[發明專利]一種壓電陶瓷圓片型隔離信號變壓器及其制造方法

無效

• 申請號: 201010607726.3
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102130291A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 鄧維體;胡健仁;陶武平;李民
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H01L41/107
• 分類號: H01L41/107;H01L41/04;H01L41/24
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華

技術領域

本發明涉及一種變壓器，特別涉及一種應用于小功率電力電子的信號傳輸等電子工業領域的壓電陶瓷圓片型隔離信號變壓器及制備方法。

背景技術

自從20世紀八十年代以來，壓電陶瓷變壓器的研究與應用取得了很大的突破，因為壓電變壓器相對于電磁變壓器具有以下四個方面的優勢：高升壓、高能量密度和片型化的小尺寸。壓電變壓器是一種從材料結構到工作原理都不同于傳統概念的變壓器，它是用鐵電材料經高溫燒結、高壓極化等一系列工藝制備而成，這種變壓器具有片型化體積小、重量輕、不會擊穿、不怕短路、升壓比高等顯著特點，用壓電變壓器制作的小型電源不僅克服了傳統變壓器工作在高壓狀態下所存在的問題，而且能很好地適應電子設備小型、輕型化、薄型化的需要。

目前的壓電變壓器基本是無隔離的三端自耦變壓器，即輸入與輸出電壓共地，如圖1所示的Rosen型升壓壓電變壓器，圖2所示是沿厚度方向振動的降壓型壓電變壓器。其缺點在于：目前的三端自耦型的變壓器輸入與輸出共地，沒有輸入與輸出端的電壓隔離功能，則在工作環境較為復雜的傳輸過程中很不安全，不適用于信號隔離得領域；目前的壓電變壓器多為長度或幅度方向振動的變壓器，比不上徑向振動的變壓器的轉換效率。

同時，在工業測試系統、醫療電子設備、電力設備等許多信號傳輸系統中，實現信號隔離是安全操作的要求，如輸入信號與輸出信號間的隔離。特別是，在復雜的外界環境工作的變送器需要對現場傳輸過來的信號進行隔離，達到信號傳輸轉換后，確保操作人員的安全與現場的正常運行。

目前的隔離技術基本多是應用磁電隔離技術或光電隔離。磁電隔離變壓器，基本都是使用線繞變壓器，需要用兩個線繞磁芯變壓器實現輸入與輸出的隔離，其存在的缺點有：(1)兩個磁芯變壓器組合起來體積較大，不符合片型化發展的要求；(2)變壓器纏線工藝，變壓器的繞組多，變壓器制作復雜成本較高；(3)線繞磁芯變壓器容易擊穿，繞線間容易短路，隔離效果不好；(4)用了兩個線繞?變壓器進行隔離使其整個信號的傳輸效率下降了。而光耦則壽命較短，且容易光衰，并成本較高。

發明內容

有鑒如此，本發明的目的是提供一種壓電陶瓷圓片型隔離信號變壓器，該信號變壓器具有電壓隔離的功能，同時轉換效率更高；而且結構簡單，體積更小。

為解決上述技術問題，本發明提供一種壓電陶瓷圓片型隔離信號變壓器，包括壓電陶瓷胚體、輸入部分、輸出部分，其特征在于：還包括隔離部分；所述壓電陶瓷胚體為圓片型，所述的隔離部分從胚體的其中一個圓面沿厚度方向延伸至另一個圓面，將壓電陶瓷胚體分為所述的輸入和輸出兩個部分，形成所述的輸入與輸出部分之間未覆電極的第一隔離帶；所述的輸入部分和輸出部分在胚體上下兩面設有被覆電極。從而實現輸入與輸出之間的電隔離效果。

作為上述方法的改進，還包括反饋部分；所述的反饋部分位于輸入部分的其中一個電極面中，反饋部分設有被覆電極，該輸入部分的電極面與反饋部分之間設有未覆電極的第二隔離帶。在輸入電極包括有反饋部分，從而實現自激電路及輸入與反饋部分之間的隔離。

作為上述方法的進一步改進，在未覆電極的輸入部分與輸出部分之間的第一隔離帶、以及輸入電極面與反饋部分之間的第二隔離帶表面被覆有高分子絕緣材料，隔離帶上用高分子等高絕緣材料將其與空氣隔離，達到更好的隔離效果。

所述輸入部分電極、輸出部分電極、反饋部分的電極根據輸入輸出的要求來設置各自的形狀和大小；所述第一、第二隔離帶根據輸入部分、輸出部分、反饋部分之間的隔離要求來設置其形狀和大小。

所述的第一隔離帶部分沿圓片的直徑對稱分布并沿厚度方向延伸。所述圓片型壓電陶瓷胚體的直徑為6-25mm，且直徑與厚度之比≥10。

本發明還提供一種用于上述壓電陶瓷隔離信號變壓器的制造方法，包括以下步驟：

(1)被覆上電極：將所述的圓片型壓電陶瓷胚體清理后被覆上電極，所述的上電極包括三個區域，分別為所述的輸入部分的上電極、所述的輸出部分的上電?極和所述反饋部分的電極；所述的輸入和輸出部分之間、所述的輸入和反饋部分之間的隔離帶，不覆電極；

(2)被覆下電極：將所述的被覆上電極的胚體被覆下電極，所述的下電極包括兩個區域，分別為所述的輸入部分的下電極，所述的輸出部分的下電極；所述的輸入和輸出部分之間的隔離帶，不覆電極；

(3)電極極化：將所述的被覆上下電極的進行極化處理；

所述的電極極化步驟(3)是沿胚體厚度方向進行極化的。