專利名稱：壓電變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種變壓器，尤其涉及一種壓電變壓器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的繞線型變壓器采取將導(dǎo)線纏繞在磁體制成的鐵心上的形式，由于
'需要大量的導(dǎo)線匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)高的電壓比率，隨著電子電路^:型化的趨勢，制 造造型緊密細(xì)小的變壓器日趨困難。而壓電變壓器采用壓電效應(yīng)來改變電壓， 在變壓器相差不大的情況下，壓電變壓器的體積可以作的比電i茲變壓器的小。
壓電變壓器是20世紀(jì)50年代開始研制，并于70年代發(fā)M來的新型變 壓器。與傳統(tǒng)的繞線變壓器相比，壓電變壓器具有體積小、重量輕、耐高溫、 耐輻射、高可靠、使用時(shí)不會擊穿，且不產(chǎn)生電磁干擾等優(yōu)良特性。壓電變 壓器由于結(jié)構(gòu)簡單，易于批量生產(chǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于負(fù)離子發(fā)生器、液晶 顯示背景光源、熒光燈電子鎮(zhèn)流器和壓電電源等。
壓電變壓器的陶資體釆用多種形式的外形，包括平板形、圓形、環(huán)形和 類似形狀。按照壓電變壓器的發(fā)展歷程，大致分為長條狀的Rosen型、矩 形的厚度振動型和圓形的徑向振動型幾種結(jié)構(gòu)形式，其中以長條狀的Rosen 型最為常見，如圖1所示。Rosen型壓電變壓器是由4黃向振動才莫式的壓電驅(qū) 動器和縱向振動模式的壓電換能器的組合，由于Rosen型壓電變壓器相關(guān)的 固有高電壓輸出，它們通常被用作高壓發(fā)生壓電變壓器，其典型應(yīng)用就是很 適合用于驅(qū)動高壓燈，例如用作筆記本電腦平板顯示背光源的冷陰極熒光燈。 而Rosen型壓電變壓器的問題是帶寬非常窄、功率傳輸能力低、電路效率相 對較低。為了克服上述缺點(diǎn)，增加功率傳輸能力，往往釆用將幾個變壓器結(jié) 合在一起的多層"層疊"結(jié)構(gòu)。Rosen型壓電變壓器需要分別在厚度和橫向兩個不同的方向極化，因此 存在著制備工藝復(fù)雜、難于制造的問題。對Rosen型壓電變壓器進(jìn)行不斷的 改進(jìn)和優(yōu)化，出現(xiàn)了后來采用不同厚度或?qū)挾鹊木匦伟瀵B加的厚度振動型和 縱向振動型等Rosen型壓電變壓器的變體。方形厚度振動型壓電變壓器由日 本NEC于20世紀(jì)90年代研發(fā)，如圖2所示，其輸入端、輸出端均是由縱向 振動模式的壓電換能器在厚度方向疊加而成。厚度振動型壓電變壓器因?yàn)槠?固有的低電壓輸出被用作低電壓轉(zhuǎn)換壓電變壓器。由于其內(nèi)部電壓增益很低， 其工作效率最優(yōu)時(shí)最佳匹配負(fù)載阻抗大約為IOQ左右，主要應(yīng)用于低功率的 變換器和適配器中。但由于厚度振動型壓電變壓器工作在厚度振動方向，同 樣存在著功率傳輸能力低、諧振頻率太高(2MHz左右)、發(fā)熱量大、在厚 度方向多層疊加使變壓器太高(接近縱向或徑向尺寸)而不能放在小型電子 電路中等缺點(diǎn)。
徑向振動型壓電變壓器的輸入部分和輸出部分都是由工作于橫向振動模 式的陶瓷片組成的。相對于上述兩種變壓器來說，其突出的特點(diǎn)是制備工藝 相對簡單，制作方便，可調(diào)整的自由度大，輸出功率和轉(zhuǎn)換效率大大增加， 能以很小的尺寸實(shí)現(xiàn)低頻和大功率，效率最高時(shí)的最佳匹配輸出負(fù)載阻抗大 約介于幾歐姆到幾千歐姆之間，介于Rosen型和厚度振動型的最佳負(fù)載阻抗 值之間，適用范圍大大增加，可以滿足降壓型和升壓型電子電路的應(yīng)用需要， 例如有效用于DC/DC變流器、交換器、適配器和焚光燈的電子鎮(zhèn)流器等。
