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JPH05235434A - Thickness longitudinal vibration piezoelectric porcelain transformer and driving method therefor - Google Patents

Thickness longitudinal vibration piezoelectric porcelain transformer and driving method therefor

Info

Publication number
JPH05235434A
JPH05235434A JP4033827A JP3382792A JPH05235434A JP H05235434 A JPH05235434 A JP H05235434A JP 4033827 A JP4033827 A JP 4033827A JP 3382792 A JP3382792 A JP 3382792A JP H05235434 A JPH05235434 A JP H05235434A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric ceramic
transformer
piezoelectric
low impedance
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP4033827A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kaneo Uehara
兼雄 上原
Takeshi Inoue
武志 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP4033827A priority Critical patent/JPH05235434A/en
Publication of JPH05235434A publication Critical patent/JPH05235434A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は高周波帯で動作可能な圧電トラン
ス、特に小型化、低ノイズ化が要求されるオンボード電
源用圧電トランスを目的としたものである。 【構成】 本発明に基づく圧電トランスは、図1に示す
如く、複数の内部電極層13,14と絶縁層15、圧電
磁器層16,17,18が交互に積層され、内部電極層
13,14を介して隣接する圧電磁器層16,17は互
いに逆向きに分極されている積層体であって、外部電極
は低インピーダンス部11と11’の二対と高インピー
ダンス部12の一対とからなり、低インピーダンス部1
1と11’は絶縁層15を介し隣接して配置され構成さ
れている。本発明の圧電トランスは、数MHz以上の高
周波帯において広帯域で使用することが出来、かつ、小
型で高効率であるという特徴があり電源の小型化に著し
く寄与することができる。
(57) [Summary] [Object] An object of the present invention is to provide a piezoelectric transformer capable of operating in a high frequency band, in particular, a piezoelectric transformer for an on-board power supply, which is required to be downsized and have low noise. [Structure] As shown in FIG. 1, a piezoelectric transformer according to the present invention has a plurality of internal electrode layers 13 and 14, an insulating layer 15, and piezoelectric ceramic layers 16, 17 and 18, which are alternately laminated. The piezoelectric ceramic layers 16 and 17 that are adjacent to each other via a layered structure are polarized bodies that are polarized in opposite directions, and the external electrodes include two pairs of low impedance portions 11 and 11 ′ and a pair of high impedance portions 12, Low impedance part 1
1 and 11 'are arranged adjacent to each other with an insulating layer 15 interposed therebetween. The piezoelectric transformer of the present invention can be used in a wide band in a high frequency band of several MHz or more, is small in size and has high efficiency, and can remarkably contribute to downsizing of a power supply.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高周波帯で動作可能な圧
電トランス、特に小型化、低ノイズ化が要求されるオン
ボード電源用圧電トランス及びその駆動方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer capable of operating in a high frequency band, and more particularly to a piezoelectric transformer for an on-board power supply which is required to be compact and low in noise and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子装置の電源回路を小型化する
ため、スイッチング電源には電磁トランスが用いられて
いる。スイッチング電源の小型化にはスイッチング周波
数の高周波化が望ましい。しかしながら、スイッチング
周波数を高くすると、電磁トランスに用いられている磁
性材料のヒステリシス損失、渦電流損失や導線の表皮効
果による損失が急激に増大し、トランスの効率が非常に
低くなる欠点があった。このため、電磁トランスの実用
的な周波数帯域の上限はせいぜい500KHzであっ
た。
2. Description of the Related Art In recent years, electromagnetic transformers have been used as switching power supplies in order to miniaturize the power supply circuits of electronic devices. To reduce the size of the switching power supply, it is desirable to increase the switching frequency. However, when the switching frequency is increased, the hysteresis loss of the magnetic material used for the electromagnetic transformer, the eddy current loss, and the loss due to the skin effect of the conductor wire are rapidly increased, and the efficiency of the transformer is extremely low. For this reason, the upper limit of the practical frequency band of the electromagnetic transformer was at most 500 KHz.

【0003】これに対して、積層型圧電トランスは、共
振状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて (1)同一周波数においてエネルギー密度が高いため小
型化が図れる。
On the other hand, the laminated piezoelectric transformer is used in a resonance state, and (1) has a higher energy density at the same frequency than a general electromagnetic transformer, so that it can be miniaturized.

