陶瓷變壓器是基于電-機-電的工作機理，不存在繞組和磁芯，可以做的很薄，使電源輕、小、薄成為可能。較為典型的應用是升壓型壓電陶瓷變壓器在冷陰極熒光燈(CCFL)驅動(dòng)電源的應用。根據壓電陶瓷變壓器等效電路的分析，壓電變壓器電源的電路設計需要把壓電陶瓷變壓器作為影響電路是否正常工作的一個(gè)重要因素，即在電路結構選擇，電路參數確定，控制方式等方面，都需要考慮壓電陶瓷變壓器的作用。

(1)安全性好，可靠性高。而降壓型壓電陶瓷變壓器主要應用有計算機、手機、攝像機等便攜式電子設備的AC-DC適配器及各種DC-DC模塊電源、各種超小型模塊電源、手提充電器等。從目前發(fā)展現狀看，升壓型壓電陶瓷變壓器超前于降壓型壓電變壓器，實(shí)在用程度較為廣泛。在實(shí)際應用過(guò)程中，壓電陶瓷變壓器的溫度會(huì )發(fā)生變化，且所帶的負載也隨時(shí)在變化，這兩個(gè)因素會(huì )引起壓電陶瓷變壓器的諧振頻率發(fā)生變化。

跟著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，各種便攜式電子設備小型化、輕型化要求開(kāi)關(guān)電源需知足輕、小、薄等要求。與基于其電-磁-電能量轉換機理的電磁變壓器比擬，擁有很多上風(fēng)，如沒(méi)有繞組線(xiàn)圈，不會(huì )受到電磁干擾和產(chǎn)生電磁干擾，壓電陶瓷變壓器制造可以完全實(shí)現自動(dòng)化，本錢(qián)低，絕緣等級高，且輕易獲得高的電壓傳輸比，非常適合小功率高壓輸出場(chǎng)合。

“逆壓電效應”相稱(chēng)于一臺電念頭，將電能轉換為機械能；“正壓電效應”相稱(chēng)于一臺發(fā)電機，將機械能轉換為電能。

(2)能量傳輸是以高頻振動(dòng)的壓電方式實(shí)現的，不會(huì )產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，也不會(huì )受到外界的電磁干擾。推挽逆變電路需要大電感來(lái)完成充電和放電，對采用壓陶瓷變壓器使小型化電源的上風(fēng)不再存在。

目前有一種LLC諧振半橋逆變電路，，具有實(shí)現原邊兩個(gè)主MOS開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通(ZVS)和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷(ZCS)功能，且進(jìn)入壓電陶瓷變壓器的激勵信號為正弦信號。正壓電效應”實(shí)現。

全橋逆變電路使用開(kāi)關(guān)元件多，而對于壓電陶瓷變壓器半橋逆變電路，其主電路結構有幾種方式需要借助壓電陶瓷變壓器才能完成零電壓開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電源；每個(gè)開(kāi)關(guān)周期，諧振能量會(huì )在諧振環(huán)中活動(dòng)，終極回送到輸入當中去。在輸入端施加交變電壓時(shí)，假如交變電壓的頻率與壓電陶瓷變壓器的諧振頻率相同或接近，則壓電陶瓷變壓器內部形成駐波，產(chǎn)生大幅度的應力和位移分布,在壓電陶瓷變壓器的輸出部門(mén)泛起最大的應變，該應變則經(jīng)過(guò)“正壓電效應”轉換為交變電壓輸出。為了研究壓電陶瓷變壓器最優(yōu)工作時(shí)需要的激勵信號特性和與之相匹配的電路，用相應的電學(xué)元件等效其機械參數，其中Cdl為壓電陶瓷變壓器輸入真個(gè)靜電容，Cd2為壓電陶瓷變壓器輸出真個(gè)靜電容，R、L、C分別為壓電陶瓷變壓器的動(dòng)態(tài)電阻、動(dòng)態(tài)電感和動(dòng)態(tài)電容。因此從電能利用率最大化角度考慮，施加在壓電陶瓷變壓器的激勵信號需要正弦信號。因此需要一個(gè)輸入匹配電路來(lái)減小流入壓電陶瓷變壓器的電流，或者說(shuō)來(lái)補償容性阻抗。從能量轉換的角度來(lái)看。壓電陶瓷變壓器的頻率特性，f0為壓電陶瓷變壓器的諧振頻率。

(3)壓電陶瓷變壓器輸出功率較小，目前成熟產(chǎn)品功率在10 W以?xún)?，但已研究?0 W的降壓型多層片式壓電陶瓷變壓器。

縱向振動(dòng)模式壓電變壓器結構圖，上下兩面涂覆銀電極，沿厚度方向極化，稱(chēng)為驅動(dòng)部門(mén)；銀電極涂在右端，沿長(cháng)度方向極化的右半部門(mén)稱(chēng)為發(fā)電部門(mén)。輸入匹配電路的設計主要由壓電陶瓷變壓器的輸入阻抗和開(kāi)關(guān)變換電路的輸出阻抗決定。

壓電陶瓷變壓器有縱向振動(dòng)模式(Rosen型)、厚度振動(dòng)模式、徑向振動(dòng)模式和彎曲振動(dòng)模式等幾種類(lèi)型。

(4)壓電陶瓷變壓器的工作機能要受其安裝工藝影響。

(5)功率轉換效率一般可達95％，最高可達98％。

電磁式變壓器是低級繞組和次級繞組通過(guò)電磁耦合來(lái)傳遞能量，而壓電陶瓷變壓器是借助壓電陶瓷材料的“逆壓電效應”和。因此需要施加在壓電陶瓷變壓器的激勵信號頻率與變壓器諧振頻率保持一致。這些送回去的能量越多，半導體開(kāi)關(guān)器件承受的應力就越大，在電路中損失的能量也越多；串聯(lián)電感，與變壓器的靜態(tài)電容一起，可以保證壓電變壓器工作在較好的狀態(tài)，但在設計上存在一定限制。若方波信號基波頻率為壓電陶瓷變壓器的諧振頻率，那么方波中的高次諧波作用時(shí)，壓電陶瓷變壓器處于非諧振狀態(tài)，對壓電變化的有效性沒(méi)有積極作用，即這部門(mén)電能并沒(méi)加強延長(cháng)度方向的振幅。

