周期偶极石压电锂酸盐共振器用于压电功率转换

随着对紧凑且高效电源转换系统需求的增加，压电功率转换器因能够用声学共振器取代笨重的磁性电感器而受到关注，从而实现更高的功率密度和 improved 效率。要实现最佳的转换器性能，需要具备高品质因子（$Q$）、强电机耦合系数（$k^2$）、高功率承载能力以及无伪信号响应的共振器。锂酸盐（LN）因其高性能因数（FoM = $Q \cdot k^2$）而在此领域成为一种有前景的材料。虽然针对单层 LN 共振器的前期研究已展示出高 FoM 值，但通常工作在较低的共振频率（$f_s$）。最近，周期性偶极石压电薄膜（P3F）结构通过叠加具有交替晶体取向的压电层，显示出在压电功率转换中既能提升工作频率，又能较单层结构实现更高 FoM 的潜力。本工作提出首个用于功率转换的 P3F 厚度延伸（TE）LN 共振器，工作频率为 19.23 MHz，实现 \textit{$k^2$} 达到 29\%，\textit{Q} 达到 3187，实现压电功率共振器中业界最先进（\textit{ $f_s \cdot Q$}) 产品。进行高功率测试以系统性研究 P3F LN 在功率应用中的非线性行为和功率承载能力。通过进一步优化，P3F TE 共振器有潜力开拓高功率和高频率功率转换的新设计空间。