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문제 정의
- 따라서, Pd함량이 10 %미만인 Ag/Pd 전극을 사용하기 위해서는 950 ℃이하에서 저온 소결이 가능한 조성개발이 필수적이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 소결온도가 낮으면서도 유전 및 압전특성이 우수한 조성을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하였으며 적층 압전변압기의 전기적 특성을 조사하였다.
제안 방법
- (Trek50/750), Function generator (HP33120A) 및 오실로스코프 (Tektronix TDS3054) 를 이용하여 측정 하였고, 출력전력 에 따른 온도상승은 접촉식 온도계로 측정하였다[9].
- 전극이 형성된 시편을 120 ℃의 실리콘유 속에서 20 kV/cm로 분극하였다. 24시간이 지난후에 공진 및 반공 진법에 따라 Impedance analyzer (Agilent 4294A)를 사용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였고, LCR meter (ANDO AG-4304)를 사용하여 주파수에 따른 임피던스, 공진 . 반공진 주파수 및 제반 등가회로 정수를 측정하였으며, 적층 압전변압기의 유효 전기기 계결합계수keff, 출력 임피던스 Zout, 기계적품질계수Q'me 다음 식으로 구하였다[8丄
- 하소가 끝난 시료에 첨가재로 CuO-Bi£)3-Li2CO3를 첨가하여 24시간동안 재 혼합분쇄 하였다. 건조된 파우더와 PVB(Ferro B73305) 의 비율을 무게비로 72:28로 혼합하여 Doctor Blade 법으로 Tape Casting을 하여 70 ㎛로 시트를 뽑아냈다. 내부전극은 90Ag/10Pd (Daejoo DS-9165IE) 전극을 이용하였으며 출력측을 interdigital 구조로 3층으로 적층하였다.
- 24시간이 지난후에 공진 및 반공 진법에 따라 Impedance analyzer (Agilent 4294A)를 사용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였고, LCR meter (ANDO AG-4304)를 사용하여 주파수에 따른 임피던스, 공진 . 반공진 주파수 및 제반 등가회로 정수를 측정하였으며, 적층 압전변압기의 유효 전기기 계결합계수keff, 출력 임피던스 Zout, 기계적품질계수Q'me 다음 식으로 구하였다[8丄
- 본 실험은 다음 조성식을 사용하여 적층 압전변압기를 제작하였다.
- 본 연구에서는 저온소결에서도 압전 및 유전 특성 이 우수한 PMN-PNN-PZT 조성을 사용하여 강압용 적층 압전변압기를. 제작하여 주파수와 부하저항에 따른 압전변압기의 전기적 특성에 관하여 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 나타낸 것이다. 부하저항은 50 Q, 100 Q, 130 Q, 200 Q을 사용하여 측정하였다. 부하저항의 증가에 따라 승압비는 증가하는 특성을 보였고 부하저항이 클수록 승압비는 다소 높은 주파수에서 나타났으며 승압비도 커지는 특성을 보였다.
- 여기서, Dot size는 18 mme로하였다. 적층 압전변압기는 입력측이 직렬로 되어있기 때문에 입력 임피던스가 크고, 출력측은 병렬로 되어있어 정전용량이 크게 되므로 출력 임피던스가 작고 출력전류를 크게 할 수 있는 구조이며, 강압되도록 설계하였다[10].
- 적층 압전변압기를. 제작하여 주파수와 부하저항에 따른 압전변압기의 전기적 특성에 관하여 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 건조된 파우더와 PVB(Ferro B73305) 의 비율을 무게비로 72:28로 혼합하여 Doctor Blade 법으로 Tape Casting을 하여 70 ㎛로 시트를 뽑아냈다. 내부전극은 90Ag/10Pd (Daejoo DS-9165IE) 전극을 이용하였으며 출력측을 interdigital 구조로 3층으로 적층하였다. 적층된 시트를 70 ℃에서 300 kgf/cnf의 압력으로 일축성형 한 후 340 笆에서 3시간 동안 Bum Out 과정을 거치고, 940 ℃ 에서 2시간 동안 소결하였다.
이론/모형
- 측정한 것이다. 효율의 측정은 각 부하저항에서 20분간 구동후, 입력측과 출력측의 전력을 측정하여 H-Pout/PinXlOO %식으로 계산하였다. 130 Q 의 부하저항에서 가장 높은 97.
성능/효과
- 1. 적층 압전변압기의 임피던스 특성곡선의 입력단은 fr=70.15 kHz, fa=76.9 kHz 출력단은 fr=73.65 kHz, fa=76.95 kHz의 공진 및 반공진 주파수를 나타내었다.
- 2. 주파수와 부하저항에 따른 승압비를 측정한 결과 50 Q, 100 Q, 130 Q, 200 Q의 부하저항과 69 -70 kHz의 주파수에서 최대 승압비가 0.46, 0.52, 0.58, 0.69를 나타내었다.
- 압전변압기의 압전 및 구동 특성을 나타내었다. 20분 구동후, 입력전압 320 V, 입력전류 64 mA, 출력전압 52 V, 출력전류382 mA 출력전력 20 W, 온도상승 19.7 ℃ 효율 97.3 %로 안정적인 구동이 가능하였다.
- 3. 입력전압과 부하저항에 따른 출력전력을 측정한 결과 입력전압이 증가할수록 출력전력이 증가하였으며, 공진저항 부근에서 비교적 큰 출력전력을 나타내었다. 또한, 매칭저항 부근인 130 Q에서 20 W까지 20 ℃미만의 온도상승을 보임으로서 안정적인 20 W급 적층 압전변압기로의 적용 가능성을 확인하였다.
- 입력전압과 부하저항에 따른 출력전력을 측정한 결과 입력전압이 증가할수록 출력전력이 증가하였으며, 공진저항 부근에서 비교적 큰 출력전력을 나타내었다. 또한, 매칭저항 부근인 130 Q에서 20 W까지 20 ℃미만의 온도상승을 보임으로서 안정적인 20 W급 적층 압전변압기로의 적용 가능성을 확인하였다.
- 본 실험에서 제작한 조성세라믹은 940 ℃의 낮은 소결 온도에서 전기기계결합계수kp가 0.59이고, 기계적품질계수Qm가 1, 354으로 매우 높아 고출력 압전변압기로 적용하기에 우수한 특성을 나타내었다. 그림 1은 적층 압전변압기의 크기 및 구조, 모양을 나타낸 것이다.
- 부하저항은 50 Q, 100 Q, 130 Q, 200 Q을 사용하여 측정하였다. 부하저항의 증가에 따라 승압비는 증가하는 특성을 보였고 부하저항이 클수록 승압비는 다소 높은 주파수에서 나타났으며 승압비도 커지는 특성을 보였다. 이러한 결과는 압전변압기의 일반적인 특성으로 부하저항의 증가에 따라 승압비가 증가하고 이에 따라 2차측의 탄성진동이 증가하여 공진주파수가 증가흥} 기 때문이다.
- 인가된 입력전압에 따른 출력특성은 인가전압이 높아질수록 출력 또한 높아졌으며, 매칭 저항 부근인 130 Q에서 가장 높은 출력전력을 나타내었다.
- 적층 압전변압기의 온도는 출력전력이 증가함에 따라 증가하는 특성을 나타내었고, 부하저항이 증가할수록 온도상승의 폭이 커지는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 부하저항이 커지게 되면서 압전변압기의 출력 임피던스와 부하저항의 임피던스 매칭이 되지 않아 발열이 생기는 일반적인 압전변압기의 특성에 기인한 결과로 사료된다.
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