压电变压器用陶瓷材料的成分设计

根据压电变压器对陶瓷材料的性能要求,以三元系压电陶瓷为重点,分别从准同型相界MPB组成,复相陶瓷制备技术,“硬性”掺杂,过渡液相烧结等方面分析和讨论了提高压电陶瓷机械品质因数Qm,电学品质因数Q e(1/tgδ)和机电耦合系数kP,改善谐振频率温度稳定性以及降低烧结温度的可能性和途径,提出了适用于压电变压器的多元系压电陶瓷的成分选择与设计规则。     

低损耗、高Qm值Pb（Nb2／3Mn1／3）O3—Pb（Sb2／3Mn1／3）O3—PZT材料

研究了组分变化及掺杂对四元系Pb(Nb2/3Mn1/3)O3-Pb(Sb2/3Mn1/3）O3－PZT压电材料性能的影响,发现Zr/Ti比值在准同型相界附近该材料有最大的压电常数d33,而机械品质因数Qm值较小;Zr/Ti比偏离该相界时则机械品质因数Qm升高,相应的压电常数d33减小。通过改变Pb(Nb2/3Mn1/3)O3、Pb(Sb2/3Mn1/3)O3两组分的含量及掺入Sr、Ce等杂质,获得的材料介电损耗为0.14%,机械品质因数为2341,压电常数为216pC/N。     

高品质因数压电驱动氮化铝基悬臂梁微谐振器

针对当前压电驱动悬臂梁谐振器存在加工工艺复杂、成本较高的问题，该文提出了一种基于氮化铝支撑层的新型压电驱动悬臂梁层叠结构，它不仅能有效降低加工难度，还能在实现器件小型化的同时保持较高的品质因数。该文通过理论分析研究了固定频率下谐振器品质因数与器件尺寸设计的关系，并对比了不同支撑层材料对谐振器品质因数的影响。通过实验研究了电极尺寸设计对谐振器在真空中性能的影响，从而确定了工作在面外弯曲振动模式的压电驱动氮化铝基悬臂梁谐振器的最优设计。测试结果表明，在电极宽度占比为1,长度占比为2/3时，该谐振器表现出最好的性能，其品质因数为7 786,谐振频率为63.44 kHz,运动阻抗为66.70 kΩ。     

低损耗、高Q_m值Pb(Nb_(2/3)Mn_(1/3))O_3-Pb(Sb_(2/3)Mn_(1/3))O_3-PZT材料

研究了组分变化及掺杂对四元系 Pb( Nb2 /3Mn1 /3) O3- Pb( Sb2 /3Mn1 /3) O3- PZT压电材料性能的影响 ,发现 Zr/Ti比值在准同型相界附近该材料有最大的压电常数 d33,而机械品质因数 Qm 值较小 ;Zr/Ti比偏离该相界时则机械品质因数 Qm 升高 ,相应的压电常数 d33减小。通过改变 Pb( Nb2 /3Mn1 /3) O3、Pb( Sb2 /3Mn1 /3) O3两组分的含量及掺入 Sr、Ce等杂质 ,获得的材料介电损耗为 0 .14 % ,机械品质因数为 2 3 4 1,压电常数为 2 16p C/N。     

低损耗、高Qm值Pb(Nb2/3Mnl/3)O3-Pb(Sb2/3Mnl/3) O3-PZT材料

研究了组分变化及掺杂对四元系Pb(Nb2/3Mn1/3)O3-Pb(Sb2/3Mn1/3)O3-PZT压电材料性能的影响,发现Zr/Ti比值在准同型相界附近该材料有最大的压电常数d33,而机械品质因数Qm值较小;Zr/Ti比偏离该相界时则机械品质因数Qm升高,相应的压电常数d33减小.通过改变Pb(Nb2/3Mn1/3)O3、Pb(Sb2/3Mn1/3)O3两组分的含量及掺入Sr、Ce等杂质,获得的材料介电损耗为014%,机械品质因数为2341,压电常效为216 pC/N.     

