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

目录

目录

摘要 (2)

目录 (4)

第一章绪论 (5)

1.1压电陶瓷变压器发展概况 (5)

1.2本课题研究的意义 (7)

第二章压电陶瓷变压器的工作原理和基本特性 (11)

2.1 压电陶瓷变压器的结构和工作原理 (11)

2.2压电陶瓷变压器的的特点与特征 (12)

2.3压电陶瓷变压器的等效电路 (14)

2.4压电陶瓷变压器的工作特性 (17)

2.4.1升压比特性 (17)

2.4.2阻抗特性 (19)

2.4.3频率特性 (19)

2.4.4温度特性 (20)

2.4.5负载特性 (20)

第三章压电陶瓷变压器高压电源设计 (22)

3.1设计思想 (22)

3.2压电陶瓷变压器的选取和计算 (23)

3.2.1压电陶瓷变压器的选取 (23)

3.2.2压点陶瓷变压器主要尺寸的设计与计算 (23)

3.3电路的设计 (24)

3.4驱动变压器的设计与计算 (25)

3.5倍压整流电路的设计 (28)

3.6 压电陶瓷变压器高压电源性能测试 (29)

第四章压电陶瓷变压器的应用以及其他方面的应用 (31)

4.1 压电变压器的应用 (31)

4.2 压电陶瓷的其他应用 (33)

第五章陶瓷变压器的发展趋势和研究进展 (35)

5.1 陶瓷变压器的发展趋势 (36)

5.2 陶瓷变压器的研究进展 (37)

致谢 (41)

参考文献 (42)

第一章绪论

第一章绪论

1.1压电陶瓷变压器发展概况

压电变压器是20世纪50年代后期开始研制的一种新型压电器件，最早由c．A．Rosen于1956年发明。但是，那时的压电陶瓷材料是以钛酸钡(BaTiO3)为主，其压电性能低，制成的压电变压器升压比很低，仅有50～60倍，输出电压仅为 3 kV，实用价值不大，故未能引起人们的重视。随着锆钛酸铅(PbZrTiO3) 等高K p和高Q m压电陶瓷材料的出现，压电变压器的研制才取得了显著的进展。目前已能生产升压比为300～500，输出功率50 w 以上的压电变压器。随着信息处理设备和通讯设备日益小型化的发展，电源设备小型化的需求越来越高，加上功能陶瓷材料的迅猛发展，压电变压器的应用范围越来越广。目前压电变压器已用于电视显像管、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、高压极化等高压设备中。由于压电陶瓷变压器具有尺寸小，结构简单，不可燃，耐辐射，高可靠等优点，是压电陶瓷边获得广泛应用的主要原因，由于压电陶瓷变压器是一种新型高压变压器，它有许多优点，所以它主要用于产生高压的装置中采用压电陶瓷变压器升压器制作电源，工作稳定可靠，目前，压电陶瓷变压器正在高压小电流的高压设备中推广使用，陶瓷变压器以开始应用于雷达，激光，静电除尘和复印等装置中，代替铁芯变压器。

压电陶瓷变压器作为新原理电子变压器，已引起国内电子变压器行业的注意。上世纪90 年代以来，把多层片式电容器的制造技术移植到压电陶瓷变压器的制造上，克服了早期用有机粘结剂粘结多层压电陶瓷变压器的性能偏低而且不稳定的缺点，从而可能实现规模生产，逐渐在各种电子设备中推广应用。“全国电子变压器行业协会论文集”2004 年第（六）集和2005 年第（七）集相继发表了几篇文章进行介绍，希望在铜铁材料涨价的情况下，电子变压器行业能对这种不用铜铁材料的压电陶瓷变压器进行开发和生产[4]。

目前压电变压器已用于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高压设备中与传统的电磁变压器相比压电变压器有以下的优点[1, 2]。

1．体积小重量轻

2．无噪声无电磁干扰无需电磁屏蔽

3．耐高温安全性高不会被高压击穿不会起火燃烧

4．无需磁心和铜线可节省有色金属材料