徑向振動型壓電變壓器大多是采用多層圓形陶資片疊加粘結(jié)等方法制備 而成。目前，現(xiàn)有的壓電變壓器的形狀結(jié)構(gòu)過于單一，不能更好地滿足應(yīng)用 需要。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種壓電變壓器，更好地滿足應(yīng) 用需求。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種徑向振動壓電變壓器，包括由壓電片組成的輸入端和輸出端，所述壓電變壓器所包括的輸出端為 一組或多組，和/或所述壓電變壓器所包括的輸入端為一組或多組，并且組 成所述輸入端和所述輸出端的壓電片均為方形。
進(jìn)一步來說，所述多組輸出端之間采用串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接，所 述多組輸入端之間采用串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接。
進(jìn)一步來說，所述輸入端與所述輸出端之間設(shè)置有隔離層。
進(jìn)一步來說，組成變壓器壓電片表面電極為方形、圓形、或者菱形， 表面電極在棱邊上與相應(yīng)側(cè)電極相連。
進(jìn)一步來說，所述隔離層為玻璃片、陶瓷片或者絕緣膜片。
進(jìn)一步來說，所述輸入端、輸出端和隔離層直接用粘結(jié)劑粘結(jié)。
進(jìn)一步來說，所述粘接劑為環(huán)氧樹脂或者聚酰亞胺。
進(jìn)一步來說，所述輸入端和所述輸出端分別由一層或者多層壓電片組 成，所述輸入端和所述輸出端的多層壓電片之間分別采用并聯(lián)的方式連接。
進(jìn)一 步來說，所述輸入端與所述輸出端側(cè)面周圍涂覆有絕緣層。
本實(shí)用新型所提供的壓電變壓器采用徑向振動模式，即采用徑向振動的 激勵方式，可以實(shí)現(xiàn)器件的低頻化和薄型化，滿足小型電子元件的需要，比 以往的厚度振動模式的壓電變壓器有很大改進(jìn)，壓電變壓器的可調(diào)整自由度 大，能以很小的尺寸實(shí)現(xiàn)大功率和高效率。另外，方形壓電片便于定位，側(cè) 電極焊接方便牢固，能大大提高工作效率。同時(shí)，本實(shí)用新型所提供的多輸 出的夾層結(jié)構(gòu)能夠較好地實(shí)現(xiàn)將驅(qū)動端的機(jī)械能傳遞至輸出端，轉(zhuǎn)換成電能 輸出，有利于驅(qū)動端和輸出端能量和功率的傳遞和轉(zhuǎn)換，降低功率損耗，提 高輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。


圖1為Rosen型升壓壓電變壓器結(jié)構(gòu)圖。圖2為降壓疊層式厚度振動型壓電變壓器結(jié)構(gòu)圖。 圖3為本實(shí)用新型壓電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型壓電變壓器驅(qū)動端和輸出端壓電片連接示意圖。
圖5(A)、 (B) 、 (C) 、 (D) 、 (E)為本實(shí)用新型所提供的壓電片 的結(jié)構(gòu)圖。
圖6(A)、 (B) 、 (C) 、 (D) 、 (E)為本實(shí)用新型所提供的不同電 極形狀壓電片的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為本實(shí)用新型所提供輸出端在驅(qū)動端上下兩邊的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的主要思想是設(shè)置多輸出的壓電變壓器結(jié)構(gòu)，同時(shí)將各層壓 電片的形狀設(shè)置為方形，從而構(gòu)成方形的徑向多輸出壓電變壓器，具有壓電 片定位方便、側(cè)電極焊接方便的特點(diǎn)，可以大大提高工作效率。
下面通過附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
參照圖3所示，為本實(shí)用新型所提供的壓電變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。壓電變 壓器包括第一驅(qū)動端31和第二驅(qū)動端37構(gòu)成輸入驅(qū)動部分，輸出端33、 35構(gòu)成輸出發(fā)電部分，多層隔離層32、 34、 36,覆蓋于驅(qū)動端和輸出端側(cè)面 的絕緣層38。在本實(shí)施例中，輸出端為兩個，實(shí)際上所述輸出端的個數(shù)也可 以為一個或者多個，本實(shí)用新型對此不加以限定。
