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压电陶瓷变压器研究现状综述 学院：材料学院 专业：材料学无机硕 课程: 压电陶瓷 教师: 孙清池教授 学号：2012208052 姓名：孟雪原 压电陶瓷变压器研究现状综述 摘 要：概述了压电陶瓷变压器的工作原理、应用、性能参数、等效电路，以及目前国内外的研究现状，并指出了存在的问题与今后的发展方向。在分类上做了细致的阐述。 关键词：压电变压器；性能参数；等效电路 Abstract: The principle, application, performance parameters and equivalent circuit of piezoelectric ceramic transformer are briefly introduced, as well as an overview of current research status at home and abroad, and points out the existing problems and the future development. Focus on exposition the classification of piezoelectric ceramic transformer Keywords: piezoelectric transformer, performance parameter, equivalent circuit 1引言 自发现压电陶瓷以来，其研究与应用就一直方兴未艾，目前已经被广泛应用于驱动器、 传感器以及变压器等的制作。 压电陶瓷变压器是用压电陶瓷材料经烧结，高压极化等工艺制造而成的新型电子变压器。它从50年代后期开始研制，并于70年代发展起来。与传统的铁芯线绕电磁变压器相比，具有以下优势：（1）体积小、重量轻；（2）负载短路保护；（3）无电磁干扰及高频下具有更高的能量密度；（4）结构简单，制作工艺简便，易批量生产；（5）适用于电子集成领域[1]。 随着研究的逐渐深入，利用压电材料的各种振动模式而设计出的各种压电陶瓷变压器应用到各个领域。近些年来，许多外形简单但电极设计精巧的压电陶瓷变压器也逐渐开始发展。 随着复合组分体系的功能陶瓷材料的研究开发，电子陶瓷材料与半导体集成电路工艺相结合成为压电陶瓷变压器的又一个发展趋势。随之而来的是如何确保微型功能化的问题。 2主要内容 2.1工作原理 压电变压器利用极化后的压电体的压电效应来实现电压输出。在压电变压器的输入部分用一个正弦波电压信号驱动，通过逆压电效应使输入部分产生振动，振动波通过输入和输出部分的机械结构耦合到输出部分，输出部分再通过正压电效应产生电荷，实现压电体的电能-机械能-电能的机电能量二次变换[2]。和普通电磁变压器一样，压电陶瓷变压器也具有电压变换、阻抗变换和电流变换等特性。　 2.2种类性能参数及应用 压电变压器是一种工作在音频或超音频范围内的声学电子器件,在结构、 原理和所用的材料上与传统的电磁式变压器完全不同。 按压电陶瓷的工作方式大致可以分成三种类型: 长条形结构型、厚度振动模式型、辐射振动模式型[3]。其基本结构如图 1 所示。图中，P 为极化方向，T为应力方向。 (a) 长条形结构的Rosen型变压器 (b) 厚度振动模式型变压器 (c)辐射振动模式型变压器 图1　 三种压电变压器的基本结构图 Rosen型压电变压器最适合的应用之一就是驱动高电压高阻抗的冷阴极荧光灯(广泛应用于笔记本电脑LCD显示)。厚度振动模式压电变压器是低压变压器，由于其内部电压增益很低，其工作效率最优时最佳匹配负载阻抗大约为10Ω左右，主要应用于低功率的变换器和适配器中。辐射振动模式压电变压器的输入部分和输出部分都是由工作于横向模式压电陶瓷组成的。效率最高时的最佳匹配输出负载阻抗大约为1kΩ左右，介于 Rosen 型和厚度振动型的最佳负载阻抗值之间，主要应用于镇流器、适配器和变换器中。 按变压比不同，压电陶瓷变压器可以分为升压变压器和降压变压器两种（图2，3）。在空载情况下，图2压电陶瓷升压变压器在谐振时的变压比由下式表示: 式中，Vo/ Vi 为空载时输出电压与输入电压之比；Qm为材料的机械品质因数； K31、 K33为材料的机电耦合系数；ι为变压器发电部分的长度；t 为变压器的厚度。从上式可知，在材料特性不变的情况下，随着ι/ t 的增大 ,变压比随之增大[4]。压电陶瓷升压变压器可以广泛应用到工业控制监视、个人电脑、笔记本型电脑、移动电话等液晶显示屏的背光电源中，具有广阔