压电变压器
发布时间:2008/10/8 0:00:00 访问次数:508
前面介绍的变压器属于电磁式变压器,压电变压器pt(piezo electric transformer)属于电一机械式,已不属于磁性元件的范围。pt是利用压电陶瓷材料做成的.这种压电材料具有交流电压一机械振动一电压振荡的性质,藉以传送能量,机械能量的密度远比磁能大。压电材料有二种振动模式:长度、宽度和厚度。早期的pt是利用长度振动模式,做成l00 khz高压发生器(1956年),这种振动模式的主要缺点是:内阻抗大,谐振频率低,损耗大。
20世纪90年代初,日本zaitsu等提出利用厚度振动模式的pt在高频功率转换器中的应用(peso,1994),并得到美国专利。其主要优点是:功率密度高(如20w/cm3)、成本低、内耗小、效率高、无磁噪声等,可以实现轻、小、薄的低压小功率转换器,图1所示即为pt的结构示意图及其等效电路模型。
图1压电变压器pt
从图1(a)所示的pt结构示意图可知,pt共有三层:即输入层、输出层、绝缘层。虽然没有绕组,但输入层、输出层之间却是隔离的。输入端加交流电压,压电材料受应力,有位移,并在厚度方向产生振动,此振动与输人电压的频率有关,于是输出电路就有电振荡。按照上面介绍的原理,pt可以等效成一个定常集中参数电路模型,如图1(b)所示。这是一个带通滤波器,并具有变压功能。由rlc串联谐振电路及变比为n∶1的变压器组成,在输人端与输出端有大电容c1、c2。压电材料输入层、输出层的厚度比决定了变比n。pt的谐振频率达千赫级,应用于zvs转换器比较合适,并且,若用于pwm转换器,输人电容c,产生的容性开通损耗太大。
pt及其在高频功率转换器中应用是20世纪90年代国际功率转换器领域的研究热点之一,内容包括:压电材料的损耗评估,pt的设计方法,仿真、参数分析、有限元分析、振动速度极限,n的高频性能等。
pt在高频zvs转换器中的应用已有报道,下面介绍一个实例。
图2所示为一个用pt作为转换器的ac/dc转换器、500khz、8w.ac110/dc12v,效率97%。pt用环形压电材料,变比8∶1,pt输人端电感△可以使转换器满足zvs要求,同时还起到滤波作用,并可以减小emi,使pt输人电流为正弦。
图2 应用pt的ac/dc转换器
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前面介绍的变压器属于电磁式变压器,压电变压器pt(piezo electric transformer)属于电一机械式,已不属于磁性元件的范围。pt是利用压电陶瓷材料做成的.这种压电材料具有交流电压一机械振动一电压振荡的性质,藉以传送能量,机械能量的密度远比磁能大。压电材料有二种振动模式:长度、宽度和厚度。早期的pt是利用长度振动模式,做成l00 khz高压发生器(1956年),这种振动模式的主要缺点是:内阻抗大,谐振频率低,损耗大。
20世纪90年代初,日本zaitsu等提出利用厚度振动模式的pt在高频功率转换器中的应用(peso,1994),并得到美国专利。其主要优点是:功率密度高(如20w/cm3)、成本低、内耗小、效率高、无磁噪声等,可以实现轻、小、薄的低压小功率转换器,图1所示即为pt的结构示意图及其等效电路模型。
图1压电变压器pt
从图1(a)所示的pt结构示意图可知,pt共有三层:即输入层、输出层、绝缘层。虽然没有绕组,但输入层、输出层之间却是隔离的。输入端加交流电压,压电材料受应力,有位移,并在厚度方向产生振动,此振动与输人电压的频率有关,于是输出电路就有电振荡。按照上面介绍的原理,pt可以等效成一个定常集中参数电路模型,如图1(b)所示。这是一个带通滤波器,并具有变压功能。由rlc串联谐振电路及变比为n∶1的变压器组成,在输人端与输出端有大电容c1、c2。压电材料输入层、输出层的厚度比决定了变比n。pt的谐振频率达千赫级,应用于zvs转换器比较合适,并且,若用于pwm转换器,输人电容c,产生的容性开通损耗太大。
pt及其在高频功率转换器中应用是20世纪90年代国际功率转换器领域的研究热点之一,内容包括:压电材料的损耗评估,pt的设计方法,仿真、参数分析、有限元分析、振动速度极限,n的高频性能等。
pt在高频zvs转换器中的应用已有报道,下面介绍一个实例。
图2所示为一个用pt作为转换器的ac/dc转换器、500khz、8w.ac110/dc12v,效率97%。pt用环形压电材料,变比8∶1,pt输人端电感△可以使转换器满足zvs要求,同时还起到滤波作用,并可以减小emi,使pt输人电流为正弦。
图2 应用pt的ac/dc转换器
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