压电变压器的理论设计及实验研究

作     者：叶星宏 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴志明

授予年度：2006年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：压电变压器 径向振动 等效电路 驱动电路 

摘      要：压电变压器相对于传统的电磁变压器具有体积小、重量轻、升压比高、不易燃、无电磁污染等特点,较好的解决了电磁压电变压器体积大、电磁污染严重等缺陷,是电子信息系统中不可或缺的重要部件。 但其自身所存在的固有缺点也在很大程度上限制了压电变压器的进一步发展,突出的问题有:压电变压器的研制包括材料设计、尺寸设计、电极设计和电路设计等多个环节,所涉及的理论面很广;压电变压器的高升压比和大功率输出难以同时得到保证;压电变压器的工作过多地依赖于谐振频率,为外部电路的设计带来了困难。 针对以上问题本文从基本的物理公式出发,建立了分析压电变压器的等效电路模型,并以此模型为基础,设计了当前较为新型的径向振动压电变压器,制备并测试了其性能,初步探索了其驱动电路。本论文主要工作如下: (1)基于压电理论和波动方程,推导了新近发明的径向振动型压电变压器主径向振动模式的物理等效电路模型,对旧有的等效电路(Rosen型)给出了多层结构的物理等效电路模型;(2)探索径向振动压电变压器的制备工艺,主要采用起粘结作用的不导电的快干胶以及既有粘结功能又有导电功能的导电胶,同时制备另一种多层结构的压电变压器;(3)压电变压器的参数测试及性能测试,主要测试等效电路参数R、L、C、f、C、C,以及升压比的负载特性曲线、频率特性曲线,输出功率,转换效率,然后根据测试所得,提出一种优化的设计方法;(4)探索压电变压器驱动电路的设计和制备,采用一种较简单的电路来设计,以期对后续研究提供参考。 最终制备得到的径向振动压电变压器的性能参数如下:在低输入电压(幅值3V正弦波)和谐振状态(98.9kHz)条件下,空载升压比为50;在频率98.9kHz、幅值38伏的方波电压输入和20千欧负载电阻条件下,输出功率33W,转换效率达到85%。