在一些小型電子測量儀器中,經(jīng)常需要用到電壓為幾千伏特、電流為微安級的高壓電源,我們通常稱這類電源為小高壓電源。這些小高壓電源目前多采用傳統(tǒng)的繞線式變壓器進(jìn)行交流升壓,再經(jīng)過整流倍壓達(dá)到所需要的電壓值。倍壓次數(shù)可為2倍~6倍。由于繞線式變壓器的升壓繞組的導(dǎo)線很細(xì),匝數(shù)又多,所以繞制和浸漬工藝中的某些缺陷會造成質(zhì)量隱患,在變壓器使用一段時間后會形成匝間短路打火,導(dǎo)致變壓器失效,影響儀器使用的可靠性和安全性。現(xiàn)在,有一種新的升壓元件可供選擇,即片式壓電陶瓷變壓器(簡稱壓電陶瓷變壓器)。
壓電陶瓷變壓器作為一種新型電子變壓器元件的歷史并不算太短,但進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)和大范圍應(yīng)用則是近幾年的事。現(xiàn)在,利用其獨特的性能制作的小高壓電源已經(jīng)成功地使用到液晶顯示器的背光電源和正負(fù)離子發(fā)生器等眾多領(lǐng)域,形成一個新的產(chǎn)業(yè)。以下就如何應(yīng)用壓電陶瓷變壓器作些扼要介紹。
諧振工作原理
壓電陶瓷變壓器不論單層(PT)或多層(MPT)使用時都要在輸入端施加交流電壓(或脈沖)U1,而且所施加的電壓頻率與變壓器諧振頻率相同。在此電壓的作用下,壓電變壓器產(chǎn)生逆壓電效應(yīng),形成機(jī)械振動,此振動波沿變壓器縱向傳遞,形成正壓電效應(yīng),到達(dá)輸出端,在輸出端產(chǎn)生交流正弦波輸出電壓U0。電壓U0是U1的n倍,n為升壓比。目前,單層變壓器的升壓比可達(dá)到200倍以上,多層變壓器則可以達(dá)到更高。
壓電變壓器的基本驅(qū)動方式
單層和多層壓電陶瓷變壓器的驅(qū)動方式有所不同。因其功率較小,單層結(jié)構(gòu)的可用單管單端驅(qū)動方式。多層結(jié)構(gòu)的更多的是采用雙管推挽驅(qū)動電路。也有采用四管橋式驅(qū)動形式的電路。
對驅(qū)動專用IC的要求
初期,人們利用現(xiàn)有的資源,采用通用開關(guān)電源PWM控制IC,再附加外圍電路來驅(qū)動多層壓電變壓器,達(dá)到了一定的技術(shù)水平。隨著技術(shù)的進(jìn)步和要求保護(hù)功能更加完善,各大公司紛紛推出自己的專用IC,使驅(qū)動技術(shù)上升到一個新的水平。國外典型的專用IC有HLMM936、UCC3976和KPA9000A等。從實際使用角度看,對此IC的主要要求有:
(1)具有較寬的輸入電壓適應(yīng)范圍
輸入電壓從2V~6V或6V~18V,以滿足使用鋰電池的小型設(shè)備和大型設(shè)備的不同要求。在輸入電壓從小到大的變化過程中,IC內(nèi)部應(yīng)具有前饋功能,自動調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號的脈沖寬度,使負(fù)載功耗基本恒定,而不需要靠后級的反饋再來進(jìn)行調(diào)節(jié),縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間,使系統(tǒng)對電壓變化的適應(yīng)性能提高。
(2)自動掃頻和跟蹤功能
使變壓器始終工作在準(zhǔn)諧振狀態(tài)。由于壓電變壓器的特點是只有工作在其諧振頻率時輸出電壓才會最高。但是,在實際工作中,隨著時間和環(huán)境溫度的變化,其固有諧振頻率都會有小的變化。同時為了生產(chǎn)的方便,減少調(diào)試工作量,也需要IC能夠自動完成頻率掃描和跟蹤功能。
(3)完善的保護(hù)功能
壓電變壓器是電壓輸出器件,內(nèi)阻較高,所以,在負(fù)載開路時輸出電壓很高。為了避免過高的輸出電壓引起自身和外圍元件的損壞,IC應(yīng)能夠檢測到負(fù)載狀況是否開路,若開路時,則IC應(yīng)能夠在一定時間內(nèi)關(guān)斷對變壓器的激勵。同時還應(yīng)具有過電壓和過電流保護(hù)功能。
(4)調(diào)功功能
在背光電源應(yīng)用中,由于負(fù)載為冷陰極燈管,在高壓作用下,冷陰極燈管產(chǎn)生輝光放電,其閃爍頻率與電源頻率相同,當(dāng)其閃爍頻率在200Hz以上時,人的眼睛已感覺不到其閃爍變化。所以,可以采用斷續(xù)供電的方式來降低電源的功耗。這種功能在采用電池供電的設(shè)備中尤為重要。
來源:《電子元器件應(yīng)用》,以上信息僅供學(xué)習(xí)參考。