專利名稱：具有電壓反饋的壓電變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電陶瓷變壓器，尤其涉及具有電壓反饋的壓電變壓器。
利用壓電效應(yīng)的壓電變壓器在本領(lǐng)域中是公知的。壓電變壓器可以定義為無源電能轉(zhuǎn)換設(shè)備或利用材料壓電特性實現(xiàn)電壓、電流或阻抗變換的換能器。近來，壓電變壓器已經(jīng)代替了用于在某些電子設(shè)備的電源電路中產(chǎn)生高壓的繞線型電磁變壓器。這些壓電變壓器與普通電磁變壓器相比有很多優(yōu)點，在較小的外殼中，包括了形狀緊湊纖細(xì)、結(jié)構(gòu)結(jié)實、高效率和高可靠性的優(yōu)點。壓電變壓器尤其適用于高壓應(yīng)用。
壓電陶瓷變壓器目前正運用在各種應(yīng)用中，這些應(yīng)用包括復(fù)印機(jī)、液晶顯示器的背光照明、平板顯示器、功率變換器、CRT顯示器以及類似應(yīng)用中。

圖1示出了羅森型壓電變壓器的結(jié)構(gòu)，這是壓電變壓器現(xiàn)有技術(shù)的一個代表性例子。
圖1示出了標(biāo)準(zhǔn)的多層陶瓷壓電變壓器100，該變壓器由配有導(dǎo)電金屬噴鍍電極圖形層的多層陶瓷綠帶(green tape)一體燒結(jié)的外殼形成。盡管變壓器外殼由多層綠陶瓷帶制成，可是一旦起火，變壓器外殼就會燒成一體的陶瓷結(jié)構(gòu)。因此，所有的附圖都示出了起火后的外殼結(jié)構(gòu)，沒有示出各個綠帶層。在驅(qū)動區(qū)域106兩端產(chǎn)生電勢差的電極層104的兩端施加輸入電壓(VIN)。驅(qū)動區(qū)域106在其厚度方向上被極化，如圖1中電極層104之間的箭頭所指示的。
極化是一個過程，在這個過程中，將4Kv／mm范圍內(nèi)的直流(DC)電壓施加到陶瓷上，以便使材料具有壓電特性。類似地，參考數(shù)字108所表示的壓電變壓器100的一部分是功率發(fā)生即被驅(qū)動部分。在與功率發(fā)生部分108相對應(yīng)的壓電變壓器100的端面110上形成輸出電壓(VOUT)。注意，用導(dǎo)電涂料金屬噴鍍端面110，作為壓電變壓器100的驅(qū)動部分106的上表面112。多層外殼內(nèi)的電極層104也由導(dǎo)電涂料制成。功率發(fā)生部分108在縱向上被極化，如圖1箭頭所示。
參考圖1，可以理解壓電變壓器的基本操作。當(dāng)電壓施加到壓電變壓器的驅(qū)動部分106上時，合成電場由于變壓器驅(qū)動部分106的厚度變化而造成垂直振動。該垂直振動導(dǎo)致沿變壓器100整個長度的縱向上的水平振動(也稱為壓電橫向效應(yīng)31模式)。在功率發(fā)生部分108(也稱被驅(qū)動部分)中，根據(jù)壓電效應(yīng)通過輸出電極(VOUT)引出頻率與輸入電壓(VIN)頻率相同的電壓，其中由于極化方向上的機(jī)械應(yīng)變而在極化方向上出現(xiàn)電勢差。此時，如果將驅(qū)動頻率設(shè)為與壓電變壓器諧振頻率相同，就能得到非常高的輸出電壓。換言之，使交變電流通過壓電材料的驅(qū)動部分106，其厚度特性變化，通過耦合造成被驅(qū)動部分108的長度變化，導(dǎo)致由機(jī)電效應(yīng)引起的電輸出變化。
很多如圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)的壓電變壓器測量變壓器輸出電壓(VOUT)反饋。通常，反饋信號是通過反饋網(wǎng)絡(luò)、振蕩器和放大器(見圖1)傳遞的。以下將描述從變壓器上與負(fù)載無關(guān)的另一個位置測量反饋時的優(yōu)點。而且，當(dāng)反饋信號與負(fù)載相隔離時，反饋信號可以更準(zhǔn)確地跟蹤諧振。
