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　　6圓盤形彎曲振動壓電變壓器等效電路及特性研究黃以華施俊2.周康源21.中山大學電子與通信工程系，廣東廣州52752.中國科學技術大學電子工程與信息科學系，安徽合肥230027推導過程中，得到了該器件的等效電路，并通過實驗研宄驗證了該等效電路的正確性。此外，文中的理論分析與性能測試還證明，彎曲振動壓電變壓器對于防止器件損壞減小介電損耗提高效率都有定的作用1引言傳統的縱向振動壓電變壓器以及近兩年來在國際上出現的徑向振動壓電變壓器在應用過程中常常存在幾個問比較大；3實際功率傳輸能力不足；4功率較大時器件容易損壞。這幾個問嚴重影響了壓電變壓器在功率電子系統中波設計出來。

　　2器件結構圓盤形彎曲振動壓電變壓器輸入部分為夾心式疊層結構，即在兩層壓電陶瓷圓片中間通過導電膠粘合層金屬圓片，圓片的直徑略大于壓電片的直徑。采用這種結構，有很多好處首先，中間的金屬夾層特別有助于器件在功率電子系統中的安裝，借助于中間金屬層的邊緣，整個壓電變壓器可以牢固連接在電子設備中的支架點上，減少因振動而產生的諸如支撐點位移而效率降低電極引線焊點松動壓電片開裂失效等現象的發生，從而提高器件的可靠性；其次，功率傳輸能力明顯提高，因為該結構的器件在工作時，所依賴左右，要比橫向機電耦合系數如大近倍31的值多在0.338左右，這樣，該器件在個工作周期內，對于同樣的輸入功率，器件的電機能量的轉換值可提高近倍，另外由于有屬圓片的在，的有效值比，屬叫片的陶瓷振子大約6，這又進步提高了實際的機能量的轉換效率；第，器件的內部損耗有定的減小，因為輸入和輸出部分都是疊層結構，相同部分的各層之間從電路的角度來看是并聯結構，這在器件的等效電路中相當于將各壓電片的損耗電阻進行并聯，因而總的損耗電阻可以得到定的減小。輸出部分則在輸入部分的兩個端面上分別粘接片壓電陶瓷片，整個器件的結構在1出。

　　分解中位面輸出部分壓電變壓器及等效過程3等效電路特性研究通常情況下，我們可以列出變壓器的壓電方程和運動方程并求解，然后通過機電類比來得到這種類型壓電變壓器的等效電路。但是對于彎曲振動模式而言，這樣的過程將是極其復雜的，并且很難得到解析解，從而影響等效電路模型的正確性。文獻5人給出了圓片晶體振作1曲振動時的乜動方祝的解析解，只要對該解析解做適當的處理，同時將變壓器分解成輸入和輸出部分，再分別等效成中位面上的兩個等效系統如等效電路便不難求出，那么這種類型壓電變壓器的各種特性就可以很容易得到。詳細推導過程不再贅述，此處我們只給出主要結果。

　　J輸入部分在交變電壓的作用下。輸入部分1作時的所滿足的機電方程為。

　　電流，中位面上的參考速度，壓電變壓器的輸入電玉，輸入電界輸入部分的變幾比。

　　芩慮到能貴損耗電阻尺=，=人。，辦，要；熱效應，輻射功率很小，因而忽略不計人則圓盤彎曲振動壓電變壓器輸入部分的等效電路為41特性參數為了研宄該壓電變壓器的特性，我們采用不同的材料制作了1和2兩個樣品，各樣品的幾何參數及材料特性參數分則采用以0公司的0，コ陶瓷材料，2樣品的輸入與輸出部分邡采用材料。

　　輸入輸出輸入輸出相對介電系數8介電損耗屯5機電耦合系數品質因數，1壓電常數捫1居里點廠，壓電片直徑壓電片厚度金屬片直徑化金屬片厚度4.2電壓傳輸特性32輸出部分與3.1類似，輸出部分工作時同樣滿足機電方程其中，廣等效系統上的作用力壓電變壓器的輸出電流中位面上的參考速度，壓電變壓器比。

　　桿現；1忒及夸。8能損耗1.輸出部分的等效電路為剛度。因為輸入與輸出部分的等效系統之間滿足邊界條件。廠測試結果6.中顯，本文所提出的圓盤彎曲振動壓電變壓器己具備升高電壓的作用，其升壓比為57之間，而且測試值與理論值的差別不大，并呈現較強的線性。7為樣品2的測試曲線，與樣品1相比顯然樣品2的升壓比要小得多，這主要是由于輸出部分材料不同所致。

　　4典，3，4可，5淡樣品的升壓特性負載甩抗汰頻率特性45應用目前壓電變壓器多用于微型0，0，虬甩amp；0，緶分校，過1技術將驅動和控制電路集成起來，開關模塊的重量含壓電變壓器已經降到了幾克，這對于些特殊應用場合具有現實意義。在這領域，國際上已有些成熟的產品，可是數量和品種都不多。可以說，關于壓電變壓器的應用研宄仍處于個發展階段。是在互聯網上已經可以找到些大公司。

　　如3正陽順及的研宄報告。基于上述原因，我們也對與控制這問本身就是個值得研宄的課，目前很難確定哪種驅動和控制方式是佳的，因此本文僅給出個實驗電路，有關配套電路驅動控制及輸入輸出端匹配網絡的優化設計問正是我們下階段的研宄課。

　　43頻率特性值。可以看出，器件的諧振頻率為出2左右，而1樣品的有效直徑僅為10，這說明該結構的壓電變壓器確實能夠以小尺寸實現低頻振動的的。

　　44功率特性功率特性的測試曲線9，圓點為仿真值，角位測試值。顯然可以看到。曲線也坫叫下凹的，功率低點出現在負載為2，左右，這和理論曲線的走勢是基本致的。另外我們測試了器件在大功率輸入情況下的穩定性，試驗中可以觀察到，即使在數十瓦的輸入功率下，器件物理結構仍然完好，只是此時發熱嚴重，器件面非常燙手，但未出現裂痕。

　　5結論曲振動壓電變壓器，經過理論分析和實驗研宄，證明該器件對于解決支撐點穩定性減小損耗提高效率都有定的作用，同時我們也發現，器件的某些性能還有待進步提高。另外文中對該器件的應用也作了初步的探討，有關配套電路的優化設計工作將在今；的研究中進行。

　　4j張沛霖，張仲淵。壓電測量1.北京國防工業出版社，1983.

　　6壓電9凡8014.汗，靜，肥植岙黃以華男，1973年4月生于福建省福清市，2002年畢業于巾酣學技術大學電子工程與貧信息科學系，獲博士學位。現為廣州中山大學電子與通信工程系講師。主要研宄方向為固態超聲電子器件及微波器件。

　　施俊男，1977年4月生于江蘇南通，現為中國科學技術大學電子工程與信息科學系博士生，主要從事超聲影像醫學診斷系統及超聲電子器件的研宄工作，目前在香港城市理工大學作訪問研宄。

　　周康源男，1941年生于上海，1964年畢業于上海交通大學水聲工程專業，現為中國科學技術大學電子工程與信息科學系教授，博士生導師，主要從事超聲及其相關領域的研宄工作。