Co_2O_3掺杂对BCTZ无铅压电陶瓷的性能影响

采用固相法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.92Zr0.08)O3-x%Co2O3(BCTZ-xCo,x=0¹.4)无铅压电陶瓷。研究了不同Co掺杂量对该陶瓷的显微结构、介电性能及压电性能的影响。结果表明,所有样品均具有单一的钙钛矿结构,随Co2O3含量的增加,晶粒尺寸逐渐细化减小,介电常数εr、压电常数d33、平面机电耦合系数kp均呈下降趋势。机械品质因数Qm显著增大,当x=0.7时,具有最佳的综合电性能,其中d33=392pC/N,kp=46.0%,Qm=435,介电损耗tanδ=0.62%,表明BCTZ-xCo陶瓷材料是一种具有应用前景的无铅压电材料。     

压电性能计算机测试系统

研究了一种压电振子电学性能自动测试系统，系统通过对压电振子频率-阻抗关系的测量得到压电振子的谐振频率、品质因数和机电耦合系数等电学参数。阻抗测量采用矢量电压法，其中包括自动平衡电桥测量阻抗、10kHz-5MHz频率合成、相敏鉴波和双斜A／D转换等技术。系统可对压电振子的电学参数进行快速自动测量，测试精度达到国标要求，性价比高。     

PMN-PZN-PZT四元系压电陶瓷材料的研究

采用传统的氧化物混合烧结工艺制备了Pb(Mn1/3Nb2/3)x(Zn1/3Nb2/3)y(ZrzTi1z)1xyO3四元系压电陶瓷材料。研究了成分及预烧温度对该四元系材料组织结构与性能的影响规律。研究结果表明:随着Pb(Mn1/3Nb2/3)O3含量的增多,陶瓷的相结构由四方相转变为三方相,准同型相界位于0.025 PMN～0.075 PMN之间,且Pb(Mn1/3Nb2/3)O3增加至7.5 %(摩尔分数),可以同时提高机电耦合系数kp和机械品质因数Qm,使kp达到0.575,Qm达到1 621;提高预烧温度可以改善陶瓷的烧结特性,同时可以改善陶瓷的介电、压电性能。     

PNW对PMS-PZT压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了PNW-PMS-PZT四元系压电陶瓷,分析了陶瓷样品的相结构组成,结果表明所有陶瓷样品的相结构为纯钙钛矿相结构;随着PNW含量的增加,陶瓷晶粒逐渐长大;研究了室温下PNW含量对介电性能和压电性能的影响,实验表明,随着PNW含量的增加,介电常数rε、机电耦合系数kp和压电常数d33先增加,PNW含量为0.02 mol时分别达到最大值,然后降低;随着PNW含量的增加,介电损耗tanδ一直增加,机械品质因数Qm和居里温度TC始终降低。PNW含量为0.02 mol的压电陶瓷适合制作大功率压电陶瓷变压器。其性能为:rε=2 138,tanδ=0.005 8,kp=0.61,Qm=1 275,d33=380 pC/N和TC=205℃。     

烧结工艺对PMS-PNN-PZT压电厚膜性能的影响

采用丝网印刷法制备了PMS-PNN-PZT四元系压电厚膜陶瓷材料。研究了压电厚膜的烧结温度、烧结气氛对其压电、介电等性能及微观结构的影响。用XRD和SEM分析材料的相组成、厚膜定位及显微结构,结果表明,在密封埋粉的PbO气氛中,烧结温度1060℃,保温时间2 h,制得一种性能良好的压电厚膜陶瓷材料。其中,该压电厚膜压电常数d33为240 pC/N,相对介电常数rε为1 112,机械品质因数Qm为1250,机电耦合系数kp为0.52。     

谐振电路品质因数的计算

品质因数是谐振电路中一个非常重要的参数,本文讨论了一般RLC电路谐振时品质因数的计算问题,给出了一般RLC电路谐振时品质因数的简单计算方法,即先计算端口的阻抗或导纳,得到等效的串联或并联电路的R、L、C参数,然后套用串、并联谐振电路的品质因数计算公式即可.作者从品质因数的原始定义入手,说明了根据原始定义计算的品质因数与按照本文给出的方法计算的品质因数计算公式是一致的,从而证明了该方法的正确性.     

压电变压器工作特性及应用研究

压电变压器是一种非常有前途的固态电子器件,同传统的电磁变压器相比具有器件结构简单、体积小、效率高、无电磁噪声、无电磁式绕组及不可燃烧,安全性高等特点,而且在大规模生产下的成本可以大幅降低.本文采用等效电路模型对该器件的升压比(增益) 、输出功率 、功率传输效率进行了理论分析和计算,并用实验手段对其加以验证.利用压电变压器制作的CCFL驱动器和DC-DC变换器的电路也在文中给出.     

