随着电子设备尤其是移动通讯、个人计算机、数码相机等向小型化、多功能化方向发展，压电陶瓷变压器这类适应其要求的电子元件进一步受到人们的关注。本文简要论述压电陶瓷变压器的基本概念及其在高压电源等领域的应用。文章专门推介了一种叠层式降压型压电陶瓷变压器的工作原理、基本结构、等效电路以及实验测试数据与计算结果的比较。对叠层式降压型压电陶瓷变压器应用于高频开关电源时工作状态进行了测试。文章还将压电陶瓷变压器的性能特点与电磁变压器作了比较，指出了各自的一些优缺点。
电子技术的飞速进步，使得移动通讯，个人计算机，传真机，数码相机等个人电子用品甚至航空航天电子、汽车电子等都被要求实现轻小薄型化、高功率密度、高效率和多功能化，这些产品大多数需要低电压大电流供电方式。另一方面，又有一些大型电子设备如雷达、静电复印机等则要求高达几千伏甚至上万伏的高电压供电。通常情况下，它们都采用电磁式变压器电源实施供电。在实践中，我们熟知电磁式变压器的主要缺点，例如体积大，用于高压侧的绕组及其绝缘层的处理比较困难，在高电压下工作容易打火甚至击穿，故障率较高；而电磁式变压器在高频状态工作时，则其磁性损耗和涡流损耗增大，并且，电磁式变压器不易实现小型扁平化，目前是三大被动元件中小型化程度低的。电磁式变压器的这些不足，采用压电陶瓷变压器可以得到较好解决。使用铁电材料（例如PZT，PMMN）经过高温烧结，高压极化等一系列工艺过程制造获得的压电陶瓷型变压器可以达到体积小、重量轻、不会击穿、不怕短路、不受潮湿影响、变压比高等要求。然而，常规结构（见图1）的压电陶瓷变压器的工作频率较低、输入阻抗较大，所以不适合用作高频功率变换器的电源变压器。为了使压电陶瓷变压器能用于高频开关电源，可以通过改变其结构和振荡模式来实现。本文推介的叠层降压型压电陶瓷变压器即是其中一例。
2 压电陶瓷变压器的一般概念
与传统的电磁式变压器比较，压电陶瓷变压器所用的材料、产品结构，工艺技术和工作原理均不相同。电磁式变压器所用主材是软磁材料和导电材料，分别用作结构的磁心和绕组，能量变换形式是电—磁—电。压电陶瓷变压器所用主材是PZT、PMMN等铁电陶瓷材料，经高温烧结和高压极化成为产品，是电—机—电的能量变换方式。电磁式变压器的能量变换按其结构形式需要在一个正交的立体空间完成，而压电陶瓷变压器可以在一个平面内进行能量变换，因此，压电陶瓷变压器容易实现片式化制造。
由于升压型和降压型陶瓷变压器的结构和技术参数的要求不同，文章将分别叙述。
3 升压型压电陶瓷变压器
升压型压电陶瓷变压器的结构为长条片状，如图1所示。它被分成两个部位：左半部位的上下两面都烧渗银电极，沿厚度方向用高压极化成输入端，称作驱动部位；右半部位的端头同样烧渗银电极，用高压沿长度方向极化，作为输出端，称为发电部位。由图可见，这种结构的压电陶瓷变压器制作简单容易，升压比高，容易固定。
升压型压电陶瓷变压器采用Pb(Mg1/3 Nb2/3)A(Mn1/3 Nb2/3)BZrcTiDo3陶瓷材料制造。这种材料的Qm值、Kp值和机械强度都较高：Qm值可达3500，Kp值达0.64，d33为310。这种材料有利于提高压电陶瓷变压器的升压比。
3.1 升压型压电陶瓷变压器的工作原理
由原材料烧制成的压电陶瓷晶体，在居里温度之下属四方晶相的多电畴结构，经高压电场极化后，因其电畴转向而使陶瓷体内的极化强度不为零而具有压电性。当在压电陶瓷变压器的输入端（驱动部位）接入交变电压时，由于逆压电效应，使压电陶瓷变压器的长度方向上产生伸缩振动，即将输入的电能变换成了机械能。在发电部位（输出端）由于存在纵向振动，通过正压电效应，机械能被变换成电能，致输出端有电压输出。压电陶瓷变压器的能量变换过程与电磁变压器截然不同，即电—机—电的变换。我们有销售人员为您排难解疑~ SICK热线: SICK传真: SICK在线QQ:80998994 施克专员：、 sick网站：http://www.mwsick.com
压电陶瓷变压器的升压比可以用压电学理论导出：
(1)式中，G为变压器空载升压比，Qm是陶瓷材料的机械品质因数，K31、K33为材料的机电耦合系数，L、t分别是发电部位的长度和厚度。由式(1)可见，压电陶瓷变压器的长度越长，其升压比越大；而厚度越薄升压比也越大。例如，一例尺寸为40×8×1.5(mm3)的压电陶瓷变压器，其空载升压比达300，全波谐振模式的谐振频率为85kHz，变换效率高达90%。
