壓電陶瓷變壓器原理
壓電陶瓷變壓器是通過電能---機(jī)械能---電能的二次能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)低電壓輸入，高電壓輸出的新型貼片器件。它的基本結(jié)構(gòu)根據(jù)形狀、電極和極化方向有多種形式，其中以長條片型結(jié)構(gòu)的壓電變壓器最為常用，它的結(jié)構(gòu)簡單、制作容易，并且具有較高的升壓比。
與傳統(tǒng)的電磁式變壓器比較，壓電陶瓷變壓器所用的材料、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)及工作原理均不相同。電磁式變壓器所用的主材是磁性材料和導(dǎo)電材料，分別用作結(jié)構(gòu)的磁心和繞組，其能量變換形式是電—磁—電。而壓電陶瓷變壓器所用的主材是二元系壓電陶瓷材料（PZT）如鋯鈦酸鉛，三元系壓電陶瓷材料（PCM、PSM）——即在PZT基礎(chǔ)上添加其它元素以及四元系壓電陶瓷材料（PMMN）等。經(jīng)高溫?zé)Y(jié)和高壓極化而制成產(chǎn)品，其能量變換方式是電—機(jī)—電。由此可見，電磁式變壓器的能量變換按其結(jié)構(gòu)形式需要在一個正交的立體空間完成，而壓電陶瓷變壓器可以在一個平面內(nèi)進(jìn)行能量變換，因此，壓電陶瓷變壓器容易設(shè)計(jì)成片式化結(jié)構(gòu)。
壓電陶瓷變壓器的工作原理是利用壓電陶瓷材料的特性——正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。所謂正壓電效應(yīng)就是這種材料在力的作用下（或變形）產(chǎn)生電荷或電壓，而逆壓電效應(yīng)就是施加電壓時，該材料產(chǎn)生變形或振動。壓電陶瓷變壓器的工作原理，就是利用壓電陶瓷材料的正、逆壓電效應(yīng)特性，通過對壓電陶瓷體的電極和極化方向取向特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用逆壓電效應(yīng)使與輸入端相連接的壓電陶瓷體在電壓作用下產(chǎn)生機(jī)械振動，再通過正壓電效應(yīng)使與輸出端連接的壓電陶瓷體產(chǎn)生電壓。當(dāng)輸入端和輸出端的阻抗不相等時，則導(dǎo)致其兩端的電壓和電流也不相等，由此實(shí)現(xiàn)輸入端和輸出端之間電壓與電流大小變換的功能。
壓電陶瓷變壓器結(jié)構(gòu)
壓電陶瓷變壓器采用壓電材料， 利用機(jī)電轉(zhuǎn)換特性， 配合元件的振動部分、 發(fā)電部分電機(jī)， 進(jìn)行極化設(shè)計(jì)， 由輸入電壓使壓電片處于共振狀態(tài)， 再由正壓電效應(yīng)， 將高應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電壓輸出， 從而達(dá)到變壓的效果。
圖1為其長條片型一體化結(jié)構(gòu)簡圖， 采用特殊壓電陶瓷材料 （如改性鋯鈦酸鉛或鈮鎂鋯鈦酸鉛） ，經(jīng)高壓力成型、 高溫?zé)Y(jié)和高壓電場極化等一系列工藝制成。
壓電陶瓷變壓器基于正逆壓電效應(yīng)， 在機(jī)電能量二次轉(zhuǎn)換過程中， 通過體內(nèi)阻抗變換升壓。當(dāng)壓電變壓器輸入端 （驅(qū)動部分） 加入一定頻率的交變電壓， 由于逆壓電效應(yīng)， 使壓電變壓器產(chǎn)生沿長度方向的伸縮振動， 輸入端的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在發(fā)電部分， 由于存在縱向振動， 通過正壓電效應(yīng)， 機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能， 使輸出端有高電壓輸出。
因壓電陶瓷變壓器的反射阻抗隨負(fù)載阻抗的減小而增加， 這個特性在高壓應(yīng)用時極為重要。當(dāng)負(fù)載短路或高壓放電時， 陶瓷變壓器的輸入阻抗迅速增加， 保證變壓器及外圍電路不至燒毀。因此， 使用壓電陶瓷變壓器， 電源無需另設(shè)短路保護(hù)電路。
壓電陶瓷變壓器的用途
小、薄、輕型化產(chǎn)品：由于壓電陶瓷變壓器具有以上所概括的一些特點(diǎn)，所以適合用于以電池供電的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，如蜂窩電話、筆記本電腦、折疊式計(jì)算機(jī)、攝錄一體化VTR、PAD等產(chǎn)品的電源系統(tǒng)。
需要用極高電壓、小電流供電的特種設(shè)備如雷達(dá)、靜電復(fù)印機(jī)、靜電除塵器等電源系統(tǒng)。
液晶顯示器（LCD）（包括LCD照明） 背面照明用壓電逆變器。因?yàn)長CD要求具有高的輸出功率、傳輸效率，且要求結(jié)構(gòu)上低高度、重量輕。同時，因?yàn)楸趁嬲彰骼潢帢O熒光燈的特點(diǎn)：點(diǎn)燈前的阻抗大，必須供給高電壓，點(diǎn)燈后阻抗變小，電壓就下降。壓電陶瓷變壓器逆變器的特性正好可以與此相匹配。
用于電池性能、尺寸和重量均受到嚴(yán)格限制的自供電系統(tǒng)中，如汽車、直升飛機(jī)、航空航天器、衛(wèi)星、聲納、醫(yī)療設(shè)備等使用的壓電制動驅(qū)動系統(tǒng)。這些設(shè)備的供電一般要求為100V~1000V，這與普通電池的9V~24V的供電大不相同，而壓電陶瓷變壓器則可實(shí)現(xiàn)這個指標(biāo)。
總之，壓電陶瓷變壓器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。