压电陶瓷变压器及其应用

压电陶瓷变压器及其应用

压电陶瓷变压器是用铁电陶瓷材料经烧结和高压极化等工艺制成的一种新型电子变压器，其结构和工作原理与电磁绕线式等传统变压器是截然不同的。

人们对压电陶瓷变压器的研究始于20世纪50年代中后期。美国的Rosen于1956年阐述了压电陶瓷变压器的基本原理，并制备出长条形单片压电陶瓷变压器。由于当时的这种变压器采用的是压电性能差和居里温度低的钛酸钡（BaTiO3）材料，功率太小，成本也太高，并且工艺不成熟，因而未能引起人们的重视。在20世纪60年代到70年代初，关于压电陶瓷材料的研究取得了一些进展，在70年代压电陶瓷变压器发展成为一种新型的电子陶瓷变压器，并在80年代被推广应用到电视机、雷达终端显示器等的高压电源领域。这一时期，人们对与压电陶瓷变压器相关的最熟悉的产品就是压电陶瓷蜂鸣器和点火棒。进入90年代中期后，随着信息产业的迅猛发展及电子产品朝轻、薄、短、小方向发展的趋势，使得压电陶瓷变压器技术与产业得到长足进步和发展。

1、压电陶瓷变压器的结构与工作原理

压电变压器的工作原理基于压电材料的压电效应。压电效应是法国的P?Curie和J?Curie兄弟在1880年研究铁电性和晶体对称性的关系时发现的一种物理现象。除了单晶体外，压电陶瓷多晶体和某些非晶固体等也具有压电效应。

压电效应分正和逆两种类型。

正压电效应是指在压电体上加一个机械应力时，会使压电体极化并在一定的表面形成电荷的效应。压电陶瓷棒就是利用正压电效应工作的，给压电棒加上机械压力，在点火棒两端即有高压产生。

逆压电效应是指在压电体上有一个外加电场时，晶体会发生形变和振动，这一现象就是逆压电效应。压电陶瓷蜂鸣器就是利用逆压电效应工作的，给压电陶瓷片加上电压信号，将会使陶瓷片振动并发出声音。

压电陶瓷变压器是利用同一压电陶瓷并同时利用正压电效应和逆压电效应来工作的，即完成电能——机械能和机械能——电能的两次能量转换。

压电陶瓷变压器所使用的压电陶瓷材料除了BaTiO3外，还有PZT系压电陶瓷、三元系压电陶瓷（如铌镁钴钛酸铅系、铌锌锆钛酸铅系、碲锰锆钛酸铅系、锑锰锆钛铅酸系等）及四元系压电陶瓷[如Pb(Sn1/3 Nb2/3)A (Zn1/3 Nb2/3)B TiCZrdO3）等]。

最简单同时也是最为常用的压电陶瓷变压器是长条形单片压电陶瓷变压器（即Rosen型压电变压器），其结构如图1所示。

从图1可知，整个变压器分为两部分：左半部分上下两面都有烧渗的银电极，沿厚度（上下）方向极化，这部分作为电压输入端，称为驱动部分；右半部分的端头为烧渗的银电极，沿陶瓷片长度方向（从左到右）极化，作为输出端，称为发电部分。当一个交变电压加到压电变压器的输入端时，通过逆压电效应使压电变压器沿长度方向产生伸缩振动，将输入的电能转换为机械能；发电部分感受到驱动部分产生的机械振动后，通过正压电效应将机械能转换为电能，并在输出端产生连续的正弦波电压。当输入与输出端的阻抗不相等时，它们的电压和电流也不相等，从而可以实现输入和输出之间的电压和电流变换功能。

图1所示的压电变压器的长度远大于厚度，输入阻抗远小于输出阻抗，可以用来实现升压目的。这种变压器在空载和谐振状态下的最大升压比为：

（1）

式中：Vout和Vin分别为输出电压和输入电压；Qm为材料的机械品质因素；K31和K33分别为材料的横向和纵向机电耦合系数；L为驱动部分长度；t为陶瓷片厚度。

变压器的最大效率为：

(2)如果将图1中的发电部分作为压电变压器的驱动部分，而将驱动部分作为压电变压器的发电部分（如图2所示），于是发电部分的输入阻抗大于驱动部分的输出阻抗，致使输出端的电压降低，电流增大，便成为一种降压型压电陶瓷变压器。由于压电陶瓷降压变压器的输出阻抗比较大，很难小于100Ω，因此输出电流比较小。

图3所示是日本NEC公司利用K1振动模式的压电陶瓷降压变压器示意图，图4所示为采用径向振动模式的自耦式压电陶瓷降压变压器的结构示图。

单片压电陶瓷变压器比较小，功率也比较低。在上一个世纪90年代，人们将制备多层片式陶瓷电容器（MLCC）的工艺移植到压电陶瓷变压器的制作中，于是制成了多层片式压电陶瓷变压器，其结构如图5所示。这种N层结构的压电变压器，每层的极化方向相反，各电极采用叉指方式交替地连接。通过调整陶瓷层数可以有效地改变变压器的输入阻抗和输出阻抗，从而改变变压比。图6所示为驱动和发电部分分别采用多层陶瓷和内电极结构的升压和降压变压器示图。

