多層壓電陶瓷變壓器及其應(yīng)用技術(shù)
http://m.dcyhziu.cn 2007/6/13 源自:互聯(lián)網(wǎng) 【字體：
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1引言
壓電陶瓷變壓器最早于1956年由美國人C.A.Rosen提出，他根據(jù)壓電理論及壓電方程對壓電變壓器的基本工作原理進(jìn)行了闡述，并制成單層壓電陶瓷變壓器；之后數(shù)年，人們對壓電變壓器理論及其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，得到一些實際應(yīng)用，但因特性欠佳，制造工藝不完善，成本較高等，未獲得廣泛的應(yīng)用。因此，20世紀(jì)60年代到70年代初可以看成壓電變壓器發(fā)展的初級階段，僅限于單層壓電陶瓷變壓器。
1980年，中國科學(xué)家首先提出采用多層技術(shù)制造壓電陶瓷變壓器，并且制作出第一支多層壓電陶瓷變壓器，可簡稱MPT（MultilayerPiezoelectricTransformer）。由于多層壓電變壓器具有獨特的優(yōu)點，更適合實際應(yīng)用，因而引起各國科研人員的廣泛關(guān)注。隨著電子陶瓷元器件制造技術(shù)的發(fā)展，尤其是多層陶瓷器件工藝技術(shù)的出現(xiàn)和日趨成熟，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，電子產(chǎn)品要求小型化、薄型化、高效化，多層壓電變壓器用于液晶顯示器背光電源剛好滿足了這些要求，并克服了傳統(tǒng)電磁變壓器的一些缺點，因此，以日本NEC，TDK，村田，日立金屬等公司為代表的電子元器件廠家在該領(lǐng)域開展了大量研究，20世紀(jì)90年代末將壓電變壓器大量用于液晶顯示器背光電源，標(biāo)志著壓電變壓器制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟。從20世紀(jì)80年代到90年代單層壓電變壓器技術(shù)進(jìn)一步成熟，在一些小型高壓電源中得到實際應(yīng)用，如負(fù)離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、靜電噴涂等。
在我國，以清華大學(xué)材料系為代表的科研院所在20世紀(jì)70年代開始壓電變壓器的研究與開發(fā)，在壓電變壓器材料、結(jié)構(gòu)、理論及制造工藝上取得一定的成果。清華大學(xué)材料系作為在國際上最早從事多層壓電變壓器研究開發(fā)的機(jī)構(gòu)，積極推動了我國多層壓電陶瓷變壓器的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
2壓電變壓器的分類及制造工藝
壓電變壓器一般采用鋯鈦酸鉛（PZT）系壓電陶瓷材料經(jīng)過燒結(jié)、極化等工藝制造而成。有工作在超音頻的升壓壓電變壓器，也有工作頻率為工頻的降壓壓電變壓器。與傳統(tǒng)的鐵芯線繞電磁變壓器相比，它具有體積小、使用時不擊穿、耐高溫、不燃燒、電磁干擾很小，且結(jié)構(gòu)簡單，易批量生產(chǎn)等優(yōu)點。和一般的電磁變壓器一樣，壓電變壓器也具有電壓變換、阻抗變換和電流變換等功能。
用于液晶顯示器背光電源輸出功率為4W左右的電磁變壓器與多層壓電變壓器（含外殼）體積比較,舅圖1A所示，外形尺寸為35.2mm×7.8mm×3.1mm,功率為4W，工作頻率～55kHz,升壓比33，轉(zhuǎn)換效率93％。
多層壓電陶瓷變壓器，由于各個廠家的產(chǎn)品在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)外電極形狀上有較大的差異，有的結(jié)構(gòu)具有專利權(quán)，因而產(chǎn)品外觀也有區(qū)別。圖2為不含外殼的多層壓電變壓器。
壓電變壓器的結(jié)構(gòu)可分為單層壓電變壓器和多層壓電變壓器。按用途可分為升壓型變壓器和降壓型變壓器。升壓與降壓變壓器均可采用單層或多層結(jié)構(gòu)，一般來說，多層結(jié)構(gòu)具有較大的變比與較高的能量傳輸密度。單層壓電變壓器采用傳統(tǒng)的干壓成型工藝，主要工藝過程為：
陶瓷粉體→干壓成型→高溫?zé)Y(jié)→電極→極化→性能測試