對于某些電子設(shè)備應(yīng)用來說，生產(chǎn)壓電變壓器過程中遇到的一個問題是保證變壓器以其諧振頻率被驅(qū)動。與磁型變壓器的“Q”特性相比，壓電型變壓器的“Q”特性(“Q”定義為中心頻率除以帶寬)極高。對于壓電變壓器來說，幾百或更高的“Q”值是很普通的。由于高“Q”值與窄帶寬有關(guān)，因此保持壓電型變壓器的諧振頻率(高“Q”)比保持磁型變壓器的諧振頻率(低“Q”)更困難。
在大多數(shù)壓電變壓器應(yīng)用中，變壓器必須以其諧振頻率或非常接近其諧振頻率運行。在一些應(yīng)用中，頻率誤差小于0．5％是有害的，致使變壓器不能運行。因此，能通過電壓反饋跟蹤頻率對很多應(yīng)用來說是非常重要的。需要能保持變壓器的“工作頻率”來確保變壓器的運行。
遺憾的是，在設(shè)備運行期間有很多情況可以改變變壓器的諧振頻率。壓電變壓器的諧振頻率受到很多因素的影響，例如輸出負(fù)載變化、驅(qū)動電平、安裝工藝和溫度。
具有電壓反饋的壓電變壓器提供了解決該問題的一種方法。這種方法能夠使變壓器運行在閉環(huán)自激振蕩電路中。在這種情況下，在電路輸入相位與電路輸出相位相同的頻率處發(fā)生振蕩。另一種可能性是在閉環(huán)振蕩電路中運行變壓器，在該閉環(huán)振蕩電路中，迫使壓控振蕩器(VCO)或其他類型的振蕩器以由反饋信號相對于電路輸入的相位所確定的頻率運行。在這兩種情況下，通過壓電變壓器的相位位移必須是已知的，以便能用標(biāo)準(zhǔn)移相網(wǎng)絡(luò)閉合反饋回路并保持頻率穩(wěn)定性和跟蹤特性。
具有電壓反饋的壓電變壓器是本領(lǐng)域公知的。通常在現(xiàn)有技術(shù)中所描述的反饋抽頭是必要的，以便提供相對低的電壓信號來代替變壓器的高壓輸出(VOUT)。而且，也需要反饋抽頭來提供一種與變壓器的輸入驅(qū)動信號(VIN)有恒定相位關(guān)系的信號。這使得變壓器的諧振頻率得以保持。但是，如下所述，現(xiàn)有技術(shù)的電壓反饋設(shè)計有一些主要缺陷，這種缺陷致使它們不能運用在很多壓電變壓器應(yīng)用中。
在現(xiàn)有技術(shù)壓電變壓器中，通常用輸出或電流的百分比作為反饋信號。因為輸出信號相對于輸入驅(qū)動信號的相位隨負(fù)載變化而改變，所以這種方法僅用于恒定負(fù)載。
此外，在使用反饋抽頭的現(xiàn)有技術(shù)壓電變壓器中，反饋信號并不真正與負(fù)載無關(guān)。這是由于反饋信號反映了負(fù)載變化時的一些相位變化。
現(xiàn)有技術(shù)壓電變壓器的另一個缺陷是電壓反饋抽頭實際上位于從輸入驅(qū)動信號耦合能量的變壓器區(qū)域中。換言之，現(xiàn)有技術(shù)反饋抽頭位于變壓器的驅(qū)動部分中。這帶來了將更高次諧波反饋到輸入部分的不良效果，使得難以跟蹤諧振。
此外，現(xiàn)有技術(shù)的另一個缺陷是反饋抽頭實際上位于支持寄生振動模的變壓器區(qū)域內(nèi)。而且，很多現(xiàn)有技術(shù)變壓器具有不抑制寄生振動模的物理尺寸。
如果使具有反饋電壓的壓電變壓器與輸出電壓無關(guān)，使得諧振時反饋電壓相對于驅(qū)動電壓的相位恒定，則可以保持可變負(fù)載的諧振頻率。
本發(fā)明對具有電壓反饋部分(電壓反饋抽頭)的壓電變壓器進(jìn)行改進(jìn)，電壓反饋部分的改進(jìn)在于能用于保持變壓器處于“諧振中”并通過在變壓器被驅(qū)動部分中的巧妙布置而把它隔離出來，提供反饋電壓形式的反饋控制，對諧振時的可變負(fù)載來說，該反饋電壓相對于輸入電壓具有恒定的相位關(guān)系，減少了希望頻率的諧波，通過減少所需的電子元件數(shù)量而為復(fù)雜的頻率跟蹤問題提供了一種低成本的解決方法。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的壓電變壓器；圖2是本發(fā)明所述的具有電壓反饋的壓電變壓器；圖3是本發(fā)明所述的具有電壓反饋的壓電變壓器的另一個實施例；圖4是本發(fā)明所述的具有電壓反饋外部帶的壓電變壓器；圖5是不具有隔離電壓反饋的壓電變壓器的變壓器等效電路；圖6是具有隔離電壓反饋的壓電變壓器的變壓器等效電路。
