利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法

本发明涉及电源设计领域，特别涉及利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法。

背景技术：

1、开关电源相对于线性电源已经占据了市场主导地位，尤其在高功率应用和现代电子设备中。但是开关电源也有着自身的缺点，开关电源的工作原理涉及在高频率下进行开关操作，这种开关操作可以引起电磁兼容性相关的问题。为了满足电磁干扰标准，通常使用体积较大的滤波器，这不仅增加了开关电源的体积和重量，降低了其功率密度，同时也提高了制造成本。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，根据开关电源的开关频率对方形压电陶瓷的谐振频率进行设计，并更高效的抑制开关电源的emi噪声同时提升开关电源效率。

2、技术方案：本发明的一种利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，包括：

3、获取开关电源的开关频率；

4、在开关电源中引入方形压电陶瓷，根据方形压电陶瓷的等效电路和材料参数构建方形压电陶瓷谐振频率与几何尺寸之间的关系模型；

5、设计方形压电陶瓷的谐振频率与开关电源的开关频率相同，根据构建的关系模型和开关电源的开关频率，计算方形压电陶瓷在谐振频率处的几何尺寸；

6、引入共模电感，利用方形压电陶瓷和共模电感相互配合构成开关电源中的滤波器，以抑制开关电源中的emi噪声。

7、进一步，所述关系模型的表达式如下：

8、

9、其中，c0、cm、lm为方形压电陶瓷等效电路中的参数，分别表示并联电容、动态电容和动态电感，是恒定应力下的介电常数分量，kp是机电耦合系数，σe为泊松比，δ为波矢量，ρ为体积密度，为弹性柔顺常数，h为奇次谐波系数，f为方形压电陶瓷的谐振频率；a、c为方形压电陶瓷的尺寸参数，方形压电陶瓷的边长为2a，厚度为2c。

10、进一步，设计方形压电陶瓷的谐振频率与开关电源的开关频率相同，根据构建的关系模型和开关电源的开关频率，计算方形压电陶瓷在谐振频率处的几何尺寸包括：

11、将方形压电陶瓷的谐振频率与开关电源的开关频率保持一致，即将f＝开关电源的开关频率代入至关系模型中，以及根据已知压电陶瓷的材料参数kp、σe、ρ、计算得到方形压电陶瓷的尺寸参数a和c。

12、进一步，获取开关电源的开关频率包括：

13、通过脉冲宽度调制波控制开关电源中场效应管的开关频率和占空比，从而控制开关电源的开关频率和输出电压，根据设定的脉冲宽度调制波获取开关电源的开关频率。

14、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

15、本发明利用方形压电陶瓷在其谐振频率下有低阻抗传播路径的特性，建立了方形压电陶瓷模型，在此建模下，再根据开关电源的频率去调整方形压电陶瓷的尺寸，让开关电源的频率与方形压电陶瓷的谐振频率相匹配；此外，利用方形压电陶瓷的电容性能在特定频率上提供有选择性的抑制，有更好的滤波效果，本发明使用体积更小的共模电感与方形压电陶瓷相配合，满足相关的电磁干扰标准，让压电陶瓷具有减小开关电源尺寸、重量和成本的潜力，实现了对开关电源更高效的emi抑制，同时提升了开关电源的效率降低了开关电源的成本，减小了开关电源的体积。

技术特征：

1.利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，其特征在于，所述关系模型的表达式如下：

3.根据权利要求2所述的利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，其特征在于，设计方形压电陶瓷的谐振频率与开关电源的开关频率相同，根据构建的关系模型和开关电源的开关频率，计算方形压电陶瓷在谐振频率处的几何尺寸包括：

4.根据权利要求1所述的利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，其特征在于，获取开关电源的开关频率包括：

技术总结
本发明公开了利用方形压电陶瓷谐振特性的开关电源电磁干扰抑制方法，包括：获取开关电源的开关频率；在开关电源中引入方形压电陶瓷，根据方形压电陶瓷的等效电路和材料参数构建方形压电陶瓷谐振频率与几何尺寸之间的关系模型；设计方形压电陶瓷的谐振频率与开关电源的开关频率相同，根据构建的关系模型和开关电源的开关频率，计算方形压电陶瓷在谐振频率处的几何尺寸；引入共模电感，利用方形压电陶瓷和共模电感相互配合构成开关电源中的滤波器，以抑制开关电源中的EMI噪声。本发明通过在开关电源中引入方形压电陶瓷实现了对开关电源更高效的EMI抑制，同时提升了开关电源的效率降低了开关电源的成本，减小了开关电源的体积。

技术研发人员：章涛,刘健犇,周孟夏,刘艳,李妮,倪园,赵军,程彬,颜伟
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17