¿Qué son los Transformadores Piezoeléctricos?
El transformador piezoeléctrico (en inglés: piezoelectric transformer) es un transformador que utiliza los efectos piezoeléctricos y electroestrictivos de un tipo específico de elemento cerámico (dieléctrico) para convertir la potencia.
En comparación con los transformadores electromagnéticos convencionales con bobinados, los transformadores piezoeléctricos presentan las siguientes ventajas: estructura sencilla, facilidad para hacerlos más pequeños, delgados y ligeros, elevada relación de paso, alto rendimiento y ausencia de ruido magnético.
Por ello, son componentes indispensables para los equipos eléctricos y electrónicos que ahorran espacio y energía.
Usos de los Transformadores Piezoeléctricos
Los transformadores piezoeléctricos se utilizan en fuentes de alimentación de equipos eléctricos y electrónicos. En particular, a medida que los ordenadores portátiles y los dispositivos móviles se hacen más pequeños y delgados, hay una demanda de fuentes de alimentación más pequeñas y delgadas, y los transformadores piezoeléctricos se utilizan para sustituir los transformadores electromagnéticos convencionales por transformadores bobinados.
Por ejemplo, se utilizan en fuentes de alimentación para la retroiluminación de pantallas LCD de ordenadores portátiles y televisores LCD. Además de ser más pequeño y delgado, se espera que el transformador piezoeléctrico se utilice en diversas aplicaciones en el futuro, debido a su gran eficacia y a la ausencia de ruido magnético.
Principio de los Transformadores Piezoeléctricos
Los transformadores piezoeléctricos constan de un dieléctrico rectangular, la mitad del cual se utiliza como lado primario y la otra mitad como lado secundario. Se aplica una tensión a la cara primaria en la dirección de su espesor, y la energía eléctrica se convierte en vibraciones mecánicas por efecto electroestrictivo.
El efecto electroestrictivo es un fenómeno por el que un campo eléctrico aplicado a un material dieléctrico provoca una distorsión mecánica. En el lado secundario, el efecto piezoeléctrico convierte las vibraciones mecánicas en energía eléctrica, que se extrae como tensión de salida en la dirección longitudinal.
A diferencia del efecto electroestrictivo, el efecto piezoeléctrico es un fenómeno por el que se genera una tensión cuando se aplica presión a un dieléctrico. Un dieléctrico con este efecto se denomina elemento piezoeléctrico.
Los transformadores piezoeléctricos funcionan a su frecuencia de resonancia natural, que viene determinada por la longitud del dieléctrico. Para la longitud del dieléctrico, existen dos tipos: el tipo de modo λ, que funciona a longitud de onda completa, y el tipo de modo λ/2, que funciona a media longitud de onda.
La relación de transformación (V2/V1) de la tensión de entrada (V1) y la tensión de salida (V2) de un transformador piezoeléctricos es la raíz cuadrada (√(C1/C2)) de la relación entre la capacitancia del lado primario (C1) y la capacitancia del lado secundario (C2) C1 y C2 vienen determinadas por el espesor y la longitud del dieléctrico respectivamente, por lo que la relación entre la longitud y el espesor también determina la relación de transformación.
La relación entre C1 y C2 viene determinada por el grosor y la longitud del dieléctrico, respectivamente.