هدف از ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک

                            اصل ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک نوع جدیدی از دستگاه تراشه ای است که ورودی ولتاژ پایین و خروجی ولتاژ بالا را از طریق تبدیل انرژی ثانویه انرژی الکتریکی --- انرژی مکانیکی --- انرژی الکتریکی محقق می کند. ساختار اصلی آن با توجه به شکل، الکترود و جهت پلاریزاسیون اشکال زیادی دارد که ترانسفورماتور پیزوالکتریک با ساختار ورق بلند بیشترین استفاده را دارد. ساختار ساده آن، ساخت آسان، و نسبت گام بالا دارد.

در مقایسه با ترانسفورماتور الکترومغناطیسی سنتی، مواد، ساختار، فناوری فرآیند و اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک متفاوت است. مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی مواد مغناطیسی و مواد رسانا هستند که به ترتیب به عنوان هسته و سیم پیچ سازه مورد استفاده قرار می گیرند و شکل تبدیل انرژی الکتریکی – آهنربایی – الکتریکی می باشد. مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک، مواد سرامیکی پیزوالکتریک دوتایی (PZT) مانند سرب زیرکونات تیتانات، مواد سرامیکی پیزوالکتریک سه تایی هستند. حلقه پیزوسرامیک Pzt (PCM, PSM) - یعنی افزودن سایر عناصر پیزو و چهار بر اساس مواد سرامیکی پیزوالکتریک PZT (PMMN) و غیره. مشاهده می شود که تبدیل انرژی ترانسفورماتور الکترومغناطیسی باید در یک فضای سه بعدی متعامد با توجه به فرم ساختاری آن تکمیل شود و ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک می تواند تبدیل انرژی را در یک صفحه انجام دهد. بنابراین، ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک به راحتی در ساختاری از نوع تراشه طراحی می شود.

ساختار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک از مواد پیزوالکتریک استفاده می کند که از ویژگی های تبدیل الکترومکانیکی استفاده می کند و با بخش ارتعاشی جزء و موتور قسمت تولید برق برای انجام طراحی پلاریزاسیون همکاری می کند. ولتاژ ورودی، سرامیک های پیزوالکتریک را در حالت رزونانس قرار می دهد و سپس اثر پیزوالکتریک مثبت، کرنش بالا را که به خروجی ولتاژ تبدیل می شود، تغییر می دهد تا به اثر تبدیل ولتاژ دست یابد. مواد سرامیکی پیزوالکتریک ویژه (مانند سرب زیرکونات تیتانات اصلاح شده یا سرب نیوبیوم منیزیم زیرکونات تیتانات) توسط یک سری فرآیندها مانند تشکیل فشار بالا، تف جوشی در دمای بالا و قطبش میدان الکتریکی با ولتاژ بالا ساخته می شوند.

ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک بر اساس اثرات پیزوالکتریک مثبت و معکوس هستند. در طی تبدیل ثانویه انرژی الکترومکانیکی، آنها با تبدیل امپدانس درون بدن تقویت می شوند. هنگامی که یک ولتاژ متناوب با فرکانس معین به انتهای ورودی (قسمت محرک) ترانسفورماتور پیزوالکتریک اضافه می شود، ترانسفورماتور پیزوالکتریک به دلیل اثر معکوس پیزوالکتریک، ارتعاش کششی در جهت طول ایجاد می کند و انرژی الکتریکی در انتهای ورودی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. در قسمت تولید برق به دلیل وجود ارتعاش طولی، انرژی مکانیکی از طریق اثر پیزوالکتریک مثبت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود تا ترمینال خروجی دارای ولتاژ خروجی بالا باشد.

از آنجایی که امپدانس بازتابی ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک با کاهش امپدانس بار افزایش می‌یابد، این مشخصه در کاربردهای ولتاژ بالا بسیار مهم است. هنگامی که بار اتصال کوتاه یا ولتاژ بالا تخلیه می شود، امپدانس ورودی ترانسفورماتور سرامیکی پیزو به سرعت افزایش می یابد تا اطمینان حاصل شود که ترانسفورماتور و مدارهای جانبی نسوزند. بنابراین استفاده از ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک نیازی به مدار حفاظتی اتصال کوتاه ندارد.

