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多层压电陶瓷变压器的应用及发展趋势

  多层压电陶瓷变压器(MPT)是20世纪50年代开始研制,并于70年代发展起来的新型电子变压器,随着新型压电陶瓷材料的出现,如钛锆酸铅等高压电常数、高Kp和高Qm,MPT的发展突飞猛进,具有传统的线绕变压器不可比拟的优点。以MPT为核心电子器件的逆变器,也将是未来液晶显示背景光源的主流。

  采用多层压电陶瓷材料制成的MPT被业内人士称为继传统线绕变压器及脉冲变压器之后的“第三代”电子变压器。电子变压器是电子电路中的重要元件,起着绝缘﹑隔离﹑电压/电流转换﹑信号传输等重要作用。

  压电陶瓷变压器的种类繁多,最常用的是升压压电陶瓷变压器,工作原理:输入压电片的电振动能量通过逆压电效应转换成机械振动能,再通过正压电效应转换成电能,在能量的这两次转换中实现阻抗变换,从而在压电片的谐振频率上获得高的电压输出,即采用的是电_机_电能量转换原理,在驱动端输入一个与MPT谐振频率一致的正弦交变电压,压电振子产生振动,传导到输出端,产生连续的正弦电压。MPT实际上是一种压电陶瓷振子,利用压电陶瓷作为振动能量的传递,使输入和输出两端间的电压发生变化的器件。采用多层结构后,每一单层厚度和层数可调,驱动电压不在受限制,因而可以使压电变压器总是工作在最佳状态。同时,碳刷变压器由于结构简单,更易于批量生产。

  通过对两种变压器的工作原理分析,可以看出,线绕变压器的铁芯平面正交于线圈平面,构成立方体,因此很难在几何尺寸上有所突破,尤其是在厚度,目前,线绕变压器的最小厚度约为7~8毫米。MPT的电能和机械能是在同一平面上进行转换,因此,可以做得很薄,由我司生产的MPT,厚度为3毫米,这是线绕变压器难以达到的尺寸。

  综上所述,MPT具有效率高﹑体积小﹑厚度薄﹑无电磁干扰﹑回路简单﹑重量轻﹑升压比高﹑正弦运行﹑高激发电压﹑不可燃等优点,应用领域和市场需求非常巨大。但是,线绕变压器虽然厚﹑重﹑低效,但它也具有成本低﹑负载范围大的优势。

  MPT的典型应用之一就是驱动CCFL。CCFL,称为冷阴极荧光灯,通常作为笔记本电脑和便携电子设备的彩色液晶显示(LCD)的背景光源,是目前最高效的显示器背景照明光源。CCFL的工作特性非常适合MPT,CCFL在启动时需要1000V以上的高压,平稳工作状态下电压为500V以上,阻抗较启动时下降10kΩ,输出电流一般为5mA~6mA。MPT的特点是输入阻抗高,输出电流小,输出电压随阻抗变化大;CCFL的特性与MPT的特性完全相符。由我司自行研制的逆变器,是以BIT3107为控制电路,全桥功率转换电路为驱动电路,点燃CCFL。BIT3107为DC/AC芯片,最多可驱动8只CCFL,工作温度范围宽,线形度好,可靠性高。以BIT3107和MPT为关键元器件的逆变器,最小厚度为5毫米;转换效率高,达90%以上;无电磁辐射;工作电压范围宽,恒功率输出。

  进入20世纪80年代,随着大规模集成电路(IC)的发展,表面安装片型化电子元器件逐渐主导市场,整机装配密度越来越高,薄﹑轻﹑短﹑小是未来的电子设备发展方向。MPT正是适应这个发展而产生的,随之应运而生的超薄﹑超小的逆变器更令电子产品制造商兴奋。随着市场发展,MPT今后将向高功率﹑高效率﹑高可靠性的方向发展,进一步拓展应用范围。碳刷变压器

  近来,碳刷变压器车载TV﹑PortableDVD等便携式产品的市场占有率越来越高,受产品空间的制约,对系统主板的集成一体化和可靠性要求也更高,因此,集成度高的IC+MPT的综合使用,是逆变器另一个发展方向,即IC+MPT与系统主板一体化,不在单独使用逆变器,作为背景光源。

  以上讨论了MPT和INVERTER,随着电子设备的迅猛发展,产品性能也在不断提高,高稳定﹑大容量﹑窄间距高精度﹑低功耗﹑高可靠﹑低老化﹑高频段﹑低价位已成为显著特点,因此,对产品的设计也提出了更高的要求。

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