电变压器与传统变压器之比较
变压器是电子设备中的重要元件。传统变压器是用来变换电能，并把它从一个电路传输到
另一个电路的静止的电磁元件。在交流电路中，变压器可用来变换电压、电流、频率、相数，
改变信号极性，变换信号波形，使初次级电路彼此隔离，使电路阻抗匹配等。
变压器的种类很多。按照工作原理、使用线路等主要特征，大致可分为小功率电源变压器，
音频和超音频变压器、脉冲变压器等，而压电变压器是新近发展起来的一种新型变压器。
压电陶瓷变压器是一种实现电能
--
机械能
--
电能转换的新型元件。压电陶瓷变压器的工作原理是利用压电陶瓷的正和逆压电效应，它通过对压电陶瓷体电极和极化方向取向的不同进行设计，利用逆压电效应使输入端相连接的压电陶瓷在电压作用下产生机械振动再通过正压电效应使输出端连接的压电陶瓷产生电压。当输入和输出端的阻抗不相等时，导致它们的电压和电也不相等，从而实现输入和输出端之间的电压和电流大小变换的功能。其主要器件压电陶瓷片是用无机非金属材料经高温烧结和高压极化等一系列工艺而制成的新型功能陶瓷材料。此类变压器与传统电磁变压器相比，具有体积小、重量轻、结构简单、不用铜铁材料、不怕受潮、不会燃烧、不受电磁干扰等优点。压电陶瓷变压器有转换效率高、无电磁辐射、体积小、不燃烧、安全和可靠的特点。
压电陶瓷变压器的优势主要有以下几个方面：
①转换的效率很高，与传统变压器的效率相比，压电陶瓷变压器很容易做到98%
以上；
②能量密度很大，相应体积可以做到很小，很薄；
③没有电磁干扰，由于换能的过程是由机械振动完成，并不是电磁转换；
④环境适用性强，耐低温、耐高湿、耐酸耐碱、不会霉变，寿命长；
⑤标准正弦输出，不受变压器输入波形畸变的影响；
⑥变压器输入输出之间耐压高，漏流低，一般情况下，变压器的输入输出之间在
3700VDC/分下，漏流<20μA，在3000VAC/分下，漏流<200μA；
⑦变压器自身具有很好的滤波功能；
⑧变压器具有短路自动保护功能。
第一个压电陶瓷变压器是由美国的
Rosen在1956年提出的，它具有升高输出电压的功能。变压器的输入电压端称为驱动部分，输出电压端称为发电部分。驱动和发电部分的极化方向不同，前者沿着陶瓷单片厚度方向，后者沿着陶瓷单片的长度方向。陶瓷上的银电极分别与输入和输出电压相连接。当压电陶瓷在驱动部分加上与压电陶瓷横向(长度方向)谐振频率相同的交流电压时，因压电陶瓷的逆压电效应，压电陶瓷在长度方向产生机械共振，又因正压电效应使输入的电能转换成机械能。由于压电陶瓷发电部分的长度大于驱动部分的厚度，输入阻抗远大于输出阻抗，因而输出压大于输入电压，成为升压变压器。这种结构的变压器在数伏或数十伏的输入电压，可以获得数千伏的电压。
一．两种变压器在线路中的作用对比
像传统电磁变压器那样，压电变压器也可以变换阻抗、电压或电流信号，因此，压电变压器同样可用在整流放大、振荡等一般线路中。下面从电路的角度简单介绍一下压电变压器的电性能：
1．压电变压器等效电路
压电变压器和电磁变压器间存在如下的差别：
从物理观点来看，压电变压器上是两次变换机电能量的器件，即初次级电路之间的联系是
机械的，电磁变压器初次级电路间的联系是电磁的。
压电变压器是各种形状的固体机电谐振器，包含一个压电元件，压电元件上有电极。驱动
部分的电极接初级电路，发电部分的电极接负载。电磁变压器由两个或两个以上的绕组组成，
绕组绕在铁心上，其中一个绕组接初级电路，次级接负载。