圖2示出了具有隔離電壓反饋的壓電變壓器200。重要的是，電壓反饋是通過變壓器200被驅(qū)動部分206上的電壓反饋部分220來測量的，電壓反饋部分220與變壓器200的一個端面210上測得的電壓輸出(VOUT)隔離。在該實施例中，變壓器200由多個綠陶瓷帶層疊制成，該陶瓷帶在燒窯上燒結(jié)成致密陶瓷材料塊。如圖2所示，所形成的致密壓電板具有預(yù)定的長(L)、寬(W)和高(H)，并由壓電陶瓷材料制成。設(shè)有驅(qū)動部分202，當(dāng)輸入電壓(VIN)加到一組在驅(qū)動部分202產(chǎn)生電勢差的電極層204兩端時，驅(qū)動部分202工作。驅(qū)動部分202大約為壓電板全長的二分之一。電極層204由導(dǎo)電膠材料形成，并為壓電外殼內(nèi)部提供交叉指狀電極圖形。驅(qū)動部分202在其厚度方向上被極化，如圖2中電極層204之間的箭頭所示。當(dāng)作為輸入電壓(VIN)施加驅(qū)動電壓時，驅(qū)動部分202造成壓電振動。壓電變壓器200的驅(qū)動部分202的上表面212和下表面214也覆蓋以導(dǎo)電涂層。
被驅(qū)動部分206大約為壓電板全長的二分之一，包括不具有內(nèi)部電極的非極化的絕緣部分208(也稱為“死區(qū)”)。盡管“死區(qū)”不包含內(nèi)部電極，但可以根據(jù)特定的設(shè)計考慮它被或不被極化。在最佳實施例中，非極化的絕緣部分208與驅(qū)動部分202縱向鄰接。非極化的絕緣部分208包括多個壓電陶瓷層，并將壓電振動從驅(qū)動部分202傳播到電壓反饋部分220和正常極化的絕緣部分222。
電壓反饋部分220具有內(nèi)部交叉指狀的電極層，這些電極層是在壓電板厚度方向上被極化的各個介質(zhì)材料片。極化方案在圖2中以一組箭頭示出。應(yīng)當(dāng)注意，圖2所示的電壓反饋部分220的電極層遍布多層壓電變壓器結(jié)構(gòu)。
正常極化的絕緣部分222具有預(yù)定長度并由壓電陶瓷層制成，壓電陶瓷層的極化方向與壓電板的厚度方向垂直。在圖2中用箭頭示出了正常極化的絕緣部分222的極化。正常極化的絕緣部分222與電壓反饋部分220縱向鄰接。而且，正常極化的絕緣部分222通過驅(qū)動部分202傳播過來的壓電振動在壓電變壓器200的端面210上產(chǎn)生輸出電壓(VOUT)。
圖2還示出了反饋控制電路224，反饋控制電路224將電壓反饋部分220與變壓器的輸入信號(VIN)相連接。參考圖2，反饋控制電路224包括反饋網(wǎng)絡(luò)、振蕩器和功率放大器。反饋網(wǎng)絡(luò)可以是有源的，也可以是無源的，振蕩器可以是自激振蕩器，也可以是他激振蕩器。控制電路的目的是提供壓電變壓器諧振頻率的、恒相的輸入信號。
在本發(fā)明中，電壓反饋部分220，也稱為電壓反饋回路、隔離抽頭或電壓反饋抽頭，用于提供反饋控制功能，從而使變壓器以其諧振頻率運行。應(yīng)當(dāng)注意，電壓反饋是由變壓器200的被驅(qū)動部分206即功率發(fā)生部分中的一個部分上的輸出測量出來的。這是非常重要的，因為希望測量的正是來自被驅(qū)動部分206的信號。重要的是，反饋控制電路224與壓電變壓器200的端面210上的輸出電壓(VOUT)隔離。而且，電壓反饋提供的實質(zhì)上是被驅(qū)動部分中的另一個輸出電壓，雖然輸出電壓通常遠(yuǎn)低于從變壓器端面210取出的輸出電壓(VOUT)。
電壓反饋信號在送回到電壓輸入(VIN)由此完成反饋回路之前必須經(jīng)過反饋控制回路。因此，本發(fā)明的一個重要特征是通常由反饋網(wǎng)絡(luò)(有源或無源)、振蕩器(自激或他激)和功率放大器組成的控制電路與電壓反饋部分220在一條線路上。
