压电变压器以其功率密度高、结构简单、成本低等优势,越来越能满足信息处理、通讯和电源设备小型化的需求。在商业化应用过程中,压电变压器设备的发展,不仅取决于自身性能的不断提升,还强烈依赖于外围驱动技术的研究。压电变压器驱动时需要在驱动电路和压电变压器之间加一匹配网络,实现零电压驱动,降低开关损耗,提升整体性能。通常该匹配网络为一电感元件,与压电变压器用来取代电磁变压器的目的相矛盾,解决这一问题的关键在于研究出基于压电变压器的无电感驱动拓扑结构。本论文利用压电陶瓷在共振与反共振频率之间表现出的良好感性行为,作为半桥逆变器与压电变压器之间的串联电感,避免了传统的大体积磁性元件的使用。同时采用压电滤波器对驱动中的高次谐波进行滤波,进一步提升驱动电路以及压电变压器的工作效率。最终结合压电电感与压电滤波器组成压电匹配网络,提出一种特殊设计的开关驱动波形,通过调节波形的频谱分量,降低压电滤波器的设计复杂性,发展了一种基于压电变压器的新型无电感驱动拓扑结构。本论文的主要研究内容和结论如下：一、结合压电器件的阻抗仿真和实验数据,提出了压电电感的概念,通过优化选取压电陶瓷材料制作了压电电感,并将其成功用于压电变压器工作频率下的容性阻抗补偿。现有的传统电感器件基于线圈绕制的技术原理使得制造工艺复杂,体积庞大,从面积到成本都严重制约着集成电路的发展。压电电感体积小、重量轻、结构简单、不易燃、不受电磁干扰等优点,可以一定程度上满足集成电路对电感的需求。二、为了深入分析压电耦合器件的电感特性及其影响因素,论文在集总参数条件下建立了压电耦合器件的导纳方程,推导出导纳呈感性特征的频率范围,并得出影响导纳感性特征的参数。该理论分析使我们对机电模型的阻抗变化有了新的认识,也为压电电感的设计提供了理论指导。三、首次在压电变压器驱动中使用压电滤波器,大大提高了整体系统的驱动效率。研究发现对半桥逆变器输出方波中的高次谐波进行滤波,可以避免激励出压电变压器的寄生模态,降低驱动电路的开关损耗。传统的LC滤波器需要采用多个无功器件(包括电感元件),而本文进行谐波滤波的压电滤波器,在大大提升整体效率的同时,其成本低,频带宽,插入损耗小,有利于后期的器件小型化。四、基于整体驱动性能的权衡考虑,理论分析了功放驱动压电变压器时的最佳驱动波形。理想情况下正弦波驱动压电变压器是最佳选择,但正弦波驱动电路制作复杂,效率低。而方波驱动对驱动电路来说是最高效的,但是要保证压电变压器的正弦驱动,则需滤除的谐波次数过多,不利于压电滤波器的设计。论文以推挽型功放电路为基础,加入滤波器结构,分析了各种谐波叠加驱动信号对整体驱动性能的影响,最终得出波形函数为a(sin(ω)+(1/6)sin(3ωt))时的驱动电路最佳。五、结合压电电感与压电滤波器构成纯压电匹配网络,根据特殊设计的开关驱动波形,发展了一种基于压电变压器的新型无电感驱动拓扑结构。该拓扑结构通过压电滤波器滤除驱动信号中的高次谐波,然后由压电电感对基频信号下压电变压器和压电滤波器的容性阻抗进行匹配补偿。同时,为了降低压电滤波网络的设计复杂度,采用全桥驱动电路设计出一种新型开关驱动波形。该驱动波形为正负交替的周期性矩形波脉冲序列,可通过调节占空比改变其频谱分量,使其只包含基频和三倍频,并抑制其他高次谐波成分,因此只需要三倍频谐波滤波即可。该新型驱动拓扑结构简单,无需任何电磁元件,为解决PT的无电感驱动问题提供了一个全新的思路。论文采用这种无电感驱动拓扑结构,制作了样机进行实验,输入功率14.5 w时,整体系统的驱动效率为76.3%。论文分析了效率不够理想的影响因素,为后续的发展研究指明了方向。