موارد استفاده از ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک
آنها محصولات کوچک، نازک و سبک وزنی هستند. از آنجایی که ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک برخی از ویژگی های ذکر شده را دارند، برای محصولات الکترونیکی مصرفی با باتری مانند تلفن های همراه، رایانه های نوت بوک، رایانه های تاشو، و سیستم یکپارچه ویدئو و ضبط VTR، مناسب هستند. تجهیزات ویژه مانند رادار، دستگاه کپی الکترواستاتیک، رسوب‌دهنده الکترواستاتیک و سایر سیستم‌های قدرت که نیاز به تغذیه با ولتاژهای بسیار بالا و جریان‌های کم دارند.
نمایشگر کریستال مایع (LCD) (شامل روشنایی LCD) اینورتر پیزو برای نور پس زمینه. زیرا LCD به توان خروجی و راندمان انتقال بالا نیاز دارد و به ارتفاع کم و وزن سبک در ساختار نیاز دارد. در عین حال، به دلیل ویژگی های لامپ فلورسنت کاتد سرد با نور پشت: امپدانس قبل از روشنایی زیاد است و باید ولتاژ بالا تامین شود. پس از روشنایی، امپدانس کوچکتر می شود و ولتاژ کاهش می یابد. ویژگی های اینورتر ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک را می توان با این مورد مطابقت داد.

در سیستم های خود تغذیه که در آنها عملکرد باتری، اندازه و وزن به شدت محدود است، مانند سیستم های ترمز پیزوالکتریک مورد استفاده در خودروها، هلیکوپترها، وسایل نقلیه هوافضا، ماهواره ها، سونار، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می شود. منبع تغذیه این دستگاه ها به طور کلی به 100 ولت ~ 1000 ولت نیاز دارد که بسیار متفاوت از منبع تغذیه معمولی batter ~ 24 ولت است. ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک می تواند این شاخص را به دست آورد.

به طور خلاصه، زمینه های کاربردی ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک بسیار گسترده است.

اصل ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک نوع جدیدی از دستگاه تراشه ای است که ورودی ولتاژ پایین و خروجی ولتاژ بالا را از طریق تبدیل انرژی ثانویه انرژی الکتریکی --- انرژی مکانیکی --- انرژی الکتریکی محقق می کند. ساختار اصلی آن با توجه به شکل، الکترود و جهت پلاریزاسیون اشکال مختلفی دارد که در این میان ترانسفورماتور پیزوالکتریک با ساختار ورق بلند بیشترین استفاده را دارد. ساختار ساده آن، ساخت آسان، و نسبت گام بالا دارد.

در مقایسه با ترانسفورماتور الکترومغناطیسی سنتی، مواد، ساختار محصول، تکنولوژی فرآیند و اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک متفاوت است. مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای الکترومغناطیسی مواد مغناطیسی و مواد رسانا هستند که به ترتیب به عنوان هسته و سیم پیچ سازه مورد استفاده قرار می گیرند و شکل تبدیل انرژی الکتریکی – آهنربایی – الکتریکی می باشد. مواد اصلی مورد استفاده در ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک، مواد سرامیکی پیزوالکتریک دوتایی (PZT) مانند سرب زیرکونات تیتانات، مواد سرامیکی پیزوالکتریک سه تایی (PCM، PSM) هستند - یعنی افزودن عناصر دیگر و چهار عنصر بر اساس عنصر PZT بر اساس مواد پیزوالکتریک با دمای بالا و غیره. پلاریزاسیون فشار و حالت تبدیل انرژی آن الکترومکانیکی-الکتریکی است. مشاهده می شود که تبدیل انرژی ترانسفورماتور الکترومغناطیسی باید در یک فضای سه بعدی متعامد با توجه به فرم ساختاری آن تکمیل شود و ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک می تواند تبدیل انرژی را در یک صفحه انجام دهد. بنابراین، ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک به راحتی در ساختاری از نوع تراشه طراحی می شود.

اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک استفاده از ویژگی های اثر پیزوالکتریک ماده سرامیکی پیزوالکتریک و اثر پیزوالکتریک معکوس است. به اصطلاح اثر پیزوالکتریک مثبت این است که این ماده تحت اثر (یا تغییر شکل) نیرو، بار یا ولتاژ ایجاد می کند و اثر پیزوالکتریک معکوس این است که وقتی ولتاژ اعمال می شود، ماده تغییر شکل می دهد یا می لرزد. اصل کار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک استفاده از ویژگی های اثر پیزوالکتریک مثبت و معکوس مواد سرامیکی پیزوالکتریک با طراحی مشخصات جهت گیری الکترود و جهت قطبش بدنه سرامیکی پیزوالکتریک و استفاده از اثر پیزوالکتریک معکوس برای ساخت فاز با ترمینال ورودی است. بدنه سرامیکی پیزوالکتریک متصل تحت تأثیر ولتاژ، ارتعاش مکانیکی ایجاد می کند و سپس بدنه سرامیکی پیزوالکتریک متصل به ترمینال خروجی، از طریق اثر پیزوالکتریک مثبت، ولتاژ تولید می کند. هنگامی که امپدانس ترمینال ورودی و ترمینال خروجی برابر نیستند، ولتاژ و جریان در هر دو انتها نیز برابر نیستند، در نتیجه عملکرد تبدیل ولتاژ و جریان بین ترمینال ورودی و ترمینال خروجی محقق می شود.

