[实用新型]一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种降压变压器，具体地说是一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器。

背景技术

现有的变压器有两种：电磁变压器和压电陶瓷变压器。前者基于电磁感应现象，是成熟的技术，但存在转换效率低、有电磁噪声等问题；后者1956年由C．A．Rosen实用新型，它具有重量轻、能量密度高、效率高、外形小、运行过程无电磁噪声以及不易燃性等优点，应用范围越来越广。现在压电陶瓷变压器的应用分为两种，一种是由低压变成高压的升压变压器，用于液晶显示器、静电除尘器和高压电源中，国内外都已形成规模生产。另一种是由高压变成低压的降压变压器，现在仍处于研究开发阶段，据报道，日本富士通公司利用LiNbO3单晶制成了15 mm×15 mm×0.5mm 的压电陶瓷变压器样机，该样机工作频率4 MHz、输出功率为30~40W，可用于降压型开关电源。但由于铌酸锂晶体的成本很高，不适于大规模工业生产应用。

分析可知，在新兴电子学工业领域中，能适用于大规模工业生产的廉价、超小型降压变压器一直是一个技术难题。

实用新型内容

    本实用新型所要解决的技术问题是提供一种体积小、成本低，能有效实现降压变压的基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器，包括降压模块、绝缘隔离层和外部附属电路，降压模块呈层状结构，绝缘隔离层包裹在降压模块的外部，外部附属电路由设置在绝缘隔离层外侧的外电源输入高电位端电极、外电源输入低电位端电极、变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极构成，外电源输入高电位端电极和外电源输入低电位端电极分别设置在降压模块层状结构的两个端部，变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极沿降压模块层状结构的分布方向设置在绝缘隔离层的外表面，所述的降压模块包括交替设置的高介电材料填充层和低介电材料填充层，每一低介电材料填充层都设置在两层高介电材料填充层之间，并且在高介电材料填充层和低介电材料填充层之间还设有导电金属隔离层，导电金属隔离层将高介电材料填充层和低介电材料填充层隔离开，低介电材料填充层两侧的导电金属隔离层分别穿过绝缘隔离层与变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极连接，位于降压模块两端的高介电材料填充层的外侧还设有导电金属层，两端的导电金属层分别与外电源输入高电位端电极和外电源输入低电位端电极连接。

所述高介电材料填充层的相对介电常数大于5000，低介电材料填充层的相对介电常数小于5。

所述高介电材料填充层、低介电材料填充层、导电金属隔离层和导电金属层的厚度均小于0.3mm。

所述高介电材料填充层的厚度为0.2mm，低介电材料填充层的厚度为0.1mm。

在上述技术方案中每一层低介电材料填充层和其两侧的高介电材料填充层都构成一个降压单元。

本实用新型利用电场在高介电常数与低介电常数材料中积聚度不同，通过多层高介电常数/低介电常数的介质组合来实现对高压电场进行分割，在低介电材料填充层对部分电压降落进行提取，从而实现降压输出的可控调节。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型所设计的变压器由多层高介电材料/低介电材料交替排列构成的多个降压单元组成。假设有n个降压单元，其中，高介电材料层的介电常数为e₁，低介电材料层的介电常数为e₂，e₁>>e₂。

设输入的交流电电压                                               ，负载为R，根据电路原理，输出电压为

（1）、                                          

此处是与介质层厚度、介质层介电常数、极板面积、负载、频率有关的常数。适当选取材料及其结构，使，则(1)式变为：

（2）、                                          

最终，可得到降压后的电压为U₁/n，实现了降压变压的目的。通过改变n的数值可实现对输出电压的自由调控输出。