压电变压器驱动控制电路设计与应用

摘要

压电变压器(PT)是利用压电及逆压电效应工作的第三代变压器，与传统的电磁变压器相比具有功率密度高、无磁噪声、效率高、体积小等特点，近年来在诸多领域得到了广泛的应用。压电变压器可分为升压型和降压型，其中升压PT还具有升压比高的特点，特别适合于高电压、低电流的器件；降压PT可实现小功率AC-DC转换。压电变压器的增益及效率受负载、温度等因素的影响，因此需配合相应的驱动控制电路才能高效稳定地工作。 本文研究了升压和降压两类PT的驱动控制电路，分别以冷阴极管灯和AC-DC转换器为具体应用，设计并实现了相应的驱动控制电路。 在分析升压PT的工作特性基础上，制定出基于联合PFM、PWM的控制策略。利用PFM使PT的工作频率与其谐振频率一致，使其工作效率达到最佳，然后利用PWM调节PT输出电压。以XC2S100E型FPGA为控制器、利用MOSFET组成全桥逆变电路，并基于闭环反馈控制，设计了以冷阴极管灯为负载的升压PT驱动控制电路，编制了相应的控制算法和程序。经测试，驱动电路可根据冷阴极管灯的负载变化自动调节PT的工作频率和输出电压，实现了PT高效率、高输出电压的设计目标。 为利用降压PT实现AC-DC转换，市电经过整流、滤波，为PT提供直流电源；该直流电压经逆变电路为PT提供合适频率的输入信号；PT输出信号经整流滤波后，变为较低的直流电压。以PIC24F单片机为控制器，采用PWM控制策略，以高压MOSFET组成半桥逆变电路，设计了以固定电阻为负载的降压PT驱动控制电路。设计中，利用电容降压为单片机控制器提供电源，很好地解决了控制器电源问题。本文所设计的基于降压PT的AC-DC转换器，能够稳定地输出低压直流电压，输出功率达5W以上，可作为手机等设备的电源适配器，实现了从市电到低压直流电压变换的目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 PT驱动控制国内外研究现状

1.2.1升压压电变压器

1.2.2降压压电变压器

1.3本文的主要工作

2压电变压器特性及驱动控制原理

2.1压电变压器特性

2.1.1 压电变压器结构及等效电路

2.1.2升压压电变压器特性

2.1.3 降压压电变压器特性

2.2压电变压器驱动控制电路的组成及原理

2.2.1 压电变压器驱动控制电路组成

2.2.2压电变压器方波驱动原理

2.3 两类压电变压器驱动控制电路比较

3 升压压电变压器驱动控制电路设计

3.1 升压压电变压器驱动控制电路工作原理

3.1.1 固定负载型

3.1.2变负载型

3.2硬件电路设计

3.2.1控制器

3.2.2逆变电路

3.2.3反馈网络

3.2.4 ADC模数转换

3.2.5 电路总图

3.3软件程序设计

3.3.1采样模块

3.3.2滤波模块

3.3.3状态调整模块

3.3.4信号输出模块

3.4驱动控制电路调试

3.4.1 调试及仿真工具介绍

3.4.2系统调试

3.4.3系统测试结果

3.4.4 PCB板设计及电路实物

3.5 小结

4 降压压电变压器驱动控制电路设计

4.1 降压压电变压器驱动控制原理

4.2硬件电路设计

4.2.1 PWM控制器电源电路

4.2.2 PWM控制器电路

4.2.3逆变电路

4.2.4整流滤波及反馈电路

4.2.5 降压变压器驱动控制电路图

4.3软件程序设计

4.3.1初始化程序

4.3.2 PWM调节程序

4.4驱动电路测试

4.5 小 结

结 论

参考文献

附录A 升压压电变压器FPGA程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