[发明专利]一种压电陶瓷圆片型隔离信号变压器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别涉及一种应用于小功率电力电子的信号传输等电子工业领域的压电陶瓷圆片型隔离信号变压器及制备方法。

背景技术

自从20世纪八十年代以来，压电陶瓷变压器的研究与应用取得了很大的突破，因为压电变压器相对于电磁变压器具有以下四个方面的优势：高升压、高能量密度和片型化的小尺寸。压电变压器是一种从材料结构到工作原理都不同于传统概念的变压器，它是用铁电材料经高温烧结、高压极化等一系列工艺制备而成，这种变压器具有片型化体积小、重量轻、不会击穿、不怕短路、升压比高等显著特点，用压电变压器制作的小型电源不仅克服了传统变压器工作在高压状态下所存在的问题，而且能很好地适应电子设备小型、轻型化、薄型化的需要。

目前的压电变压器基本是无隔离的三端自耦变压器，即输入与输出电压共地，如图1所示的Rosen型升压压电变压器，图2所示是沿厚度方向振动的降压型压电变压器。其缺点在于：目前的三端自耦型的变压器输入与输出共地，没有输入与输出端的电压隔离功能，则在工作环境较为复杂的传输过程中很不安全，不适用于信号隔离得领域；目前的压电变压器多为长度或幅度方向振动的变压器，比不上径向振动的变压器的转换效率。

同时，在工业测试系统、医疗电子设备、电力设备等许多信号传输系统中，实现信号隔离是安全操作的要求，如输入信号与输出信号间的隔离。特别是，在复杂的外界环境工作的变送器需要对现场传输过来的信号进行隔离，达到信号传输转换后，确保操作人员的安全与现场的正常运行。

目前的隔离技术基本多是应用磁电隔离技术或光电隔离。磁电隔离变压器，基本都是使用线绕变压器，需要用两个线绕磁芯变压器实现输入与输出的隔离，其存在的缺点有：(1)两个磁芯变压器组合起来体积较大，不符合片型化发展的要求；(2)变压器缠线工艺，变压器的绕组多，变压器制作复杂成本较高；(3)线绕磁芯变压器容易击穿，绕线间容易短路，隔离效果不好；(4)用了两个线绕 变压器进行隔离使其整个信号的传输效率下降了。而光耦则寿命较短，且容易光衰，并成本较高。

发明内容

有鉴如此，本发明的目的是提供一种压电陶瓷圆片型隔离信号变压器，该信号变压器具有电压隔离的功能，同时转换效率更高；而且结构简单，体积更小。

为解决上述技术问题，本发明提供一种压电陶瓷圆片型隔离信号变压器，包括压电陶瓷胚体、输入部分、输出部分，其特征在于：还包括隔离部分；所述压电陶瓷胚体为圆片型，所述的隔离部分从胚体的其中一个圆面沿厚度方向延伸至另一个圆面，将压电陶瓷胚体分为所述的输入和输出两个部分，形成所述的输入与输出部分之间未覆电极的第一隔离带；所述的输入部分和输出部分在胚体上下两面设有被覆电极。从而实现输入与输出之间的电隔离效果。

作为上述方法的改进，还包括反馈部分；所述的反馈部分位于输入部分的其中一个电极面中，反馈部分设有被覆电极，该输入部分的电极面与反馈部分之间设有未覆电极的第二隔离带。在输入电极包括有反馈部分，从而实现自激电路及输入与反馈部分之间的隔离。

作为上述方法的进一步改进，在未覆电极的输入部分与输出部分之间的第一隔离带、以及输入电极面与反馈部分之间的第二隔离带表面被覆有高分子绝缘材料，隔离带上用高分子等高绝缘材料将其与空气隔离，达到更好的隔离效果。

所述输入部分电极、输出部分电极、反馈部分的电极根据输入输出的要求来设置各自的形状和大小；所述第一、第二隔离带根据输入部分、输出部分、反馈部分之间的隔离要求来设置其形状和大小。

所述的第一隔离带部分沿圆片的直径对称分布并沿厚度方向延伸。所述圆片型压电陶瓷胚体的直径为6-25mm，且直径与厚度之比≥10。

本发明还提供一种用于上述压电陶瓷隔离信号变压器的制造方法，包括以下步骤：

(1)被覆上电极：将所述的圆片型压电陶瓷胚体清理后被覆上电极，所述的上电极包括三个区域，分别为所述的输入部分的上电极、所述的输出部分的上电 极和所述反馈部分的电极；所述的输入和输出部分之间、所述的输入和反馈部分之间的隔离带，不覆电极；

(2)被覆下电极：将所述的被覆上电极的胚体被覆下电极，所述的下电极包括两个区域，分别为所述的输入部分的下电极，所述的输出部分的下电极；所述的输入和输出部分之间的隔离带，不覆电极；

(3)电极极化：将所述的被覆上下电极的进行极化处理；

所述的电极极化步骤(3)是沿胚体厚度方向进行极化的。