[发明专利]一种基于压电变压器的电源变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电源电路，特别涉及基于压电变压器的电源变换器，主要对压电变压器式电源变换器的驱动电路部分进行改进。

背景技术

压电变压器为新一代电子变压器，基本原理是在一次侧输入与变压器谐振频率相同的电压，在二次侧因压电效益转换而产生高压输出。压电变压器的能量转换来源为输入电压在压电体厚度方向及长度方向均因受极化而产生的储能，因而具有电能输入经压电体内机械振动而在二次侧产生高压输出的功效。由于具有传输功率密度大、结构简单、抗干扰能力强、不怕短路等优点，压电变压器在电子变压领域有广阔的发展空间。

目前压电变压器作为传输能量的一个电子器件，在电源行业内早已有许多研究人员对其驱动电路进行研究。压电变压器的驱动信号必须是一个与压电变压器的谐振频率基本一致的交流信号，这样才能使压电变压器工作。由于压电变压器的谐振频率受外部使用环境温度、负载、内部温度等影响而发生变化，因此压电变压器的驱动电路一般要求对压电变压器的谐振频率进行跟踪，以便保证压电变压器工作在最佳状态。

但压电变压器一直工作在谐振频率点时，当负载减轻时其输出电压将大幅升高，当负载增加时其输出电压将大幅度下降。对于一个开环电路来讲，这是不希望见到的。而将压电变压器的驱动信号工作频率设置在谐振点的右半波靠近谐振点附近，上述负载变化所产生的影响将受到一定程度的减弱。由于压电变压器工作在谐振点时其输出电压随电压输入线性变化；相对于一个开环电路而言，这也是不希望看到的。要解决这些问题一般采用闭环结构，当输入输出间需要进行隔离时则需要进一步配合光电耦合器进行设计，其结果是大大增加了成本和体积。但对于一些微功率场合，过高的电压稳定度是不必要的。

另外、压电变压器属于一种高阻态的功率传输器件，其输出电压受负载变化的影响很大。在一些对输出电压精度要求较高的场合，作为功率传输变压器，压电变压器方案与现有磁电变压器方案在性能上仍有一些差距。但在一些对输出电压精度要求不高的微功率变换器场合，特别是一些对体积要求较高的场合，压电变压器方案在成本上远优于磁电变压器方案，且在性能上与电磁变压器相差不大。一般闭环结构的他激式压电变压器驱动电路由控制IC、功率开关管、光电耦合器、误差放大器、比较器、电感和电容等器件组成。显然，这种电路结构复杂，难以实现产品小型化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低成本、小型化、性能稳定的基于压电变压器的电源变换器，可以自动跟踪压电变压器谐振频率，具有较好的调频特性。

为解决以上技术问题，本发明所提供的技术方案是：一种基于压电变压器的电源变换器，依次包括一输入滤波电路(100)、一驱动电路(200)、一压电变换器(400)、一输出整流电路(500)及一输出滤波电路(600)，所述驱动电路(200)中包括一控制芯片(IC1)及一芯片外围电路，构成一压控振荡电路；所述控制芯片(IC1)经一反馈电路(300)引入所述压电变压器(400)的当前谐振频率信号，用于实现所述控制芯片(IC1)的驱动频率自动跟踪。

较优地，所述控制芯片(IC1)为555 IC芯片。

较优地，所述芯片外围电路包括阻(R1)、电阻(R2)及电容(C2)，其中：电压输入正端依次经所述电阻(R1)、所述电阻(R2)及所述电容(C2)后接于电压输入负端；所述控制芯片(IC1)的接地脚(1)接地；触发脚(2)和门限脚(6)的共同结点接于所述电阻(R2)和所述电容(C2)之间，输出脚(3)接于所述压电变压器(400)的第一输入电极(A)，复位脚(4)和电源电压脚(8)的共同结点接于电压输入正端，控制电压脚(5)接于所述反馈电路(300)的输出端，放电脚(7)接于所述电阻(R1)和所述电阻(R2)之间。

较优地，所述压电变压器(400)包括第一输入电极(A)、第二输入电极(B)、第一输出电极(C)、第二输出电极(D)和反馈电极(E)，其中：所述第一输入电极(A)接于所述控制芯片(IC1)的输出脚(3)；所述第二输入电极(B)接地；所述第一输出电极(C)接于所述输出整流电路(500)的一个输入端；所述第二输出电极(D)接于所述输出整流电路(500)的另一个输入端；所述反馈电极(E)接于所述反馈电路(300)的输入端。

较优地，所述反馈电路(300)包括耦合电阻(R3)，所述耦合电阻(R3)接于所述压电变压器(4)的反馈电极(E)和所述控制芯片(IC1)的控制电压脚(5)之间。