根據壓電變壓器的等效電路，當壓電變壓器處于諧振狀態(tài)時(shí)，從輸入端看進(jìn)去，相稱(chēng)于一個(gè)容性負載。它采用不燃燒的壓電陶瓷制成，沒(méi)有磁芯和繞組，不存在磁飽和題目，不會(huì )因負載短路而燒毀。因此在設計電路參數時(shí)，基本沒(méi)把電磁變壓器參數考慮進(jìn)去，只是在電源電路確定后才考慮變壓器設計。而在開(kāi)關(guān)電源中，傳統電磁式變壓器和電感的體積和重量是整個(gè)電源的主要部門(mén)。通過(guò)前面分析可知，壓電陶瓷變壓器需要施加正弦激勵信號。假如電源電路輸出固定頻率的激勵信號，不能跟蹤壓電陶瓷變壓器的諧振頻率，那么壓電陶瓷變壓器諧振頻率變化時(shí)，其轉換效率因不能工作在諧振狀態(tài)下大大降低，甚至不工作。

(6)MOS開(kāi)關(guān)電源采用壓電陶瓷變壓器，其電路必需與陶瓷變壓器的參數相配合才能有效工作，因此可調性差，電路設計也較復雜。冷陰極熒光燈(CCFL)驅動(dòng)電源特點(diǎn)通常是輸入電壓低，輸出電壓很高，達到1kV，但是輸出功率比較小，為了得到較高的輸出電壓，傳統的電磁變壓器需要匝數數目較大，且繞組線(xiàn)徑非常小，給制造帶來(lái)一定難度，且存在安全隱患，而用壓電陶瓷變壓器很輕易實(shí)現。電能-機械能-電能”的轉換，完成能量傳遞的目的。

在實(shí)際的應用中，假如電壓調節范圍比較大，固然可通過(guò)PFM調節方法實(shí)現，但這種方法不僅調節范圍窄，而且影響壓電冉瓷變壓器的最佳工作狀態(tài)。

主電路設計

在選用傳統電磁變壓器的開(kāi)關(guān)電源電路設計中，通常是根據其傳輸的功率、電源輸入特點(diǎn)、輸出特點(diǎn)，是否要求輸入輸出隔離等要求來(lái)選擇工作電路的拓撲結構，再根據選用的電路結構，輸出功率等要求設計電磁變壓器，確定磁芯、繞組組數、線(xiàn)圈線(xiàn)徑和匝數等各項參數。在這個(gè)能量傳遞過(guò)程中，首先是施加在壓電陶瓷變壓器的交流電能在“逆壓電效應”的作用下轉換成壓電陶瓷材料的振念頭械能，然后又在“正壓電效應”作用下立刻將這種機械能轉換為交流電能輸出。

因此在要求調節范圍大的應用場(chǎng)合可通過(guò)PWM與PFM共同完成。

壓電陶瓷變壓器的特點(diǎn)

把壓電變壓器等效成一個(gè)線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )，施加方波信號在壓電陶瓷變壓器上，在壓電陶瓷變壓器上的響應為方波信號的各次諧波的響應疊加。目前頻率跟蹤方式如表1所示。

基于壓電陶瓷變壓器開(kāi)關(guān)電源的主電路結構與傳統電磁開(kāi)關(guān)電源的主電路結構一樣，仍舊有回掃逆變電路、推挽逆變電路、全橋逆變電路，半橋逆變電路幾種拓撲結構。如圖4所示，回掃逆變電路仍需要電磁變壓器來(lái)實(shí)現正弦信號天生。升壓型壓電陶瓷變壓器主要應用還有液晶顯示器(LCD)背光照明、電子警棍、負離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、靜電噴漆、靜電除塵、靜電復印機、掃描電子顯微鏡等高壓發(fā)生裝置中。其中升壓型壓電變壓器以縱向振動(dòng)模式(Rosen型)為代表，是目前應用最廣的壓電變壓器，而降壓輸出場(chǎng)合常用的是厚度振動(dòng)模式壓電陶瓷變壓器。因此要求主電路的輸出頻率能跟蹤壓電陶瓷變壓器的諧振頻率。

(8)不產(chǎn)生反峰電壓，輸出尺度正弦波電壓。

(9)能實(shí)現體積小、重量輕、超薄型，最相宜片式化。盡管目前泛起了平面電磁變壓器，或能夠集成PCB板上的小型變壓器，在一定程度上能實(shí)現減小高度和尺寸的目的，但仍舊難以知足輕、小、薄的要求。

整個(gè)壓電陶瓷變壓器分為兩部門(mén)，左半部門(mén)為輸入端，其上下面有燒滲的陰極，沿厚度方向極化；右半部門(mén)為輸出端，沿長(cháng)度方向極化，右墻面有燒滲的陰極。

壓電陶瓷變壓器是一個(gè)諧振體，表示當激勵信號的頻率與變壓器的諧振頻率一致時(shí)，壓電變壓器處于諧振狀態(tài)，從圖l可知，此時(shí)延長(cháng)度方向振幅最大，壓電變化才最有效。