压电变压器的谐振频率由压电元件的尺寸决定，因此，它的效率、变比都和负载阻抗及工
作频率有关。把电能变换为机械能，以及把机械能变为电能的效率，用机电耦合系数来表征。
能量从驱动部分向发电部分的传输还和压电元件的机械品质因数有关，机械品质因数表征谐振
器中机械能量的损失。机械品质因数等于振动的一个周期内压电元件中储存的总的机械能和机
械损耗的能量之比。机电耦合系数和机械品质因数的乘积越大，压电变压器的效率越高。此外，
机械品质因数确定了压电变压器在空载和短路状态的通频带。电磁变压器是宽频带器件，由于
采用了高磁导率材料做成的闭合磁导体，绕组间的耦合系数在很宽的频率范围内都接近于1。
因此，加到初级电路的所有能量几乎都传输到负载了，电磁变压器的效率和变比都与负载阻抗关
系不大。
压电变压器的等效线路和电磁变压器不同。在压电变压器的等效线路中，作为谐振器件可
以画成在谐振频率范围内具有等值集总参数的谐振回路。如果不考虑寄生参数，电磁变压器的
等值线路中没有这个回路。压电变压器由介电材料制造，它的驱动部分和发电部分都由电容构
成，因此，电流的直流分量是不能通过压电变压器的输入和输出电路的。电磁变压器的输入和
输出电路包含有电感，电流的直流分量可以通过输入和输出电路。这种差别导致变压器在电路
中的连接方法不同，变压器输入和输出参数与频率的关系也不同。随工作频率的提高，压电变
压器输入和输出的容抗降低，变压器容易小型化。电磁变压器则相反，它的输入和输出电感随
频率的降低而减少，因此小型化比较困难。
电磁变压器的工作状态有三种：空载、额定负载、短路状态。由于压电变压器的工作原理
比较复杂，运行状态也比较多，一般分为五种。下图是变压器通用等效电路，各种状态的名称
以及对应的压电变压器参数见下表：
综上可看出，压电变压器与传统变压器不同之处可总结如下；
1
．压电变压器在负载特性方面，当负载阻抗发生变化时，它的谐振频率将发生偏移，
因此，压电陶瓷变压器的电压和电流变比、功率转换效率等随负载阻抗的变化而发生变化。
2
．在低于变压器谐振频率时，压电变压器表现为电容特性，在高于谐振频率以上表现为电感特性，只有在谐振频率附近才为电阻特性(它对应着压电陶瓷的机械共振)。所以，压电陶瓷变压器的工作频率受谐振频率的限制，具有一定的工作带宽。电磁式变压器无工作带宽的限制，频率范围宽，但是，由于电磁式变压器是由绕线磁性材料组成，主要表现为电感特性，所以，在低频时输入和输出随频率降低而下降，为了制作低频小功率的电磁式变压器，必须增加绕线的电感，因而难以实现器件的小型化。
3
．压电陶瓷变压器瓷片极化方式、尺寸基本决定了器件的输出功率及频率。压电陶瓷
变压器是在谐振状态下工作（实际上工作在谐振频率与反谐振频率之间），该工作频率主要
由器件的尺寸决定。所以，变压器的结构和尺寸由实际需要的工作频率决定。
４．
由于压电变压器性能的频率特性与负载有关，
在空载时产生较高电压，易造成变压器瓷片的破坏，故变压器工作时应避免长时间开路。
５．压电变压器本身是压电陶瓷材料，随温度的变化其电参数也发生变化。
６．
压电变压器独有恒功率特性及开路高压特性，特别适用于灯类产品用，这是传统变压器所没有的。
７．
经特殊设计的压电变压器输入、
输出间抗电强度可达到
3000VAC，漏电流小于200微安，特别适用于医疗器械行业电源使用。
变压器是电子设备中的重要元件。传统变压器是用来变换电能，并把它从一个电路传输到