多層壓電變壓器一般采用與多層陶瓷電容器（MLCC）相類似的制造工藝，但由于單個元件比MLCC大得多，兩者的制造工藝仍有較大的差異，多層壓電變壓器主要工藝過程如下：
陶瓷粉體→流延→內(nèi)電極印刷→疊層→切塊→高溫?zé)Y(jié)→外電極→極化→性能測試
3多層壓電變壓器的工作原理
壓電變壓器也是一種壓電換能器，它利用壓電陶瓷的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換機(jī)理，一般的壓電換能器只將電能與機(jī)械能（超聲波）作單向轉(zhuǎn)換，即電能→機(jī)械能或機(jī)械能→電能。壓電變壓器先將輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，以Rosen型升壓變壓器為例，
電能————→機(jī)械能————→電能
在輸入端施加一定頻率的低壓，由逆壓電效應(yīng)在變壓器內(nèi)部首先將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能——縱駐波傳播，變壓器輸出端再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生一定頻率的高壓，從而實現(xiàn)升壓過程，如圖3所示。
單層壓電變壓器的工作原理也可用上圖表示,只是輸入端(初級)為單層。VIN上施加的交流電壓在輸入端沿厚度方向引起陶瓷體的收縮與拉伸應(yīng)變，這種應(yīng)變沿長度方向傳遞到輸出端。1/4處與3/4處的支撐點是某諧振頻率下的駐波的節(jié)點，壓電變壓器內(nèi)部電極構(gòu)造、長度、材料聲速V決定了壓電變壓器可能有多個諧振頻率fn，常用的頻率有λ/2，λ，3λ/2。
fn=n(V/2×長度)
材料的綜合系數(shù)g[ω]、輸入端的層數(shù)、單層厚度、變壓器的總長度影響升壓比R，它們之間有如下的關(guān)系：
R=(長度×層數(shù)/單層厚度)×g[ω]
4壓電變壓器的等效電路
由壓電變壓器的工作機(jī)理可以看出，壓電變壓器工作過程涉及電學(xué)、聲學(xué)、壓電學(xué)、固體物理學(xué)等諸多領(lǐng)域，因此很難用一個簡化模型來解釋它的工作特性，為了研究壓電變壓器在電路中的特性，人們提出了許多壓電變壓器的電路模型，圖4示出一種常見的簡化模型。
模型中的參數(shù)值與多層壓電變壓器的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，由多層電極結(jié)構(gòu)和材料介電常數(shù)決定了輸入端電容CINPUT較大，一般為幾十nF到幾百nF；輸出端電容COUTPUT因電極距離較大一般為幾十pF。單層壓電變壓器的輸入電容為幾個nF。輸入、輸出電容可用下式來計算：
CINPUT=長度×寬度×層數(shù)×/（2×單層厚度）
COUTPUT=2×厚度×寬度×/長度
壓電變壓器自身的機(jī)械諧振頻率（ω0）與實際電路中的RLC諧振不同，它與陶瓷材料的彈性模量（Y）、密度（ρ）、長度（Length）有一定的比例關(guān)系，即這種機(jī)械諧振可以用上圖的RLC串聯(lián)電路來描述。這樣，壓電變壓器的有關(guān)特性就可借助電路來分析。,Q=ω0×L/R一種有12層，工作頻率達(dá)70kHz的多層壓電變壓器，按照上述模型，輸入電容CINPUT=200nF；輸出電容COUT=30pF；n=30；串聯(lián)RLC為2Ω，1μH，6nF。
5多層壓電變壓器的諧振工作特性
從以上的工作原理及等效電路可以推論，壓電變壓器工作時首先必須在諧振狀態(tài)即外電路驅(qū)動與壓電變壓器自身產(chǎn)生諧振，這樣壓電變壓器才能較好的工作，壓電變壓器的許多特性都與諧振密切相關(guān)，如輸出電壓、升壓比、轉(zhuǎn)換效率、輸出輸入阻抗、輸出功率等。多層壓電變壓器工作時使用的頻率范圍較窄，一般為2kHz左右，這也是壓電變壓器與鐵芯線繞電磁變壓器的最大區(qū)別。圖5表示只改變輸入信號頻率、其他條件不變時輸出電壓與頻率的關(guān)系，可以看出壓電變壓器具有明顯的諧振工作特性。
一般分析壓電變壓器的工作特性，都是在諧振工作狀態(tài)。多層壓電變壓器的升壓比（負(fù)載100kΩ）為30～100，空載升壓比更高；輸入阻抗較低（最低可達(dá)0.5Ω），輸出阻抗較高,因此比較適合在LCD背光電源中驅(qū)動冷陰極熒光燈管；文獻(xiàn)報道，多層壓電變壓器的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)97％，普遍認(rèn)為負(fù)載合適時工作效率大于90％；目前，由于制造工藝等原因，多層壓電變壓器的輸出功率僅限于0.5W～8W，折算功率密度為～1W/g。
