压电变压器原理研究及特性测试.pdf

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1、第!!卷第"期核电子学与探测技术#$%&!!’$&"!((!年)月’*+%,-./%,+0.$12+345,0,+02$16,+71$%$89:-9!((!;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;压电变压器原理研究及特性测试刘尉悦<=黄以华!=施俊!=王砚方<<中国科学技术大学近代物理系快电子学实验室=安徽合肥!"((!?@>!中国科学技术大学电子工程与信息科学系=安徽合肥!"((!?A摘要B研究了一种可用于粒子加速器的的压电变压器结构及工作原

2、理=并采用等效电路和实验相结合的方法测试了压电变压器的若干工作特性C关键词B压电变压器@等效电路@测试中图分类号B6’!((!A("H(!!K6A是一种电子变压器=与传头为极化方向C左端输入部分采用"H<耦合模统的电磁式变压器相比具有以下的优点BL结式=右端输出部分采用"H"耦合模式CK6是利构简单M体积小M质量小@N无电磁干扰=无须电用正M逆压电效应以声耦合方式将

3、功率从一种磁屏蔽@O安全性高=无绕阻=不会起火燃烧@P电压和电流转变为另一种电压和电流=即功率效率高=能量密度大><((QRS谐振条件下=是通过振动的压电结构体以机电耦合方式而不"W

4、=比如粒子加速器=如果使用电磁变压交变电场的频率同K6的谐振频率相同=则K6器来产生高压=则电磁变压器必须远离加速器内部形成驻波=产生大幅度的应力和应变分布=以免变压器本身产生的磁场造成干扰C这样高如图!所示C在K6的右端=即输出部分=出现电压长距离传输会使试验设备的成本增加C而最大的应变=此应变经由正压电效应转换为电K6无电磁干扰=优势显而易见C压输出C依据K6的几何尺寸及所用压电材料的参数不同=我们可以得到不同放大倍数的电YK6的工作原理及分析压=同时电流的值也会不同C<&<构成及工作原理目前国际上出现了各种各样的K6W

5、"X=但最常用的仍为Z$3,1型=如图<所示=它由一块收稿日期B!((

6、P6时,式)N*可简化为-!!路中各元件的值为#$谐振频率附近的等效CDKLM1./0:’2)Q*值"图%为#$的集总参数等效电路&’(此时"!2;1.2)6R*电路的输入功率为-!!C01.2E04302E3C51!!!!/5&).232;*:2;3)8945.*2()66*图%等效电路则功率传输效率S为-#$的传输特性可通过原边等效电路)图T1C5:C01!!’*或副边等效电路)图+*进行计算"为简化分6:&63.2:2;3)8945.*2;2()6!*析,我们采用图+所示的谐振条件下副边等效当式)6!*分母取最小值时,

7、即2;16:)8945*最大功率传输效率为!TKLM16:&63)!8945.2*U#$基本工作特性测试图’原边等效电路#$的基本工作特性除了上述推导的升压比)增益*?V输出功率C功率传输效率T以DV外,还包括各种静态参量)材料参数V静电容等*V温度特性V几何尺寸的影响等"本工作对上述特性进行了详细的测试"被测样品的外型及电极尺寸如图I所示,材料基本参数如表6所示"图+副边等效电路电路进行计算,其电路方程如下-!./01.2)02304*3/5)6*04178945/5)!*图I被测样品的外型及电极尺寸021/5:2;)%*

8、表6材料参数此处,8<为串联谐振角频率,8<16:=;4"$W%6:W%%:[%6:]%%:^:a%%:从方程)6>%*计算电压增益?为-Z6Z6\Z%)XKYG*)XKYG*_Y‘KaR!!?1/5:/01.:&63.2:2;378945.2(6I%’6Q%!J+JbJ!6RR)’*当