本發(fā)明的另一特征在于電壓反饋部分220還提供了防止希望頻率的諧波的特征。一個問題是諧波經(jīng)常干擾從典型電壓反饋得到的信號。但是，本發(fā)明通過將電壓反饋部分220巧妙地布置在壓電變壓器200的驅(qū)動部分206部分中，使希望諧振模式的反饋信號被加強，其他寄生狀態(tài)的信號被減弱，解決了這個問題。
在本發(fā)明的最佳實施例中，電壓反饋部分220(也稱為電壓反饋帶)包括多個電極層，這些電極層可以放在定義壓電變壓器的多層結(jié)構(gòu)的每一層上。重要的是，圖2中的電壓反饋部分220由一系列反饋電極組成，反饋電極可以貫穿變壓器200的每一層放置。因而，電壓反饋部分220包含更大的電極區(qū)域，所以在組成壓電變壓器200的絕緣層之間提供更大的電容量。
本發(fā)明的壓電變壓器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的另一個重要考慮是電壓反饋部分220與驅(qū)動部分202之間的距離。換言之，非極化的絕緣部分208的長度是設(shè)計中考慮的另一個重要問題。非極化的絕緣部分208也稱為“死區(qū)”。在最佳實施例中，電壓反饋部分220與驅(qū)動部分202充分地隔離開，使電容耦合(驅(qū)動部分202和電壓反饋部分220之間)達(dá)到最小。在本發(fā)明的一個實施例中，非極化的絕緣部分208的長度大約比形成壓電板的一層絕緣帶的高度大四倍。在本發(fā)明的另一實施例中，電壓反饋部分220巧妙地定位在二階諧振模的位移節(jié)點上。這對于防止引線脫離壓電變壓器200和防止變壓器的質(zhì)量負(fù)載過度是必要的。
電壓反饋部分的電極圖形(金屬噴鍍圖形)是設(shè)計中的又一個重要考慮。與變壓器驅(qū)動部分的電極相類似，電壓反饋部分220具有內(nèi)部交叉指狀電極層。交叉指狀電極層設(shè)計成連續(xù)料層與變壓器的相對側(cè)面相連接，由此將相反的電荷加到每個連續(xù)料層上。這樣，在絕緣材料的連續(xù)料層之間建立電勢差。
對電壓反饋部分220采用兩種不同的電極方案是可能的。在一個實施例中，驅(qū)動部分202的內(nèi)部交叉指狀電極層和電壓反饋部分220的內(nèi)部交叉指狀電極層都被充以正電荷或負(fù)電荷。利用這種結(jié)構(gòu)，驅(qū)動部分202和電壓反饋部分220這兩個部分可在單個操作中都被極化。在本發(fā)明的另一實施例中，驅(qū)動部分202的電極層的電荷與電壓反饋部分220的電極層的電荷不同。出現(xiàn)這種情況時，極化就變成兩步操作。不管實際電極充電結(jié)構(gòu)如何，本發(fā)明的一個重要特征在于在圖2中定義變壓器200的電壓反饋部分220的區(qū)域內(nèi)，電極層遍布整個多層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個重要方案涉及一種反饋控制電路，該反饋控制電路與電壓反饋部分220(電壓反饋帶)相連接并將信號反送到輸入電壓(VIN)端子。反饋控制電路以壓電變壓器的諧振頻率提供恒相輸入信號。此外，盡管驅(qū)動電子設(shè)備的非正弦曲線特性通常會引入高階頻率，但本發(fā)明的電壓反饋設(shè)計實際上濾掉了高階諧波，使每個周期只有一個過零點。
本發(fā)明的另一個有利特征涉及仔細(xì)選擇壓電變壓器的外部尺寸，以改善電壓反饋部分220的性能。除了將電壓反饋部分220巧妙布置在變壓器200的被驅(qū)動部分206中以外，在變壓器的設(shè)計中，變壓器的長、寬、高尺寸變成了重要參數(shù)。例如，需要某種預(yù)定的長寬比，從而在整體上保證壓電變壓器200的正常功能，尤其是電壓反饋部分220的正常功能。因此，在具有隔離電壓反饋的壓電變壓器設(shè)計中，設(shè)備的外部尺寸也是重要參數(shù)。
