壓電陶瓷變壓器在開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用分析
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
全橋逆變電路使用開(kāi)關(guān)元件多，而對(duì)于壓電陶瓷變壓器半橋逆變電路，其主電路結(jié)構(gòu)有幾種方式(如圖5所示)。圖5(a)中需要借助壓電陶瓷變壓器才能完成零電壓開(kāi)關(guān)；圖5(b)中的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，諧振能量會(huì)在諧振環(huán)中流動(dòng)，最終回送到輸入當(dāng)中去。這些送回去的能量越多，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件承受的應(yīng)力就越大，在電路中損失的能量也越多；圖5(c)中串聯(lián)電感，與變壓器的靜態(tài)電容一起，可以保證壓電變壓器工作在較好的狀態(tài)，但在設(shè)計(jì)上存在一定限制。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/180284.htm
目前有一種LLC諧振半橋逆變電路，如圖5(d)所示，具有實(shí)現(xiàn)原邊兩個(gè)主MOS開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通(ZVS)和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷(ZCS)功能，且進(jìn)入壓電陶瓷變壓器的激勵(lì)信號(hào)為正弦信號(hào)。
2．2 控制電路
在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，壓電陶瓷變壓器的溫度會(huì)發(fā)生變化，且所帶的負(fù)載也隨時(shí)在變化，這兩個(gè)因素會(huì)引起壓電陶瓷變壓器的諧振頻率發(fā)生變化。如果電源電路輸出固定頻率的激勵(lì)信號(hào)，不能跟蹤壓電陶瓷變壓器的諧振頻率，那么壓電陶瓷變壓器諧振頻率變化時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率因不能工作在諧振狀態(tài)下大大降低，甚至不工作。因此要求主電路的輸出頻率能跟蹤壓電陶瓷變壓器的諧振頻率。目前頻率跟蹤方式如表1所示。
在實(shí)際的應(yīng)用中，如果電壓調(diào)節(jié)范圍比較大，雖然可通過(guò)PFM調(diào)節(jié)方法實(shí)現(xiàn)，但這種方法不僅調(diào)節(jié)范圍窄，而且影響壓電冉瓷變壓器的最佳工作狀態(tài)。因此在要求調(diào)節(jié)范圍大的應(yīng)用場(chǎng)合可通過(guò)PWM與PFM共同完成。
3 基于壓電陶瓷變壓器開(kāi)關(guān)電源的實(shí)際應(yīng)用
從目前發(fā)展現(xiàn)狀看，升壓型壓電陶瓷變壓器超前于降壓型壓電變壓器，其實(shí)用程度較為廣泛。較為典型的應(yīng)用是升壓型壓電陶瓷變壓器在冷陰極熒光燈(CCFL)驅(qū)動(dòng)電源的應(yīng)用。冷陰極熒光燈(CCFL)驅(qū)動(dòng)電源特點(diǎn)通常是輸入電壓低，輸出電壓很高，達(dá)到1 kV，但是輸出功率比較小，為了得到較高的輸出電壓，傳統(tǒng)的電磁變壓器需要匝數(shù)數(shù)量較大，且繞組線徑非常小，給制造帶來(lái)一定難度，且存在安全隱患，而用壓電陶瓷變壓器很容易實(shí)現(xiàn)。升壓型壓電陶瓷變壓器主要應(yīng)用還有液晶顯示器(LCD)背光照明、電子警棍、負(fù)離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、靜電噴漆、靜電除塵、靜電復(fù)印機(jī)、掃描電子顯微鏡等高壓發(fā)生裝置中。而降壓型壓電陶瓷變壓器主要應(yīng)用有計(jì)算機(jī)、手機(jī)、攝像機(jī)等便攜式電子設(shè)備的AC-DC適配器及各種DC-DC模塊電源、各種超小型模塊電源、手提充電器等。
4 結(jié)束語(yǔ)
壓電陶瓷變壓器的特點(diǎn)使得采用壓電陶瓷變壓器的開(kāi)關(guān)電源較為容易的解決了EMI、不能微型化等問(wèn)題，且更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛用于高壓輸出，或小功率輸出場(chǎng)合。但如文章所述，壓電陶瓷變壓器必須工作在諧振狀態(tài)，轉(zhuǎn)換效率才能得到保證，因此壓電陶瓷變壓器的開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)要求十分苛刻，需要配合壓電陶瓷變壓器，輸出頻率可調(diào)的正弦激勵(lì)信號(hào)。
評(píng)論