[发明专利]一种多振动模式下压电材料等效电路建模及参数提取方法

说明书

本发明公开了一种多振动模式下压电材料等效电路建模及参数提取方法，包括以下步骤：建立多振动模式下的压电材料阻抗等效电路拓扑；通过矢量网络分析仪提取压电材料相应振动模式下的阻抗数据；根据相应振动模式下压电材料阻抗等效电路拓扑列出阻抗表达式；采用差分进化算法对等效电路的参数进行提取；获取相应振动模式下等效电路的最优电阻电感电容RLC参数值；根据压电材料等效电路与压电材料参数的关系，计算各振动模式对应的压电材料参数。本发明实现了对多振动模式下压电材料的等效电路建模，并通过压电材料等效电路与压电材料参数的关系，实现对相应振动模式下材料参数的高精度提取。

技术领域

本发明涉及多振动模式下压电材料的建模方法，具体涉及一种多振动模式下压电材料等效电路建模及参数提取方法。

背景技术

开关电源以其低制造成本、低重量、小体积等优点取代了线性电源，广泛应用于从小型电子设备到大型工业设备的各个领域，但其较高的开关频率带来的严重的电磁干扰。而在开关电源中加入滤波器及相关组件等是当前主流的抑制电磁干扰措施，但这不仅限制了开关电源的设计方案，且增加了其体积和重量。同时考虑到开关电源中宽禁带半导体技术(如GaN、SiC)的应用趋势，该问题将变得更加严重。一方面宽禁带半导体的低开关损耗与高开关频率，提高了开关电源的功率密度，另一方面该技术又导致较大的电压变化率du/dt，加剧了电磁干扰，需要更大尺寸的EMI滤波器进行干扰抑制。因此，可靠、有效的电磁干扰抑制措施得到了越来越多的关注，尤其是兼顾抑制效果与功率密度的新技术对使用宽禁带半导体技术的开关电源特别有吸引力。

压电材料在其谐振频率下可以产生一个低阻抗的传播路径，实现离散的扰动峰值的衰减，在谐振频率外阻抗特性又与电容相似，因此可替代电容使用。同时压电材料在工作过程中往往伴随多个方向上的振动，存在多个谐振，利用这一特性可实现多个噪声频点的抑制。因此，将压电材料其应用于开关电源的EMI噪声抑制，有助于优化滤波器尺寸，提高开关电源的功率密度。

综上所述，如何实现对多振动模式下压电材料等效电路进行建模研究并提取材料参数，对进一步提高压电材料利用效率、实现材料阻抗谐振设计以及指导压电材料加工有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种多振动模式下压电材料等效电路建模及参数提取方法，该方法提供了多振动模式下压电材料等效电路模型拓扑，并根据压电材料等效电路与压电材料参数的关系，从而高精度提取各振动模式对应的压电材料参数。

技术方案：本发明的多振动模式下压电材料等效电路建模及参数提取方法，包括以下步骤：

(1)建立多振动模式下的压电材料阻抗等效电路拓扑；

(2)通过矢量网络分析仪提取压电材料相应振动模式下的阻抗数据；

(3)根据相应振动模式下压电材料阻抗等效电路拓扑列出阻抗表达式；

(4)采用差分进化算法对等效电路的参数进行提取；

(5)获取相应振动模式下等效电路的最优电阻电感电容RLC参数值；

(6)根据压电材料等效电路与压电材料参数的关系，计算各振动模式对应的压电材料参数。

步骤(1)中，所述多振动模式下的压电材料阻抗等效电路拓扑为多个串联连接的结构相同的等效电路拓扑。

多个所述等效电路拓扑中第i个等效电路拓扑包括电容C_i、电容C_mi、电阻R_mi、电感L_mi；所述电容C_i一端连接电阻R_mi一端，电容C_i另一端连接电容C_mi一端；所述电阻R_mi另一端与电感L_mi一端相连，电感L_mi另一端与电容C_mi另一端相连。