【0004】(2)不燃化が図れる。(2) Incombustibility can be achieved.

【0005】(3)電磁誘導によるノイズがでないこ
と。等数多くの長所を有している。
(3) No noise due to electromagnetic induction. It has many advantages.

【0006】図4に従来の代表的な積層型圧電トランス
であるローゼン型圧電トランスの構造を示す。以下、図
面に沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に電
極が設けられた圧電板において、41で示す部分は圧電
トランスの低インピーダンスの駆動部分であり、その上
下面に電極43,44が設けられており、この部分は図
中46で示すように厚み方向に分極されている。また、
同様に42で示す部分は高インピーダンスの発電部分で
あり、その端面に電極45が設けられており、発電部分
42は図中47で示すように圧電板の長さ方向に分極さ
れている。この圧電トランスの動作は、駆動電極43,
44に電圧が印加されると横効果31モードで電気機械
結合係数k3 1 によって縦振動が励振され、トランス全
体が振動する。さらに発電部分42では、電気機械結合
係数k3 3 によって縦効果縦振動モード(33モード)
により、出力電極45から高電圧がとりだされる。一
方、高電圧を入力し、低電圧を出力させる場合には、縦
効果の高インピーダンス部分42を入力側とし、横効果
の低インピーダンス部分41を出力側にすれば良いこと
は明かである。他のタイプの圧電トランスも、いずれも
ローゼン型と同じ平板の伸び振動や円板の半径方向拡が
り振動を利用したものであり、適用周波数は最高200
kHz程度まである。
FIG. 4 shows the structure of a Rosen type piezoelectric transformer, which is a typical conventional laminated type piezoelectric transformer. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. When a high voltage is to be taken out, in the piezoelectric plate provided with electrodes on the surface, a portion indicated by 41 is a low impedance driving portion of the piezoelectric transformer, and electrodes 43 and 44 are provided on the upper and lower surfaces thereof, and this portion is It is polarized in the thickness direction as indicated by 46 in the figure. Also,
Similarly, a portion indicated by 42 is a high-impedance power generation portion, and an electrode 45 is provided on the end face thereof, and the power generation portion 42 is polarized in the length direction of the piezoelectric plate as indicated by 47 in the figure. The operation of this piezoelectric transformer is as follows.
44 longitudinal vibration is excited when a voltage is applied by the transverse effect 31 mode through electromechanical coupling factor k 3 1, the entire transformer vibrates. In addition power portion 42, longitudinal effect longitudinal vibration mode by electromechanical coupling coefficient k 3 3 (33 mode)
As a result, a high voltage is taken out from the output electrode 45. On the other hand, when a high voltage is input and a low voltage is output, it is clear that the vertical effect high impedance portion 42 should be the input side and the horizontal effect low impedance portion 41 should be the output side. The other types of piezoelectric transformers also use the same extension vibration of a flat plate and the radial vibration of a circular plate as in the Rosen type, and the applicable frequency is up to 200.
It is up to about kHz.

【0007】それに対して、特開平3−173484に
て公知の圧電磁器トランスは、厚み方向に分極した圧電
磁器板を積み重ねた構造であり、厚み縦振動の共振周波
数で駆動することにより、MHz帯での動作が可能であ
る。
On the other hand, the piezoelectric ceramic transformer known in Japanese Patent Laid-Open No. 3-173484 has a structure in which piezoelectric ceramic plates polarized in the thickness direction are stacked, and is driven at the resonance frequency of the thickness longitudinal vibration to generate the MHz band. Is possible.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来例で示した
ように、圧電トランスの適用周波数領域は200kHz
以下の低周波領域においてのみであった。また、ローゼ
ン型の圧電トランスは縦効果の電気機械結合係数に比べ
て著しく小さい横効果振動モードの電気機械結合係数k
3 1 を用いざるを得ないため、帯域幅が小さいという欠
点があった。また特開平3−173484の圧電磁器ト
ランスはハイパワー化、小型化、多出力化に問題があ
る。
As shown in the above conventional example, the applicable frequency range of the piezoelectric transformer is 200 kHz.
Only in the low frequency region below. Also, the Rosen type piezoelectric transformer has a significantly smaller electromechanical coupling coefficient k in the transverse effect vibration mode than the electromechanical coupling coefficient in the longitudinal effect.
Since there is no choice but to use 3 1 , there is a drawback that the bandwidth is small. Further, the piezoelectric ceramic transformer disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-173484 has problems in high power, small size, and high output.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の欠点を
克服するために、なされたものである。本発明によれ
ば、複数の内部電極層と圧電磁器層が交互に積層され、
内部電極層を介して隣接する圧電磁器層は互いに逆向き
に分極されている積層体であって、2つの低インピーダ
ンス部と1つの高インピーダンス部からなる厚み振動圧
電磁器トランスであり、2つの低インピーダンス部は絶
縁層を介して隣接して配置されていることを特徴とする
厚み振動圧電磁器トランスである。またその駆動方法と
しては2分の1波長が本トランスの所定の寸法と同じに
なるように駆動させるものである。
The present invention has been made to overcome the above drawbacks. According to the present invention, a plurality of internal electrode layers and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated,
The piezoelectric ceramic layers adjacent to each other via the internal electrode layers are laminated bodies that are polarized in opposite directions, and are thickness vibration piezoelectric ceramic transformers that include two low impedance portions and one high impedance portion. The impedance oscillating piezoelectric ceramic transformer is characterized in that the impedance portions are arranged adjacent to each other via an insulating layer. Further, as a driving method, driving is performed so that the half wavelength becomes the same as a predetermined size of the present transformer.

