• 전기의세계
• /
• 제33권10호
• /
• pp.625-630
• /
• 1984

압전변압기는 압전효과를 응용한 점화소자와 필터의 중간적인 존재로서 그 두 기능을 합친 것과 같은 특성을 가지며, 전기적 에너지가 기계적 에너지로 변환된 후 다시 전기적 에너지로 환원되는 과정을 통하여 고전압을 얻는 변압기이다. 이러한 변압기는 자속을 응용하는 일반적인 변압기와는 달리, 유전체인 압전세라믹소자의 압전현상과 공진현상을 응용하므로 주파수대역이 좁고 취급되는 전류가 적다는 단점이 있으나, 구조가 간단하고, 제작이 용이하며, 소형이고, 손실이 적은 장점들이 있어서 특히 고전압고전류원을 필요로하는 음극선관, 음이온발생기, 집진기, 전자복사기, 도장기 등에 이용되고 있으며, 최근에는 다른 분야에도 응용이 시도되고 있다. 여기서는 기존의 압전변압기 중에서 가장 많이 쓰이고 있는 Rosen형(또는 transverse형)압전변압기의 구조와 특성들을 간단히 기술하고, 새로운 형태인 적층형 압전변압기에 관하여 소개하고자 한다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.18-18
• /
• 2010

전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 또한, 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있는 압전 세라믹스는 압전 변압기 (piezoelectric transformer), 초음파 모터, 센서 등과 같은 응용분야에 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 전원장치에 있어서 현재 주요 전자제품에 사용되고 있는 권선형 변압기와 같은 전자 변환기의 대체품으로 압전 세라믹스 소재의 특성을 이용한 압전변압기의 개발과 응용연구는 국내외적으로 활발히 연구되어왔다. 압전변압기는 권선형 변압기와 비교 하였을 때 누설자속이 없어 노이즈 발생이 없고, 공진주파수만을 이용하므로 출력의 파형이 정현파에 가까워 고조파 잡음이 없으며, 불연성의 특징을 가지고 있다. 추가적으로 압전 변압기는 소형화, 슬림화, 경량화가 가능하며 90%이상의 높은 효율을 얻을 수 있다. 또한, 단판형 압전변압기의 출력한계를 개선하기 위해 높은 승압비와 고출력을 갖는 적층타입의 압전변압기가 제안되었다. 압전변압기용 조성 세라믹스는 높은 에너지 변환효율을 위해서 전기기계결합계수 ($k_p$)가 커야 하며, 발열에 의한 온도 상승을 억제하기 위하여 기계적 품질계수(Qm)가 큰 것이 바람직하다. 또한, 높은 전류를 발생하기 위해서는 유전상수가 커 압전변압기의 출력측 정전용량을 크게 하여야한다. 이러한 압전변압기의 제작 조건을 위해 우수한 압전 및 유전특성을 갖는 PZT계 세라믹스가 주로 사용 되어져 왔다. 그러나, PZT계 세라믹스의 우수한 압전 및 유전특성에도 불구하고 $1000^{\circ}C$에서 급격히 휘발하는 PbO의 성질 때문에 환경적으로나 인체의 건강문제로 인해 전세계적으로 그 사용량을 제한하고 있다. 또한 적층 압전변압기의 구조적 특성상 내부전극과 함께 소결하여야 하는데, 이때 소결온도가 높으면 값비싼 Pd합량이 높은 전극을 사용하여야 한다. Pd함량이 10%미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 저온소결이 가능한 세라믹스 제조가 필수적이라 할 수 있다. 소결온도를 낮추는 방법으로는 다른 물질들을 치환하여 소결온도를 낮추는 방법과 미세분말을 만들어 그레인사이즈를 미세화 하는 방법들이 있다. 많은 미세 분말 제조 방법 중에서 Attrition mill은 일반적인 ball mill에 비해 분말의 입도를 미세하게 할 수 있어 증가된 분말의 비표면적에 의하여 반응을 촉진시킴으로써 저온소결이 가능한 세라믹스를 만들 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2002년도 전력전자학술대회 논문집
• /
• pp.777-780
• /
• 2002

최근 백라이트용 램프를 구동하기 위해 사용하는 승압용 변압기를 압전 변압기로 도입하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 압전 변압기는 종래의 권선 변압기에서 볼 수 있었던 누설 자속과 권선등에 의한 저항 손실이 없으며, 전자유도에 의한 노이즈와 자체 손실이 없고, 권선형의 자기소자로 인한 소형화에 한계를 가지는 큰 단점을 해결해 주고 있다. 본 논문에서는 11층의 적층형 압전 변압기를 제작하고 이 제작된 적층형 압전 변압기의 전기적 특성분석을 통한 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 구동용 인버터의 승압용 변압기로써 응용가능성을 제시하였다.

• 한국전자통신학회논문지
• /
• 제7권6호
• /
• pp.1315-1320
• /
• 2012

본 연구에서는 분극의 이방성이 없는 ring-dot형 적층형 압전 변압기를 이용한 압전 AC-DC 컨버터를 개발하였다. 동작주파수 범위가 매우 좁은 압전 변압기의 특성을 고려하여 압전 컨버터는 발진주파수의 피드백 제어를 위한 PFM 구동방식과 출력제어를 위한 PWM 구동방식을 이용한 혼합형 구조로 설계되었다. 개발된 압전 컨버터의 최소 발열을 동반하는 안정적 구동을 보이는 최대전력 값은 25W였으며 허용전류 값은 약 900mA이었다. 압전 컨버터의 출력전압의 크기는 구동 발진주파수의 크기에 따라 제어가 가능하였으며, 최대전력에서 효율적이고 안정적인 동작특성을 나타내었다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제11권4호
• /
• pp.1229-1232
• /
• 2010