在本實(shí)施例中，各層驅(qū)動端、發(fā)電端是由一層或多層如圖5或圖6所示 的壓電陶資片并聯(lián)而成的，其連接方式如圖4所示。按照圖3所示的順序組 裝成多層輸出端位于兩層驅(qū)動端的中間、層層疊加的多輸出復(fù)合結(jié)構(gòu)，也可 以組裝成驅(qū)動端位于兩層輸出端中間、層層疊加的多輸出復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電變 壓器。
如圖5(A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)所示，組成壓電變壓器的壓電片51呈方形結(jié)構(gòu)，可以采用干壓、軋膜、流延等方法制成方形形狀的陶瓷 片。然后在壓電片51的表面覆蓋一層如圖5中所示形狀的金屬(如銀)電極 52，在側(cè)面覆蓋金屬側(cè)電極53,兩個表面的電極52分別與兩個側(cè)面相應(yīng)的 側(cè)電極53連接為一體，將壓電陶覺片在厚度方向加壓極化即成。如圖6(A)、 (B) 、 (C) 、 (D) 、 (E)所示是采取表面金屬電極形狀不同的壓電片 61，其表面電極的形狀為方形形狀62，與對應(yīng)的側(cè)電極63連接為一體，在 厚度方向加壓極化。
方形形狀的壓電片便于定位，直線型的側(cè)電極容易對齊，將多層壓電片 的側(cè)電極焊接到一起，在側(cè)電極上焊接導(dǎo)線非常方便，用導(dǎo)線直接引出。平 整的焊接面相對于圓弧形的焊接面更加牢固可靠，同時(shí)便于生產(chǎn)時(shí)疊片定位。
本實(shí)施例所提供的壓電變壓器的一組驅(qū)動端和一組輸出端均采用并聯(lián)方 式連接，如圖4所示壓電片采取并聯(lián)方式連接，即將相同或不同厚度、不限 層數(shù)的壓電片41、 42、 43、 44按照兩兩壓電片極性方向相反、正對表面電極 面完全相同的連接在一起形成并聯(lián)方式。不同驅(qū)動端和輸出端間可采用并聯(lián) 或串聯(lián)方式連接。壓電片沿厚度方向疊加，各層之間用粘接劑粘結(jié)。將各層 壓電片的側(cè)電極焊接為一體，引出輸入(輸出)導(dǎo)線45、 46。
組裝壓電變壓器時(shí)，首先將壓電片41、 42、 43、 44^J要照圖4所示并聯(lián)組 成如圖3所示的第一驅(qū)動端31、第二驅(qū)動端37，以同樣的方式組裝成輸出端 33、 35;所述各層壓電片的表面和側(cè)面覆蓋有金屬電極，沿厚度方向極化。 各層壓電片均在厚度方向疊加，并有環(huán)氧樹脂類、聚酰亞胺等粘接劑粘結(jié)而 成多層驅(qū)動端和輸出端。
如圖3所示，將第一驅(qū)動端31、第二驅(qū)動端37、輸出端33、 35、隔離 層32、 34、 36按照圖3的方式組裝，驅(qū)動端31、 37和輸出端33、 35的側(cè)電 極可以分別錯開0-180度的角度(例如90度)，各層驅(qū)動端、輸出端在厚度 方向疊加，用環(huán)氧樹脂類、聚酰亞胺等粘接劑粘結(jié)成多輸出結(jié)構(gòu)的壓電變壓 器。然后用絕緣漆包覆各驅(qū)動端和輸出端的整個側(cè)面形成絕緣層38。將各組 驅(qū)動端、輸出端的側(cè)電極焊接為一體，并在側(cè)電極處直接焊接引線，引出輸 入導(dǎo)線組和輸出導(dǎo)線組，不同組輸入導(dǎo)線、輸出導(dǎo)線之間分別可以采取并聯(lián)也可以采取串聯(lián)的方式與外部連接。以上所述隔離層32、 34、 36可以相同也 可以不同，由無^L玻璃片、陶瓷片、絕緣膜片等組成，位于輸入端和輸出端 之間，使驅(qū)動端和輸出端在電學(xué)上完全隔離。絕緣層38為環(huán)氧、酚醛、聚氨 酯等材料，將壓電片的側(cè)面完全包覆，形成絕緣層。隔離層和絕緣層構(gòu)成強(qiáng) 的電壓隔離系統(tǒng)，保證器件的安全要求。