將壓電變壓器的預(yù)定長寬比設(shè)置為使諧波成分最小并提高了變壓器的效率。在一個實施例中，長寬比為4∶1。在另一個實施例中，長寬比為8∶1。例如，低頻變壓器應(yīng)用需要長寬比更大的更窄更長的壓電變壓器。但是，本發(fā)明的范圍不限制在這兩種比率。根據(jù)特定應(yīng)用所涉及的獨特諧波情況，可采用其他的預(yù)定長寬比。
在變壓器200的被驅(qū)動部分206中，電壓反饋部分220的接地結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的再一個有利特征。電壓反饋部分220可以通過也可以不通過物理連接接地。實際上，對于某些實施例來說，最好不使電壓反饋部分物理接地，而是讓它懸浮。因此，圖2中用虛線示出地。對電壓反饋部分220接地方式的決定可以影響電壓反饋信號和變壓器的整個性能。
圖3示出了具有隔離電壓反饋部分的壓電變壓器300的另一個實施例。在該實施例中，變壓器的驅(qū)動部分302與圖2所示的變壓器200的驅(qū)動部分相類似。所以，在此通過參考來結(jié)合與圖2中驅(qū)動部分有關(guān)的論述。此外，將圖2中具有反饋網(wǎng)絡(luò)、振蕩器和功率放大器的反饋控制電路的論述也結(jié)合到圖3的論述中。而且，非極化的絕緣部分308以及正常極化的絕緣部分322和輸出電壓(VOUT)也與圖2和圖3相類似。
圖3的一個重要特征是部分318和320彼此隔開，盡管事實上它們的電極(electroded)都貫穿變壓器300的每一層。電壓反饋部分318包括多個具有內(nèi)部交叉指狀電極層的壓電層，目的是為變壓器300提供電壓反饋。部分320也包括多個具有內(nèi)部交叉指狀電極層的壓電層，目的完全不同，它是為變壓器300提供附加輸入驅(qū)動。如圖3所示，部分320可以接地。電壓反饋部分318和附加輸入驅(qū)動320之間的區(qū)域不被極化，電壓反饋部分318和附加輸入驅(qū)動320相對地連接到驅(qū)動部分302。
圖4示出了具有電壓反饋的壓電變壓器的另一個實施例。但在該實施例中，電壓反饋采用外部帶的形式。換言之，當(dāng)反饋區(qū)域內(nèi)的變壓器400的外表面被金屬化或電極化時，內(nèi)部的層可以不被電極化。參考圖4，壓電變壓器400設(shè)有與圖2和圖3基本相同的驅(qū)動部分402。圖4用箭頭示出了驅(qū)動部分402的極化。非極化的絕緣部分408和正常極化的絕緣部分422以及具有相應(yīng)電壓輸出(VOUT)的端面410也與圖2和3相類似。而且，包括反饋網(wǎng)絡(luò)、振蕩器和放大器的反饋控制電路也與圖2和3相類似。在此通過參考來結(jié)合壓電變壓器400這些特征的以上論述。
參考電壓反饋外部帶420、電壓反饋區(qū)域418和接地電極外部帶416可以最好地理解圖4所示的與其他實施例不同的實施例。盡管壓電變壓器的外表面被金屬化，但圖4的虛線示出了在該最佳實施例的電壓反饋中沒有內(nèi)部金屬化(電極)。但是，在本發(fā)明的其他實施例中，電壓反饋外部帶和接地電極外部帶還可以包括多個內(nèi)部金屬噴鍍層，以增大電容量和提供更強的反饋信號。
但是應(yīng)當(dāng)指出，從非極化的絕緣部分408到端面410的整個變壓器400在與變壓器400的厚度相垂直的方向上被極化。這由圖4中的箭頭示出。接地電極外部帶416充當(dāng)?shù)兀⒃陔妷悍答亝^(qū)域418兩端測量電壓。盡管該實施例具有與其他圖形不同的物理方案，但為了上述原因，該實施例仍提供了非常需要的獨立電壓反饋。
圖5示出了壓電變壓器的簡單等效電路。在該電路上示出了輸入電壓(VIN)，輸入電容(C1)，質(zhì)量(LM)，機(jī)械順從性(CM)，動生電阻(RM)，壓電-機(jī)械／機(jī)械-電氣匝數(shù)比(N)，輸出電容(C0)，負(fù)載電阻(RL)和輸出電壓(VOUT)。圖5中曲線箭頭指示動生電流。應(yīng)當(dāng)指出，在該電路中，(RL)對(C0)的顯著變化將導(dǎo)致變壓器諧振頻率的顯著變化，也導(dǎo)致在諧振頻率上輸出信號對輸入信號的相位的顯著變化。
