【摘 要】
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近年来,各种智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携电子设备不断更新换代,由于电子元器件的小型化、轻量化以及电子产品内部组件的多功能化,使得众多电子产品整体较为轻薄,从而吸引了大量用户购买使用。电源系统是各种电子设备中不可或缺的重要部分,电源系统在给设备供能的同时,它的性能也决定了电子设备的工作效率。为了契合目前高度集成的电子设备发展要求,电源供电模块的小型化成为了一个不可忽视的问题。一般来说在传统的
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近年来,各种智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携电子设备不断更新换代,由于电子元器件的小型化、轻量化以及电子产品内部组件的多功能化,使得众多电子产品整体较为轻薄,从而吸引了大量用户购买使用。电源系统是各种电子设备中不可或缺的重要部分,电源系统在给设备供能的同时,它的性能也决定了电子设备的工作效率。为了契合目前高度集成的电子设备发展要求,电源供电模块的小型化成为了一个不可忽视的问题。一般来说在传统的开关式DC/DC变换器中,表贴的磁性器件占据了大部分的面积,尤其是电感。低温共烧陶瓷（LTCC）技术兼备将器件小型化、设计灵活、成本较低、集成度高等优势。运用低温共烧陶瓷（LTCC）技术将电感内埋至LTCC基板内部,则可以大大减小电感在DC/DC变换器模块中的体积占比,有利于电源系统小型化的实现。一般来说,在电路中电感的体积较大,为了设计出一款性能好、体积小的电感,在使用LTCC技术制作DC/DC变换器基板时,考虑到内埋电感LTCC基板磁性材料的性能,选择自主研发一款契合本DC/DC变换器电路本身,具有对应的磁导率,且能够与银电极（961℃）匹配共烧,并在10 MHz以下保持良好的电磁性能的新型铁氧体材料。Ni Cu Zn铁氧体的烧结温度较低,能够用于低温共烧电子元器件的制作。首先,研究了低浓度下Bi2O3掺杂在不同温度条件下对Ni Cu Zn铁氧体材料微观结构与电磁性能的影响,然后选用定量的Bi2O3（0.3wt%）,使用Mo2O3、Co2O3、V2O5等掺杂剂对Ni Cu Zn铁氧体进行复合掺杂,进一步研究在不同温度条件下材料的微观结构与电磁性能。最后,选用定量的Bi2O3（0.25wt%）,加入不同量的Sb2O3作为掺杂剂,在900℃的条件下对Ni Cu Zn铁氧体进行低温烧结。系统的研究了Sb2O3对其相组成、微观结构和电磁性能（介电损耗tanδε、磁导率μ’和截止频率fr）的影响。最终得到一款磁导率为μ’=63,截止频率fr=134 MHz的Ni Cu Zn铁氧体材料,这些优良的参数不仅能够满足本文LTCC内埋电感基板材料的设计指标,也有望作为制作高频电子元器件的候选材料。本文旨在设计仿真一种基于低温共烧陶瓷（LTCC）技术的DC/DC变换器,首先根据DC/DC变换器的电路工作原理,分析如何使电源小型化。在开关电源中,分别有Buck型DC/DC变换器以及Boost型变换器。采用Altium Designer 20软件绘制Buck型DC/DC变换器以及Boost型DC/DC变换器的外围电路,并且得到相应的PCB版图并开板,完成外围电路的焊接,进行相应测试。同时对两种DC/DC变换器电路进行仿真优化,得到了两款尺寸均为3 mm×3 mm的PCB板。Buck型DC/DC变换器输入电压为3-5.75 V,输出电压为3 V;Boost型DC/DC变换器输入电压为0.8-3.7 V,输出电压为5 V;开关的工作频率均为2.4 MHz。最后,根据LTCC工艺设计准则,使用HFSS 15.0以及Maxwell软件对LTCC内埋置电感基板进行仿真设计,添加自主研发的新型Ni Cu Zn铁氧体材料的特性,分别得到两款尺寸为3 mm×3 mm×1.6 mm的LTCC内埋电感基板,实际电感量分别为0.43μH与2.29μH,最大工作电流均为1 A。
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