多層壓電變壓器的諧振工作頻率范圍較窄，而且頻率隨著電路中的負(fù)載特性、參數(shù)、變壓器自身工作產(chǎn)生的溫升等條件，需要作較大的調(diào)整，壓電變壓器才能很好地工作。因此，在實際電路中，需要對電路工作頻率作自動調(diào)節(jié)，目前，國內(nèi)外壓電變壓器背光電源都采用頻率自動調(diào)節(jié)技術(shù)，并與其他控制器件集成在一個專用IC里，從而使壓電變壓器背光電源的性能更加穩(wěn)定、可靠，利于規(guī)模化生產(chǎn)。
6多層壓電變壓器的主要應(yīng)用
液晶顯示器顯示圖像時需要均勻的背光，背光由一支或多支冷陰極熒光燈管（CCFL）發(fā)光來提供。傳統(tǒng)背光電源采用小型線繞式變壓器產(chǎn)生高壓來驅(qū)動CCFL，由于體積限制，存在高壓工作時產(chǎn)生擊穿、打火、甚至燃燒現(xiàn)象，伴隨較大的電磁干擾，給實際應(yīng)用帶來一些問題。多層壓電變壓器的升壓比高，高壓下工作不會擊穿，電磁干擾小，正好克服了線繞變壓器的缺點，并具有轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、輸出波形好等優(yōu)點，非常適合驅(qū)動CCFL，近年來在LCD背光電源中獲得了廣泛的應(yīng)用。
壓電背光電源也是一種DC/AC轉(zhuǎn)換模塊，例如它將輸入的直流電（如12V，300mA）經(jīng)過變換、升壓，輸出一定頻率的交流高壓（70kHz,600Vrms,5.0mArms）來驅(qū)動CCFL工作。其原理如圖6所示。
近年來，國內(nèi)外多家公司推出多種采用壓電變壓器的背光電源，輸出功率從0.5W到5W，輸入電壓為3VDC～18VDC，應(yīng)用在3″～15″LCD模塊中，產(chǎn)品包括數(shù)碼相機(jī)、PDA、筆記本電腦等。
圖7為某公司的背光電源，輸入電壓為3VDC～6VDC，輸出功率3.5W,實際尺寸為32.0mm×24.0mm×4.9mm，重量為7.3g。隨著TFT-LCD的進(jìn)一步普及，采用壓電變壓器的背光電源會越來越受到電子廠商的重視。
7小結(jié)
多層壓電變壓器作為一種新型的變壓器，目前主要用于TFT-LCD背光電源，實際上它可以用在許多DC/AC轉(zhuǎn)換電路中，尤其需要小型高壓電源的地方，充分發(fā)揮其體積小、電磁干擾小等優(yōu)點，如探測儀器、儀表。美國、前蘇聯(lián)曾對壓電變壓器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用作過深入的研究，國內(nèi)也有這方面的研究成果。多層壓電變壓器與傳統(tǒng)變壓器相比，一方面成本高、批量生產(chǎn)一致性差，制造工藝有待進(jìn)一步完善；另一方面在應(yīng)用技術(shù)上，各個廠家的多層壓電變壓器差異很大，不能互換，控制回路結(jié)構(gòu)、工作原理也不相同；壓電變壓器的工作機(jī)理、特性不為大家所熟悉，這些都妨礙了多層壓電變壓器的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。近年來，日本多家公司如Tamura、NEC、日立金屬等在壓電背光電源方面都有成熟的批量化產(chǎn)品，技術(shù)水平較高，使大家對多層壓電變壓器應(yīng)用前景有了新的認(rèn)識，國內(nèi)的公司、科研機(jī)構(gòu)也紛紛在該領(lǐng)域開展研究與開發(fā)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
綜上所述，雖然壓電變壓器有幾十年的發(fā)展歷史，只是近幾年才較大規(guī)模的投入使用。近年來，我國大陸和臺灣省的多家公司也在多層壓電變壓器領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)的研究與產(chǎn)業(yè)化工作，雖然起步較晚，但技術(shù)水平已接近國際水平，目前壓電變壓器尤其是多層壓電變壓器已成為各大元器件廠商關(guān)注的熱點，必將推動壓電變壓器制造技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)更快的發(fā)展，使壓電變壓器最終成為一種廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)器件。
