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Step-down Piezoelectric Transformer Using PZT PMNS Ceramics

Lim Kee-Joe    (School of Electrical and Computer Engineering, Chungbuk National University   ); Park Seong-Hee    (School of Electrical and Computer Engineering, Chungbuk National University   ); Kwon Oh-Deok    (School of Electrical and Computer Engineering, Chungbuk National University   ); Kang Seong-Hwa    (Dept. of fire prevention Engineering, chungcheong University  );
  • 초록

    Piezoelectric transformers(PT) are expected to be small, thin and highly efficient, and which are attractive as a transformer with high power density for step down voltage. For these reasons, we have attempted to develop a step-down PT for the miniaturized adaptor. We propose a PT, operating in thickness extensional vibration mode for step-down voltage. This PT consists of a multi-layered construction in the thickness direction. In order to develop the step-down PT of 10 W class and turn ratio of 0.1 with high efficiency and miniaturization, the piezoelectric ceramics and PT designs are estimated with a variety of characteristics. The basic composition of piezoelectric ceramics consists of ternary yPb(Zr $_{x}$ Ti $_{1-x}$ )O $_{3}$ -(1-y)Pb(Mn $_{1/3}$ Nb1 $_{1/3}$ Sb $_{1/3}$ )O $_{3}$ . In the piezoelectric characteristics evaluations, at y=0.95 and x=0.505, the electromechanical coupling factor(K $_{p}$ ) is 58 $\%$ , piezoelectric strain constant(d $_{33}$ ) is 270 pC/N, mechanical quality factor(Qr $_{m}$ ) is 1520, permittivity( $\varepsilon$ / 0) is 1500, and Curie temperature is 350 $^{\circ}C$ . At y = 0.90 and x = 0.500, kp is 56 $\%$ , d33 is 250 pC/N, Q $_{m}$ is 1820, $\varepsilon$ $_{33}$ $^{T}$ / $\varepsilon$ $_{0}$ is 1120, and Curie temperature is 290 $^{\circ}C$ . It shows the excellent properties at morphotropic phase boundary regions. PZT-PMNS ceramic may be available for high power piezoelectric devices such as PTs. The design of step-down PTs for adaptor proposes a multi-layer structure to overcome some structural defects of conventional PTs. In order to design PTs and analyze their performances, the finite element analysis and equivalent circuit analysis method are applied. The maximum peak of gain G as a first mode for thickness extensional vibration occurs near 0.85 MHz at load resistance of 10 .The peak of second mode at 1.7 MHz is 0.12 and the efficiency is 92 $\%$ .


  • 주제어

    piezoelectric step-down transformer .   PZT-PMNS .   adaptor.  

  • 참고문헌 (9)

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    7. B. Koc, S. Alkoy and K. Uchino., 1999 IEEE Ultrasonics Symposium, 931 (1999) 
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    9. H. Fukunaga, et al., Proc. of '98UFFC, 1504 (1998) 

 저자의 다른 논문

  • 임기조 (53)

    1. 1991 "유기물이 첨가된 저밀도 폴리에칠렌에서 예비과전에 따른 트리잉 열화" 한국산업안전학회지 6 (2): 15~20    
    2. 1992 "Al/Tb-Fe-Co 다층박막의 자기적 이방특성" 電氣電子材料學會誌= The journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 5 (1): 8~13    
    3. 1992 "ZnO 세라믹의 유전특성" 電氣電子材料學會誌= The journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 5 (1): 28~42    
    4. 1995 "$CO^{60}-\gamma$선이 조사된 MOS Capacitors에서의 전기적 특성" 韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society 4 (4): 402~406    
    5. 1995 "기능성 유기 LB단분자막의 전기화학적 연구" 한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering 28 (1): 34~45    
    6. 1996 "침-평판 전극 구조에서 발생하는 기중 코로나 방전의 해석 기법" 한국산업안전학회지 11 (4): 49~53    
    7. 1997 "비탄성 고체의 기계적, 유전적 특성에서 복합 피크의 동적 완화과정에 관한 새로운 고찰방법" 전기학회지= The Processing of the Institute of Electrical Engineers 46 (4): 11~14    
    8. 1997 "분산형 전계발광 소자의 발광 특성" 電氣電子材料學會誌= The journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers 10 (2): 150~155    
    9. 1998 "옥외 애자용 재료의 표면 전기전도 특성" 전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers 11 (10): 758~762    
    10. 1998 "L1-B4 진동모드를 이용한 평판형 선형 초음파 모터의 설계 및 시제작" 전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers 11 (10): 861~865    
  • Park Seong-Hee (4)

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