【0010】[0010]

【作用】本発明は、1MHz以上の高周波において低損
失で十分な機能を有する圧電磁器トランスを提供するた
めになされたものである。図1は本発明の圧電磁器トラ
ンスの斜視図、図2は断面図である。図1、図2におい
て、本発明の圧電磁器トランスは、厚み方向に分極され
た圧電磁器層16を多数積層した2対の低インピーダン
ス部11,11’と、その中間に絶縁層15と圧電磁器
層17からなる高インピーダンス部12で構成されてい
る。また、各低インピーダンス部11,11’のセラミ
ック層16にはそれぞれ電極を均等に配置する。低イン
ピーダンス部11の電極13を外部で交互に接続し出力
端子22,23とし、もう一方の低インピーダンス部1
1’の電極13も外部で交互に接続し出力端子24,2
5とした。次に高インピーダンス部12の上下電極14
から取り出し入力端子20,21とした。また、高イン
ピーダンス部12の各圧電セラミック層の厚さと各低イ
ンピーダンス部11,11’は同じになる厚みとなるよ
うに構成した。ここで、圧電磁器層16,17は隣接す
る各層の分極方向が逆になるように配置されている。ま
た、各圧電磁器板の間には、内部電極13により、圧電
磁器板10に対し厚み方向に電界を印加することが可能
となっている。このような内部多層電極を有する圧電磁
器トランスは、積層圧電セラミックコンデンサーや積層
圧電アクチュエータ等で用いられている積層セラミック
技術(ドクターブレード法)作製することが可能であ
り、このような方法で作製した圧電磁器トランスでは層
間隔を25μm程度まで薄くすることも可能である。従
って、1/2波長モード(両端自由の基本モード)ある
いは3/2波長モード(両端自由の3次モード)の厚み
縦共振振動を利用するとしても、積層セラミック技術を
用いて、2〜10MHz帯の超高周波領域で動作する圧
電磁器トランスも実現できる。
The present invention has been made to provide a piezoelectric ceramic transformer having a low loss and a sufficient function at a high frequency of 1 MHz or more. FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric ceramic transformer of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view. 1 and 2, a piezoelectric ceramic transformer according to the present invention comprises two pairs of low impedance parts 11 and 11 'in which a large number of piezoelectric ceramic layers 16 polarized in the thickness direction are laminated, and an insulating layer 15 and a piezoelectric ceramic in the middle thereof. It is composed of the high impedance portion 12 made of the layer 17. Further, electrodes are evenly arranged on the ceramic layer 16 of each of the low impedance portions 11 and 11 '. The electrodes 13 of the low impedance portion 11 are externally alternately connected to serve as output terminals 22 and 23, and the other low impedance portion 1
The electrode 13 of 1'is also connected to the outside alternately and output terminals 24, 2
It was set to 5. Next, the upper and lower electrodes 14 of the high impedance portion 12
Then, the input terminals 20 and 21 were taken out. Further, the thickness of each piezoelectric ceramic layer of the high impedance portion 12 and each of the low impedance portions 11 and 11 'are configured to be the same. Here, the piezoelectric ceramic layers 16 and 17 are arranged such that the polarization directions of adjacent layers are opposite. Further, an electric field can be applied to the piezoelectric ceramic plates 10 in the thickness direction between the piezoelectric ceramic plates by the internal electrodes 13. A piezoelectric ceramic transformer having such an internal multi-layer electrode can be manufactured by a laminated ceramic technique (doctor blade method) used in a laminated piezoelectric ceramic capacitor, a laminated piezoelectric actuator, or the like. In the piezoelectric ceramic transformer, it is possible to reduce the layer spacing to about 25 μm. Therefore, even if the thickness longitudinal resonance vibration of the half-wavelength mode (fundamental mode with free ends) or the 3/2 wavelength mode (third-order free third-order mode) is used, it is possible to use the laminated ceramic technology in the 2-10 MHz band It is also possible to realize a piezoelectric ceramic transformer that operates in the ultra-high frequency range.

