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随着开关电源应用层面的进一步扩大,电子设备对开关电源提出了越来越高的要求,如无电磁干扰、辐射少、高能量密度、高稳定性、安全性高、尺寸小等特点,但是传统的电磁变压器是利用磁芯和一定匝数的线圈产生电磁感应现象来工作的,无法从根本上消除自身所产生的电磁干扰问题,设计人员往往要花费很多精力与时间来解决电磁变压器式开关电源所带来的电磁干扰和电磁兼容问题。
与传统的电磁变压器相比,压电陶瓷变压器属于一种新型的电子变压器,具有无电磁干扰,也不受电磁干扰、能量转换效率高、功率密度大、耐辐射、耐高温、无噪声、可靠性高、结构简单、不怕短路烧毁、电源安全性高、体积小、重量轻等特点,基于压电陶瓷变压器的新型直流开关电源是一种新型开关电源。本文结合压电陶瓷变压器的特点,直接应用压电陶瓷变压器研制新型直流开关电源,主要内容包括:电磁干扰滤波器、电源供电电路、高频脉冲发生器、功率驱动电路、压电陶瓷变压器及其输入输出匹配电路、输出网络等部分。其中电源系统采用高压高速自振荡MOS栅极半桥驱动集成电路IR2155作为132kHz高频脉冲信号发生器,并驱动功率开关管IRF840共同组成DC-AC逆变器,所产生的高频高压交流信号激励压电陶瓷变压器及其输入输出匹配网络在谐振频率附近工作,再经输出网络从而获得直流电压输出。通过对压电陶瓷变压器输入端和输出端性能参数的测试初步建立了所选用压电陶瓷变压器的等效电学模型,并据此设计出了压电陶瓷变压器输入端和输出端的匹配网络及其参数。利用示波器Tektronix TDS 3034B对电路系统分别在直流、低频抑制、高频抑制和噪声过滤环境下进行测试,获得各节点电压波形并加以分析。
实验结果表明,在对压电陶瓷变压器的输入和输出电压信号进行测量时,即使输入的高频高压交流信号发生一定幅度的波动,在其输出端也能获得相同频率的标准正弦电压信号输出。电源系统的输出直流电压均方根能达到35.257V,但是其输出电流很小。同时对输出的直流电压还进行了稳定性测试、不同负载下的电压测试等,分别记录了测试过程中各参数的波形数据并进行分析处理。