2、压电陶瓷变压器的特点

压电陶瓷变压器的结构和原理与传统电磁变压器截然不同，其特点如下：

（1）体积小、重量轻、超薄型，最适宜片式化。

（2）安全性好，可靠性高。它采用不燃烧的压电陶瓷制成，没有磁心和线组线圈，没有磁饱和问题，不会因负载短路而烧毁，也不怕潮湿。

（3）功率转换效率高，一般可达95%，最高可达98%。

（4）能量传输是以高频振动的压电方式实现的，不会产生电磁干扰（EMI），也不会受到外界的电磁干扰。

（5）不产生反峰电压，输出标准正弦波电压。

尽管压电陶瓷变压器具有以上这些优点，但也存在一些不足，例如：

a．压电陶瓷变压器输出功率比较小。虽然有些压电变压器的输出功率可达20W（如NEC 制作的尺寸为14mm×14mm×6mm的降压型多层片式压电陶瓷变压器输出功率达20W以上，谐振频率为140KHz，在20W时的转换效率为97%）乃至30~40W，但目前成熟产品的输出功率不超过10W，因此仅适用小功率、小电流和高电压领域。

b．只有当输入电压频率在压电变压器的谐振频率附近时，才有最大的输出电压，如果偏离谐振频率，电压下降的幅度较大。因此，压电陶瓷变压器与传统绕线式变压器不同，其工作频率范围比较窄。

c．压电陶瓷变压器所涉及的相关控制和驱动电路比较复杂，这会使系统成本增加，可靠性变差。

d．对安装固定与配置要求比较严格。压电陶瓷变压器有半波模谐振和全波模谐振两种安装状态，如图7所示。在固定陶瓷片时，支撑点必须选定在振动位移为零处，即半波模谐振的支撑点在陶瓷片的中间，全波模谐振的支撑点在距左端的1/4处，否则会影响升压比和转换效率。

3、压电陶瓷变压器的应用及其配套电路

3.1 应用领域

从目前发展现状看，升压型压电陶瓷变压器超前于降压型压电变压器。升压型压电陶瓷变压器的主要应用有：冷阴极荧光灯（CCFL）驱动电路、液晶显示器（LCD）背光照明、电子警棍、负离子发生器、臭氧发生器、静电喷漆、静电除尘、静电复印机、扫描电子显微镜等高压发生装置中；降压型压电陶瓷变压器主要应用有计算机、手机、摄像机等便携式电子设备的AC-DC适配器及各种DC-DC模块电源、各种超小型模块电源、手提充电器等。

压电陶瓷变压器符合电子产品向小型化、轻量化、薄型化、高效化和高可靠等方面发展的要求，其应用前景令人乐观，在高压、低功率、小电流领域中有着比较大的显在市场和潜在市场。

3.2 配套驱动电路举例

压电陶瓷变压器的驱动电路有单端单开关、推挽、半桥和半桥四种驱动方式，其中单端驱动电路适用于驱动小功率压电陶瓷变压器。图8所示为基于DIT8545专用控制IC的LCD背光源冷阴极荧光灯（CCFL）驱动电路。图中，CT为压电陶瓷变压器，通过适当选择IC （DIT8545）②脚上R1和①脚上C2值，使IC输出频率为CT的谐振频率相一致。如果CT 工作效率为135kHz，可以选取R1=13.8kΩ，C2=470PF。当IC⑨脚上的输出驱动开关VT1导通时，电流通过电感器L1存储能量；当VT1关断时，L1中的储能释放，在L1中产生一个反电势脉冲加到压电变压器的输入端（即1、2端），于是在其输出端产生一个正弦波高电压为CCFL供电。因此，图8所示的电路是一种DC-AC转换器，它将3~13.5V的直流电压转换为高频高电压。CT的输出电压和输出电流大小视CCFL规格而定，在一般情况下，CCFL的工作电压范围为200~600V，输出电流为2~8mA。图8中的RV1、R8、VD2、C7和R9组成灯开路检测电路，R7（灯电流传感电阻）、VD1、C6、R6组成灯电流检测电路，IC还提供开/关控制及模拟调光等功能。

图9所示为单端驱动的高压电源原理图。该电路是一个DC-DC升压变换器，压电陶瓷变压

器KH3005尺寸为30mm×5mm×6mm，谐振频率为55kHz，输出额定功率为3.5W，其输入脉冲幅度为电源电压VCC的2倍，输出高频电压经VD1和VD2整流及电容C滤波，产生约3000V的DC电压。

图9 高压电源原理图

4、压电陶瓷变压器发展趋势

与其它陶瓷元器件一样，日本在压电陶瓷变压器方面拥有非常雄厚的技术实力，NEC、Tamura、日本金属、TDK、Epson、Tokin、Mitsbishi、本田（Hodan）、村田制作所（Murata）、Panasonic、TOTO、京瓷（Kyocera）、东京工业大学、山形大学等公司和研究机构都卷入到压电陶瓷变压器的研发。美国宾州州立大学智能材料实验室、德州仪器（TI）、摩托罗拉、德国西门子、荷兰飞利浦、法国阿尔卡特公司、波兰陶瓷研究所、韩国Tronix公司和DFT 公司、中国台湾地区的先宁电子和新巨公司等多家公司也都从事压电陶瓷变压器材料与器件的研发。

