专利名称：多组电极式压电陶瓷变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电变压器，特别是一种具备两组或多组输入电极，使压电陶瓷板内部满足震荡幅度叠加条件的压电变压器。
背景技术：
作为变压器，已知有将线圈绕在铁心上的电磁式变压器。该电磁式变压器由于尺寸大、消耗功率大、以及产生电磁噪音和发热，所以不适合作为小型电气设备的电源使用。例如，作为液晶显示器的背面光点亮用的高电压电源中的变压器，虽然不需要大的输出电流，但却需要1KV-数瓦左右的输出电压，同时要求尽可能小的电磁噪音和消耗功率、以及小型化等；另一方面，由于利用压电现象产生压电变压器几乎不产生电磁噪音，且能薄型化，所以适合运用在小型设备的电源用变压器中。
已有的压电陶瓷变压器，请参阅附图1、2、3所示，这种罗真式压电陶瓷变压器结构如附图1所示，普通的单层罗真式压电变压器由压电陶瓷板20，具有长度、宽度和厚度；位于压电陶瓷板厚度方向上下两面的输入电极为21、22，位于压电陶瓷板长度方向距离输入电极远端侧面的输出电极为23，其中输入电极21、22的长度为压电陶瓷板长度的一半左右，宽度等于压电陶瓷板20的宽度，通过将直流电加在输入电极21、22之间、以及21、22与23之间，对压电陶瓷板20进行极化处理。工作时，将输入电极21、22中的一个电极接地，将交流电压加在另一个电极上，交流电压的频率与压电陶瓷板20沿长度方向的固有谐振频率相等，当确定了压电陶瓷的具体材料和矩形板的尺寸，利用公式f＝N/L可推算出压电陶瓷板板内波长为矩形板长度的机械震荡波的共振频率，其中f为共振频率，N为频率系数，和压电陶瓷材料有关，L为矩形板的长度。
如附图2、3所示，分别以位移分布和变形分布进行振动，这时，利用压电效应，在输入电极21、22与输出电极23之间产生交流电压，所产生的交流电压的大小，由压电陶瓷板20的厚度，输入电极21、22到输出电极23之间的距离，以及输入电压以及陶瓷板的固有特性决定。即，在压电变压器中，通过利用压电效应的能量变换，即电—机械—电变换，能获得经过变压后的电压。
上述为普通的单层罗真压电变压器，为了获得高的升压比，需要加大尺寸并且将极化电压加高至数万伏，从而增加了体积和工艺难度，限制了压电变压器的应用，为了获得高的升压比并且控制尺寸，后来出现了多层的罗真压电变压器，即在输入电极之间再埋入多层电极，增加机械振动的效果，然而这大大增加了加工和制作的难度。
发明内容
为了克服利用罗真压电陶瓷变压器获得高变压比的一些缺点，要实用新型提供一种采用单层式两组或多组输入电极，达到提高升压比目的，其方案是在一确定的长度、宽度和厚度的矩形压电陶瓷板上，在其1/2长度的一边上、下两面，安装第一组输入电极，在右边余下1/2长度的压电陶瓷板上，靠近其左边的输入电极，再在1/4压长度压电陶瓷板的上、下两面，安装第二组输入电极，在右边余下1/4长度压电陶瓷板上，靠近其左边的输入电极，再在1/8长度压电陶瓷板的上、下两面，安装第三组输入电极，以此类推，可制作多组输入电极，每相邻二组间的输入电极不导通，在矩形压电陶瓷板右边末端侧边，安装输出电极，自左边第一组输入电极起，相邻两组输入电极分别短路后，引出作为第一输入电极，自左边第一组输入电极起，后面一组输入电极与前面一组输入电极的直流极化方向相反。其突出的优点为，在与传统罗真压电变压器尺寸相当的情况下，以较低的输入电压能够获得更高的升压比，降低了制备工艺难度，并且避免了多层罗真压电变压器制作复杂的弊端。
附图1是已有的罗真式压电陶瓷变压器结构图。
附图2是附图1的压电效应引起的位移分布曲线。
附图3是附图1的压电效应引起的变形分布曲线。
附图4是本实用新型的具有二组输入电极的压电陶瓷变压器结构图。
附图5是附图4压电效应引起的位移分布曲线，实线是第一组输入电极，虚线是第二组输入电极。
附图6是附图4压电效应引起的变形分布曲线，实线为第一组输入电极，虚线为第二组输入电极。
具体实施方式
请参阅附图4所示，就具有二组输入电极而言，一块矩形压电陶瓷板30，在面2安装输出电极11，在左面一边的上、下两面，安装第一组输入电极7和电极8，长度为矩形板30长度的一半，宽度为矩形板30的宽度；在与第一组输入电极相邻的部位，安装第二组输入电极9和电极10，电极板长度为矩形板30长度的四分之一，宽度等于矩形板30的宽度，与第一组输入电极间的间距为1mm。
