和市場需求非常巨大.但是,線繞變壓器雖然厚﹑重﹑低效,但它也具有成本低﹑負(fù)載范圍大的優(yōu)勢.我司生產(chǎn)的MPT基本參數(shù)見表一.
表一

MPT 備注
MPT3006 MPT3307 MPT3608
外型尺寸 30×6×3 33×7×3 36×8×3
額定功率 5W 7W 9W
輸入電容 110nF±15 nF 165 nF±20 nF 200nF±20 nF
諧振頻率 55KHZ±2 KHZ 51KHZ±2 KHZ 47KHZ±2 KHZ
膜厚×層數(shù) 0．17×19 0．17×19 0．17×19
二﹑多層壓電陶瓷變壓器的應(yīng)用
    MPT的典型應(yīng)用之一就是驅(qū)動CCFL.CCFL,稱為冷陰極熒光燈,通常作為筆記本電腦和便攜電子設(shè)備的彩色液晶顯示(LCD)的背景光源,是目前最高效的顯示器背景照明光源.CCFL的工作特性非常適合MPT,CCFL在啟動時需要1000V以上的高壓,平穩(wěn)工作狀態(tài)下電壓為500V以上,阻抗較啟動時下降10kΩ,輸出電流一般為5mA~6mA.MPT的特點是輸入阻抗高,輸出電流小,輸出電壓隨阻抗變化大;CCFL的特性與MPT的特性完全相符.由我司自行研制的逆變器,是以BIT3107為控制電路,全橋功率轉(zhuǎn)換電路為驅(qū)動電路,點燃CCFL.BIT3107為DC/AC芯片,最多可驅(qū)動8只CCFL,工作溫度范圍寬,線形度好,可靠性高.以BIT3107和MPT為關(guān)鍵元器件的逆變器,最小厚度為5毫米;轉(zhuǎn)換效率高,達(dá)90%以上;無電磁輻射;工作電壓范圍寬,恒功率輸出.
三﹑多層壓電陶瓷變壓器及逆變器的發(fā)展趨勢
   進(jìn)入20世紀(jì)80年代,隨著大規(guī)模集成電路(IC)的發(fā)展,表面安裝片型化電子元器件逐漸主導(dǎo)市場,整機(jī)裝配密度越來越高,薄﹑輕﹑短﹑小是未來的電子設(shè)備發(fā)展方向.MPT正是適應(yīng)這個發(fā)展而產(chǎn)生的,隨之應(yīng)運而生的超薄﹑超小的逆變器更令電子產(chǎn)品制造商興奮.隨著市場發(fā)展,MPT今后將向高功率﹑高效率﹑高可靠性的方向發(fā)展,進(jìn)一步拓展應(yīng)用范圍.
與由傳統(tǒng)線繞變壓器組成的逆變器相比,由MPT組成的逆變器具有得天獨厚的優(yōu)勢,完全符合電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢,最終將完全取代傳統(tǒng)逆變器.
近來,車載TV﹑Portable DVD等便攜式產(chǎn)品的市場占有率越來越高,受產(chǎn)品空間的制約,對系統(tǒng)主板的集成一體化和可靠性要求也更高,因此,集成度高的IC+MPT的綜合使用,是逆變器另一個發(fā)展方向,即IC+MPT與系統(tǒng)主板一體化,不在單獨使用逆變器,作為背景光源.
    以上討論了MPT和INVERTER,隨著電子設(shè)備的迅猛發(fā)展,產(chǎn)品性能也在不斷提高,高穩(wěn)定﹑大容量﹑窄間距高精度﹑低功耗﹑高可靠﹑低老化﹑高頻段﹑低價位已成為顯著特點,因此,對產(chǎn)品的設(shè)計也提出了更高的要求.

多層陶瓷變壓器的的技術(shù)關(guān)鍵在于低溫?zé)Y(jié)技術(shù)(即獨石化技術(shù))和大功率壓電材料,設(shè)計方面主要考慮驅(qū)動電壓的高低(變比的要求),頻率的要求,功率的大小,這要看應(yīng)用的場合.通常10瓦以下教容易做到.變比跟負(fù)載有很大關(guān)系,負(fù)載阻抗大,升壓比越高.目前多數(shù)壓電變壓器以ROSEN結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),變換出各種形式.