中国大陆从事压电陶瓷变压器研发的单位有西安康鸿、深圳富康、中国电子科技集团公司第26研究所、北京汉之源、北京海特创源、中国科学院上海硅酸盐研究所等。

未来几年压电陶瓷变压器的发展趋势是其具有更高的升压比、更小的体积和更低的驱动电压，要求像阻容元件那样系列化、规范化、片式小型化。为此，各大研发机构和生产厂商都在围绕以下三个方面开展工作：

1．继续开发大功率压电陶瓷材料

压电陶瓷变压器是利用压电陶瓷材料的正、逆压电效应，并以其谐振频率激发出电压，因此，要求压电陶瓷材料具有高的机电耦合系数，高的机械品质因素；同时，要求介质损耗tgδ要很低，以避免工作时产生损耗发热，为了进一步提高升压比，应开发振动速度更高的压电陶瓷材料。另外，为了制作小功率（<1W）的微型变压器，应开发压电膜变压器。

2．研究大功率的结构形式

目前，使用的压电陶瓷变压器多数为单片形或多层长条形的，这种结构的器件制作工艺简单，升压比较高，但负载能力差，功率小，功率密度<14W/cm3，一般用于高电压、小电流、高阻抗负载。要适应大功率的应用，必须开发圆片形、方片形或圆环多层独石结构的压电陶瓷变压器，这一类的器件制备工艺相对复杂些，但功率密度和承载能力要比长条形器件的大，现有报道，这类结构的压电陶瓷变压器功率密度可达40W/cm3，负载100KΩ的有效升压比可达80倍，而长条单片型负载100KΩ的有效升压比<10倍，叠层形负载100KΩ的有效升压比<50倍。

3．驱动、控制电路集成化

压电陶瓷变压器能否充分发挥其高转换效率，工作时功率的大小，很大程度上取决于驱动电路和反馈控制电路的优劣。有必要研究开发频率的跟踪范围宽，能可靠控制压电陶瓷变压器始终在其谐振点工作，体积小、成本低的集成电路，能与压电陶瓷变压器配套装配成各种规格的电源模块，供应市场，便于压电陶瓷变压器的推广应用。

压电陶瓷变压器基本工作原理及特点.

独石（多层）压电陶瓷变压器基本工作原理及特点 在现代，压电陶瓷 制品对我们并不陌 生。 正压电效应的应用主要用于燃气点火器，如燃气灶．燃气打火机等的点火系统。基本工作原理为：由外力压缩一个弹簧，压到顶点后释放，弹簧力推动一个重锤打击压电陶瓷柱产生一数千伏的高压火花，点燃可燃气体。 逆压电效应的应用主要用于压电蜂鸣器，例如音乐贺卡、门铃．寻呼机．移动电话机振铃等。基本工作原理为：当在压电陶瓷片上施加一交变电场时，压电陶瓷片产生一相对应的形变即振动，当振动频率在音频波段内时就会发出对应的音响。 应用此特性配合机械谐振原理还大量用于制造谐振器、选频器、延迟线、滤波器等电子组件。 压电陶瓷变压器的基本构成则是将一压电蜂鸣器的应用与一压电点火器的应用组合起来，组成压电谐振子。在蜂鸣器的一端（称为驱动端）输入一个与压电变压器谐振频率一致的正弦交变电压，压电谐

振子产生振动，传导至点火器的一端（称为发电端），产生连续的正弦波电压，视乎于压电变压器的结构特征，可以是输入低电压、输出高电压（升压型），也可以是输入高电压、输出低电压（降压型）。若在高频驱动电压上通过调制解调器加入低频调制，则可实现信号传输。 压电陶瓷变压器的基本结构形式如图（一）所示 压电陶瓷是一种脆性材料，为保障其机械强度，压电变压器必须有一定的厚度，上述变压器的驱动电压就受到了相当的限制。为此独石（多层）压电陶瓷变压器项目应运而生。独石（多层）压电陶瓷变压器的基本结构形式如图（二）所示。

采用了独石（多层）结构后每一单层厚度和层数均可调，驱动电压不再受到限制，因而可以使压电变压器无论处在何种驱动电压下都能工作在最佳状态。 此项目的核心技术为亚微米低温烧结压电陶瓷材料、内电极共烧技术，极化处理技术及结构设计。 独石（多层）压电陶瓷变压器制备的工艺流程为

压电陶瓷材料及应用

压电陶瓷材料及应用 一、概述 1.1电介质 电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域，是在20世纪随着电气工业的发展而形成的。国际上电介质学科是在20世纪20年代至30年代形成的，具有标志性的事件是：电气及电子工程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后又建立了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。美国MIT建立了以Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业，莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。随着电器和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。 我国电介质领域的发展是在1952年第一个五年计划制定和实行以来，电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展，这些校、院、所、首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交大于上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才，促进了我国工程电介质的发展。80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。 近年来，随着电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，人们创造各种性能的功能陶瓷介质。主要有： （1）、电子功能陶瓷如高温高压绝缘陶瓷、高导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。 （2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。 （3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光色陶瓷、玻璃光纤等。（电介质物理——邓宏）

