[发明专利]一种基于单晶面切模式的压电变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电变压器，具体涉及一种基于单晶面切模式的压电变压器，属于能源技术领域。

背景技术

压电变压器作为一种新型电子器件，与传统的铁芯线绕电磁变压器相比，具有体积小、使用时不击穿、无电磁干扰，且结构简单，易批量生产等优点。在紧凑的AC/DC或DC/DC适配器/转换器/充电器、通信设备、个人计算机、荧光灯镇流器、便携式电源充电器、液晶显示背景光源中有着潜在的应用前景。

经对现有技术的文献检索发现，2008年，夏定豪申请了基于径向振动的压电变压器的专利《一种径向振动压电变压器及其制备方法》(专利申请号：200810118024.1)，其不足在于：径向K₃₁模式机电耦合效率低，体积大且需要高驱动电压，易引起高的温升。2010年，中山大学黄以华等申请了专利《一种弯曲振动型压电变压器》(专利申请号：201010183331.5)。其不足在于：该压电变压器也是基于K₃₁模式，机电耦合效率低，体积大且需要高驱动电压，易引起高的温升。

发明内容

本发明针对现有技术的不足以及工程应用的需要，提出一种基于压电单晶k₃₆面切模式的低压高效驱动的压电变压器，利用高机电耦合系数和压电系数的新型压电单晶材料制成。具体技术方案为：

一种基于单晶面切模式的压电变压器，包括面切模式压电单晶片、第一电极、第二电极和第三电极，面切模式压电单晶片具有平行的第一表面和第二表面，第一表面和第二表面均为正方形；在第一表面上设有相互电气绝缘的第一电极和第二电极，第一电极位于第一表面的外部，第二电极位于第一表面的中部，第一电极和第二电极之间是绝缘区；在第二表面上设有第三电极。第二电极为圆形或者正方形，相应的绝缘区为环形或者回形。工作时，第一电极为输入电极，第二电极为输出电极；或者，第二电极为输入电极，第一电极为输出电极。第三电极始终为接地电极。当在输入电极施加一定频率的激励信号时，压电单晶片激发出k₃₆面切模式的机械振动，并在输出电极输出能量。

优选地，面切模式压电单晶片的材料为[011]_c极化、±45°切向的PZN-PT、PMN-PT、PIN-PMN-PT、掺锰PMN-PT或掺锰PIN-PMN-PT铁电单晶材料中的任一种。

优选地，第一电极、第二电极、第三电极均由金或银制成。通过化学沉积、真空溅射镀膜或喷涂的方式将金或银转移到第一表面或第二表面形成电极。

与现有的工作在K₃₁模式压电变压器相比，本发明利用新型压电单晶材料[011]_c极化的面切模式具有超大压电系数、高功率密度和高机电耦合系数的优势，设计得到低压高效低热驱动的单晶面切模式压电变压器，该压电变压器具有较高机电耦合系数和功率密度、较低的工作频率、低的激励电压和发热量。尤其适用于紧凑的AC/DC适配器/转换器/充电器、通信设备、个人计算机、液晶显示背景光源等应用场合。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明面切模式压电单晶片的坐标示意图；

图2为本发明一个较佳实施例的基于面切模式的压电变压器的俯视示意图；

图3为图2所示压电变压器沿剖面线2B-2B剖开后的剖视结构示意图；

图4为本发明另一个较佳实施例的基于面切模式的压电变压器的俯视示意图；

图5为图4所示压电变压器沿剖面线3B-3B剖开后的剖视结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1为面切模式压电单晶片的坐标示意图。面切模式压电单晶片的长度、宽度和厚度方向分别是沿[011]_c、[100]_c和[011]_c方向，极化方向[011]_c被定义为坐标轴Z，[011]_c和[100]_c方向分别被定义为坐标轴X和Y。所有的材料常数符号都是基于该正交坐标系。