壓電陶瓷變壓器
在一些小型電子測(cè)量?jī)x器中,經(jīng)常需要用到電壓為幾千伏特、電流為微安級(jí)的高壓電源,我們通常稱(chēng)這類(lèi)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(xiàn)式變壓器進(jìn)行交流升壓,再經(jīng)過(guò)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(xiàn)式變壓器的升壓繞組的導(dǎo)線(xiàn)很細(xì),匝數(shù)又多,所以繞制和浸漬工藝中的某些缺陷會(huì)造成質(zhì)量隱患,在變壓器使用一段時(shí)間后會(huì)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?,F(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(jiǎn)稱(chēng)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?,F(xiàn)在,利用其獨(dú)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(gè)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(shí)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(dòng),此振動(dòng)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(dòng)方式
單層和多層壓電陶瓷變壓器的驅(qū)動(dòng)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(dòng)方式。多層結(jié)構(gòu)的更多的是采用雙管推挽驅(qū)動(dòng)電路。也有采用四管橋式驅(qū)動(dòng)形式的電路。
對(duì)驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用IC的要求
初期,人們利用現(xiàn)有的資源,采用通用開(kāi)關(guān)電源PWM控制IC,再附加外圍電路來(lái)驅(qū)動(dòng)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(zhuān)用IC,使驅(qū)動(dòng)技術(shù)上升到一個(gè)新的水平。國(guó)外典型的專(zhuān)用IC有HLMM936、UCC3976和KPA9000A等。從實(shí)際使用角度看,對(duì)此IC的主要要求有:
?。?)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(mǎn)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(guò)程中,IC內(nèi)部應(yīng)具有前饋功能,自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度,使負(fù)載功耗基本恒定,而不需要靠后級(jí)的反饋再來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié),縮短系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間,使系統(tǒng)對(duì)電壓變化的適應(yīng)性能提高。
(2)自動(dòng)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(diǎn)是只有工作在其諧振頻率時(shí)輸出電壓才會(huì)最高。但是,在實(shí)際工作中,隨著時(shí)間和環(huán)境溫度的變化,其固有諧振頻率都會(huì)有小的變化。同時(shí)為了生產(chǎn)的方便,減少調(diào)試工作量,也需要IC能夠自動(dòng)完成頻率掃描和跟蹤功能。
?。?)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(kāi)路時(shí)輸出電壓很高。為了避免過(guò)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(cè)到負(fù)載狀況是否開(kāi)路,若開(kāi)路時(shí),則IC應(yīng)能夠在一定時(shí)間內(nèi)關(guān)斷對(duì)變壓器的激勵(lì)。同時(shí)還應(yīng)具有過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)功能。
?。?)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(shí),人的眼睛已感覺(jué)不到其閃爍變化。所以,可以采用斷續(xù)供電的方式來(lái)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(lái)源:《電子元器件應(yīng)用》
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