多层压电陶瓷岳阳s11变压器—未来岳阳s11变压器之星
近年来，外多家公司推出多种采用压电岳阳s11变压器的背光电源，输出功率从0．5W到5W，输入电压为3VDC～18VDC，应用在3″～15″LCD模块中，产品包括数码相机、PDA、笔记本电脑等。随着TFT－LCD的进一步普及，采用压电岳阳s11变压器的背光电源会越来越受到厂商的重视。美国、前苏联曾对压电岳阳s11变压器在军事领域的应用作过深入的研究，也有这方面的研究成果。压电陶瓷岳阳s11变压器最早于1956年由美国人C．A．Rosen提出，他根据压电理论及压电方程对压电岳阳s11变压器的基本工作原理进行了阐述，并制成单层压电陶瓷岳阳s11变压器；之后数年，人们对压电岳阳s11变压器理论及其应用进行了广泛的研究，得到一些实际应用，但因特性欠佳，制造工艺不完善，成本较高等，未获得广泛的应用。因此，20世纪60年代到70年代初可以看成压电岳阳s11变压器发展的初级阶段，仅限单层压电陶瓷岳阳s11变压器。 1980年，中国科学家首先提出采用多层技术制造压电陶瓷岳阳s11变压器，并且制作出第一支多层压电陶瓷岳阳s11变压器，可简称MPT（MultilayerPiezoelectricTransformer）。由于多层压电岳阳s11变压器具有独特的优点，更适合实际应用，因而引起各国科研人员的广泛关注。随着陶瓷元器件制造技术的发展，尤其是多层陶瓷器件工艺技术的出现和日趋成熟，进入20世纪90年代，产品要求小型化、薄型化、高效化，多层压电岳阳s11变压器用于液晶显示器背光电源刚好满足了这些要求，并克服了传统电磁岳阳s11变压器的一些缺点，因此，以日本NEC，TDK，村田，日立金属等公司为代表的元器件厂家在该领域开展了大量研究，20世纪90年代末将压电岳阳s11变压器大量用于液晶显示器背光电源，标志着压电岳阳s11变压器制造技术及产业化已经成熟。从20世纪80年代到90年代单层压电岳阳s11变压器技术进一步成熟，在一些小型电源中得到实际应用，如负离子发生器、臭氧发生器、静电喷涂等。 在我国，以清华大学材料系为代表的科研院所在20世纪70年代开始压电岳阳s11变压器的研究与开发，在压电岳阳s11变压器材料、结构、理论及制造工艺上取得一定的成果。清华大学材料系作为在国际上最早从事多层压电岳阳s11变压器研究开发的机构，积极推动了我国多层压电陶瓷岳阳s11变压器的产业化进程。 1．压电岳阳s11变压器的分类及制造工艺 压电岳阳s11变压器一般采用锆钛酸铅（PZT）系压电陶瓷材料经过烧结、极化等工艺制造而成。有工作在超音频的升压压电岳阳s11变压器，也有工作频率为工频的降压压电岳阳s11变压器。与传统的铁芯线绕电磁岳阳s11变压器相比，它具有体积小、使用时不击穿、耐高温、不燃烧、电磁干扰很小，且结构简单，易批量生产等优点。和一般的电磁岳阳s11变压器一样，压电岳阳s11变压器也具有电压变换、阻抗变换和电流变换等功能。 压电岳阳s11变压器的结构可分为单层压电岳阳s11变压器和多层压电岳阳s11变压器。按用途可分为升压型岳阳s11变压器和降压型岳阳s11变压器。升压与降压岳阳s11变压器均可采用单层或多层结构，一般来说，多层结构具有较大的变比与较高的能量传输密度。单层压电岳阳s11变压器采用传统的干压成型工艺，主要工艺过程为：陶瓷粉体→干压成型→高温烧结→电极→极化→性能测试 多层压电岳阳s11变压器一般采用与多层陶瓷岳阳s11变压器（MLCC）相类似的制造工艺，但由于单个元件比MLCC大得多，两者的制造工艺仍有较大的差异，多层压电岳阳s11变压器主要工艺过程为：陶瓷粉体→流延→内电极印刷→叠层→切块→高温烧结→外电极→极化→性能测试 2．多层压电岳阳s11变压器的工作原理 压电岳阳s11变压器也是一种压电换能器，它利用压电陶瓷的机电能量转换机理，一般的压电换能器只将电能与机械能（超声波）作单向转换，即电能→机械能或机械能→电能。压电岳阳s11变压器先将输入的电能转换为机械能，再将机械能转换为电能，以Rosen型升压岳阳s11变压器为例， 电能————→机械能————→电能 在输入端施加一定频率的低压，由逆压电效应在岳阳s11变压器内部首先将电能转换为机械能——纵驻波传播，岳阳s11变压器输出端再将机械能转换为电能，产生一定频率的，从而实现升压过程。 