初始极化时，第一组输入电极与第二组输入电极接反向直流电压，然后将电极7和电极9短路引出作为输入电极，电极8和电极10短路引出作为另一输入电极；工作时，两个输入端一端接地，另一端加入交流电，频率为矩形板30内波长为矩形板30长度的机械波共振频率。
具体特性如下一.基本特性
二外形尺寸
所以，将输入电极的一端接地，将频率等于共振频率的交流电加在输入电极的另一端，为两组输入电极产生的机械震荡位移分布曲线和变形分布曲线，如附图5、6所示，其中实线为第一组输入电极造成的机械震荡曲线，虚线为第二组输入电极造成的机械震荡曲线，由于采取共同频率的交流电输入，所以两组机械震荡波长均为矩形板的长度，由于第二组输入电极之间范围内的极化方向与第一组输入电极间范围内的极化方向相反，且第一组输入电极与第二组输入电极间的振动节点位置相差板的1/2长度，所以两组输入电极产生的机械震荡曲线有360度的相位差，这样，两组输入电极产生的机械震荡波进行叠加，满足振幅最大条件，故而提高了机械震荡的效率，从而可以达到更高的升压比。由于第二组输入电极的覆盖面积相比第一组输入电极较小，所以第二组输入电极产生的机械震荡振幅较小。
每组输入电极间的间距由极化工艺决定，要求为保证每组输入电极间不导通。
如果继续增加输入电极的数量，即在与第二组输入电极相邻的位置再安装第三组输入电极，只要使其长度为第二组输入电极的一半，即矩形板长度的八分之一，并且在初始极化的时候电压方向与第二组输入电极相反，并且使所有三组输入电极在矩形板同侧的输入端短路接入，则在负载交流电工作时，第三组输入电极造成的机械震荡波波长仍为矩形板长度，所以其震荡波与前两组输入电极产生的机械震荡波彼此都满足最大叠加条件，进而更大的提高升压比。另外，此时第三组输入电极产生的机械震荡的振幅相比较第二组输入电极产生的机械震荡幅度更低一些。依照相同的原理，可以继续添加输入电极的数量，新添加的输入电极长度为前一组输入电极的一半，宽度一样，并且在进行初始极化时与前组方向相反，即能够满足机械波的叠加最大条件，提高升压比。
就相同尺寸的普通单层罗真压电变压器和具备两组输入电极的本发明所述压电变压器比较而言，在负载阻抗为70kΩ～100kΩ的前提下，前者的升压比最大可达到8，后者的升压比则可以达到12～13。
就相同尺寸、相同材料的普通单层罗真压电元件和具备两组输入电极的本发明所述压电元件比较而言，其特性如下表所示(测试仪器Agilent 4294A)
权利要求1，一种多组电极式压电陶瓷变压器，其特征在于在一确定的长度、宽度和厚度的矩形压电陶瓷板上，在其1/2长度的一边上、下两面，安装第一组输入电极，在右边余下1/2长度的压电陶瓷板上，靠近其左边的输入电极，再在1/4压长度压电陶瓷板的上、下两面，安装第二组输入电极，在右边余下1/4长度压电陶瓷板上，靠近其左边的输入电极，再在1/8长度压电陶瓷板的上、下两面，安装第三组输入电极，以此类推，可制作多组输入电极，每相邻二组间的输入电极不导通，在矩形压电陶瓷板右边末端侧边，安装输出电极，自左边第一组输入电极起，相邻两组输入电极分别短路后，引出作为第一输入电极，自左边第一组输入电极起，后面一组输入电极与前面一组输入电极的直流极化方向相反。
专利摘要本实用新型提供一种多组电极式压电陶瓷变压器，达到提高压电陶瓷变压比目的，该压电陶瓷结构是，在一确定的长度、宽度和厚度的矩形压电陶瓷板上，在其1/2长度的一边上、下两面，安装第一组输入电极，在右边余下1/2长度的压电陶瓷板上，靠近其左边的输入电极，再在1/4压长度压电陶瓷板的上、下两面，安装第二组输入电极，以此类推，可制作多组输入电极，每相邻二组间的输入电极不导通，在矩形压电陶瓷板右边末端侧边，安装输出电极，自左边第一组输入电极起，相邻两组输入电极分别短路后，引出作为第一输入电极，自左边第一组输入电极起，后面一组输入电极与前面一组输入电极的直流极化方向相反。
文档编号H01L41/107GK2676415SQ20032010839
公开日2005年2月2日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者高义河, 周家光, 宋胜泊, 秦俊侠, 李明祥, 杨与伙, 施晔, 区立诚 申请人:上海联能科技有限公司