【0011】本圧電トランスを厚み縦振動で使用する断
面図を図2に示す。低インピーダンス部11,11’の
出力端子22〜25の+端子22,24と一端子23,
25をそれぞれ接続し出力端子とした。このように接続
した場合、高インピーダンス側の電気端子20,21間
に厚み縦振動の共振周波数と等しい周波数の高電圧を印
加すると、高インピーダンス部12の逆圧電効果により
圧電磁器トランス全体が機械的に共振し(図2(a)振
動分布)、低インピーダンス部11,11’では正圧電
効果により入力電圧と同一周波数の電圧を発生し、出力
端子に出力する。この際、入力側と出力側のインピーダ
ンスの違いにより、出力端子の電圧は入力端子20,2
1間の電圧よりも低くなる。しかし、低インピーダンス
を2対並列接続することによって電荷分布(図2(b)
電荷分布)から明かなように電荷はキャンセルすること
無く、出力電圧を取り出すことが出来、出力電圧は変わ
らず電流が2倍となる。また、2つの低インピーダンス
から出力電圧22,23、と24,25を取り出した場
合、1入力にたいし2つの出力が得られる。さらに、低
インピーダンスの電極間隔を変えることにより異なった
電圧を自由に出力することが出来る。尚、低電圧を高電
圧に変換する場合出力端子に低電圧を印加すれば、入力
端子22,23から高電圧が出力される。また、低イン
ピーダンス部11と低インピーダンス部11’との間に
絶縁板15及び、低インピーダンス部11’と高インピ
ーダンス部12の間に絶縁板15を配置する構造にすれ
ば入力端子20,21と出力端子22,23及び24,
25を電気的に分離できるため周辺回路の自由度を増す
ことができる。
FIG. 2 shows a sectional view of the present piezoelectric transformer used for thickness longitudinal vibration. The + terminals 22, 24 and the one terminal 23 of the output terminals 22 to 25 of the low impedance section 11, 11 ',
25 were connected to each other to serve as output terminals. In such a connection, when a high voltage having a frequency equal to the resonance frequency of thickness longitudinal vibration is applied between the electric terminals 20 and 21 on the high impedance side, the entire piezoelectric ceramic transformer mechanically operates due to the inverse piezoelectric effect of the high impedance section 12. 2 (a) vibration distribution, and the low impedance portions 11 and 11 'generate a voltage having the same frequency as the input voltage by the positive piezoelectric effect and output it to the output terminal. At this time, due to the difference in impedance between the input side and the output side, the voltage at the output terminal is
It will be lower than the voltage across one. However, by connecting two pairs of low impedances in parallel, the charge distribution (Fig. 2 (b)
As is clear from the charge distribution), the output voltage can be taken out without canceling the charges, and the output voltage does not change and the current doubles. Further, when the output voltages 22, 23, and 24, 25 are taken out from the two low impedances, two outputs are obtained for one input. Furthermore, different voltages can be freely output by changing the electrode spacing of low impedance. When converting a low voltage to a high voltage, if a low voltage is applied to the output terminal, the high voltage is output from the input terminals 22 and 23. If the insulating plate 15 is arranged between the low impedance part 11 and the low impedance part 11 ′ and the insulating plate 15 is arranged between the low impedance part 11 ′ and the high impedance part 12, the input terminals 20 and 21 are connected. Output terminals 22, 23 and 24,
Since 25 can be electrically separated, the degree of freedom of peripheral circuits can be increased.

