Modelowanie obwodowe transformatora piezoelektrycznego w warunkach podwyższonych napięć i temperatur

摘要

The paper refers to circuit modeling of piezoelectric transformers (PTs) operating under elevated voltage and temperature conditions. A PT is a resonant mechanical converter of electrical energy. Its characteristics (Fig. 1) are modeled by an equivalent circuit (Fig. 2) whose parameters are typically determined under low-voltage and low-temperature conditions and remain constant regardless of the model application. This approach is possibly erroneous due to the known temperature dependency and nonlinearities of piezoelectric materials. The temperature- and voltage-dependent variation of PT model parameters (Fig. 3) was determined by means of time domain measurements, which contrary to the widely used impedance analysis, allows high input voltages. A method for correction of the model parameters was established. Furthermore, the PT transfer characteristics were measured (Figs. 4 and 5) and compared to simulation results with and without the parameter correction (Fig. 6), showing considerable improvement in modeling accuracy with the new method applied.%Artykuł dotyczy modelowania obwodowego transformatorów piezoelektrycznych (PT) przy napięciach i temperaturach zbliżonych do panujących w rzeczywistych warunkach ich pracy. Typowe metody modelowania PT wykorzystują obwód zastępczy o stałych parametrach wyznaczanych przy niskim napięciu i temperaturze. W artykule potwierdzony został wpływ zarówno amplitudy napięcia wejściowego, jak i temperatury, na charakterystyki przejściowe PT. Aby uwzględnić stwierdzone zależności przy modelowaniu obwodowym PT, opracowana została metoda korekcji parametrów modelu PT uwzględniająca zmiany ich wartości w funkcji temperatury i napięcia wejściowego. Metoda ta pozwala uzyskać dużo lepszą zgodność wyników symulacji obwodowych z wynikami pomiarowymi w warunkach podwyższonych napięć i temperatur.