壓電陶瓷變壓器最早于1956年由美國人C.A.Rosen提出，他根據(jù)壓電理論及壓電方程對壓電變壓器的基本工作原理進(jìn)行了闡述，并制成單層壓電陶瓷變壓器；之后數(shù)年，人們對壓電變壓器理論及其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，得到一些實際應(yīng)用，但因特性欠佳，制造工藝不完善，成本較高等，未獲得廣泛的應(yīng)用。因此，20世紀(jì)60年代到70年代初可以看成壓電變壓器發(fā)展的初級階段，僅限于單層壓電陶瓷變壓器。
1980年，中國科學(xué)家首先提出采用多層技術(shù)制造壓電陶瓷變壓器，并且制作出第一支多層壓電陶瓷變壓器，可簡稱MPT（MultilayerPiezoelectricTransformer）。由于多層壓電變壓器具有獨特的優(yōu)點，更適合實際應(yīng)用，因而引起各國科研人員的廣泛關(guān)注。隨著電子陶瓷元器件制造技術(shù)的發(fā)展，尤其是多層陶瓷器件工藝技術(shù)的出現(xiàn)和日趨成熟，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，電子產(chǎn)品要求小型化、薄型化、高效化，多層壓電變壓器用于液晶顯示器背光電源剛好滿足了這些要求，并克服了傳統(tǒng)電磁變壓器的一些缺點，因此，以日本NEC，TDK，村田，日立金屬等公司為代表的電子元器件廠家在該領(lǐng)域開展了大量研究，20世紀(jì)90年代末將壓電變壓器大量用于液晶顯示器背光電源，標(biāo)志著壓電變壓器制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟。從20世紀(jì)80年代到90年代單層壓電變壓器技術(shù)進(jìn)一步成熟，在一些小型高壓電源中得到實際應(yīng)用，如負(fù)離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、靜電噴涂等。
在我國，以清華大學(xué)材料系為代表的科研院所在20世紀(jì)70年代開始壓電變壓器的研究與開發(fā)，在壓電變壓器材料、結(jié)構(gòu)、理論及制造工藝上取得一定的成果。清華大學(xué)材料系作為在國際上最早從事多層壓電變壓器研究開發(fā)的機(jī)構(gòu)，積極推動了我國多層壓電陶瓷變壓器的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
2壓電變壓器的分類及制造工藝
壓電變壓器一般采用鋯鈦酸鉛（PZT）系壓電陶瓷材料經(jīng)過燒結(jié)、極化等工藝制造而成。有工作在超音頻的升壓壓電變壓器，也有工作頻率為工頻的降壓壓電變壓器。與傳統(tǒng)的鐵芯線繞電磁變壓器相比，它具有體積小、使用時不擊穿、耐高溫、不燃燒、電磁干擾很小，且結(jié)構(gòu)簡單，易批量生產(chǎn)等優(yōu)點。和一般的電磁變壓器一樣，壓電變壓器也具有電壓變換、阻抗變換和電流變換等功能。
用于液晶顯示器背光電源輸出功率為4W左右的電磁變壓器與多層壓電變壓器（含外殼）體積比較,舅圖1A所示，外形尺寸為35.2mm×7.8mm×3.1mm,功率為4W，工作頻率～55kHz,升壓比33，轉(zhuǎn)換效率93％。
多層壓電陶瓷變壓器，由于各個廠家的產(chǎn)品在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)外電極形狀上有較大的差異，有的結(jié)構(gòu)具有專利權(quán)，因而產(chǎn)品外觀也有區(qū)別。圖2為不含外殼的多層壓電變壓器。
壓電變壓器的結(jié)構(gòu)可分為單層壓電變壓器和多層壓電變壓器。按用途可分為升壓型變壓器和降壓型變壓器。升壓與降壓變壓器均可采用單層或多層結(jié)構(gòu)，一般來說，多層結(jié)構(gòu)具有較大的變比與較高的能量傳輸密度。單層壓電變壓器采用傳統(tǒng)的干壓成型工藝，主要工藝過程為：
陶瓷粉體→干壓成型→高溫?zé)Y(jié)→電極→極化→性能測試
多層壓電變壓器一般采用與多層陶瓷電容器（MLCC）相類似的制造工藝，但由于單個元件比MLCC大得多，兩者的制造工藝仍有較大的差異，多層壓電變壓器主要工藝過程如下：
陶瓷粉體→流延→內(nèi)電極印刷→疊層→切塊→高溫?zé)Y(jié)→外電極→極化→性能測試