圖6示出了將隔離電壓反饋抽頭加到壓電變壓器的簡單等效電路上的效果。多數(shù)電路元件與圖5所設(shè)置的元件相同，那些元件通過參考結(jié)合到圖6中。圖6中的電路還示出了反饋電壓(VFEEDBACK)和反饋電阻(RFB)。在圖6的電路中，諧振頻率和輸出信號相位將隨著圖5中所論述的(RL)的變化而改變。因此，反饋信號準(zhǔn)確地代表了諧振時動生電流的頻率和相位，而與負(fù)載中的變化無關(guān)。雖然可以知道具有獨立反饋抽頭的壓電變壓器的等效電路模型，但本發(fā)明提供了一種在實際壓電變壓器設(shè)備中實現(xiàn)該模型的設(shè)計。
但是，具有本發(fā)明所述電壓反饋的壓電變壓器仍然具有很多壓電變壓器的某些共同特征。根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用，變壓器可作為升壓變壓器或降壓變壓器運行。變壓器也由壓電陶瓷材料制成。有些實施例可以具有鈦酸鉛、鈦酸鉛-鋯鈦或鈦酸鋇制成的變壓器。當(dāng)然，本發(fā)明的變壓器可以由表現(xiàn)壓電特性的任何材料制成。最后，根據(jù)為特定應(yīng)用所設(shè)計的變壓器來改變變壓器的諧振。某些實施例可作為半波、全波、一個半波諧振器諧振。其他定制應(yīng)用可使用其他諧振結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)圖示并描述了本發(fā)明的不同實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對上述實施例進(jìn)行改變、修改、重新布置和組合而不脫離本發(fā)明實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1．一種具有電壓反饋的壓電變壓器，包括由壓電陶瓷材料制成的具有預(yù)定長、寬、高的壓電板，壓電板包括驅(qū)動部分，長度約為壓電板長度的一半，由在壓電板厚度方向上被極化的多個壓電陶瓷層交替層疊而成，驅(qū)動部分具有內(nèi)部交叉指狀的電極層，用于通過加到第一和第二輸入端子上的驅(qū)動電壓造成壓電振動；被驅(qū)動部分，長度約為壓電板長度的一半，包括非極化的絕緣部分、電壓反饋部分和正常極化的絕緣部分，所述非極化的絕緣部分與驅(qū)動部分縱向鄰接，所述電壓反饋部分與非極化部分縱向鄰接，所述正常極化的絕緣部分與電壓反饋部分縱向鄰接；非極化的絕緣部分包括多個壓電陶瓷層，這些壓電陶瓷層將壓電振動從驅(qū)動部分傳播到電壓反饋部分和正常極化的絕緣部分；電壓反饋部分包括多個壓電層，這些壓電層具有在壓電板厚度方向上被極化的內(nèi)部交叉指狀電極層；正常極化的絕緣部分包括預(yù)定長度的、包含在與壓電板厚度方向相垂直的方向上被極化的多個壓電陶瓷層，用于通過從驅(qū)動部分發(fā)送的壓電振動在輸出端產(chǎn)生輸出電壓；以及反饋控制電路，與電壓反饋部分和第一及第二輸入端子相連接，所述第一及第二輸入端子提供壓電變壓器諧振頻率的、恒相位的輸入信號。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，反饋控制電路包括反饋網(wǎng)絡(luò)、振蕩器和功率放大器。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，驅(qū)動部分的內(nèi)部交叉指狀電極層和電壓反饋部分的內(nèi)部交叉指狀電極層在一次操作中被極化。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，電壓反饋部分與驅(qū)動部分隔開足夠的距離，以便減小電容耦合。