本實(shí)用新型中壓電片的表面電極形狀可以是圓形，也可以是方形、菱形 等多種形狀。
以上所述輸出部分可以由一組一層或多層輸出端組成也可以由多組一層 或多層輸出端組成。
以上所述驅(qū)動部分也可以由兩層以上驅(qū)動端組成，均勻分布在輸出端的 中間，形成均勻的夾層結(jié)構(gòu)，利于提高輸出功率和效率。
本發(fā)明所提供的壓電變壓器，并不局限于輸出發(fā)電部分位于輸入驅(qū)動部 分中間，輸入驅(qū)動部分位于輸出發(fā)電部分的上下兩邊、層層疊加的多輸出結(jié) 構(gòu)的壓電變壓器。同樣地，根據(jù)電路和設(shè)計(jì)要求，驅(qū)動端和輸出端可以相互 調(diào)換，組裝成輸入驅(qū)動部分位于輸出發(fā)電部分中間、輸出發(fā)電部分位于輸入 驅(qū)動部分的上下兩邊，層層疊加的多輸出復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電變壓器。如圖7所 示，由一層或者多層壓電陶瓷片并聯(lián)而成的驅(qū)動端71位于中間，由一層或者 多層壓電陶資片并聯(lián)而成的兩組輸出端72、 73位于驅(qū)動端71的上下兩邊， 隔離層74、 75分布在輸出端和驅(qū)動端的中間起隔離作用，各層在厚度方向疊 加組成復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)。輸出端子72、 73之間可以采取并聯(lián)的方式連接，也可 以采取串聯(lián)的方式連接，也可以作為單獨(dú)輸出端子組成多輸出結(jié)構(gòu)的變壓器。 如圖7所示，輸出端72、 73之間采用串聯(lián)的方式連接。
本發(fā)明所提供的壓電變壓器的輸出端層數(shù)并不受以上內(nèi)容所述和圖形層 數(shù)限制，可以依據(jù)設(shè)計(jì)需要組裝成一組一層或多層輸出端組成也可以由多組 一層或多層輸出端組成構(gòu)成輸出部分結(jié)構(gòu)的壓電變壓器，滿足電子電路中多 路輸出的需要。
下面通過具體應(yīng)用中的實(shí)例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行示例性說明。在本實(shí)例中，采用降壓型壓電變壓器，所述壓電陶瓷片由PZT基壓電陶 瓷材料制備而成。如圖3所示，其由上、下兩層驅(qū)動端31、 37，中間一層輸 出端33、兩層隔離層32、 34和絕緣層38構(gòu)成。其中，所述驅(qū)動端31、 37 均由一層壓電片組成，輸出端33由6層壓電片組成。所述壓電片可以采用干 壓、軋膜或流延等方法制成，然后經(jīng)過燒結(jié)、在壓電片的表面和側(cè)面印刷金 屬電極、加壓極化等步驟制得壓電片。本實(shí)例中，輸出端采用6層壓電片并 聯(lián)的方式連接，壓電片的尺寸相同，為20 * 20 * 0.5mm,電極形狀如圖5所 示；驅(qū)動端采用2層壓電片并聯(lián)的方式連接，壓電片尺寸相同，為為20*20 * lmm，電極形狀如圖5所示；隔離層采用2層尺寸為為21 * 21 * 0.4mm玻 璃片組成。
如圖4所示，將構(gòu)成輸出端33的6層壓電片41、 42、 43、 44采取并聯(lián) 的方式連接，即相鄰片的極化方向相反，正對兩片電極完全相同的連接在一 起，在厚度方向疊加并用粘接劑粘結(jié)形成輸出端33。
將驅(qū)動端31、 37，輸出端33,隔離層32、 34按照圖3所示的順序進(jìn)行 組裝，各層驅(qū)動端和輸出端之間分別錯開90度，在厚度方向疊加，各層之間 用粘接劑粘結(jié)。上下兩個驅(qū)動端采用并聯(lián)方式將相同電極連接在一起構(gòu)成驅(qū) 動部分，引出輸入導(dǎo)線。將輸出端的各層側(cè)電極焊接在一起，直接引出輸出 導(dǎo)線，然后用環(huán)氧樹脂等絕緣漆包覆壓電片的整個側(cè)面形成絕緣層38。
經(jīng)過測試，本實(shí)例所提供的壓電變壓器工作于lOOKHz，輸出功率20W 以上，輸入電壓70-90伏，輸出電壓30伏，最佳負(fù)載為50。，實(shí)際輸出功率 可達(dá)94%,發(fā)熱量纟艮小。