单层压电岳阳s11变压器的工作原理也大致相同，只是输入端（初级）为单层。施加的交流电压在输入端沿厚度方向引起陶瓷体的收缩与拉伸应变，这种应变沿长度方向传递到输出端。 3．多层压电岳阳s11变压器的谐振工作特性 压电岳阳s11变压器工作时首先必须在谐振状态即外电路驱动与压电岳阳s11变压器自身产生谐振，这样压电岳阳s11变压器才能较好的工作，压电岳阳s11变压器的许多特性都与谐振密切相关，如输出电压、升压比、转换效率、输出输入阻抗、输出功率等。多层压电岳阳s11变压器工作时使用的频率范围较窄，一般为2KHZ左右，这也是压电岳阳s11变压器与铁芯线绕电磁岳阳s11变压器的最大区别。 一般分析压电岳阳s11变压器的工作特性，都是在谐振工作状态。多层压电岳阳s11变压器的升压比（负载100KΩ）为30～100，空载升压比更高；输入阻抗较低（最低可达0．5Ω），输出阻抗较高，因此比较适合在LCD背光电源中驱动冷阴极荧光灯管；文献报道，多层压电岳阳s11变压器的转换效率最高可达97%，普遍认为负载合适时工作效率大于90%；目前，由于制造工艺等原因，多层压电岳阳s11变压器的输出功率仅限于0．5W～8W，折算功率密度为～1W/G。 多层压电岳阳s11变压器的谐振工作频率范围较窄，而且频率随着电路中的负载特性、参数、岳阳s11变压器自身工作产生的温升等条件，需要作较大的调整，压电岳阳s11变压器才能很好地工作。因此，在实际电路中，需要对电路工作频率作自动调节，目前，外压电岳阳s11变压器背光电源都采用频率自动调节技术，并与其他控制器件集成在一个专用IC里，从而使压电岳阳s11变压器背光电源的性能更加稳定、可靠，利于规模化生产。 4．多层压电岳阳s11变压器的主要应用 液晶显示器显示图像时需要均匀的背光，背光由一支或多支冷阴极荧光灯管（CCFL）发光来提供。传统背光电源采用小型线绕式岳阳s11变压器产生来驱动CCFL，由于体积限制，存在工作时产生击穿、打火、甚至燃烧现象，伴随较大的电磁干扰，给实际应用带来一些问题。多层压电岳阳s11变压器的升压比高，下工作不会击穿，电磁干扰小，正好克服了线绕岳阳s11变压器的缺点，并具有转换效率高、体积小、重量轻、输出波形好等优点，非常适合驱动CCFL，近年来在LCD背光电源中获得了广泛的应用。 压电背光电源也是一种DC/AC转换模块，例如它将输入的直流电（如12V，300MA）经过变换、升压，输出一定频率的交流（70KHZ，600VRMS，5．0MARMS）来驱动CCFL工作。 多层压电岳阳s11变压器作为一种新型的岳阳s11变压器，目前主要用于TFT－LCD背光电源，实际上它可以用在许多DC/AC转换电路中，尤其需要小型电源的地方，充分发挥其体积小、电磁干扰小等优点，如探测仪器、仪表。美国、前苏联曾对压电岳阳s11变压器在军事领域的应用作过深入的研究，也有这方面的研究成果。多层压电岳阳s11变压器与传统岳阳s11变压器相比，一方面成本高、批量生产一致性差，制造工艺有待进一步完善；另一方面在应用技术上，各个厂家的多层压电岳阳s11变压器差异很大，不能互换，控制回路结构、工作原理也不相同；压电岳阳s11变压器的工作机理、特性不为大家所熟悉，这些都妨碍了多层压电岳阳s11变压器的进一步推广应用。近年来，日本多家公司如Tamura、NEC、日立金属等在压电背光电源方面都有成熟的批量化产品，技术水平较高，使大家对多层压电岳阳s11变压器应用前景有了新的认识，的公司、科研机构也纷纷在该领域开展研究与开发，积极推进产业化。 综上所述，虽然压电岳阳s11变压器有几十年的发展历史，只是近几年才较大规模的投入使用。近年来，我国大陆和台湾省的多家公司也在多层压电岳阳s11变压器领域进行相关的研究与产业化工作，虽然起步较晚，但技术水平已接近国际水平，目前压电岳阳s11变压器尤其是多层压电岳阳s11变压器已成为各大元器件厂商关注的热点，必将推动压电岳阳s11变压器制造技术与应用技术更快的发展，使压电岳阳s11变压器最终成为一种广泛使用的标准器件。元器件应用。 
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