【0012】厚み縦振動の共振周波数は圧電縦効果によ
る共振周波数の低下を無視すれば次式で表される。
The resonance frequency of the thickness longitudinal vibration is expressed by the following equation, ignoring the decrease of the resonance frequency due to the piezoelectric longitudinal effect.

【0013】 fr =m・vt /2t (n=1,2,3・・・) ここに、fr :厚み縦振動の共振周波数 n :モード次数 vt :厚さ方向の縦波の音速 t :厚み ここでvt ,tが一定となるように圧電磁器トランスを
作製できれば厚み縦振動の共振周波数fr も一定になる
が、一体焼成時の収縮率のバラツキ等により必ずしも設
計通りの共振周波数とはならない。そこで、焼成後に共
振周波数を調整出来る構造が望ましい。上下主面に電極
を設けている圧電トランスでは焼成後に調整する事は容
易ではないが、本発明の圧電トランスでは上下に研磨可
能な周波数調整層を配置しているため、焼成後の研磨に
より所期の共振周波数が得られ、外部回路の駆動周波数
と正確に一致させることができる。
F r = mv t / 2t (n = 1, 2, 3 ...) where f r : resonance frequency of thickness longitudinal vibration n: mode order v t : thickness direction longitudinal wave Sound velocity t: thickness If the piezoelectric ceramic transformer can be manufactured so that v t and t are constant, the resonance frequency f r of the thickness longitudinal vibration is also constant, but it is not always as designed due to variations in contraction rate during integral firing. It does not have a resonance frequency. Therefore, a structure capable of adjusting the resonance frequency after firing is desirable. It is not easy to adjust after firing in a piezoelectric transformer having electrodes on the upper and lower main surfaces, but in the piezoelectric transformer of the present invention, since a frequency adjusting layer that can be polished is arranged on the upper and lower sides, it is not possible to perform polishing after firing. The resonance frequency of the period is obtained, and it can be exactly matched with the drive frequency of the external circuit.

【0014】次に、効率について述べる。圧電磁器トラ
ンスの損失は大半が機械的損失であり、その機械的損失
は機械的品質係数Qmが小さいほど大きい。この機械的
品質係数Qmは上下主面の平行度、平面度に大きく存在
する。焼成しただけの圧電トランスの表面は平行度、平
面度とも悪く、その機械的品質係数Qmはせいぜい数1
00である。これに対し本発明の圧電トランスでは平行
平面研磨を行うことにより、数μm以内の平行度、平面
度を得ることが可能で、1000以上の機械的品質係数
Qmが容易にえられる。
Next, the efficiency will be described. Most of the loss of the piezoelectric ceramic transformer is mechanical loss, and the mechanical loss is larger as the mechanical quality factor Qm is smaller. The mechanical quality factor Qm is largely present in the parallelism and flatness of the upper and lower principal surfaces. The surface of a piezoelectric transformer that has just been fired has poor parallelism and flatness, and its mechanical quality factor Qm is at most 1
00. On the other hand, in the piezoelectric transformer of the present invention, by performing parallel plane polishing, it is possible to obtain parallelism and flatness within several μm, and a mechanical quality factor Qm of 1000 or more can be easily obtained.

【0015】[0015]