压电陶瓷变压器及其应用

压电陶瓷变压器及其应用 压电陶瓷变压器是用铁电陶瓷材料经烧结和高压极化等工艺制成的一种新型电子变压器，其结构和工作原理与电磁绕线式等传统变压器是截然不同的。 人们对压电陶瓷变压器的研究始于20世纪50年代中后期。美国的Rosen于1956年阐述了压电陶瓷变压器的基本原理，并制备出长条形单片压电陶瓷变压器。由于当时的这种变压器采用的是压电性能差和居里温度低的钛酸钡（BaTiO3）材料，功率太小，成本也太高，并且工艺不成熟，因而未能引起人们的重视。在20世纪60年代到70年代初，关于压电陶瓷材料的研究取得了一些进展，在70年代压电陶瓷变压器发展成为一种新型的电子陶瓷变压器，并在80年代被推广应用到电视机、雷达终端显示器等的高压电源领域。这一时期，人们对与压电陶瓷变压器相关的最熟悉的产品就是压电陶瓷蜂鸣器和点火棒。进入90年代中期后，随着信息产业的迅猛发展及电子产品朝轻、薄、短、小方向发展的趋势，使得压电陶瓷变压器技术与产业得到长足进步和发展。 1、压电陶瓷变压器的结构与工作原理 压电变压器的工作原理基于压电材料的压电效应。压电效应是法国的P?Curie和J?Curie兄弟在1880年研究铁电性和晶体对称性的关系时发现的一种物理现象。除了单晶体外，压电陶瓷多晶体和某些非晶固体等也具有压电效应。 压电效应分正和逆两种类型。 正压电效应是指在压电体上加一个机械应力时，会使压电体极化并在一定的表面形成电荷的效应。压电陶瓷棒就是利用正压电效应工作的，给压电棒加上机械压力，在点火棒两端即有高压产生。 逆压电效应是指在压电体上有一个外加电场时，晶体会发生形变和振动，这一现象就是逆压电效应。压电陶瓷蜂鸣器就是利用逆压电效应工作的，给压电陶瓷片加上电压信号，将会使陶瓷片振动并发出声音。 压电陶瓷变压器是利用同一压电陶瓷并同时利用正压电效应和逆压电效应来工作的，即完成电能——机械能和机械能——电能的两次能量转换。 压电陶瓷变压器所使用的压电陶瓷材料除了BaTiO3外，还有PZT系压电陶瓷、三元系压电陶瓷（如铌镁钴钛酸铅系、铌锌锆钛酸铅系、碲锰锆钛酸铅系、锑锰锆钛铅酸系等）及四元系压电陶瓷[如Pb(Sn1/3 Nb2/3)A (Zn1/3 Nb2/3)B TiCZrdO3）等]。 最简单同时也是最为常用的压电陶瓷变压器是长条形单片压电陶瓷变压器（即Rosen型压电变压器），其结构如图1所示。

压电陶瓷变压器的工作模式和结构研究进展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/347413303.html, 压电陶瓷变压器的工作模式和结构研究进展作者：吴静 来源：《教育教学论坛》2017年第48期 摘要：本文概述了压电陶瓷变压器的各种振动模式。着重介绍了每种振动模式压电变压器的基本结构和新结构的研究进展，并对压电陶瓷变压器未来的发展方向作了展望。 关键词：压电陶瓷变压器；振动模式；结构；研究进展 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）48-0060-04 压电陶瓷变压器是利用压电陶瓷材料的压电效应来实现机电能量转换的第三代固体电子变压器。结构上基本是由相互耦合的两个机械部分以及相互绝缘的输入和输出电路部分的两个压电陶瓷换能器组成。传统的铁芯线绕式电磁变压器是通过电磁效应实现初级与次级之间的耦合，所以相比传统的电磁变压器，压电陶瓷变压器具有体积小、重量轻、使用时不怕击穿、变压器本身不怕燃烧、耐高温，转换效率高、抗电磁干扰等优点，而且结构简单，能批量生产，可以与其他器件集成实现设备的小型化。已被应用在警用电击器高压电源、液晶显示背景光源、静电复印机高压电源、负离子发生器、小功率激光管电源等场合以及AC-DC转换器、DC-DC转换器等领域。 按照不同的特征可以对压电陶瓷变压器进行分类，一般根据压电陶瓷变压器工作时的机械振动模式分为长度伸缩振动型压电陶瓷变压器、厚度伸缩振动型压电陶瓷变压器、径向振动型压电陶瓷变压器、剪切振动型压电陶瓷变压器、弯曲振动型压电陶瓷变压器以及上述几种振动模式组合而成的复合振动模式压电陶瓷变压器[1]。多年来，研究工作者基于这些工作模式设 计研发出多种结构。本文综述了这几种振动模式压电变压器的基本结构及其新结构的研究进展。 一、长度伸缩振动型压电陶瓷变压器 长度伸缩振动型压电陶瓷变压器（又称为Rosen型压电陶瓷变压器）的典型结构几何示意图如图1所示。整个陶瓷片分成输入和输出部分，输入部分上下面被覆金属电极，按照厚度方向极化；输出部分端面被覆金属电极，按照长度方向极化。 Rosen型压电陶瓷变压器的输入端是驱动部分，输出端是发电部分。当输入端加上交变电压时，驱动部分的压电陶瓷片由于逆压电效应而产生沿长度方向伸缩振动，将输入的电能转化成机械能；当激励电压的频率接近振子共振频率时，位移振幅最大，驱动部分的振动将传输到发电部分，在发电部分由于正压电效应把机械能转化成电能而输出电压。因为发电部分陶瓷片长度远远大于驱动部分陶瓷片的厚度，根据阻抗和尺寸的关系可以得到输出阻抗远远大于输入阻抗，所以输出电压远远大于输入电压。输出交变电压的大小取决于压电变压器各部分的几何

