一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器，包括降压模块、绝缘隔离层和外部附属电路，绝缘隔离层包裹在降压模块的外部，降压模块包括交替设置的高介电材料填充层和低介电材料填充层，每一低介电材料填充层都设置在两层高介电材料填充层之间，在高介电材料填充层和低介电材料填充层之间还设有导电金属隔离层，低介电材料填充层两侧的导电金属隔离层分别与变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极连接，降压模块两端的高介电材料填充层的外侧还分别设有与外电源输入高电位端电极和外电源输入低电位端电极连接的导电金属层。该装置对介电材料要求低，有效降低原料成本；具有电压输出稳定、工艺简单、结构紧凑、生产成本低廉等显著进步。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种降压变压器，具体地说是一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器。
技术介绍
现有的变压器有两种电磁变压器和压电陶瓷变压器。前者基于电磁感应现象，是成熟的技术，但存在转换效率低、有电磁噪声等问题；后者1956年由C. A. Rosen专利技术，它具有重量轻、能量密度高、效率高、外形小、运行过程无电磁噪声以及不易燃性等优点，应用范围越来越广。现在压电陶瓷变压器的应用分为两种，一种是由低压变成高压的升压变压器，用于液晶显示器、静电除尘器和高压电源中，国内外都已形成规模生产。另一种是由高压变成低压的降压变压器，现在仍处于研究开发阶段，据报道，日本富士通公司利用LiNb03 单晶制成了 15 mmX15 mmXO. 5mm的压电陶瓷变压器样机，该样机工作频率4 MHz、输出功率为30、0W，可用于降压型开关电源。但由于铌酸锂晶体的成本很高，不适于大规模工业生产应用。分析可知，在新兴电子学工业领域中，能适用于大规模工业生产的廉价、超小型降压变压器一直是一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种体积小、成本低，能有效实现降压变压的基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器，包括降压模块、绝缘隔离层和外部附属电路，降压模块呈层状结构， 绝缘隔离层包裹在降压模块的外部，外部附属电路由设置在绝缘隔离层外侧的外电源输入高电位端电极、外电源输入低电位端电极、变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极构成，外电源输入高电位端电极和外电源输入低电位端电极分别设置在降压模块层状结构的两个端部，变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极沿降压模块层状结构的分布方向设置在绝缘隔离层的外表面，所述的降压模块包括交替设置的高介电材料填充层和低介电材料填充层，每一低介电材料填充层都设置在两层高介电材料填充层之间，并且在高介电材料填充层和低介电材料填充层之间还设有导电金属隔离层，导电金属隔离层将高介电材料填充层和低介电材料填充层隔离开，低介电材料填充层两侧的导电金属隔离层分别穿过绝缘隔离层与变压输出高电位端电极和变压输出低电位端电极连接，位于降压模块两端的高介电材料填充层的外侧还设有导电金属层，两端的导电金属层分别与外电源输入高电位端电极和外电源输入低电位端电极连接。所述高介电材料填充层的相对介电常数大于5000，低介电材料填充层的相对介电常数小于5。所述高介电材料填充层、低介电材料填充层、导电金属隔离层和导电金属层的厚度均小于0. 3mm。所述高介电材料填充层的厚度为0. 2mm，低介电材料填充层的厚度为0. 1mm。在上述技术方案中每一层低介电材料填充层和其两侧的高介电材料填充层都构成一个降压单元。本专利技术利用电场在高介电常数与低介电常数材料中积聚度不同，通过多层高介电常数/低介电常数的介质组合来实现对高压电场进行分割，在低介电材料填充层对部分电压降落进行提取，从而实现降压输出的可控调节。本专利技术的工作原理是本专利技术所设计的变压器由多层高介电材料/低介电材料交替排列构成的多个降压单元组成。假设有η个降压单元，其中，高介电材料层的介电常数为ei，低介电材料层的介电常数为e2, e^ye^设输入的交流电电压U1 = JsmaW ,负载为R，根据电路原理，输出电压为^sin (￠2 + α) n^l+{tga)此处w是与介质层厚度、介质层介电常数、极板面积、负载、频率有关的常数。适当选取材料及其结构，使堪《<<1 ,则(1)式变为Jsm珑—Dt1Δηη η最终，可得到降压后的电压为UJ^实现了降压变压的目的。通过改变η的数值可实现对输出电压的自由调控输出。本专利技术的有益效果是通过改变低介电材料填充层和高介电材料填充层的层数， 能够自由的调节电压输出。外部附属电路贴近绝缘隔离层设置，并将多个降压单元并联，提高了变压器功率，而且接线方便，电流传输过程中电量损耗低。本技术方案对介电材料的介电常数要求较低，高介电材料填充层的相对介电常数大于5000即可满足变电精度的要求， 并且使变电过程中的电量损耗明显下降。