本發(fā)明提供了一種工作頻率應(yīng)用更加廣泛、頻帶較寬、體積更小、輸出 功率和效率更高的性能優(yōu)異的壓電變壓器。
本實(shí)用新型提供的壓電變壓器，方形形狀的壓電片便于定位，增加了牢 固性和可靠性，降低了操作難度，提高了工作效率。同時(shí)夾層結(jié)構(gòu)能夠較好 地實(shí)現(xiàn)將驅(qū)動端的機(jī)械能傳遞至輸出端，轉(zhuǎn)換成電能輸出，有利于驅(qū)動端和 輸出端能量和功率的傳遞和轉(zhuǎn)換，降低功率損耗，提高了變壓器的輸出功率 和轉(zhuǎn)換效率。需要指出的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，而不是對本 實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本實(shí)用新型 技術(shù)特征所做的等同替換或者相應(yīng)改進(jìn)，仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種壓電變壓器，包括由壓電片組成的輸入端和輸出端，其特征在于，所述壓電變壓器所包括的輸出端為一組或多組，和/或所述壓電變壓器所包括的輸入端為一組或多組，并且組成所述輸入端和所述輸出端的壓電片均為方形。
2、 如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，所述多組輸出端之間 采用串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接，所述多組輸入端之間釆用串聯(lián)或者并聯(lián)的方 式連接。
3、 如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，所述輸入端與所述輸 出端之間設(shè)置有隔離層。
4、 如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，組成變壓器壓電片表 面電極為方形、圓形或者菱形，表面電極在棱邊上與相應(yīng)側(cè)電極相連。
5、 如權(quán)利要求3所述的壓電變壓器，其特征在于，所述隔離層為玻璃片、 陶瓷片或者絕緣膜片。
6、 如權(quán)利要求4所述的壓電變壓器，其特征在于，所述輸入端、輸出端 和隔離層直接用粘結(jié)劑粘結(jié)。
7、 如權(quán)利要求5所述的壓電變壓器，其特征在于，所述粘接劑為環(huán)氧樹 脂或者聚酰亞胺。
8、 如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，所述輸入端和所述輸 出端分別由一層或者多層壓電片組成，所述輸入端和所述輸出端的多層壓電 片之間分別采用并聯(lián)的方式連接。
9、 如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，所述輸入端與所述輸 出端側(cè)面周圍涂覆有絕緣層。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種壓電變壓器，包括由壓電片組成的輸入端和輸出端，所述壓電變壓器所包括的輸出端為一組或多組，和/或所述壓電變壓器所包括的輸入端為一組或多組，并且組成所述輸入端和所述輸出端的壓電片均為方形。組成壓電變壓器的壓電片表面和側(cè)面覆蓋有金屬電極，表面電極的形狀可以是方形也可以是圓形等其他形狀，沿厚度方向極化。從側(cè)電極處直接引出輸入輸出導(dǎo)線。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)器件的低頻化和薄型化，滿足小型電子元件的需要，方形壓電片便于定位，側(cè)電極焊接方便牢固，能大大提高工作效率。
文檔編號H01L41/107GK201233908SQ20082010961
公開日2009年5月6日 申請日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者周偉革, 都金龍, 虹 魯 申請人:中國電子為華實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司