基于压电变压器的高压发生器的研究

收稿日期：２０１１－０５－ ３０ 作者简介：龚旭（１９８６－），男，四川成都人，硕士生，主要从事电磁伺服驱动及控制技术的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｚｙｌｏｌｉｌｙ ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ 文章编号：１００４－２４７４（２０１２）０３－０４１１－ ０３基于压电变压器的高压发生器的研究 龚　旭，王丛岭，常　波 （电子科技大学电力电子系，四川成都６１１１７３１ ） 摘　要： 该文提出了一种用于离子风枪的基于压电变压器实现高压发生器的设计方法，此法有利于高压发生器的小型化。描述了压电变压器相关特性，并给出了压电变压器外围电路（输入驱动电路、输出倍压电路、反馈电路）相关设计的理论基础和设计方法。利用软件仿真验证此法的可行性。 关键词：高压发生器；压电变压器；驱动电路；反馈控制电路；脉宽调制和锁相环控制联合控制中图分类号：ＴＭ５１ 文献标识码：Ａ Ｓｔｕｄｙ　 ｏｎ　ＨＶ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＧＯＮＧ　Ｘｕ，ＷＡＮＧ　Ｃｏｎｇｌｉｎｇ ，ＣＨＡＮＧ　Ｂｏ（Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　 ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｄｕ　６１１７３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ＨＶ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｏｎｉｚｅｒ　ｇｕｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＶ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｏｕｔｐｕｔ　ｄｏｕｂｌｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｖｅｒｉｆｉｅｄ　ｂｙｕｓｉｎｇ　 ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＨＶ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｆｅｅｄ－ｂａｃｋ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｃｏｍｂｉｎ　ＰＷＭ　ａｎｄ　ＰＬＬｃｏｎｔｒｏｌ　 ０　引言 一直以来，人们在各种高压发生器中大量采用传统的电磁变压器。随着电子系统的小型化和集成化发展，高压发生器也面临着小型化的要求，而传统变压器的体积大，笨重，易受干扰等缺点开始限制其在此领域的发展。压电变压器的出现为高压发生器的小型化提供了条件。 压电变压器是一种利用压电材料的正逆压电效应实现电能到机械能再到电能的转换的固体电子器件。现传统的铁芯线绕电磁变压器相比，压电变压器具有体积小，质量轻，使用时不击穿，变压器本身耐高温，不怕燃烧，无电磁干扰且结构简单，制作工 艺简便，易批量生产等优点［１－ ２］。目前，压电变压器 已在冷阴极萤光灯管（ＣＣＦＬ）、负离子发生器、小功率激光管电源等领域得到应用。本文将提供一种在离子风枪中利用压电变压器实现高压发生器的方法。 １　压电变压器特性［３ ］ 压电变压器与传统变压器不同，它一般工作频 率范围在１０４～１ ０７　 Ｈｚ。其等效电路图如图１（ａ）所示。图中，Ｃ０和Ｃｉｎ为等效输入输出电容，Ｌｒ和Ｃｒ为等效串联电感和电容，Ｒｍ为机械等效电阻，Ｒ０为负载电阻，ｎ为变比，Ｔ为等效输出变压器。若将二次侧电路等效转换到一次侧，如图１（ｂ）所示；进一步简化，如图１（ｃ ）所示 。图１　压电变压器等效电路图 第３４卷第３期压　电　与　声　光 Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．３２０１２年０ ６月ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ　＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ　 Ｊｕｎｅ　 ２０１２

压电陶瓷变压器

压电变压器直流高压电源设计 摘要 压电陶瓷变压器是一种新型的压电换能器件，具有尺寸小，结构简单，不可燃，耐辐射，高可靠等优点。压电变压器在电视显像管、雷达显示管、静电复印机、静电除尘、小功率激光管、离子发生器、高压极化等设备中得到广泛的应用。 本课题是研究压电变压器设计出10kV的直流高压电源。当在压电陶瓷变压器输入端（驱动部份）加入交变电压时，通过逆压电效应，瓷片产生沿长度方向的伸缩振动，将输入电能转变为机械能；而发电部分则通过正压电效应将机械能转换为电能从而输出电压因瓷片的长度远大于厚度，故输出端阻抗远大于输入端阻抗，输出端电压远大于输入端电压．一般输入几伏到几十伏的交变电压，可以获得几千伏以上的高压输出． 关键词：压电陶瓷变压器直流高压阻抗