另一个电路的静止的电磁元件。在交流电路中，变压器可用来变换电压、电流、频率、相数，
改变信号极性，变换信号波形，使初次级电路彼此隔离，使电路阻抗匹配等。
变压器的种类很多。按照工作原理、使用线路等主要特征，大致可分为小功率电源变压器，
音频和超音频变压器、脉冲变压器等，而压电变压器是新近发展起来的一种新型变压器。
压电陶瓷变压器是一种实现电能
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机械能
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电能转换的新型元件。压电陶瓷变压器的工作原理是利用压电陶瓷的正和逆压电效应，它通过对压电陶瓷体电极和极化方向取向的不同进行设计，利用逆压电效应使输入端相连接的压电陶瓷在电压作用下产生机械振动再通过正压电效应使输出端连接的压电陶瓷产生电压。当输入和输出端的阻抗不相等时，导致它们的电压和电也不相等，从而实现输入和输出端之间的电压和电流大小变换的功能。其主要器件压电陶瓷片是用无机非金属材料经高温烧结和高压极化等一系列工艺而制成的新型功能陶瓷材料。此类变压器与传统电磁变压器相比，具有体积小、重量轻、结构简单、不用铜铁材料、不怕受潮、不会燃烧、不受电磁干扰等优点。压电陶瓷变压器有转换效率高、无电磁辐射、体积小、不燃烧、安全和可靠的特点。
压电陶瓷变压器的优势主要有以下几个方面：
①转换的效率很高，与传统变压器的效率相比，压电陶瓷变压器很容易做到98%
以上；
②能量密度很大，相应体积可以做到很小，很薄；
③没有电磁干扰，由于换能的过程是由机械振动完成，并不是电磁转换；
④环境适用性强，耐低温、耐高湿、耐酸耐碱、不会霉变，寿命长；
⑤标准正弦输出，不受变压器输入波形畸变的影响；
⑥变压器输入输出之间耐压高，漏流低，一般情况下，变压器的输入输出之间在
3700VDC/分下，漏流<20μA，在3000VAC/分下，漏流<200μA；
⑦变压器自身具有很好的滤波功能；
⑧变压器具有短路自动保护功能。
第一个压电陶瓷变压器是由美国的
Rosen在1956年提出的，它具有升高输出电压的功能。变压器的输入电压端称为驱动部分，输出电压端称为发电部分。驱动和发电部分的极化方向不同，前者沿着陶瓷单片厚度方向，后者沿着陶瓷单片的长度方向。陶瓷上的银电极分别与输入和输出电压相连接。当压电陶瓷在驱动部分加上与压电陶瓷横向(长度方向)谐振频率相同的交流电压时，因压电陶瓷的逆压电效应，压电陶瓷在长度方向产生机械共振，又因正压电效应使输入的电能转换成机械能。由于压电陶瓷发电部分的长度大于驱动部分的厚度，输入阻抗远大于输出阻抗，因而输出压大于输入电压，成为升压变压器。这种结构的变压器在数伏或数十伏的输入电压，可以获得数千伏的电压。
一．两种变压器在线路中的作用对比
像传统电磁变压器那样，压电变压器也可以变换阻抗、电压或电流信号，因此，压电变压器同样可用在整流放大、振荡等一般线路中。下面从电路的角度简单介绍一下压电变压器的电性能：
1．压电变压器等效电路
压电变压器和电磁变压器间存在如下的差别：
从物理观点来看，压电变压器上是两次变换机电能量的器件，即初次级电路之间的联系是
机械的，电磁变压器初次级电路间的联系是电磁的。
压电变压器是各种形状的固体机电谐振器，包含一个压电元件，压电元件上有电极。驱动
部分的电极接初级电路，发电部分的电极接负载。电磁变压器由两个或两个以上的绕组组成，
