电源技术中的浅谈压电陶瓷变压器在开关电源的应用分析

O 引言 　　随着电子技术的发展，各种便携式电子设备小型化、轻型化要求开关电源需满足轻、小、薄等要求。而在开关电源中，传统电磁式变压器和电感的体积和重量是整个电源的主要部分。尽管目前出现了平面电磁变压器，或能够集成PCB板上的小型变压器，在一定程度上能实现减小高度和尺寸的目的，但仍然难以满足轻、小、薄的要求。陶瓷变压器是基于电-机-电的工作机理，不存在绕组和磁芯，可以做的很薄，使电源轻、小、薄成为可能。与基于其电-磁-电能量转换机理的电磁变压器相比，拥有许多优势，如没有绕组线圈，不会受到电磁干扰和产生电磁干扰，压电陶瓷变压器制造可以完全实现自动化，成本低，绝缘等级高，且容易获得高的电压传输比， 电源技术在不断发展，尤其在便携式电子设备小型化、轻型化的趋势下，开关电源的设计面临着体积和重量的挑战。传统的电磁式变压器和电感虽然有平面化设计，但仍无法满足极致的轻薄需求。这时，压电陶瓷变压器作为一种创新技术，因其独特的优势在电源领域崭露头角。 压电陶瓷变压器基于电-机-电的工作原理，不含有传统变压器的绕组和磁芯，因此可以做到非常薄，极大地减少了体积和重量，符合现代电子产品对轻量化和小型化的追求。与电磁变压器相比，压电陶瓷变压器的优点还包括无电磁干扰，制造过程可自动化，成本更低，绝缘性能强，以及能够轻松实现高电压传输比。这使得它们在小功率高压输出场景中表现出色。 压电陶瓷变压器的核心功能包括电压变换、阻抗变换和电流变换。它们利用铁电陶瓷材料的“逆压电效应”和“正压电效应”，将电能转化为机械能，再将机械能转化为电能，实现了能量的高效传递。以Rosen型压电陶瓷变压器为例，当输入端施加交流电压时，压电陶瓷在特定频率下产生驻波，导致内部应力和位移分布，进而通过输出端将机械能转换为高电压输出。 压电陶瓷变压器的等效电路通常包含纵向振动模式、厚度振动模式、径向振动模式和弯曲振动模式等多种类型。其中，Rosen型压电变压器是最常见的一种，其等效电路有助于理解其工作特性并设计匹配的电路。输入端的静电容Cdl和输出端的静电容Cd2，以及与机械振动相关的电阻和电感等元件，共同构成了分析和优化压电陶瓷变压器性能的基础。 压电陶瓷变压器在电源技术中的应用，为解决便携式电子设备电源的小型化、轻型化问题提供了新的解决方案。其高效能、低干扰、低成本的特点使其在未来的开关电源设计中有着广阔的应用前景，对于推动电子设备的技术进步具有重要意义。随着技术的不断进步和优化，压电陶瓷变压器有望在更多领域发挥关键作用，推动电源技术进一步发展。