由于对介电材料的要求较低，使得选材范围增大， 有效降低原料成本。经实验表明本专利技术的变压器可实现高压变低压的自由可控输出，该装置具有电压输出稳定、工艺简单、结构紧凑、生产成本低廉等显著进步。本技术方案的变压器体积小， 可制成用于电子设备的超小型变压器。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图中标记1、降压模块，101、高介电材料填充层，102、低介电材料填充层，103、导电金属隔离层，104、导电金属层，2、绝缘隔离层，3、外部附属电路，301、外电源输入高电位端电极，302、外电源输入低电位端电极，303、变压输出高电位端电极，304、变压输出低电位端电极。具体实施方式如图所示，一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器，包括降压模块1、 绝缘隔离层2和外部附属电路3。降压模块1呈层状结构，绝缘隔离层2包裹在降压模块1 的外部，外部附属电路3由设置在绝缘隔离层2外侧的外电源输入高电位端电极301、外电源输入低电位端电极302、变压输出高电位端电极303和变压输出低电位端电极304构成。 外电源输入高电位端电极301和外电源输入低电位端电极302分别设置在降压模块1层状结构的两个端部，即两端最外层的位置。变压输出高电位端电极303和变压输出低电位端电极304沿降压模块1层状结构的分布方向设置在绝缘隔离层2的外表面，降压模块1的各层垂直于变压输出高电位端电极303和变压输出低电位端电极304。所述的降压模块1 包括交替设置的高介电材料填充层101和低介电材料填充层102，每一低介电材料填充层 102都设置在两层高介电材料填充层101之间，并且在高介电材料填充层101和低介电材料填充层102之间还设有导电金属隔离层103，导电金属隔离层103将高介电材料填充层 101和低介电材料填充层102隔离开。即降压模块1是按照高介电材料-金属层-低介电材料-金属层-高介电材料的方式逐层设置的。每一层低介电材料填充层102和其两侧的导电金属隔离层103均构成一个降压单元。低介电材料填充层102两侧的导电金属隔离层 103分别穿过绝缘隔离层2与变压输出高电位端电极303和变压输出低电位端电极304连接。低介电材料填充层102 —侧的导电金属隔离层103与变压输出高电位端电极303连接输出高电位，低介电材料填充层102另一侧的导电金属隔离层103与变压输出低电位端电极304连接输出低电位。多个降压单元的输出端通过变压输出高电位端电极303和变压输出低电位端电极304并联连接。位于降压模块1两端的高介电材料填充层101的外侧还设有导电金属层104，两端的导电金属层104分别与外电源输入高电位端电极301和外电源输入低电位端电极302连接。所述高介电材料填充层101的相对介电常数大于5000，低介电材料填充层102的相对介电常数小于5。并且高介电材料填充层101和低介电材料填充层102的相对介电常数在巧5度到+85度之间基本保持不变。高介电材料填充层101和低介电材料填充层102 的耐压均超过500V。所述高介电材料填充层101、低介电材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于多层高介电材料的超小型介电陶瓷变压器，其特征在于：包括降压模块（１）、绝缘隔离层（２）和外部附属电路（３），降压模块（１）呈层状结构，绝缘隔离层（２）包裹在降压模块（１）的外部，外部附属电路（３）由设置在绝缘隔离层（２）外侧的外电源输入高电位端电极（３０１）、外电源输入低电位端电极（３０２）、变压输出高电位端电极（３０３）和变压输出低电位端电极（３０４）构成，外电源输入高电位端电极（３０１）和外电源输入低电位端电极（３０２）分别设置在降压模块（１）层状结构的两个端部，变压输出高电位端电极（３０３）和变压输出低电位端电极（３０４）沿降压模块（１）层状结构的分布方向设置在绝缘隔离层（２）的外表面，所述的降压模块（１）包括交替设置的高介电材料填充层（１０１）和低介电材料填充层（１０２），每一低介电材料填充层（１０２）都设置在两层高介电材料填充层（１０１）之间，并且在高介电材料填充层（１０１）和低介电材料填充层（１０２）之间还设有导电金属隔离层（１０３），导电金属隔离层（１０３）将高介电材料填充层（１０１）和低介电材料填充层（１０２）隔离开，低介电材料填充层（１０２）两侧的导电金属隔离层（１０３）分别穿过绝缘隔离层（２）与变压输出高电位端电极（３０３）和变压输出低电位端电极（３０４）连接，位于降压模块（１）两端的高介电材料填充层（１０１）的外侧还设有导电金属层（１０４），两端的导电金属层（１０４）分别与外电源输入高电位端电极（３０１）和外电源输入低电位端电极（３０２）连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：巩晓阳，杨雷雷，周锋子，李立本，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：41
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