绕组绕在铁心上，其中一个绕组接初级电路，次级接负载。
压电变压器的谐振频率由压电元件的尺寸决定，因此，它的效率、变比都和负载阻抗及工
作频率有关。把电能变换为机械能，以及把机械能变为电能的效率，用机电耦合系数来表征。
能量从驱动部分向发电部分的传输还和压电元件的机械品质因数有关，机械品质因数表征谐振
器中机械能量的损失。机械品质因数等于振动的一个周期内压电元件中储存的总的机械能和机
械损耗的能量之比。机电耦合系数和机械品质因数的乘积越大，压电变压器的效率越高。此外，
机械品质因数确定了压电变压器在空载和短路状态的通频带。电磁变压器是宽频带器件，由于
采用了高磁导率材料做成的闭合磁导体，绕组间的耦合系数在很宽的频率范围内都接近于1。
因此，加到初级电路的所有能量几乎都传输到负载了，电磁变压器的效率和变比都与负载阻抗关
系不大。
压电变压器的等效线路和电磁变压器不同。在压电变压器的等效线路中，作为谐振器件可
以画成在谐振频率范围内具有等值集总参数的谐振回路。如果不考虑寄生参数，电磁变压器的
等值线路中没有这个回路。压电变压器由介电材料制造，它的驱动部分和发电部分都由电容构
成，因此，电流的直流分量是不能通过压电变压器的输入和输出电路的。电磁变压器的输入和
输出电路包含有电感，电流的直流分量可以通过输入和输出电路。这种差别导致变压器在电路
中的连接方法不同，变压器输入和输出参数与频率的关系也不同。随工作频率的提高，压电变
压器输入和输出的容抗降低，变压器容易小型化。电磁变压器则相反，它的输入和输出电感随
频率的降低而减少，因此小型化比较困难。
电磁变压器的工作状态有三种：空载、额定负载、短路状态。由于压电变压器的工作原理
比较复杂，运行状态也比较多，一般分为五种。下图是变压器通用等效电路，各种状态的名称
以及对应的压电变压器参数见下表：
综上可看出，压电变压器与传统变压器不同之处可总结如下；
1
．压电变压器在负载特性方面，当负载阻抗发生变化时，它的谐振频率将发生偏移，
因此，压电陶瓷变压器的电压和电流变比、功率转换效率等随负载阻抗的变化而发生变化。
2
．在低于变压器谐振频率时，压电变压器表现为电容特性，在高于谐振频率以上表现为电感特性，只有在谐振频率附近才为电阻特性(它对应着压电陶瓷的机械共振)。所以，压电陶瓷变压器的工作频率受谐振频率的限制，具有一定的工作带宽。电磁式变压器无工作带宽的限制，频率范围宽，但是，由于电磁式变压器是由绕线磁性材料组成，主要表现为电感特性，所以，在低频时输入和输出随频率降低而下降，为了制作低频小功率的电磁式变压器，必须增加绕线的电感，因而难以实现器件的小型化。
3
．压电陶瓷变压器瓷片极化方式、尺寸基本决定了器件的输出功率及频率。压电陶瓷
变压器是在谐振状态下工作（实际上工作在谐振频率与反谐振频率之间），该工作频率主要
由器件的尺寸决定。所以，变压器的结构和尺寸由实际需要的工作频率决定。
４．
由于压电变压器性能的频率特性与负载有关，
在空载时产生较高电压，易造成变压器瓷片的破坏，故变压器工作时应避免长时间开路。
５．压电变压器本身是压电陶瓷材料，随温度的变化其电参数也发生变化。
６．
压电变压器独有恒功率特性及开路高压特性，特别适用于灯类产品用，这是传统变压器所没有的。
７．
经特殊设计的压电变压器输入、
输出间抗电强度可达到
3000VAC，漏电流小于200微安，特别适用于医疗器械行业电源使用。
