無鉛壓電陶瓷高壓發(fā)生器特性自匹配的研究.pdf

1、壓電變壓器是一種電—機(jī)一體化器件，利用電—機(jī)—電轉(zhuǎn)換原理，在諧振態(tài)達(dá)到變壓、變阻抗的目的。相對于傳統(tǒng)的電磁變壓器具有效率高、體積小、重量輕、防爆、不易燃、抗過流、無電磁干擾等特點(diǎn)，是信息產(chǎn)業(yè)中至關(guān)重要的一類器件。 自1956年C．A．Rosen發(fā)明壓電變壓器以來，隨著高K和高Qm的鉛基壓電材料（PbZrTiO3）的出現(xiàn)，壓電變壓器的研制才取得較為顯著的進(jìn)展。但鉛基壓電材料的含鉛量高達(dá)70％，對環(huán)境造成污染。新型的無鉛壓電材料受其

2、壓電活性、K、Qm等參數(shù)的限制，還沒能進(jìn)入實(shí)用階段。雖然國內(nèi)外各大科研機(jī)構(gòu)和公司在無鉛壓電陶瓷變壓器方面取得了一定的技術(shù)上的突破和經(jīng)濟(jì)上的效益，但目前仍然存在很多問題，例如缺少針對無鉛壓電變壓器驅(qū)動(dòng)電路的研究，半橋驅(qū)動(dòng)仍離不開體積較大的電感等。 通過對KNNT基壓電材料改性的研究發(fā)現(xiàn)：在KNNT壓電材料中Ta含量為30％時(shí)，摻入適量的K4CuNb8O23和MnO2可以有效提高陶瓷的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和降低損耗。Ta的含量為10％時(shí)，摻

3、雜1mol％ K4CuNb8O23和0．5mol％MnO2得到了性能優(yōu)越的KNNT（Ta=10％）無鉛壓電陶瓷?；诒菊n題組在堿金屬鈮酸鉀鈉（（K，Na）NbO3）基無鉛壓電材料方面取得的研究進(jìn)展，直接采用KNNT基的無鉛壓電材料作為無鉛壓電變壓器的主要成份。 本文主要研究無鉛壓電陶瓷的特性及外圍驅(qū)動(dòng)電路自適應(yīng)特性，并應(yīng)用于高壓發(fā)生器。主要有以下幾點(diǎn)創(chuàng)新性工作： 1、通過對薄圓片式壓電變壓器的理論推導(dǎo)，建立了單層薄圓片壓

4、電變壓器的集總等效電學(xué)模型，系統(tǒng)分析了影響壓電變壓器效能的相關(guān)因素，提出適用于高壓發(fā)生器的壓電變壓器機(jī)電參數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)。 2、參考已有的配方，選用改性的（K0．5Na0．5）（Nb0．9Ta0．1）O3，制備了KNNT基無鉛單層薄圓片壓電變壓器，并根據(jù)Ansys模擬結(jié)果，對壓電變壓器的輸入輸出電機(jī)面積進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高了無鉛壓電變壓器的效能，使升壓比由原來的三倍頻42倍提高到基頻95．4倍。 3、結(jié)合無鉛薄圓片壓電變壓

5、器的特性，設(shè)計(jì)了程控預(yù)升壓Boost電路，電路輸出電壓30—90V可調(diào)，使其輸出電壓滿足壓電變壓器的輸入驅(qū)動(dòng)要求。 4、設(shè)計(jì)自適應(yīng)掃頻半橋驅(qū)動(dòng)電路，其頻率能自動(dòng)識(shí)別并跟蹤壓電變壓器的諧振頻率。尤其是根據(jù)壓電變壓器特點(diǎn)，優(yōu)化了傳統(tǒng)半橋驅(qū)動(dòng)電路，去掉體積較大的電感使半橋電路更適合驅(qū)動(dòng)壓電變壓器。 5、設(shè)計(jì)了基于無鉛壓電變壓器的CCFL高壓驅(qū)動(dòng)器，但由于壓電變壓器是高電壓、低電流輸出，目前還不能成功點(diǎn)亮CCFL。 6、