第三代电子变压器---压电陶瓷变压器, 请进~~

多层压电陶瓷变压器的应用及其行业发展趋势
   多层压电陶瓷变压器(MPT)是20世纪50年代开始研制,并于70年代发展起来的新型电子变压器,随着新型压电陶瓷材料的出现,如钛锆酸铅等高压电常数、高Kp和高Qm,MPT的发展突飞猛进,具有传统的线绕变压器不可比拟的优点.以MPT为核心电子器件的逆变器,也将是未来液晶显示背景光源的主流.
关键词:多层压电陶瓷变压器(MPT),逆变器(INVERTER)
一﹑多层压电陶瓷变压器与线绕变压器的比较
    采用多层压电陶瓷材料制成的MPT被业内人士称为继传统线绕变压器及脉冲变压器之后的“第三代”电子变压器.电子变压器是电子电路中的重要元件,起着绝缘﹑隔离﹑电压/电流转换﹑信号传输等重要作用.
    压电陶瓷变压器的种类繁多,最常用的是升压压电陶瓷变压器,工作原理:输入压电片的电振动能量通过逆压电效应转换成机械振动能,再通过正压电效应转换成电能,在能量的这两次转换中实现阻抗变换,从而在压电片的谐振频率上获得高的电压输出,即采用的是电＿机＿电能量转换原理,在驱动端输入一个与MPT谐振频率一致的正弦交变电压,压电振子产生振动,传导到输出端,产生连续的正弦电压.MPT实际上是一种压电陶瓷振子,利用压电陶瓷作为振动能量的传递,使输入和输出两端间的电压发生变化的器件.采用多层结构后,每一单层厚度和层数可调,驱动电压不在受限制,因而可以使压电变压器总是工作在最佳状态.同时,由于结构简单,更易于批量生产.
   线绕变压器是由一个公共铁氧体磁芯和绕在其上的多个线圈组成.能量转换发生在介于磁通量和磁场之间的磁芯中,采用的是电＿磁＿电能量转换原理.变压器的电压增益可以通过次级线圈和初级线圈之间的匝数比N2/N1来确定.
   通过对两种变压器的工作原理分析,可以看出,线绕变压器的铁芯平面正交于线圈平面,构成立方体,因此很难在几何尺寸上有所突破,尤其是在厚度,目前,线绕变压器的最小厚度约为7~8毫米.MPT的电能和机械能是在同一平面上进行转换,因此,可以做得很薄,由我司生产的MPT,厚度为3毫米,这是线绕变压器难以达到的尺寸.
   MPT的主要技术特点:
1. 厚度一般不超过4毫米.
2. 转换效率高,可达95%以上.
3. 具有负载短路自动截止工作的自保护特性
4. 可实现零电压﹑零电流转换.
5. 对于低阻负载具有准恒流输出特性.
6. 无反峰压﹑可靠保护功率放大电路.
7. 无电磁干扰.
8. 无线圈击穿﹑霉断
9. 抗盐雾﹑耐候性好,尤其适于海洋性气候.
10. 温升低.
综上所述,MPT具有效率高﹑体积小﹑厚度薄﹑无电磁干扰﹑回路简单﹑重量轻﹑升压比高﹑正弦运行﹑高激发电压﹑不可燃等优点,应用领域和市场需求非常巨大.但是,线绕变压器虽然厚﹑重﹑低效,但它也具有成本低﹑负载范围大的优势.我司生产的MPT基本参数见表一.
表一

MPT 备注
MPT3006 MPT3307 MPT3608
外型尺寸 30×6×3 33×7×3 36×8×3
额定功率 5W 7W 9W
输入电容 110nF±15 nF 165 nF±20 nF 200nF±20 nF
谐振频率 55KHZ±2 KHZ 51KHZ±2 KHZ 47KHZ±2 KHZ
膜厚×层数 0．17×19 0．17×19 0．17×19
二﹑多层压电陶瓷变压器的应用
    MPT的典型应用之一就是驱动CCFL.CCFL,称为冷阴极荧光灯,通常作为笔记本电脑和便携电子设备的彩色液晶显示(LCD)的背景光源,是目前最高效的显示器背景照明光源.CCFL的工作特性非常适合MPT,CCFL在启动时需要1000V以上的高压,平稳工作状态下电压为500V以上,阻抗较启动时下降10kΩ,输出电流一般为5mA~6mA.MPT的特点是输入阻抗高,输出电流小,输出电压随阻抗变化大;CCFL的特性与MPT的特性完全相符.由我司自行研制的逆变器,是以BIT3107为控制电路,全桥功率转换电路为驱动电路,点燃CCFL.BIT3107为DC/AC芯片,最多可驱动8只CCFL,工作温度范围宽,线形度好,可靠性高.以BIT3107和MPT为关键元器件的逆变器,最小厚度为5毫米;转换效率高,达90%以上;无电磁辐射;工作电压范围宽,恒功率输出.
三﹑多层压电陶瓷变压器及逆变器的发展趋势
   进入20世纪80年代,随着大规模集成电路(IC)的发展,表面安装片型化电子元器件逐渐主导市场,整机装配密度越来越高,薄﹑轻﹑短﹑小是未来的电子设备发展方向.MPT正是适应这个发展而产生的,随之应运而生的超薄﹑超小的逆变器更令电子产品制造商兴奋.随着市场发展,MPT今后将向高功率﹑高效率﹑高可靠性的方向发展,进一步拓展应用范围.
与由传统线绕变压器组成的逆变器相比,由MPT组成的逆变器具有得天独厚的优势,完全符合电子产品的发展趋势,最终将完全取代传统逆变器.
近来,车载TV﹑Portable DVD等便携式产品的市场占有率越来越高,受产品空间的制约,对系统主板的集成一体化和可靠性要求也更高,因此,集成度高的IC+MPT的综合使用,是逆变器另一个发展方向,即IC+MPT与系统主板一体化,不在单独使用逆变器,作为背景光源.
    以上讨论了MPT和INVERTER,随着电子设备的迅猛发展,产品性能也在不断提高,高稳定﹑大容量﹑窄间距高精度﹑低功耗﹑高可靠﹑低老化﹑高频段﹑低价位已成为显著特点,因此,对产品的设计也提出了更高的要求.