大功率压电变压器特性及应用研究

本文从分析压电变压器的等效电路出发,介绍了压电变压器模型参数的理论依据及相互关系,对压电变压器的基本参数及特性曲线进行了详细测试及分析,并给出了基于压电变压器的LED驱动电路及驱动器。     

径向振动压电变压器的等效电路模型及特性研究

本文使用线性压电方程并结合相关的弹性理论对目前国际上刚刚出现的径向振动压电变压器进行了分析和研究,导出了该压电变压器的等效电路模型,并根据电路模型得出径向振动压电变压器的输入阻抗、输出阻抗、升压比、输出功率及效率等特性的数学表达式.文中通过实验对上述特性加以验证,实验结果与理论计算值基本一致,说明本文给出的径向振动压电变压器等效电路模型及其各种特性的数学表达式是正确的.     

一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器

提出并研究了一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器,与传统的点环形盘形压电陶瓷变压器相比,原来整个压电陶瓷圆盘由不同厚度的压电陶瓷内盘和外环所代替。论文应用压电方程并结合相关弹性理论对厚度极化的压电陶瓷圆盘和圆环的径向振动进行分析,并利用解析法获得了新型变压器径向振动的机电等效电路。在此基础上,得出了新型变压器的输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解;将计算所得共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证,模拟结果和理论计算值相吻合;且分析探讨了新型压电变压器的几何尺寸对最大电压增益和其对应的频率的影响。     

低Q压电陶瓷振子Qm和Kt的测量方法

本文提出了测量压电陶瓷振子的等效电容或等效电阻确定低Q_M压电陶瓷材料的Q_M和K_1的方法。     

Sb_2O_3掺杂Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_0.20(Zr_(0.50)Ti_(0.50))_(0.80)O_3-0.5%MnO_2压电陶瓷性能

采用二步合成法制备了掺杂z%Sb_2O_3的Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_0.20(Zr_(0.50)Ti_(0.50))_(0.80)O_3-0.5%MnO_2(PZNTM)压电陶瓷(Sb_2O_3的质量分数为z=0、0.1、0.3、0.5、 0.7、0.9).探讨了不同剂量Sb_2O_3掺杂对陶瓷试样的相结构和机电性能的影响.结果表明,在1 150 ℃下烧结3 h,得到处在准同型相界附近的纯钙钛矿结构的陶瓷;随着Sb_2O_3掺杂量的增加,试样的压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p先增大后减小,而介电损耗tan δ持续上升,机械品质因数Q_m则持续下降.当z＝0.3时,压电陶瓷的性能得到优化,d_(33)和k_p均达到最大值,分别为302 pC/N和0.60,而tan δ较小、Q_m较大,分别为0.006和880.     

基于Multisim 11的品质因数计算与仿真分析

品质因数Q作为描述谐振电路性能的一项重要参数,直接影响谐振电路的通频带和选择性等指标,因此对品质因数进行研究有助于准确理解电路的谐振特性。Q值定义有多种不同的表述方法,也可以从不同的角度计算Q值。在此从研究Q的物理本质出发,分别就Q的能量定义、电路固有参数、复杂谐振电路端口等效和电路选频性能等方面综合剖析品质因数的不同计算方法,揭示了各种方法间的联系及电路的储能或频率选择特性。最后结合Multisim 11仿真软件对工程中常用的RL-C并联电路中功率、电压与电流等参量进行交流分析和参数扫描分析,通过实例计算与仿真验证了公式的正确性。     

Design of fluorescent lamp ballast with PFC using a power piezoelectric transformer

An investigation of a high-power piezoelectric transformer (PT) as a potential component for a fluorescent lamp (FL) ballast with power factor correction (PFC) is discussed. The attractiveness of the PT is primarily the simplicity of the resulting circuit, and it is easy to be produced in mass with a low cost. A single-stage charge-pump PFC ballast using a PT is proposed. The proposed ballast circuit improved the drawbacks of the conventional voltage-source charge-pump PFC (VS-CPPFC) scheme. Empirical PT modeling based on power level excitation is performed to design the proposed circuit, and the experimental and simulation results are provided to verify theoretical analysis.     

径向振动压电变压器的研究进展

介绍了径向振动压电变压器的原理、结构及等效电路,综述了该变压器在材料研究、结构设计、驱动电路的发展趋势,展望了其在冷阴极管及DC-DC变换器等方面应用发展方向.