圧電単結晶を用いた昇圧比の格段に大きな小形トランスの開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04555081
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中村 僖良 東北大学, 工学部, 教授 (00005365)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若月 昇 富士通(株)電子デバイス事業本部, 部長 ; 山田 顕 東北大学, 工学部, 助教授 (80134021)
• Keywords: トランス / 圧電トランス / ニオブ酸リチウム / 圧電 / 圧電振動子 / 圧電単結晶トランス

Research Abstract

本研究の目的は、ニオブ酸リチウム圧電単結晶板のQの高い共振振動を介して高電圧を発生する不燃性の小形ソリッドステート・トランスを提案し、最適切断方位の探索、最適な振動モードと振動子・電極形状の選定、動作解析と設計法の確立、大振幅動作特性の評価、駆動回路方式と支持方法の検討などを行って、小形・高安定で昇圧比が格段に大きな圧電単結晶トランスを開発することにある。本年度に得られた成果、知見を以下に要的する。1.LiNbO_3結晶のあらゆる切断方位についての圧電縦効果および圧電横効果電気機械結合係数の計算によりトランスに適した切断方位を探索し、130°回転Y板を用いた横効果入力-縦効果出力型トランスおよび137°回転Y板を用いた横効果入力-横効果出力型トランスが優れた構成であることを明らかにした。2.結晶異方性を考慮して矩形板の長さ縦振動の解析を行い、共振周波数や容量比などの等価回路定数を求めた。また支持、電極取出し、放電防止などの点で優れた振動モード、振動子形状および電極形状について検討を行い、矩形板の長さ方向2次縦振動モードが適していることを示した。3.ダイオードを含む整流回路および負荷抵抗を考慮してトランスの動作解析を行い、昇圧比、出力電流、および出力パワーの負荷抵抗依存性や過渡特性を明らかにした。4.横効果入力-縦効果出力型の2次縦振動モードで動作するトランスを試作し、その諸特性を測定して性能評価を行った。これにより、約5kVまで飽和特性を示さず、昇圧比が500を越える優れた性能の小形トランスが実現できることが実証された。5.各種の電子装置に使われるトランスに要求される規格・性能の調査を行い、電子複写機やDC-DCコンバータ用トランスの規格を満たすLiNbO_3結晶トランスが実現可能であるとの結論を得た。

Research Products

• [Publications] 中村 僖良: "圧電単結晶トランス" 日本学術振興会弾性波素子技術 第150委員会第28回研究会資料. 25-30 (1991)
• [Publications] Masuji Sato: "LiNbO_3 Piezoelectric Transformer for Power Transmission" Proc.1991 IEEE Ultrasonics Symposium. 469-472 (1992)
• [Publications] 中村 僖良: "整流回路を含めた圧電トランスの解析" 日本音響学会平成3年秋季研究発表会講演論文集. 941-942 (1991)
• [Publications] Masuji Sato: "Load Resistance Characteristics of LiNbO_3 Piezoelectric Transformers" Japanese Journal of Applied Physics. 31. 181-183 (1992)