Design of Piezoelectric Transformer DC high voltage power supply ABSTRACT Piezoelectric ceramic transformer is a new type of piezoelectric transducer device, the size is small, simple structure, non-combustible, resistance to radiation, high reliability. Piezoelectric Transformers in a television picture tube, radar showed tube, electrostatic copier, electrostatic dust, small power laser diodes, ion generator, high voltage polarization, and other equipment was widely used. The topic is the study piezoelectric transformer design of the 10 kV DC high voltage power supply. When the piezoelectric ceramic transformer input (some drivers) by adding alternating voltage, reverse piezoelectric effect. have artifacts along the length direction of the stretching vibration, the input energy into mechanical energy; and some power is through piezoelectric effect of converting mechanical energy to electrical energy so the output voltage for artifacts than the length of thickness, Therefore, the output impedance than input impedance, the output voltage than input voltage. General Fu few to a few tens of volts of alternating voltage, available thousands of volts above the high pressure output. Keywords:Piezoelectric Ceramic Transformer DC high voltage Impedance

基于压电陶瓷变压器高压直流电源设计___毕业论文

编号淮安信息职业技术学院毕业论文 学生姓名朱贤德 学号42911113 系部电气工程系 专业机电一体化技术班级429111 指导教师李瑞年 顾问教师宋指宏 二〇一三年十月

摘要 摘要 压电陶瓷变压器是一种新型的压电换能器件，具有尺寸小，结构简单，不可燃，耐辐射，高可靠等优点。压电变压器在电视显像管、雷达显示管、静电复印机、静电除尘、小功率激光管、离子发生器、高压极化等设备中得到广泛的应用。 本课题是研究压电变压器设计出10kV的直流高压电源。当在压电陶瓷变压器输入端（驱动部份）加入交变电压时，通过逆压电效应，瓷片产生沿长度方向的伸缩振动，将输入电能转变为机械能；而发电部分则通过正压电效应将机械能转换为电能从而输出电压因瓷片的长度远大于厚度，故输出端阻抗远大于输入端阻抗，输出端电压远大于输入端电压．一般输入几伏到几十伏的交变电压，可以获得几千伏以上的高压输出。 关键词：压电陶瓷变压器直流高压阻抗

ABSTRACT ABSTRACT Piezoelectric ceramic transformer is a new type of piezoelectric transducer device, the size is small, simple structure, non-combustible, resistance to radiation, high reliability. Piezoelectric Transformers in a television picture tube, radar showed tube, electrostatic copier, electrostatic dust, small power laser diodes, ion generator, high voltage polarization, and other equipment was widely used. The topic is the study piezoelectric transformer design of the 10 kV DC high voltage power supply. When the piezoelectric ceramic transformer input (some drivers) by adding alternating voltage, reverse piezoelectric effect. have artifacts along the length direction of the stretching vibration, the input energy into mechanical energy; and some power is through piezoelectric effect of converting mechanical energy to electrical energy so the output voltage for artifacts than the length of thickness, Therefore, the output impedance than input impedance, the output voltage than input voltage. General Fu few to a few tens of volts of alternating voltage, available thousands of volts above the high pressure output. Keywords:Piezoelectric Ceramic Transformer DC high voltage Impedance

压电陶瓷及其应用

压电陶瓷及其应用 一. 概述 压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。 某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。

迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。 我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。 二. 压电陶瓷压电性的物理机制 压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。 1. 极化的微观机理 极化状态是电场对电介质的荷电质点产生相对位移的作用力与电荷间互相吸引力的暂时平衡统一的状态。极化机理主要有三种。 （1）电子位移极化——电介质的原子或离子在电场力作用下，带正电原子核与壳层电子的负电荷中心出现不重合。 （2）离子位移极化——电介质正、负离子在电场力作用下发生相对位移，从而产生电偶极矩。 （3）取向极化——组成电介质的有极分子，有一定的本征（固有）电矩，由于热运动，取向无序，总电矩为零，当外加电场时，电偶极矩沿电场方向排列，出现宏观电偶极矩。 对于各向异性晶体，极化强度与电场存在有如下关系 m，n=1，2，3 式中为极化率，或用电位移写成：

压电陶瓷的特性及应用举例

压电陶瓷的特性及应用举例 芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主，主要利用压电陶瓷的逆压电效应，即通过对压电陶瓷施加电场，压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。 芯明天压电陶瓷 Δ压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力的作用时，在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷，当外力撤去后，又缓慢恢复到不带电的状态；逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，压电陶瓷会随之发生形变位移，电场撤去后，形变会随之消失。

Δ纳米级分辨率 压电陶瓷的形变量非常小，一般都小于1%，虽然形变量非常小，但可通过改变电场强度非常精确地控制形变量。 压电陶瓷是高精度致动器，它的分辨率可达原子尺度。在实际使用中，压电陶瓷的分辨 率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。 Δ大出力 压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积，对于小尺寸的压电陶瓷，出力 通常达到数百牛顿的范围，而对于大尺寸的压电陶瓷，出力可达几万牛顿。

Δ响应时间快

田村TAMURA压电陶瓷变压器 产品规格书

(Output) Stress Displacement Nodal point Piezoelectric transformer (SOLIDFORMER?) can generate a high voltage by a low voltage input through the utilization of a resonance phenomenon of the piezoelectric transducer. The applications include high voltage power supplies,such as inverters for liquid crystal display back-lighting, dust collectors, copy machines, facsimile machines, ionaizer, and ozonizers. Reliability Evaluation for Piezoelectric Transformer Features ? High efficiency (above 95%). ? Inflammability. ? Thin thickness. ? No flux leakage. ? High reliability. ? Self control function of output current. ? Low harmonic current noise. PIEZOELECTRIC CERAMICS The piezoelectric transformer has primary and secondary electrodes on the piezoelectric ceramic. The primary side is polarized in the thickness direction and the secondary side in the length direction. (Arrow mark shows polarization direction). When a voltage having a resonance frequency (Fr), determined by the length dimension, is input on the primary side, a strong mechanical oscillation is generated by inverse piezoelectric effect, and a high voltage (Vo) is output from the secondary side, matching its oscillation by direct piezoelectric effect. The unit may be damaged if a load is open when it starts driving. Characteristics will deteriorate when the unit is driven over the maximum rated. Cautions

