[发明专利]一种基于压电陶瓷材料的电感及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电感器件，尤其涉及一种基于压电陶瓷材料的电感及其应用。

背景技术

电感器件是专门用在电路里实现电感的电路元件，现有的电感元件是由电导材料盘绕磁芯制成，典型的如铜线，也可把磁芯去掉或者用铁磁性材料代替。比空气的磁导率高的芯材料可以把磁场更紧密的约束在电感元件周围，因而增大了电感。电感有很多种，大多以外层瓷釉线圈(enamel coated wire)环绕铁氧体(ferrite)线轴制成，而有些防护电感把线圈完全置于铁氧体内。一些电感元件的芯可以调节，由此可以改变电感大小。小电感能直接蚀刻在PCB板上，用一种铺设螺旋轨迹的方法。随着无线通信的发展，越来越多的设备追求小型化，低成本，低耗能，对电路的集成度提出了进一步的要求。而现有的传统电感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。

发明内容

本发明的目的是提供一种能满足集成电路对电感需求的基于压电陶瓷材料的电感及其应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于压电陶瓷材料的电感，采用压电陶瓷材料制成以下任一种形状的压电元件：

矩形、圆盘形、圆环形、三角形和梯形，所述压电元件的两个表面分别设置一对上电极和下电极。

本发明的上述的基于压电陶瓷材料的电感的应用，用于压电变压器驱动中的容性补偿。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于压电陶瓷材料的电感及其应用，由于采用压电陶瓷材料制成矩形、圆盘形、圆环形、三角形或梯形的压电元件，便于集成，具有体积小、重量轻、结构简单、不用铜铁材料、不怕受潮、不会燃烧、不受电磁干扰、能量密度大等优点，可以一定程度上满足集成电路对电感的需求。

附图说明

图1a、图1b、图1c、图1d分别为本发明实施例提供的矩形、长条形、圆盘形、圆环形的基于压电陶瓷材料的电感的结构示意图。

图2为本发明实施例中矩形压电电感器轮廓辐射振型示意图。

图3为本发明实施例中矩形压电电感器45kHz到110kHz阻抗相角有限元仿真和实验测试结果示意图。

图4a为本发明实施例中矩形压电电感器轮廓辐射振型等效电感、等效电阻和阻抗相角示意图。

图4b为图4a中虚线部分的放大图。

图5a为本发明实施例中矩形压电陶瓷电感。

图5b为本发明实施例中压电陶瓷电感用于压电变压器驱动中的容性补偿的等效原理图。

图6为本发明实施例中压电变压器在矩形压电陶瓷电感补偿前后的阻抗相角变化。

图7a为本发明实施例中压电变压器在矩形压电陶瓷电感补偿前的电压和电流波形图，电压滞后于电流。

图7b为本发明实施例中压电变压器在矩形压电陶瓷电感补偿后的电压和电流波形图，电压超前电流。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的基于压电陶瓷材料的电感，其较佳的具体实施方式是：

采用压电陶瓷材料制成以下任一种形状的压电元件：

矩形、圆盘形、圆环形、三角形或梯形，所述压电元件的两个表面分别设置一对上电极和下电极。

所述矩形包括正方形和长条形。

该基于压电陶瓷材料的电感在振动模态工作的振动模式包括以下任意一种或多种：

长条形振动模式、径向振动模式、厚度振动模式、辐射振动模式。

本发明的上述的基于压电陶瓷材料的电感的应用，其较佳的具体实施方式是：

用于压电变压器驱动中的容性补偿，也可以用于其它任何应用电感的场合。

本发明的基于压电陶瓷材料的电感，针对压电材料在谐振状态从容性到感性再到容性过程中，存在感性状态的特征，根据不同频率的需求，设计相应的压电陶瓷电感器。

与电磁式电感相比，压电陶瓷电感利用压电材料在谐振状态从容性到感性再到容性过程中，存在感性状态的特征，根据不同频率的需求实现相应的压电陶瓷电感器。压电陶瓷电感便于集成，具有体积小、重量轻、结构简单、不用铜铁材料、不怕受潮、不会燃烧、不受电磁干扰、能量密度大等优点，可以一定程度上满足集成电路对电感的需求。

压电电感的工作原理是利用压电陶瓷的压电效应将施加的固有频率的电压，转换成机械振动，使得压电陶瓷工作在感性状态。压电电感器根据压电陶瓷的工作方式大致可以分成四种类型:长条形振动模式型、径向振动模式型、厚度振动模式型和辐射振动模式型。