本发明涉及功率变换器emi滤波器，具体涉及一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法。
背景技术：
1、功率变换器因其器件少、成本低、尺寸小等优点被广泛应用于医疗、通信、工业等领域，但其较高的开关频率带来了严重的电磁干扰问题，则需要较大尺寸的滤波器来达到电磁干扰标准。这一方面会增加功率变换器的体积和重量，减小功率变换器的功率密度，另一方面也会增加制造功率变换器的成本。
2、传统emi滤波器件，尤其是共模电感带来的体积、重量、效率和成本问题限制了功率变换器的设计方案。压电陶瓷在谐振频率处的阻抗最小，在反谐振频率处的阻抗最大。利用压电陶瓷这种固有的谐振特性即可制成具有“选频”作用的固体元件—压电滤波器。压电滤波器结构简单，体积小，价格低廉，频带宽，具有极好的幅频和相频特性，插入损耗小，且压电陶瓷的机械振动频响都很尖锐，品质因数值很高，能够达到几千甚至几万，这是普通的lc滤波器所望尘莫及的。因此，在部分电子电路中，压电滤波器正在逐渐取代lc滤波电路。
3、采用压电陶瓷多维堆叠集成的方式设计滤波器，能够实现在抑制功率变换器电磁干扰的同时可以提高变换器功率密度，优化其成本、体积及重量。
技术实现思路
1、本发明目的：在于提供一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，该方法易于实现，能够实现多片压电陶瓷在横向和厚度方向堆叠方式的emi滤波器集成。
2、为实现以上功能，本发明设计一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，执行如下步骤s1-步骤s5，完成多片压电陶瓷在横向和厚度方向堆叠方式的emi滤波器集成。
3、步骤s1：根据压电陶瓷机电耦合特性，建立横向和厚度振动模态下单片压电陶瓷机电耦合模型；
4、步骤s2：根据压电陶瓷在横向和厚度振动模态下的力-电耦合关系，建立单片压电陶瓷多自由度振动模态下机电耦合方程；
5、步骤s3：建立压电陶瓷多自由度振动模态下阻抗、尺寸、材料参数和机电模型参数的关联性函数；
6、步骤s4：根据干扰噪声频谱，确定构成emi滤波器的多片压电陶瓷在横向和厚度方向进行多维度堆叠的堆叠方式；
7、步骤s5：设定优化准则函数，求解出多自由度振动模态下每片压电陶瓷的最优尺寸，实现多片压电陶瓷在横向和厚度方向多维堆叠方式的emi滤波器集成。
8、作为本发明的一种优选技术方案：步骤s1中所述的机电耦合模型为一个机电五端口网络。
9、作为本发明的一种优选技术方案：步骤s2中所述的机电耦合方程如下式：
10、
11、其中f1、f2为作用于压电陶瓷z方向上下端面的外力，f3、f4为作用于压电陶瓷x方向前后端面的外力，ρ为压电陶瓷材料密度，v为弹性波在压电陶瓷中的传播速度，k为弹性波在压电陶瓷中的波数，st、sr分别为压电陶瓷平行于x-o-y面、y-o-z面的截面积，a、b、t为压电陶瓷长、宽、高，u为压电陶瓷z方向上下端面所加电压，nt、nr为横向和厚度振动模态输入端机电转换系数，ct、cr为横向和厚度振动模态输入端的一维截止电容，vt1、vt2为压电陶瓷厚度振动端面处的振动速度，vr3、vr4为压电陶瓷横向振动端面处的振动速度，j为虚数单位。
12、作为本发明的一种优选技术方案：nt、nr、ct和cr的表达式如下：
13、
14、其中h33为压电常数分量，为恒应变条件下的介电隔离率分量，d31是横向压电系数，d33是纵向压电系数，为弹性柔顺常数，是恒定应力下的介电常数分量。
15、作为本发明的一种优选技术方案：步骤s4中所述的emi滤波器，其对应的机电模型各压电陶瓷堆叠面对应的力学端口连接，非堆叠面对应的力学端口短接。
16、作为本发明的一种优选技术方案：步骤s5中所述的优化准则函数为：
17、
18、其中，q为残差最小平方和；acm(f；ai,,bi,ti)为压电陶瓷i能够达到的衰减值，f为压电陶瓷谐振频率，ai,,bi,ti分别为压电陶瓷i的长,宽,高；aneed(f)为通过干扰测试所需要的衰减值；n为emi滤波器中的压电陶瓷数量。
19、作为本发明的一种优选技术方案：基于给定功率变换器emi干扰频段和抑制幅值，设置压电陶瓷的最优尺寸求解的约束条件。
20、本发明还设计一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如上所述的方法。
21、本发明还设计一种电子设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述方法的指令。。
22、有益效果：相对于现有技术，本发明的优点包括：
23、本发明所设计的基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，通过构建单片压电陶瓷多自由度振动模态下的机电耦合模型，列出阻抗表达式；建立压电陶瓷多自由度振动模态下的机电耦合方程；建立压电陶瓷多自由度振动模态下阻抗、物理尺寸、材料参数和机电模型参数的关联性函数；求解出多自由度振动模态下压电陶瓷最优尺寸；实现多片压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成。
1.一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，执行如下步骤s1-步骤s5：
2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，步骤s1中所述的机电耦合模型为一个机电五端口网络。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，步骤s2中所述的机电耦合方程如下式：
4.根据权利要求3所述的一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，nt、nr、ct和cr的表达式如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，步骤s4中所述的emi滤波器，其对应的机电模型各压电陶瓷堆叠面对应的力学端口连接，非堆叠面对应的力学端口短接。
6.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，步骤s5中所述的优化准则函数为：
7.根据权利要求6所述的一种基于压电陶瓷多维堆叠方式的emi滤波器集成方法，其特征在于，基于给定功率变换器emi干扰频段和抑制幅值，设置压电陶瓷的最优尺寸求解的约束条件。
8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，其特征在于，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1至7中任一所述的方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至7中任一所述方法的指令。