본 논문은 고효율 강압형 적층 압전변압기를 개발하기 위하여 저온소결 세라믹스 개발 및 적층 변압기를 제작하였다. 그리고 회로 요소로써 사용하는 PT는 인버터 설계의 일반적인 접근법을 보여주기 위한 것이다. 또한 압전기 영향의 기술(記述)은 다수의 연구에서 복잡한 방정식과 공식도 쉽게 찾을 수 있다. 특히 압전기 세라믹 EMT가 변화하지 않으며 PT기초 전기소자의 여러 가지 예는 더욱 효과적인 적층변압기의 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• pp.306-306
• /
• 2007

최근, LED 구동 인버터, DC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터 및 형광등 ballaster 등의 고전압전원장치등에 압전변압기를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 순수한 $PbTiO_3$는 큐리온도($490^{\circ}C$)가 높고, 기계적강도가 크며, 비유전율(약 200 정도)이 작다. 또한, 두께방향 진동의 전기기계 결합계수 ($K_t$)가 윤곽진동의 전기기계 결합계수($K_p$)보다 크므로 두께방향의 진동모드를 이용한 벌크파 진동자의 경우 윤곽진동방향으로 불요신호(spurious signal)가 적고, 작은 grain size($1\;{\mu}m$정도)로 미세가공이 가능하여 고주파 재료로 이용되고 있다. 압전변압기의 출력 전력을 향상시키기 위해서는 적층으로 제작하여야 하는데 적층 압전변압기 제작시 층간의 내부 전극이 도포된 상태에서 소결하여야 한다. 이때 소걸 온도가 높으면 Pd 함랑이 높은 전극을 사용하여야 하는데 Pd 전극의 가격이 비싸 소자의 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 순수한 Ag 전극을 내부전극으로 사용하기 위해서는 $900^{\circ}C$ 이하에서 소결이 가능하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 $(Pb,Ca,Sr)Ti(Mn,Sb)O_3$ 조성을 이용하여 $900^{\circ}C$ 이하의 저온소결이 가능한 두께방향진동모드 적층 압전변암기를 제작하여 그에 대한 전기적 특성을 조사하였다.

• 한국음향학회:학술대회논문집
• /
• 한국음향학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집 제20권 2호
• /
• pp.201-204
• /
• 2001

Rosen형 또는 적층 Rosen형과 같은 압전세라믹 변압기는 고전압, 고효율의 출력특성과 소형이라는 장점을 가지는 반면에, 온도에 따른 압전 특성의 변화가 심하다는 단점을 가진다. 이러한 이유로 압전 단결정과 같은 온도특성이 안정적인 재료를 이용한 변압기의 개발이 진 행되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 온도계수가 낮은 $LiTaO_3$ 단 결정$(X-112^\circ\;Y)$을 이용한 압전변압기를 제작 그 특성을 시뮬레이션 및 실험으로 해석하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2002년도 춘계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
• /
• pp.158-163
• /
• 2002

최근 전자통신기기의 급속화된 발전과 함께 전자부품에 대한 초소형화, 고성능화가 요구되고 있다. 특히 노트북 컴퓨터나, PDA, LCD 모니터와 같이 박막 액정 표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD)가 대표적인 예라 볼 수 있다. 이러한 박막 액정 표시장치는 그 내부에 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluroscent Lamp)가 있어서 백라이트의 역할을 하는데 냉음극 형광램프의 특성상 초기 고압의 구동전압을 인가시킬 수 있는 인버터가 필수적이라 하겠다. 본 논문에서는 18인치(4_CCFL), 20인치(6_CCFL) TFT-LCD 모니터용, 멀티램프 구동 인버터를 설계 제작하여 90%에 가까운 효율을 얻었다. 코일손실 및 전자유도의 장애가 없고 불연성의 장점을 가지고, 소형화가 가능한 적층형 압전 변압기를 제작하고 이 제작된 적층형 압전 변압기의 전기적 특성분석을 통한 방전램프 구동용 인버터의 승압용 변압기로써 적용이 가능함을 확인하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2002년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.147-151
• /
• 2002

액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 표현된 정보를 가시화하기 위해 램프의 백라이트가 필수적인데 대부분 부피가 작고 효율과 휘도특성이 좋은 냉음극 방전램프가 사용된다. 램프는 고압으로 구동되며 높은 전압을 얻기 위해 일반적으로 권선 변압기를 사용한다 그러나 권선 변압기의 경우 자체의 철심이나 권선의 손실로 인하여 출력 효율의 한계가 있으며, 고압을 위해 감긴 코일은 부피를 크게 하며 무겁게 만든다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 변압기 자체 손실을 줄이고 소형화가 가능하며 높은 승압비을 가진 PAN-PZT계의 적층형 압전 변압기를 제작하였으며, 회로의 손실을 줄이기 위한 영전압 스위칭(ZVS; Zero Voltage Switching)과 그리고 LCD패널과 인버터의 불필요한 간섭현상(EMI; Electro-Magnetic Interference)을 줄일 수 있으며 소형화가 가능한 풀 브리지형 압전 인버터를 설계하였다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
• /
• 제9권2호
• /
• pp.138-145
• /
• 1996

A multilayer piezoelectric transformer (MPT) which generates a high voltage dc power with low driving voltage and high voltage setup ratio was made by the tape casting method. The measured electrical characteristics of the MPT agreed with the results simulated from the equivalent circuit of the MPT. With increasing the number of layer in the MPT, the resonance curve of the input cur-rent revealed an asymmetry due to the increasing input capacitance, while that of output dc voltages revealed symmetry. The MPT which has very thin layer was excellently characterized as low driving voltage and high voltage setup ratio. The output dc voltage is nonlinearly influenced by the number of layer in the MPT.