3多層壓電變壓器的工作原理
壓電變壓器也是一種壓電換能器，它利用壓電陶瓷的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換機(jī)理，一般的壓電換能器只將電能與機(jī)械能（超聲波）作單向轉(zhuǎn)換，即電能→機(jī)械能或機(jī)械能→電能。壓電變壓器先將輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，以Rosen型升壓變壓器為例，
電能————→機(jī)械能————→電能
在輸入端施加一定頻率的低壓，由逆壓電效應(yīng)在變壓器內(nèi)部首先將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能——縱駐波傳播，變壓器輸出端再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生一定頻率的高壓，從而實現(xiàn)升壓過程，如圖3所示。
單層壓電變壓器的工作原理也可用上圖表示,只是輸入端(初級)為單層。VIN上施加的交流電壓在輸入端沿厚度方向引起陶瓷體的收縮與拉伸應(yīng)變，這種應(yīng)變沿長度方向傳遞到輸出端。1/4處與3/4處的支撐點是某諧振頻率下的駐波的節(jié)點，壓電變壓器內(nèi)部電極構(gòu)造、長度、材料聲速V決定了壓電變壓器可能有多個諧振頻率fn，常用的頻率有λ/2，λ，3λ/2。
fn=n(V/2×長度)
材料的綜合系數(shù)g[ω]、輸入端的層數(shù)、單層厚度、變壓器的總長度影響升壓比R，它們之間有如下的關(guān)系：
R=(長度×層數(shù)/單層厚度)×g[ω]
4壓電變壓器的等效電路
由壓電變壓器的工作機(jī)理可以看出，壓電變壓器工作過程涉及電學(xué)、聲學(xué)、壓電學(xué)、固體物理學(xué)等諸多領(lǐng)域，因此很難用一個簡化模型來解釋它的工作特性，為了研究壓電變壓器在電路中的特性，人們提出了許多壓電變壓器的電路模型，圖4示出一種常見的簡化模型。
模型中的參數(shù)值與多層壓電變壓器的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，由多層電極結(jié)構(gòu)和材料介電常數(shù)決定了輸入端電容CINPUT較大，一般為幾十nF到幾百nF；輸出端電容COUTPUT因電極距離較大一般為幾十pF。單層壓電變壓器的輸入電容為幾個nF。輸入、輸出電容可用下式來計算：
CINPUT=長度×寬度×層數(shù)×/（2×單層厚度）
COUTPUT=2×厚度×寬度×/長度
壓電變壓器自身的機(jī)械諧振頻率（ω0）與實際電路中的RLC諧振不同，它與陶瓷材料的彈性模量（Y）、密度（ρ）、長度（Length）有一定的比例關(guān)系，即這種機(jī)械諧振可以用上圖的RLC串聯(lián)電路來描述。這樣，壓電變壓器的有關(guān)特性就可借助電路來分析。,Q=ω0×L/R一種有12層，工作頻率達(dá)70kHz的多層壓電變壓器，按照上述模型，輸入電容CINPUT=200nF；輸出電容COUT=30pF；n=30；串聯(lián)RLC為2Ω，1μH，6nF。
5多層壓電變壓器的諧振工作特性
從以上的工作原理及等效電路可以推論，壓電變壓器工作時首先必須在諧振狀態(tài)即外電路驅(qū)動與壓電變壓器自身產(chǎn)生諧振，這樣壓電變壓器才能較好的工作，壓電變壓器的許多特性都與諧振密切相關(guān)，如輸出電壓、升壓比、轉(zhuǎn)換效率、輸出輸入阻抗、輸出功率等。多層壓電變壓器工作時使用的頻率范圍較窄，一般為2kHz左右，這也是壓電變壓器與鐵芯線繞電磁變壓器的最大區(qū)別。圖5表示只改變輸入信號頻率、其他條件不變時輸出電壓與頻率的關(guān)系，可以看出壓電變壓器具有明顯的諧振工作特性。
一般分析壓電變壓器的工作特性，都是在諧振工作狀態(tài)。多層壓電變壓器的升壓比（負(fù)載100kΩ）為30～100，空載升壓比更高；輸入阻抗較低（最低可達(dá)0.5Ω），輸出阻抗較高,因此比較適合在LCD背光電源中驅(qū)動冷陰極熒光燈管；文獻(xiàn)報道，多層壓電變壓器的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)97％，普遍認(rèn)為負(fù)載合適時工作效率大于90％；目前，由于制造工藝等原因，多層壓電變壓器的輸出功率僅限于0.5W～8W，折算功率密度為～1W/g。