压电变压器

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

压电陶瓷的特性及应用举例

. 压电陶瓷的特性及应用举例 芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主，主要利用压电陶瓷的逆压电效应，即通过对压电陶瓷施加电场，压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。 芯明天压电陶瓷 Δ压电效应正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。又缓慢恢复到不带电的的作用时，在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷，当外力撤去后，压电陶瓷会随之发生形变位移，逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，状态；电场撤去后，形变会随之消失。'. .

Δ纳米级分辨率，虽然形变量非常小，但可通过改变电场强1%压电陶瓷的形变量非常小，一般都小于度非常精确地控制形变量。压电陶瓷的分辨它的分辨率可达原子尺度。压电陶瓷是高精度致动器，在实际使用中，率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。 Δ大出力出力对于小尺寸的压电陶瓷，压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积，通常达到数百牛顿的范围，而对于大尺寸的压电陶瓷，出力可达几万牛顿。'. . Δ响应时间快

电的时间，。达毫秒至亚毫秒量级。最快响应时间取决于压电陶瓷的谐振频率，一般为谐振时间的1/3 压电陶瓷被广泛应用于阀门与快门技术中。 Δ迟滞即压电陶瓷升压曲线和降尽管压电陶瓷具有非常高的分辨率，但它也表现出迟滞现象，上升曲线和下降曲线上的位移值有明显的位移在同一个电压值下，压曲线之间存在位移差。驱动电压越小则位移差也会相应越小，差，且这个位移差会随着电压变化范围的改变而改变，15%10%压电陶瓷的迟滞一般在给定电压对应位移值的-左右。'. . Δ蠕变而是位移值不是稳定在一固定值上，蠕变是指当施加在压电陶瓷的电压值不再变化时，内蠕变量约为10s随着时间缓慢变化，在一定时间之后才会达到稳定值，如右图所示。一般 1%~2%。伸长量的

压电陶瓷及其应用

压电瓷及其应用 一. 概述 压电瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。 某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度围不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14C）下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电瓷，并获得广泛应用。1947年美国用BaTiO瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电瓷，使压电瓷的应用扩展到光学领域。

迄今，压电瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。 我国对压电瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。 二. 压电瓷压电性的物理机制 压电瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。 1. 极化的微观机理 极化状态是电场对电介质的荷电质点产生相对位移的作用力与电荷间互相吸引力的暂时平衡统一的状态。极化机理主要有三种。 （1）电子位移极化——电介质的原子或离子在电场力作用下，带正电原子核与壳层电子的负电荷中心出现不重合。 （2）离子位移极化——电介质正、负离子在电场力作用下发生相对位移，从而产生电偶极矩。 （3）取向极化——组成电介质的有极分子，有一定的本征（固有）电矩，由于热运动，取向无序，总电矩为零，当外加电场时，电偶极矩沿电场方向排列，出现宏观电偶极矩。 对于各向异性晶体，极化强度与电场存在有如下关系 m，n=1，2，3 式中为极化率，或用电位移写成：

压电陶瓷发展前景及应用

压电陶瓷的概念及发展应用 摘要：压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长，据资料统计，2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上。本文主要介绍压电陶瓷的概念和应用范畴、应用实例、前景，带领大家了解陶瓷家族中的一员----压电陶瓷。 关键词：陶瓷压电陶瓷压电效应应用范畴应用实例 一、基本概念 压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锫、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、和电能互相转换的功能陶瓷材料，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。 压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。 二、压电陶瓷的应用范畴 利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。用两个直径3毫米、高5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一种可连续打火几万次的气体电子打火机。用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。 压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，并将极其微弱的机械振动转换成电信号。利用压电陶瓷的这一特性，可应用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等方面。