Q:什么是壓電現(xiàn)象?
A:自然界中有一類晶體,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在有不重合的正負(fù)電荷中心,當(dāng)受到外力作用時,正負(fù)電荷中心發(fā)生變化,從而使其表面束縛的空間電荷發(fā)生變化,釋放出自由電荷.(壓電效應(yīng))
反之,當(dāng)施加外部電場時,晶體產(chǎn)生尺寸上的變化 .(逆壓電效應(yīng))
Q:什么是壓電陶瓷?
A:陶瓷是一類多晶材料,內(nèi)部有許多微小的晶體組成,經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成.壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的多晶燒結(jié)體,它能夠把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,與壓電單晶相比,它具有制造方便、設(shè)備簡單、成本低、不受尺寸大小限制, 通過調(diào)節(jié)組分可在很寬的范圍內(nèi)改變材料的性能,以適應(yīng)各種不同用途需要.
Q:什么是壓電變壓器?
A:壓電變壓器是20世紀(jì)50年代開始研制,并于70年代發(fā)展起來的新型電子變壓器,與傳統(tǒng)線繞變壓器相比,具有體積小、重量輕、耐溫高、耐輻射、高可靠、試用時不會擊穿、不產(chǎn)生電磁干擾等優(yōu)良特性.壓電變壓器還具有電壓變換、阻抗變換賀電流變換等功能,轉(zhuǎn)化效率高.
升壓型壓電變壓器的結(jié)構(gòu)主要采取rosen型,如圖

其原理是:當(dāng)驅(qū)動部分加上交變電壓時,由于逆壓電效應(yīng),壓電片沿長度方向產(chǎn)生伸縮振動,將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能;而發(fā)電部分則通過正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,從而輸出電壓.因壓電片的長度遠(yuǎn)大于厚度,故輸出阻抗遠(yuǎn)大于輸入阻抗,致使輸出電壓遠(yuǎn)大于輸入電壓.
Q: 壓電變壓器振動模式有哪些?
A:通常rosen型壓電變壓器有兩種振動模式:
半波(λ/2)振動和全波(λ)振動
其諧振態(tài)的質(zhì)點位移和應(yīng)力分布如圖所示







表示支點(位移為零處)

Q:壓電變壓器的主要特性有那些?
A: 壓電變壓器的特性
(1) 固定負(fù)載下,變壓器的輸出電壓與輸入電壓成正比.(圖1)
(2) 負(fù)載越大,壓電變壓器的輸出電壓越高.(空載升壓比高達(dá)8000)(圖2)
(3) 能量轉(zhuǎn)換效率高,可達(dá)97%以上.
(4) 體積小,可實現(xiàn)片式化.
(5) 輸入阻抗隨負(fù)載阻抗減少而增加,當(dāng)負(fù)載短路或高壓放電時,變壓器輸入阻抗迅速增加而使變壓器及其他外圍元件不致燒毀,因而有短路自保護(hù)功能.(圖3)
(6) 壓電變壓器的升壓比是頻率的函數(shù),以其諧振頻率附近的正弦電壓驅(qū)動時效果最好(圖4)

                  






                                            
          

Q:壓電變壓器應(yīng)用有那些?
A:背光電源
  LCD顯示器需要CCFL作為顯示器的光源提供者,在產(chǎn)品日益小型化、片式化,高效、節(jié)能的今天,以及CCFL固有特性,即燈管擊穿電壓高,工作電壓則相對較低,正適合壓電變壓器體積小、效率高,輸出隨負(fù)載變化的特性,而廣泛應(yīng)用.并且,在LCD TV方面,壓電變壓器的高升壓比的優(yōu)勢得到充分體現(xiàn).所以,在筆記本電腦、便攜式DVD、車載LCD TV、LCD TV等方面,壓電變壓器越來越多地得到客戶的認(rèn)可和使用.
(1) 負(fù)離子發(fā)生器
   追求健康是人類共同的目標(biāo).壓電變壓器在負(fù)離子發(fā)生器的應(yīng)用恰好利用了壓電變壓器高的升壓比,高的輸出電荷密度,大大提高了負(fù)離子的產(chǎn)生濃度,造福人類健康.同時,壓電變壓器在負(fù)載短路或高壓放電情況下不至于燒毀變壓器和外圍電路元件.
(2) 小型高壓電源
  壓電變壓器可以使小型高壓電源設(shè)計的體積更小,電磁干擾更小,轉(zhuǎn)換效率更高.














表:壓電陶瓷變壓器應(yīng)用

好帖!頂一頂!

沒見到表啊

sorry,我也不知道為什么表和圖不見了

樓主,你是那家公司的,小弟在壓電行業(yè)混過

KH

國內(nèi)做多層壓電陶瓷變壓器,能達(dá)到批量能力,應(yīng)該沒有第二家吧.

表和圖是圖片格式,需要用上傳的方式而不能用粘貼的方式.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/37/1137139395.png');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/37/1137139410.png');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

小弟也在壓電混 現(xiàn)在在深圳富康

用在電擊棍上面的是這個東西吧??

壓電變壓器能否出脈沖高壓4000—7000v點火電壓,如何解決,謝謝指教.

這種變壓器工作的時候,諧振頻率會受環(huán)境的影響而變了,導(dǎo)致不能保證一直工作在諧振狀態(tài),請問怎么使壓電陶瓷變壓器始終工作在諧振頻率處