1、压电材料的发展史
自从居里兄弟（Jacgues and Pirre Curie ）1880年首先在单晶上发现压电效应以来，在自然界中的32种晶体点群中，有20种为非中心对称（432类除外）的晶体，由于非中心对称的晶体里，介质的极性是固有的。它们都具有压电效应。所谓压电效应，即各向异性的晶体，在外机械力的作用下，成比例的产生电荷，或在外电场的作用下，成比例的产生几何变形。科学的进步是无止境的，通过不断的研究它，以后又发现了罗息盐具有压电效应，这引起人们很大的注意，并且进行了广泛的研究，同时研究也发现，罗息盐是一种在常温下具有压电性的独特晶体，在技术上使用的价值也很高，但它的不足之处是它含有结晶水，而且易溶于水，作为一种材料这是它的致命缺点。到了1935年，人们对磷酸钾的研究发现它也具有压电性又不含结晶水，但它的压电特性是在-148℃以下才具有的 ，因而工程上使用的价值不大。直到有些国家发现了钛酸钡（BaTiO3），它是一种铁电体，即不溶于水又耐热。在钛酸钡陶瓷上施加高的直流偏压时，它会出现很强的压电效应，而且在取消偏压以后，这种效应还会继续存在。通过对BaTiO3的研究，使理论上和技术上都有很大的进步，为压电陶瓷的进步和发展打下了良好的基础。BaTiO3的发现是压电材料发展的一个飞跃。在此之前压电材料只有压电晶体材料一种，而自从BaTiO3发现之后，即形成了压电晶体材料和压电陶瓷材料的两个大类。人们对发现和理解陶瓷的压电性方面也经历了三个基本阶段，第一阶段是发现了介电常数，第二阶段是识别到高介电常数是因于铁电性，第三阶段是发现极化过程的作用。极化过程就是通过施加足够高的电压，使陶瓷内部的电畴发生转向，从而达到人们所期望的性能。极化因施加电场与原电场方向的不同分为平行极化和垂直极化。极化后的结果与施加电场的强弱、时间和环境温度都有关系，一般极化场强应达到材料的饱和场强Eb。
1947年推出的BaTiO3留声机拾音器是压电陶瓷材料应用于电器的第一个工业产品，在此以后，应用压电陶瓷制造的产品有换能器、滤波器等。人们对钛酸铅固溶体（PZT）系统和铌酸铅固溶体系统的发现是压电陶瓷材料的重大进展，因为它与BaTiO3相比有很多优点，如其居里点比BaTiO3的120℃高的多，达到230℃-490℃（因组成不同而不同）机电耦合系数K，机械品质因数Qm都比BaTiO3高，另外温度稳定性和时间稳定性也比BaTiO3好。所以具有不同添加物的PZT就变成为占优势的压电陶瓷了。它可用于制造滤波器、换能器、变压器、引燃引爆装置和超声波延时线等压电器件。对非钙钛矿型的压电材料进行研究，有些潜在的意义及优越性还没有被挖掘出来。
随着电子工业的发展，对压电材料与器件的要求也就越来越高了，二元的鈦酸鋯酸铅系（PZT）的性能已经不能满足各方面的要求，所以三元系压电陶瓷材料现在也已经被广泛的应用于生产之中。
我国的清华大学在压电陶瓷材料的研究起步较早，也取得了世界公认的技术成果。
根据欧盟两项新环保指令中《关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指令》（ROHS）的规定，2006年7月1日以后投放欧盟市场的电气和电子产品不得含有铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚6种有害物质。对压电变压器而言铅元素可以申请豁免，但其他6种有害物质是绝对禁止使用的。
2、压电陶瓷变压器工作原理概述
压电陶瓷变压器是五十年代后期开始研制并于七十年代发展起来的新型电子变压器。它是用压电陶瓷材料经过烧结、高压直流极化等工艺制作成的片式压电陶瓷变压器。与传统变压器一样，也分为工作在超音频范围的升压型变压器和工作于工频的降压型变压器。它们与传统绕线式电磁变压器相比，都具有体积小、重量轻、使用时不会击穿，变压器本身具有耐高温、不怕燃烧的特点。由于其结构简单，特别适用于批量化生产。
目前压电变压器最常见的外形为长条形的结构，电极分布形式大致分为对称型（Rosen型）和非对称型，其外形是厚度仅为几毫米而长度是厚度的若干倍的一个长条形结构形式。
对称型称为Rosen型（结构的）变压器， Rosen型从中间分开，我们把左半部分称为输入部分，右半部分称为发电部分。在输入部分的上下两个面上都印刷有金属电极（银钯或银）而发电部分只在最右边的端头或断面上印刷有电极。当在输入端上下两个电极之间施加交变电压时，在此电压的作用下，压电变压器会产生逆压电效应，把输入电能转变为沿长度方向的伸缩振动。该振动波会沿着长度方向传播到达最右端，形成正压电效应，在输出端产生出正弦波电压。此电压频率与输入端电压频率相同，幅度则是输入端电压的n倍。这个n即为压电变压器的空载升压比。即于 U2/U1=4/π2 Qm K31 K33 L/t 由于压电变压器的长度大于厚度，故输入端为低阻抗，而输出端为高阻抗，可用来达到升压的目的。通常，采用调整压电变压器的长度与厚度之比，达到改变压电变压器的升压比。