【実施例】本発明に基づく圧電磁器トランスの実施例と
して、図1,図2に示した構成の圧電磁器トランスをグ
リーンシート法で作製した。図1,図2は、それぞれ本
発明の圧電磁器トランスの一実施例の斜視図、断面図で
ある。図1,図2に示した6端子型の圧電トランスは
2.4MHz帯の厚み縦3次モードを用いており、圧電
材料としてはPbTiO3 系圧電材料を用いている。図
2において、低インピーダンス部11,11’の圧電磁
器1層の厚さは約0.18mmとした。また周波数調整
層18にも同じ材料を用い、厚さは約0.25mmとし
た。なお、この周波数調整層、絶縁層は低インピーダン
ス部、高インピーダンス部と一体焼成出来る物であれば
他の材料を用いても一向に構わない。Ptペーストをス
クリーン印刷法により印刷し圧電磁器とともに一体焼結
することによりPtの内部電極13,14を形成した。
焼成後に外部電極を焼き付けし電極端子20,21,2
2,23,24,25をそれぞれ形成する。電極端子2
0と21間,22と23間,24,25間に7kV/m
mの直流電圧を印加し分極させる。そして最後に共振周
波数調整のために必要な厚さになるように平行平面研磨
を施す。この実施例では2.4MHzで圧電トランスを
駆動するため、圧電トランスの厚さが3.3mmになる
ように平行平面研磨した。次に、低インピーダンス部の
電気端子の+端子22と24及び一端子23,25を接
続し出力端子とした。その後、高インピーダンス部12
の電気端子20,21から縦3次モードを励振する高周
波・高電圧信号を入力し、低インピーダンス部の出力端
子に適当な抵抗負荷で終端し出力を取り出す降圧型のト
ランスとして評価した。図3に周波数−ゲイン、効率特
性の実測値を示す。共振周波数は2.4MHz、機械的
品質係数Qm値は850、最大エネルギー変換効率は9
7%が得られた。特に電力容量は10Wを実現し、低イ
ンピーダンス部が一層の圧電トランスに対し約2倍の電
力容量が得られた。図2の1入力,2出力の圧電トラン
スを前途の低インピーダンスの並列接続の場合と同様に
評価した。高インピーダンス部の電気端子20,21を
入力とし低インピーダンスの電気端子22,23と2
4,25を出力とした。この結果、2つの出力端子には
それぞれ、最大エネルギー変換効率は97%、電力容量
は5Wを実現し完全に独立した2つの出力電圧が得られ
た。さらに、低インピーダンス部の1層の層間隔を変え
ることにより、希望の電圧がえられることも確認してい
る。試作した圧電トランスは、トランスの降圧機能及び
高いエネルギー変換効率は有し、特にハイパワー化、多
出力を実現していることは明らかである。尚、入力端子
を低インピーダンス部分、出力端子を高インピーダンス
部分から取り出すことにより昇圧用トランスとしても用
いることが可能であることは言うまでもない。
EXAMPLES As an example of a piezoelectric ceramic transformer according to the present invention, a piezoelectric ceramic transformer having the structure shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured by a green sheet method. 1 and 2 are a perspective view and a sectional view, respectively, of an embodiment of a piezoelectric ceramic transformer of the present invention. The 6-terminal type piezoelectric transformer shown in FIGS. 1 and 2 uses the thickness longitudinal third-order mode in the 2.4 MHz band, and the PbTiO 3 system piezoelectric material is used as the piezoelectric material. In FIG. 2, the thickness of one layer of the piezoelectric ceramics of the low impedance parts 11 and 11 'was about 0.18 mm. The same material is used for the frequency adjustment layer 18 and the thickness is about 0.25 mm. The frequency adjusting layer and the insulating layer may be made of other materials as long as they can be integrally fired with the low impedance part and the high impedance part. The Pt paste was printed by a screen printing method and integrally sintered with a piezoelectric ceramic to form Pt internal electrodes 13 and 14.
After baking, the external electrodes are baked to make electrode terminals 20, 21, 2
2, 23, 24 and 25 are formed respectively. Electrode terminal 2
7kV / m between 0 and 21, between 22 and 23, between 24 and 25
A direct current voltage of m is applied to polarize. Finally, parallel-plane polishing is performed so as to have a thickness necessary for adjusting the resonance frequency. In this example, since the piezoelectric transformer is driven at 2.4 MHz, parallel plane polishing was performed so that the thickness of the piezoelectric transformer was 3.3 mm. Next, the + terminals 22 and 24 and the one terminals 23 and 25 of the electric terminals of the low impedance portion were connected to each other to serve as output terminals. Then, the high impedance part 12
It was evaluated as a step-down transformer in which a high-frequency / high-voltage signal for exciting a longitudinal third-order mode is input from the electric terminals 20 and 21 of the above, and the output terminal of the low impedance part is terminated with an appropriate resistance load to take out the output. FIG. 3 shows measured values of frequency-gain and efficiency characteristics. The resonance frequency is 2.4 MHz, the mechanical quality factor Qm value is 850, and the maximum energy conversion efficiency is 9
7% was obtained. In particular, a power capacity of 10 W was realized, and a power capacity about twice that of a piezoelectric transformer having a low impedance part was obtained. The 1-input and 2-output piezoelectric transformers in FIG. 2 were evaluated in the same manner as in the case of the low impedance parallel connection described above. The electrical terminals 20, 21 of the high impedance part are input and the electrical terminals 22, 23 and 2 of the low impedance are input.
Outputs 4 and 25 were used. As a result, a maximum energy conversion efficiency of 97% and a power capacity of 5 W were realized at each of the two output terminals, and two completely independent output voltages were obtained. Furthermore, it has been confirmed that a desired voltage can be obtained by changing the layer spacing of one layer in the low impedance part. It is clear that the prototype piezoelectric transformer has the step-down function of the transformer and high energy conversion efficiency, and in particular realizes high power and multiple outputs. It goes without saying that the input terminal can be used as a boosting transformer by taking out the low impedance portion and the output terminal from the high impedance portion.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構造によ
る圧電磁器トランスは、1MHz以上の高周波帯におい
て広帯域で使用することができ、小型、高効率でかつ、
ハイパワー化、多出力を実現していることは明らかで、
従来の圧電トランスにはない長所があり、工業的価値も
多大である。
As described above, the piezoelectric ceramic transformer according to the structure of the present invention can be used in a wide band in a high frequency band of 1 MHz or more, is small in size, highly efficient, and
It is clear that high power and multiple outputs are realized,
It has advantages that conventional piezoelectric transformers do not have, and it has great industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を示す結線図、振動および電荷
の分布図である。
FIG. 2 is a connection diagram, vibration and charge distribution diagram showing an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の圧電トランスの特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram of the piezoelectric transformer of the present invention.

