壓電陶瓷變壓器及其應(yīng)用

圖9 高壓電源原理圖

　
4、壓電陶瓷變壓器發(fā)展趨勢(shì)
　　
與其它陶瓷元器件一樣，日本在壓電陶瓷變壓器方面擁有非常雄厚的技術(shù)實(shí)力，NEC、Tamura、日本金屬、TDK、Epson、Tokin、Mitsbishi、本田（Hodan）、村田制作所（Murata）、Panasonic、TOTO、京瓷（Kyocera）、東京工業(yè)大學(xué)、山形大學(xué)等公司和研究機(jī)構(gòu)都卷入到壓電陶瓷變壓器的研發(fā)。美國(guó)賓州州立大學(xué)智能材料實(shí)驗(yàn)室、德州儀器（TI）、摩托羅拉、德國(guó)西門子、荷蘭飛利浦、法國(guó)阿爾卡特公司、波蘭陶瓷研究所、韓國(guó)Tronix公司和DFT公司、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的先寧電子和新巨公司等多家公司也都從事壓電陶瓷變壓器材料與器件的研發(fā)。
　　
中國(guó)大陸從事壓電陶瓷變壓器研發(fā)的單位有西安康鴻、深圳富康、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第26研究所、北京漢之源、北京海特創(chuàng)源、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所等。
　　
未來(lái)幾年壓電陶瓷變壓器的發(fā)展趨勢(shì)是其具有更高的升壓比、更小的體積和更低的驅(qū)動(dòng)電壓，要求像阻容元件那樣系列化、規(guī)范化、片式小型化。為此，各大研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠商都在圍繞以下三個(gè)方面開展工作：
　　
1．繼續(xù)開發(fā)大功率壓電陶瓷材料
　　
壓電陶瓷變壓器是利用壓電陶瓷材料的正、逆壓電效應(yīng)，并以其諧振頻率激發(fā)出電壓，因此，要求壓電陶瓷材料具有高的機(jī)電耦合系數(shù)，高的機(jī)械品質(zhì)因素；同時(shí)，要求介質(zhì)損耗tgδ要很低，以避免工作時(shí)產(chǎn)生損耗發(fā)熱，為了進(jìn)一步提高升壓比，應(yīng)開發(fā)振動(dòng)速度更高的壓電陶瓷材料。另外，為了制作小功率（1W）的微型變壓器，應(yīng)開發(fā)壓電膜變壓器。
　　
2．研究大功率的結(jié)構(gòu)形式
　　
目前，使用的壓電陶瓷變壓器多數(shù)為單片形或多層長(zhǎng)條形的，這種結(jié)構(gòu)的器件制作工藝簡(jiǎn)單，升壓比較高，但負(fù)載能力差，功率小，功率密度14W/cm3，一般用于高電壓、小電流、高阻抗負(fù)載。要適應(yīng)大功率的應(yīng)用，必須開發(fā)圓片形、方片形或圓環(huán)多層獨(dú)石結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷變壓器，這一類的器件制備工藝相對(duì)復(fù)雜些，但功率密度和承載能力要比長(zhǎng)條形器件的大，現(xiàn)有報(bào)道，這類結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷變壓器功率密度可達(dá)40W/cm3，負(fù)載100KΩ的有效升壓比可達(dá)80倍，而長(zhǎng)條單片型負(fù)載100KΩ的有效升壓比10倍，疊層形負(fù)載100KΩ的有效升壓比50倍。
　　
3．驅(qū)動(dòng)、控制電路集成化
　　
壓電陶瓷變壓器能否充分發(fā)揮其高轉(zhuǎn)換效率，工作時(shí)功率的大小，很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)電路和反饋控制電路的優(yōu)劣。有必要研究開發(fā)頻率的跟蹤范圍寬，能可靠控制壓電陶瓷變壓器始終在其諧振點(diǎn)工作，體積小、成本低的集成電路，能與壓電陶瓷變壓器配套裝配成各種規(guī)格的電源模塊，供應(yīng)市場(chǎng)，便于壓電陶瓷變壓器的推廣應(yīng)用。