ساختار ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک از مواد پیزوالکتریک استفاده می کند حلقه عناصر پیزوسرامیک که از ویژگی های تبدیل الکترومکانیکی استفاده می کند و با بخش ارتعاشی جزء و موتور قسمت تولید برق برای انجام طراحی پلاریزاسیون همکاری می کند. ولتاژ ورودی، سرامیک های پیزوالکتریک را در حالت رزونانس قرار می دهد و سپس اثر پیزوالکتریک مثبت، کرنش بالا را که به خروجی ولتاژ تبدیل می شود، تغییر می دهد تا به اثر تبدیل ولتاژ دست یابد. نمودار ساختار یکپارچه، با استفاده از مواد سرامیکی پیزوالکتریک ویژه (مانند تیتانات زیرکونات سرب اصلاح شده یا تیتانات زیرکونات سرب منیزیم نیوبیم)، ساخته شده توسط یک سری از فرآیندها مانند تشکیل فشار بالا، تف جوشی با دمای بالا و قطبش میدان الکتریکی با ولتاژ بالا. ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک بر اساس اثرات پیزوالکتریک مثبت و معکوس هستند. در طی تبدیل ثانویه انرژی الکترومکانیکی، آنها با تبدیل امپدانس درون بدن تقویت می شوند. هنگامی که یک ولتاژ متناوب با فرکانس معین به انتهای ورودی (قسمت محرک) ترانسفورماتور پیزوالکتریک اضافه می شود، ترانسفورماتور پیزوالکتریک به دلیل اثر معکوس پیزوالکتریک، ارتعاش کششی در جهت طول ایجاد می کند و انرژی الکتریکی در انتهای ورودی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. در قسمت تولید برق به دلیل وجود ارتعاش طولی، انرژی مکانیکی از طریق اثر پیزوالکتریک مثبت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود تا ترمینال خروجی دارای ولتاژ خروجی بالا باشد. از آنجایی که امپدانس بازتابی ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک با کاهش امپدانس بار افزایش می‌یابد، این مشخصه در کاربردهای ولتاژ بالا بسیار مهم است. هنگامی که بار اتصال کوتاه یا ولتاژ بالا تخلیه می شود، امپدانس ورودی ترانسفورماتور سرامیکی به سرعت افزایش می یابد تا اطمینان حاصل شود که ترانسفورماتور و مدارهای جانبی نسوزند. بنابراین استفاده از ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک نیازی به مدار حفاظتی اتصال کوتاه ندارد.

کاربرد ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک
محصولات کوچک، نازک و سبک وزن: از آنجایی که ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک دارای برخی از ویژگی های سنسور حلقه پیزوسرامیک ، آنها برای محصولات الکترونیکی مصرفی با باتری مانند تلفن های همراه، رایانه های نوت بوک، رایانه های تاشو و سیستم های قدرت یکپارچه ویدئو و ضبط VTR، PAD و سایر محصولات مناسب هستند.
تجهیزات قدرت ویژه ای که نیاز به تغذیه با ولتاژ بسیار بالا و جریان کم دارند، مانند رادار، دستگاه کپی الکترواستاتیک، رسوب دهنده الکترواستاتیک و سایر سیستم های قدرت.
نمایشگر کریستال مایع (LCD) (شامل روشنایی LCD) اینورتر پیزو برای نور پس زمینه. زیرا LCD به توان خروجی و راندمان انتقال بالا نیاز دارد و به ارتفاع کم و وزن سبک در ساختار نیاز دارد. در عین حال، به دلیل ویژگی های لامپ فلورسنت کاتد سرد با نور پشت، امپدانس قبل از روشنایی زیاد است و باید ولتاژ بالا تامین شود. پس از روشنایی، امپدانس کوچکتر می شود و ولتاژ کاهش می یابد. ویژگی های اینورتر ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک را می توان با این مورد مطابقت داد.

در سیستم های خود تغذیه که در آنها عملکرد باتری، اندازه و وزن به شدت محدود است، مانند سیستم های ترمز پیزوالکتریک مورد استفاده در خودروها، هلیکوپترها، وسایل نقلیه هوافضا، ماهواره ها، سونار، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می شود. منبع تغذیه این دستگاه ها به طور کلی به 100 ولت ~ 1000 ولت نیاز دارد که بسیار متفاوت از منبع تغذیه معمولی batter ~ 24 ولت است. ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک می تواند این شاخص را به دست آورد.
به طور خلاصه، زمینه های کاربردی ترانسفورماتورهای سرامیکی پیزوالکتریک بسیار گسترده است.