壓電陶瓷變壓器在開關(guān)電源的應(yīng)用分析
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全橋逆變電路使用開關(guān)元件多，而對于壓電陶瓷變壓器半橋逆變電路，其主電路結(jié)構(gòu)有幾種方式(如圖5所示)。圖5(a)中需要借助壓電陶瓷變壓器才能完成零電壓開關(guān)；圖5(b)中的每個開關(guān)周期，諧振能量會在諧振環(huán)中流動，最終回送到輸入當(dāng)中去。這些送回去的能量越多，半導(dǎo)體開關(guān)器件承受的應(yīng)力就越大，在電路中損失的能量也越多；圖5(c)中串聯(lián)電感，與變壓器的靜態(tài)電容一起，可以保證壓電變壓器工作在較好的狀態(tài)，但在設(shè)計上存在一定限制。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/180284.htm
目前有一種LLC諧振半橋逆變電路，如圖5(d)所示，具有實現(xiàn)原邊兩個主MOS開關(guān)管的零電壓開通(ZVS)和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷(ZCS)功能，且進入壓電陶瓷變壓器的激勵信號為正弦信號。
2．2 控制電路
在實際應(yīng)用過程中，壓電陶瓷變壓器的溫度會發(fā)生變化，且所帶的負載也隨時在變化，這兩個因素會引起壓電陶瓷變壓器的諧振頻率發(fā)生變化。如果電源電路輸出固定頻率的激勵信號，不能跟蹤壓電陶瓷變壓器的諧振頻率，那么壓電陶瓷變壓器諧振頻率變化時，其轉(zhuǎn)換效率因不能工作在諧振狀態(tài)下大大降低，甚至不工作。因此要求主電路的輸出頻率能跟蹤壓電陶瓷變壓器的諧振頻率。目前頻率跟蹤方式如表1所示。
在實際的應(yīng)用中，如果電壓調(diào)節(jié)范圍比較大，雖然可通過PFM調(diào)節(jié)方法實現(xiàn)，但這種方法不僅調(diào)節(jié)范圍窄，而且影響壓電冉瓷變壓器的最佳工作狀態(tài)。因此在要求調(diào)節(jié)范圍大的應(yīng)用場合可通過PWM與PFM共同完成。
3 基于壓電陶瓷變壓器開關(guān)電源的實際應(yīng)用
從目前發(fā)展現(xiàn)狀看，升壓型壓電陶瓷變壓器超前于降壓型壓電變壓器，其實用程度較為廣泛。較為典型的應(yīng)用是升壓型壓電陶瓷變壓器在冷陰極熒光燈(CCFL)驅(qū)動電源的應(yīng)用。冷陰極熒光燈(CCFL)驅(qū)動電源特點通常是輸入電壓低，輸出電壓很高，達到1 kV，但是輸出功率比較小，為了得到較高的輸出電壓，傳統(tǒng)的電磁變壓器需要匝數(shù)數(shù)量較大，且繞組線徑非常小，給制造帶來一定難度，且存在安全隱患，而用壓電陶瓷變壓器很容易實現(xiàn)。升壓型壓電陶瓷變壓器主要應(yīng)用還有液晶顯示器(LCD)背光照明、電子警棍、負離子發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、靜電噴漆、靜電除塵、靜電復(fù)印機、掃描電子顯微鏡等高壓發(fā)生裝置中。而降壓型壓電陶瓷變壓器主要應(yīng)用有計算機、手機、攝像機等便攜式電子設(shè)備的AC-DC適配器及各種DC-DC模塊電源、各種超小型模塊電源、手提充電器等。
4 結(jié)束語
壓電陶瓷變壓器的特點使得采用壓電陶瓷變壓器的開關(guān)電源較為容易的解決了EMI、不能微型化等問題，且更容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，廣泛用于高壓輸出，或小功率輸出場合。但如文章所述，壓電陶瓷變壓器必須工作在諧振狀態(tài)，轉(zhuǎn)換效率才能得到保證，因此壓電陶瓷變壓器的開關(guān)電源電路設(shè)計要求十分苛刻，需要配合壓電陶瓷變壓器，輸出頻率可調(diào)的正弦激勵信號。
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