非对称型结构一般适用于多层变压器，输入部分在变压器的中间部分，输出部分在变压器的左右两端，两个输出部分(a、b)都可以输出电压，只是输出电压的相位相差180度。
为了得到不同的性能，目前压电变压器还按结构分为单层和多层。所谓单层就是整个变压器是经过一次流延（或干压）工艺后而达到所需要的长度与厚度的变压器。而多层则是将流延制成的基片一层一层的叠起来成为一个整体进行烧结所得到的变压器。多层变压器的层数可以是几层到二十几层。单层变压器的功率较小，一般为1--2瓦，而多层可以是几瓦或几十瓦。
初期的压电变压器工作电压多在3---12伏， 随着极化工艺的改进，现在工作电压可以达到24伏，扩大了压电变压器的适用范围。过去遇到需要在24伏应用时，都是将24伏电源降为12伏下工作的。
不论是单层还是多层变压器，都要在输入端施加交流电压（或脉冲电压）而且所施加的电压频率应与压电变压器的固有谐振频率相同，这就是谐振工作原理。
压电变压器的输出特性类似于恒流源特性。即压电变压器具有很高的内阻，输出电压随负载电阻的变化而变化，输出负载开路输出电压最高，输出负载短路输出电压最小为零伏。
3、压电陶瓷变压器典型应用
A、单层压电变压器在正负离子发生器中的应用
单层压电变压器由于其制造工艺简单容易得到，所以对于其应用研究也开始的最早。一开始应用于负离子发生器做升压模块，其输入直流电压一般在3---12伏，经过调制变为交流，由压电变压器升压后整流输出，输出电压4--6千伏。
现在的最新应用是正负离子发生器（商品名称---离子风机）。离子风机是一种消除静电的装置，现代化的电装车间必备的设备。离子风机的工作原理是它能够同时输出正、负离子，快速的消除空间及物体表面的静电。压电陶瓷变压器是正负离子发生器中高压模块的核心器件，高压模块的主要作用是将输入的低压直流变换为高频交流输出、或将高频交流整流后再输出。高压模块输出的是约4千伏的高频交流电压、或5---6千伏的（正、负）直流高压。
模块输出的高压加给正负离子释放装置，释放出的正负离子，由轴流风扇吹出来消除空气中及物体表面的静电。利用压电变压器的升压特性制作正负离子发生器用高压模块具有电路简单、可靠性高的特点。
B、多层压电变压器在高压电源中的应用
多层压电变压器的特点是输出阻抗低输出电流大，所以，用多层压电变压器制作的高压电源能够输出更高的电压和更大的电流。与单层压电变压器一样，目前多层压电变压器高压模块也分为俩种，一种是输出为交流电压,一种是输出为直流电压。输出为交流电压的模块主要用于点燃冷阴极灯管和正负离子发生器，输出为直流电压的模块主要用于负离子发生器和医疗器械。目前直流电压模块的输出电压一般在3.5—20.0KV.，电流也可以达到200uA以上。是除传统高压模块之外的又一种好的选择。
多层压电变压器由于其输出功率大驱动电路也相对要复杂一些，近年也不断有一些新的专用集成电路出现，这些电路都有一些共同的特点，如频率跟踪技术，当环境温度变化时能自动跟踪压电变压器频率的变化，使其始终工作在最佳状态。
图1是一款交流输出模块的实用电路，可以驱动冷阴极灯管用于笔记本电脑液晶显示屏背光照明液晶电视等，图中采用了康鸿公司的多层压电变压器和专用集成电路KH0803A。
KH0803A的3\4脚连接的电阻\电容的数值是根据不同变压器设计的，改变其数值可以改变高频PWM控制器的工作频率，其频率应是压电变压器谐振频率的二倍。8、9脚输出固定频率的脉冲输出驱动由IC2、IC3组成的桥式功率放大器，压电变压器作为负载接在桥式功率放大器的对角线上，压电变压器的输出端CN2接的负载是冷阴极灯管。冷阴极灯管在高压脉冲激励下产生辉光放电内阻急剧下降，此时压电变压器输出电压也随着负载电阻的降低而下降，压电变压器输出的电压值随着冷阴极灯管长度不同大哟在400----600V变化。调整R6的阻值可以改变冷阴极灯管的亮度，一般Φ3mm灯管的电流为6ma时，亮度就可以了。IC2（IC3）是一个WOSFTS组件，其内部集成了一个P沟和N沟低内阻MOS管以及两个高速续流二极管，这里采用由IC2、IC3组成的桥式功率放大器除了能满足功率方面的要求外，还可以改善电源利用率和改善压电变压器的工作条件。
由D1、D2、C9、R13和R20组成灯管开路（灯管断裂）保护电路，当14脚检测到的电压大于2伏时，会关闭8、9脚驱动器的输出，使输出为低电平。
图2是一款低成本直流输出模块的实用电路。该电路适用于要求负载电流较小的场合。其特点是电路特别简捷，但是性能卓绝，它只有两只三极管，但它可以同时完成震荡、放大和频率自动跟踪功能，已经广泛应用于驱动单层和多层压电变压器。该电路已取得国家专利。