1、在军事上，在潜入深海的潜艇上，都装有人称水下侦察兵的声纳系统。它是水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷的不可缺少的设备，也是开发海洋资源的有力工具，它可以探测鱼群、勘查海底地形地貌等。在这种声纳系统中，有一双明亮的"眼睛"--压电陶瓷水声换能器。当水声换能器发射出的声信号碰到一个目标后就会产生反射信号，这个反射信号被另一个接收型水声换能器所接收，于是，就发现了目标。目前，压电陶瓷是制作水声换能器的最佳材料之一。 2、在医学上，医生将压电陶瓷探头放在人体的检查部位，通电后发出超声波，传到人体碰到人体的组织后产生回波，然后把这回波接收下来，显示在荧光屏上，医生便能了解人体内部状况。 3、在工业上，地质探测仪里有压电陶瓷元件，用它可以判断地层的地质状况，查明地下矿藏。还有电视机里的变压器--电压陶瓷变压器，它体积变小、重量减轻，效率可达60%～80%，能耐住3万伏的高压，使电压保持稳定，完全消除了电视图象模糊变形的缺陷。在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具都会发出逼真有趣的声音。在汽车上应用：在汽车的制动器活塞里安装一种简单的压电陶瓷致动器，向内部制动杉块的支撑板施加“抖动”频率，有效抑制产生尖利噪音的振动，从而能在温度湿度变化和刹车系统正常磨损的情况下发挥作用。压电陶瓷也可用作汽车的压电陶瓷爆震传感器、超声波传感器、加速度传感器等类别。压电陶瓷在汽车燃油系统的喷油器上应用目前处于最前沿的开发阶段。 4、在航天领域，压电陶瓷制作的压电陀螺，是在太空中飞行的航天器、人造卫星的"舵"。依靠"舵"，航天器和人造卫星，才能保证其既定的方位和航线。小巧玲珑的压电陀螺灵敏度高，可靠性好。 三、压电陶瓷的应用实例 1.压电陶瓷喷油器 压电陶瓷喷油器柴油机系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中，结构最完善、性能最先进、技术难度最大、最有发展前途的电控喷射系统。它具有以下特征:高压的产生和喷油控制是分别独立进行的，喷油压力可以根据发动机的运行工况，在较宽范围内进行调节;它还能实现预喷射、主喷射以及多次喷射等;可以自由地改变喷油参数和喷油形态可以高自由度地控制燃油喷射，大大提高柴油机的燃烧效率、降低排放水平、提高发动机的性能。 （1）、德国公司到目前为止共设计了3代高压共轨系统。第一代于1977年7月批量投放市场，喷射压力达135MPa，主要应用于轿车。第二代2000年开始批量生产，最大系统压力提高到160MPa，并开始使用具有油量调节功能的高压油泵、经改进的电磁阀喷油器，喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成，采用降噪新技术。第三代产品于2003年5月推出，最高压力可达160MPa。2005年末推出的第三代共轨系统的改进型采用了压电陶瓷执行器，其运动部件由原来的4个减少为1个，运动质量减少75%，开关时间比电磁阀少50%。该系统的喷射压力为160MPa，喷油器响应时间为0.lms，每次循环可实现5次喷射。目前正在开发的第四代共轨喷射系统，最高喷射压力可达 25OMpa，并允许喷油压力逐步上升。 （2）、日本电装公司:其典型代表是它的ECU一UZ系统。该系统由高压油泵、共轨、喷油器、和ECU各种传感器组成。高压油泵上有一个泵控制阀PCV，共轨压力由高压油泵的供油量来控制。安装在共轨上的压力传感器对油压进行反馈控制，使之维持在由发动机转速和负荷确定的目标值。喷油量取决于施加在三通阀上的喷油脉宽，喷油正时取决于喷油脉冲施加于三通阀的时刻。ECU一UZ系统能实现对喷油量、喷油正时、喷油

压电陶瓷及其应用

压电瓷及其应用 概述 压电瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与瓷的生产工艺相 似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。 某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J ?居里和P ?居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度围不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于一14 ' C）下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO ）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O 压电瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料一一压电瓷，并获得广泛应用。1947年 美国用BaTiO 瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO 存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B ?贾菲等人发现了压电PbZrO -PbTiO （PZT）固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO 时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电瓷，使压电瓷的应用扩展到光学领域。 迄今，压电瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛 我国对压电瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电瓷的试制、工

压电陶瓷的制备与应用

压电陶瓷的制备与应用 【摘要】本文主要概述了国内外关于压电陶瓷材料的发展历史进程和研究现状，提出压电陶瓷材料的制备方法，探讨了其发展趋势和应用前景。指出了现代压电陶瓷材料正在向着复合化，薄膜化，无铅化及纳米化方向发展。该材料应用前景广阔，是一种极有发展潜力的材料。 【关键词】 压电陶瓷 性能参数 制备方法 应用 压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锫、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、固相反应后而成的多晶体．并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称，是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。压电陶瓷是含高智能的新型功能电子材料,随着材料及工艺的不断研究和改良,压电陶瓷的技术应用愈来愈广。压电材料作为机、电、声，光、热敏感材料，在传感器、换能器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用，世界各国都高度重视压电陶瓷材料的研究和开发。 1、压电陶瓷的性能参数 （1）机械品质因数 机械品质因数的定义是：Q m =机械能 谐振时振子每周所损耗能谐振时振子储存的机械×2∏，他表示在振动转换时，材料内部能量消耗的程度。 机械品质因数越大，能量的损耗越小。机 械品质因数可以根据等效电路计算而得： Q m =111R W C S ,式中R 1为等效电阻，W s 为串 联谐振频率，C 1为振子谐振时的等效电容。 当陶瓷片作径向振动时，可近似地表示为 Q m =f 41110?+∏R C C ）（，式中C 0为振子的静态电容，单位F ；△f 为振子的谐振频率 f r 与反谐振频率f a 之差，单位Hz ；Q m 为无量纲的物理量。 （2）基电耦合系数 机电耦合系数K 是综合反映压电材料性能的参数，它表示压电材料的机械能与电能的耦合效应。机电耦合系数可定义为K 2=输入电能 电能转化为机械能（逆压电效图1压电陶瓷谐振子的等效电路