【図4】従来例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 圧電磁器 11,11’ 圧電トランスの低インピーダンス部 12 圧電トランスの高インピーダンス部 13,14 内部電極 15 絶縁層 16,17,18 圧電磁器層 20,21,22,23,24,25 電気端子 41 従来のローゼン型の圧電トランスの低インピーダ
ンス部 42 従来のローゼン型の圧電トランスの高インピーダ
ンス部 43,44,45 電極 46,47 分極方向
10 piezoelectric ceramics 11,11 'low impedance part of piezoelectric transformer 12 high impedance part of piezoelectric transformer 13,14 internal electrode 15 insulating layer 16,17,18 piezoelectric ceramic layer 20,21,22,23,24,25 electric terminal 41 Low impedance part of conventional Rosen type piezoelectric transformer 42 High impedance part of conventional Rosen type piezoelectric transformer 43,44,45 Electrodes 46,47 Polarization direction

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の内部電極層と圧電磁器層が交互に
積層され内部電極層を介して隣接する圧電磁器層は互い
に逆向きに分極されている積層体であって、2つの低イ
ンピーダンス部と1つの高インピーダンス部とからなる
厚み縦振動圧電磁器トランスにおいて、2つの低インピ
ーダンス部は絶縁層を介し隣接して配置されていること
を特徴とする厚み縦振動圧電磁器トランス。
1. A laminated body in which a plurality of internal electrode layers and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated, and adjacent piezoelectric ceramic layers via the internal electrode layers are polarized in opposite directions to each other, and two low impedance parts are provided. A thickness longitudinal oscillating piezoelectric ceramic transformer comprising: and a high impedance portion, wherein two low impedance portions are arranged adjacent to each other with an insulating layer interposed therebetween.
【請求項2】 請求項1の圧電磁器トランスにおいて、
2分の1波長が高インピーダンス部の圧電セラミック層
の厚さおよび各低インピーダンス部の厚さと同じになる
厚み縦振動3次モードの共振周波数で駆動することを特
徴とする圧電磁器トランスの駆動方法。
2. The piezoelectric ceramic transformer according to claim 1, wherein
A driving method of a piezoelectric ceramic transformer characterized by driving at a resonance frequency of a thickness longitudinal vibration third-order mode in which half the wavelength is equal to the thickness of the piezoelectric ceramic layer of the high impedance portion and the thickness of each low impedance portion. ..
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996015560A1 (en) * 1994-11-10 1996-05-23 Beijing Wide Tech. Electron & Electric Equipment Co. Ltd. Composite piezoelectric ceramic transformer and manufacture method thereof
CN1049071C (en) * 1994-11-10 2000-02-02 北京伟泰电子电器有限公司 Piezoelectric ceramic transformer with composite structure

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