Qu’est-ce qu’un transformateur piézoélectrique ?
Un transformateur piézoélectrique (anglais : piezoelectric transformer) est un transformateur qui utilise les effets piézoélectriques et électrostrictifs d’un type spécifique d’élément céramique (diélectrique) pour convertir l’énergie. Par rapport aux transformateurs électromagnétiques conventionnels avec enroulements, les transformateurs piézoélectriques présentent les avantages suivants : structure simple, facile à rendre plus petite, plus fine et plus légère, taux d’amplification élevé, rendement élevé et absence de bruit magnétique. Ils sont donc des composants indispensables pour les équipements électriques et électroniques peu encombrants et peu gourmands en énergie.
Utilisations des transformateurs piézoélectriques
Les transformateurs piézoélectriques sont utilisés dans les alimentations des équipements électriques et électroniques. Les transformateurs piézoélectriques sont utilisés pour remplacer les transformateurs électromagnétiques conventionnels par des transformateurs à fil. Par exemple, ils sont utilisés dans les alimentations pour le rétroéclairage des écrans LCD des ordinateurs portables et des téléviseurs LCD. En plus d’être plus petit et plus fin, le transformateur piézoélectrique devrait également être utilisé dans une variété d’utilisations à l’avenir, en raison de son rendement élevé et de l’absence de bruit magnétique.
Principe des transformateurs piézoélectriques
Un transformateur piézoélectrique se compose d’un diélectrique rectangulaire, dont la moitié est utilisée comme côté primaire et l’autre moitié comme côté secondaire. Une tension est appliquée à la face primaire dans le sens de son épaisseur, et l’énergie électrique est convertie en vibrations mécaniques par l’effet électrostrictif. L’effet électrostrictif est un phénomène par lequel un champ électrique appliqué à un matériau diélectrique provoque une déformation mécanique. Du côté secondaire, l’effet piézoélectrique convertit les vibrations mécaniques en énergie électrique, qui est extraite sous la forme d’une tension de sortie dans le sens longitudinal. Contrairement à l’effet électrostrictif, l’effet piézoélectrique est un phénomène par lequel une tension est générée lorsqu’une pression est appliquée à un diélectrique. Un diélectrique présentant cet effet est appelé élément piézoélectrique.
Les transformateurs piézoélectriques fonctionnent à leur fréquence de résonance naturelle, qui est déterminée par la longueur du diélectrique. Pour la longueur du diélectrique, il existe deux types : le mode λ, qui fonctionne à la longueur d’onde complète, et le mode λ/2, qui fonctionne à la demi-longueur d’onde. Le rapport de transformation (V2/V1) de la tension d’entrée (V1) et de la tension de sortie (V2) d’un transformateur piézoélectrique est la racine carrée (√(C1/C2)) du rapport de la capacité du côté primaire (C1) et de la capacité du côté secondaire (C2) C1 et C2 sont déterminés respectivement par l’épaisseur et la longueur du diélectrique, de sorte que le rapport entre la longueur et l’épaisseur détermine également le rapport de transformation. Le rapport entre C1 et C2 est déterminé par l’épaisseur et la longueur du diélectrique, respectivement.