片型化多层（独石）压电陶瓷变压器及其应用.docVIP

片型化多层（独石）压电陶瓷变压器及其应用摘 要：片型化多层（独石）压电陶瓷变压器利用压电陶瓷材料所具有的特性，实现了变压器元件的片型化、高效率、安全稳定性。采用多层独石工艺制成的压电陶瓷变压器已广泛应用于笔记本电脑、手机、PDA、便携式DVD等信息产品中。关键词：片型化、多层（独石）、压电陶瓷变压器1 概述随着现代化科学技术的发展，特别是电子信息产业的高速发展，大型综合化和小型集成化是信息产品的两大发展方向。在小型集成化方面，电子产品的小型化、高效率、节能性及安全稳定性等方面受到人们的高度重视。如笔记本电脑、PDA、数码相机、手机、液晶TV等正向着薄型化、高效率、节能型的方向发展，因而对电子元器件特别是变压器提出了更高的要求。近年来，蓬勃发展起来的表面安装技术（SMT）极有力地推动了电子元器件行业的发展，各种微型封装的集成电路、片式电阻、片式电容、片式电感相继问世，组成了片式元件（SMD）的大家族。唯有变压器，由于铁磁式的磁路设计要求，电流方向必须与磁场方向正交，即线圈平面与闭合磁路平面正交，必须构成一个立方体，很难做到片型化，在一定程度上制约了电子信息产品（特别是便携式）向高效化及短、小、轻、薄方向的发展。采用压电陶瓷材料制成的多层压电陶瓷变压器，利用压电陶瓷具有的电-机-电的能量转换机理，改变了传统式绕线变压器所采用的电-磁-电能量转换机理，电能与机械能可以设置在同一平面上进行转换，因而可以实现变压器的片型化，使国际上电子元器件行业所关注的变压器片式化问题得到解决。压电陶瓷变压器具有机械能和电能之间能量转换特性，组成的片型化多层（独石）压电陶瓷变压器与传统式的绕线式变压器比较，具有高效率（效率提高10%以上、从而大幅节约电力，延长便携机的电池使用寿命）、薄型化、无电磁干扰、不易燃、安全稳定简化电路设计、重量轻等优点，升压比也比绕线变压器高。由于压电陶瓷变压器是以谐振方式工作，只有在一些特定的频率下才会有较大的电压增压，因此必须用最合适的驱动回路和控制回路，组合而成各类薄型化液晶显示屏背景灯光电源，也可组成低电流高压电源，组成各类薄型化充电器及压电陶瓷的系列产品。2．压电陶瓷变压器及其制备方法2．1 压电陶瓷变压器的特征压电陶瓷变压器是利用陶瓷材料具有机械能与电能间能量转换特性而制成，其基本原理是利用输入电压的激发使压电陶瓷片处在共振状态，再由输出端电极利用正压电效应将高应变产生的机械能换成电能而达到变压的效果。在自然界的32种晶体点群中，分为中心对称和非中心对称两大类，在非中心对称类型中又分为极性和非极性两种。32种晶体点群中有20种为非中心对称（432类型除外），它们都具有压电效应，在压电体内有相当一部分为铁电体。铁电体具有自发极化，而且自发极化可以随外电场而取向，凡是铁电体都必然是压电体。自发极化方向可以随外电场的作用而变化，所有的压电材料都具备这个性质，因而各向同性的多晶材料-陶瓷，可以通过施加外电场的方式使得晶体内部电畴做到取向一致，即极化，而实现材料特性的各向异性。在一个极化好的陶瓷件上施加一个正压力，由于形变的作用改变了自发极化的偶极距，使得原在外电极上平衡瓷体内部束缚电荷的自由电荷产生变化，多余的电荷流入所连接的电路，这种由压而产生电的现象就是压电效应（即正压电效应）。现在压电现象应用比较广泛，如打火机、家用燃气灶点火器，都是通过对压电陶瓷体施加一个冲击力而产生电火花来点燃可燃气体。当给压电陶瓷体施加一个与极化方向相同（或相反）的电场时，由于电场方向与极化方向相同（或相反），起着极化强度增大（或减小）的作用，使压电陶瓷体引起沿极化方向增长（或缩短）产生应变与应力。该应力与应变可以作用在外界物体或传播介质上，这就是逆压电效应。这种效应已用在如声纳、蜂鸣器、超声雾化器等方面。若将逆压电效应与正压电效应组合起来，在压电陶瓷的一部分上施加一个正弦交变电场，使瓷体产生机械简谐振动。若交变频率与瓷体的固有谐振频率相同，则瓷体产生机械共振，达到最大的振幅，产生了应力与应变，当这个机械共振的纵驻波传导至压电陶瓷的另一部分时，因应力波的作用，在瓷体上由正压电效应产生一相应频率的电荷输出，压电陶瓷变压器就是根据这个原理制成的。压电变压器是七十年代发展起来的新型电子变压器。它是用铁电陶瓷材料经烧结、高压极化等工艺制造而成，早期使用钛酸钡材料，升压比很低，实用价值不大，随着锆钛酸铅等高KP和高Qm压电陶瓷材料的出现，压电变压器的研制才取得了显著进展。压电变压器有工作在超音频范围的升压压电变压器，也有工作频率为工频的降压压电变压器。与传统的铁芯绕线电磁变压器相比，具有体积小、重量轻、使用时不会击穿、变压器本身耐高温不会燃烧、不引起电磁干扰，且结构简单，制作工艺简便，易大批生产等优点，和普通电磁变压器一样，压