多層壓電變壓器的諧振工作頻率范圍較窄，而且頻率隨著電路中的負(fù)載特性、參數(shù)、變壓器自身工作產(chǎn)生的溫升等條件，需要作較大的調(diào)整，壓電變壓器才能很好地工作。因此，在實際電路中，需要對電路工作頻率作自動調(diào)節(jié)，目前，國內(nèi)外壓電變壓器背光電源都采用頻率自動調(diào)節(jié)技術(shù)，并與其他控制器件集成在一個專用IC里，從而使壓電變壓器背光電源的性能更加穩(wěn)定、可靠，利于規(guī)模化生產(chǎn)。
6多層壓電變壓器的主要應(yīng)用
液晶顯示器顯示圖像時需要均勻的背光，背光由一支或多支冷陰極熒光燈管（CCFL）發(fā)光來提供。傳統(tǒng)背光電源采用小型線繞式變壓器產(chǎn)生高壓來驅(qū)動CCFL，由于體積限制，存在高壓工作時產(chǎn)生擊穿、打火、甚至燃燒現(xiàn)象，伴隨較大的電磁干擾，給實際應(yīng)用帶來一些問題。多層壓電變壓器的升壓比高，高壓下工作不會擊穿，電磁干擾小，正好克服了線繞變壓器的缺點，并具有轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、輸出波形好等優(yōu)點，非常適合驅(qū)動CCFL，近年來在LCD背光電源中獲得了廣泛的應(yīng)用。
壓電背光電源也是一種DC/AC轉(zhuǎn)換模塊，例如它將輸入的直流電（如12V，300mA）經(jīng)過變換、升壓，輸出一定頻率的交流高壓（70kHz,600Vrms,5.0mArms）來驅(qū)動CCFL工作。其原理如圖6所示。
近年來，國內(nèi)外多家公司推出多種采用壓電變壓器的背光電源，輸出功率從0.5W到5W，輸入電壓為3VDC～18VDC，應(yīng)用在3″～15″LCD模塊中，產(chǎn)品包括數(shù)碼相機(jī)、PDA、筆記本電腦等。
圖7為某公司的背光電源，輸入電壓為3VDC～6VDC，輸出功率3.5W,實際尺寸為32.0mm×24.0mm×4.9mm，重量為7.3g。隨著TFT-LCD的進(jìn)一步普及，采用壓電變壓器的背光電源會越來越受到電子廠商的重視。
7小結(jié)
多層壓電變壓器作為一種新型的變壓器，目前主要用于TFT-LCD背光電源，實際上它可以用在許多DC/AC轉(zhuǎn)換電路中，尤其需要小型高壓電源的地方，充分發(fā)揮其體積小、電磁干擾小等優(yōu)點，如探測儀器、儀表。美國、前蘇聯(lián)曾對壓電變壓器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用作過深入的研究，國內(nèi)也有這方面的研究成果。多層壓電變壓器與傳統(tǒng)變壓器相比，一方面成本高、批量生產(chǎn)一致性差，制造工藝有待進(jìn)一步完善；另一方面在應(yīng)用技術(shù)上，各個廠家的多層壓電變壓器差異很大，不能互換，控制回路結(jié)構(gòu)、工作原理也不相同；壓電變壓器的工作機(jī)理、特性不為大家所熟悉，這些都妨礙了多層壓電變壓器的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。近年來，日本多家公司如Tamura、NEC、日立金屬等在壓電背光電源方面都有成熟的批量化產(chǎn)品，技術(shù)水平較高，使大家對多層壓電變壓器應(yīng)用前景有了新的認(rèn)識，國內(nèi)的公司、科研機(jī)構(gòu)也紛紛在該領(lǐng)域開展研究與開發(fā)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
綜上所述，雖然壓電變壓器有幾十年的發(fā)展歷史，只是近幾年才較大規(guī)模的投入使用。近年來，我國大陸和臺灣省的多家公司也在多層壓電變壓器領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)的研究與產(chǎn)業(yè)化工作，雖然起步較晚，但技術(shù)水平已接近國際水平，目前壓電變壓器尤其是多層壓電變壓器已成為各大元器件廠商關(guān)注的熱點，必將推動壓電變壓器制造技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)更快的發(fā)展，使壓電變壓器最終成為一種廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)器件。
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