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，電壓反饋部分包括第一多個壓電層和第二多個壓電層，第一多個壓電層具有提供附加輸入驅(qū)動的內(nèi)部交叉指狀電極層，第二多個壓電層具有提供電壓反饋的內(nèi)部交叉指狀電極層。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，用于計算機(jī)背光照明應(yīng)用中。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，壓電變壓器的長寬比是4∶1。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，壓電陶瓷材料至少是鈦酸鉛、鈦酸鉛-鋯鈦(PbZrO3-PbTiO3)和鈦酸鋇中的其中一種。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電壓反饋的壓電變壓器，其中，壓電板的被驅(qū)動部分被選擇性地極化，以提供預(yù)定輸出電壓。
10．一種具有電壓反饋的壓電變壓器，包括由壓電陶瓷材料制成的具有預(yù)定長、寬、高的壓電板，壓電板包括約為壓電板長度的一半的驅(qū)動部分，由沿壓電板厚度方向極化的多個壓電陶瓷層交替層疊而成，驅(qū)動部分具有內(nèi)部交叉指狀的電極層用于通過加到第一和第二輸入端子的驅(qū)動電壓造成壓電振動；約為壓電極長度一半的驅(qū)動部分，包括非極化的介質(zhì)部分，電壓反饋外部帶、電壓反饋區(qū)、接地電極外部帶和正常極化的介質(zhì)部分，非極化的介質(zhì)部分和驅(qū)動部分縱向鄰接，電壓反饋外部帶與非極化的介質(zhì)部分縱向鄰接，電壓反饋區(qū)與電壓反饋外部帶縱向鄰接，接地電極外部帶與電壓反饋區(qū)域縱向鄰接，正常極化的絕緣部分與接地電極外部帶縱向鄰接；非極化的絕緣部分包括多個壓電陶瓷層，這些壓電陶瓷層將壓電振動從驅(qū)動部分傳播到電壓反饋部分和正常極化的絕緣部分；電壓反饋外部帶包括一條圍繞壓電變壓器外表面的金屬噴鍍帶；電壓反饋區(qū)域包括在電壓反饋外部帶和接地電極外部帶之間的一個區(qū)域，電壓反饋區(qū)域提供電壓反饋外部帶和接地電極外部帶之間的電壓電勢差；接地電極外部帶包括一條圍繞壓電變壓器外表面的金屬噴鍍帶；正常極化的絕緣部分包括預(yù)定長度的、包含在與壓電板厚度方向相垂直的方向上被極化的多個壓電陶瓷層，用于通過從驅(qū)動部分發(fā)送的壓電振動在輸出端產(chǎn)生輸出電壓；以及反饋控制電路，與電壓反饋外部帶和第一及第二輸入端子相連接，所述第一及第二輸入端子提供壓電變壓器諧振頻率的、恒定相位的輸入信號。
全文摘要
公開了一種具有電壓反饋的壓電變壓器(200)。變壓器包括具有預(yù)定長(L)、寬(W)、高(H)的壓電板,壓電板具有包括內(nèi)部交叉指狀層的交替層疊的多個壓電陶瓷層形成的驅(qū)動部分(202)。還公開了包括非極化的絕緣部分(208)的被驅(qū)動部分(206)、多層電極結(jié)結(jié)構(gòu)或外部帶形式的電壓反饋部分(220)以及正常非極化的絕緣部分(222)。變壓器通過驅(qū)動部分發(fā)送的壓電振動在輸出端產(chǎn)生輸出電壓。反饋控制電路與電壓反饋部分相連接。隔離的電壓反饋提供反饋控制,以保持變壓器即使在變壓器輸出負(fù)載變化時也能以適當(dāng)諧振頻率運行。
文檔編號H01L41/107GK1278950SQ9881092
公開日2001年1月3日 申請日期1998年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月4日
發(fā)明者D·G·哈爾, J·R·菲利普斯, G·L·沃恩, D·福爾斯特, H·W·梅克 申請人:摩托羅拉公司