4.1.1 等效电路模型参数测量研究现状及存在的问题
1.压电变压器等效电路模型定参数测量方法研究
文献[85,86]均利用信号发生器和示波器对压电变压器等效模型参数进行了提取。其中文献[86]的测量原理为:将压电变压器等效电路模型次边电路以及负载经过映射变换到压电变压器等效电路的主边并列出机械谐振频率的表达关系式。通过信号发生器和示波器来寻找负载分别为空载、给定电容和给定电阻时对应的谐振频率,由此列出三个相互独立的关系表达式,联立求解谐振支路中的等效模型参数,而输入电容和输出电容则直接由仪器测得。文献介绍的该方法难以获取压电变压器的精确参数,现列举该方法存在的一些不足之处以供探讨。
(1)配合信号发生器用示波器来寻找谐振频率时,由于示波器直接接在压电变压器的输出端,所以示波器探头的等效输入电阻和电容应考虑在内,并将其列在等效电路中。因为通常Rosen型压电变压器的输出电容与探头的输入电容处于同一个数量级。当给定负载的电阻也与探头的输入电阻数量级相差不大时,若不考虑探头引入的影响,测试结果必然引入较大的误差。
(2)压电变压器输入电容和输出电容的确定应考虑谐振支路对测量值的影响。
(3)文中给出的是三个独立关系表达式,但模型中共有四个未知参数需确定,即串联谐振支路中的等效电阻、等效电感、等效电容以及等效传输比。因此按照该文献介绍的方法获取参数,可操作性受到怀疑。
文献[85]的测量原理为:短路压电变压器的输出端,在其输入端引入一个正弦信号使压电变压器处于谐振状态,记录下频率值和输入电压幅度,通过精密测量电阻,同时测量出谐振支路的电流和压电变压器的输出电流。切断输入信号,测量输入和输出电流包络线的衰减常数τ,最后通过低频信号测试输入端和输出端的输入电容。该方法利用谐振状态时的输入电压信号和谐振支路的电流计算出谐振支路的等效电阻,利用谐振支路电流和输出电流值计算传输比n,利用衰减常数结合谐振支路输入电阻可计算出谐振支路的等效电感,通过谐振频率值计算谐振支路的等效电容值。最后用测量出的输入端电容值减去谐振支路的电容值,即得压电变压器的输入电容值。类似地可求出压电变压器的输出电容值。文献介绍的该测试方法相比于上一方法理论推导较为严密。不足之处是,测试中需要配备功率放大器、精密测量电阻等额外辅助设备,增加了测试的不方便性。
2.压电变压器等效电路模型变参数测量方法研究
实际应用中发现,当压电变压器负载电阻变化时,压电变压器的谐振频率也随之变化。文献[87]认为负载的变化会引起压电变压器等效电路模型参数的变化并导致谐振频率的变化,给出了依据压电变压器的品质因素、机械谐振频率、最大增益以及两个截止频率对应的电压增益的五维方程组,来求解压电变压器输出端接任一电阻时对应的等效电路模型参数,这个五个参数为谐振支路的等效电阻、等效电感、等效电容和压电变压器的传输比以及输出电容。利用该方法计算的模型参数能及时修正因负载变化引起的谐振频率的变化,并能保证负载变化时模型参数的精确性,同时模型参数值也能顾及压电变压器的主要特性。但是该方法由于只是将负载的变化看成离散点来得出相应一系列离散的模型参数,文献对产生该现象的机理没有进一步的说明,也没对参数的变化曲线进行拟合,所以在负载不断变化的应用场合,利用该方法获取模型参数来指导变换器设计的可操作性不强。