多层陶瓷变压器的的技术关键在于低温烧结技术(即独石化技术)和大功率压电材料,设计方面主要考虑驱动电压的高低(变比的要求),频率的要求,功率的大小,这要看应用的场合.通常10瓦以下教容易做到.变比跟负载有很大关系,负载阻抗大,升压比越高.目前多数压电变压器以ROSEN结构为基础,变换出各种形式.

Q:什么是压电现象?
A:自然界中有一类晶体,其内部结构存在有不重合的正负电荷中心,当受到外力作用时,正负电荷中心发生变化,从而使其表面束缚的空间电荷发生变化,释放出自由电荷.(压电效应)
反之,当施加外部电场时,晶体产生尺寸上的变化 .(逆压电效应)
Q:什么是压电陶瓷?
A:陶瓷是一类多晶材料,内部有许多微小的晶体组成,经过高温烧结而成.压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶烧结体,它能够把电能转换成机械能或者把机械能转换成电能,与压电单晶相比,它具有制造方便、设备简单、成本低、不受尺寸大小限制, 通过调节组分可在很宽的范围内改变材料的性能,以适应各种不同用途需要.
Q:什么是压电变压器?
A:压电变压器是20世纪50年代开始研制,并于70年代发展起来的新型电子变压器,与传统线绕变压器相比,具有体积小、重量轻、耐温高、耐辐射、高可靠、试用时不会击穿、不产生电磁干扰等优良特性.压电变压器还具有电压变换、阻抗变换贺电流变换等功能,转化效率高.
升压型压电变压器的结构主要采取rosen型,如图

其原理是:当驱动部分加上交变电压时,由于逆压电效应,压电片沿长度方向产生伸缩振动,将电能转换成机械能;而发电部分则通过正压电效应将机械能转化成电能,从而输出电压.因压电片的长度远大于厚度,故输出阻抗远大于输入阻抗,致使输出电压远大于输入电压.
Q: 压电变压器振动模式有哪些?
A:通常rosen型压电变压器有两种振动模式:
半波(λ/2)振动和全波(λ)振动
其谐振态的质点位移和应力分布如图所示







表示支点(位移为零处)

Q:压电变压器的主要特性有那些?
A: 压电变压器的特性
(1) 固定负载下,变压器的输出电压与输入电压成正比.(图1)
(2) 负载越大,压电变压器的输出电压越高.(空载升压比高达8000)(图2)
(3) 能量转换效率高,可达97%以上.
(4) 体积小,可实现片式化.
(5) 输入阻抗随负载阻抗减少而增加,当负载短路或高压放电时,变压器输入阻抗迅速增加而使变压器及其他外围元件不致烧毁,因而有短路自保护功能.(图3)
(6) 压电变压器的升压比是频率的函数,以其谐振频率附近的正弦电压驱动时效果最好(图4)

                  






                                            
          

Q:压电变压器应用有那些?
A:背光电源
  LCD显示器需要CCFL作为显示器的光源提供者,在产品日益小型化、片式化,高效、节能的今天,以及CCFL固有特性,即灯管击穿电压高,工作电压则相对较低,正适合压电变压器体积小、效率高,输出随负载变化的特性,而广泛应用.并且,在LCD TV方面,压电变压器的高升压比的优势得到充分体现.所以,在笔记本电脑、便携式DVD、车载LCD TV、LCD TV等方面,压电变压器越来越多地得到客户的认可和使用.
(1) 负离子发生器
   追求健康是人类共同的目标.压电变压器在负离子发生器的应用恰好利用了压电变压器高的升压比,高的输出电荷密度,大大提高了负离子的产生浓度,造福人类健康.同时,压电变压器在负载短路或高压放电情况下不至于烧毁变压器和外围电路元件.
(2) 小型高压电源
  压电变压器可以使小型高压电源设计的体积更小,电磁干扰更小,转换效率更高.














表:压电陶瓷变压器应用

好帖!顶一顶!

没见到表啊

sorry,我也不知道为什么表和图不见了

楼主,你是那家公司的,小弟在压电行业混过

KH

国内做多层压电陶瓷变压器,能达到批量能力,应该没有第二家吧.

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.

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小弟也在压电混 现在在深圳富康

用在电击棍上面的是这个东西吧??

压电变压器能否出脉冲高压4000—7000v点火电压,如何解决,谢谢指教.

这种变压器工作的时候,谐振频率会受环境的影响而变了,导致不能保证一直工作在谐振状态,请问怎么使压电陶瓷变压器始终工作在谐振频率处