【摘 要】
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电源作为所有电子产品的必要模块,对其的设计要求也日渐拔高。为了解决开关电源中磁性元件占据大部分体积的问题,各类新型材料和封装技术层出不穷。低温共烧陶瓷(Low Tempera
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电源作为所有电子产品的必要模块,对其的设计要求也日渐拔高。为了解决开关电源中磁性元件占据大部分体积的问题,各类新型材料和封装技术层出不穷。低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic Technology,LTCC)作为一种新型的材料技术,不仅具有良好的温度特性和高频特性、良好的散热性而且还有损耗低、体积小、高度低、集成灵活等优点,因此在磁性器件设计中被广泛地应用于削减高度。本文以LTCC和多种三维电感结构为基础,设计并实现了四款新型小型化低温共烧陶瓷DC/DC变换器。进一步验证了LTCC集成技术在微型电源装置设计中的可行性。本文首先基于LTCC工艺流程完成了基板摸底实验并验证了用于变换器设计的LTCC铁氧体基板材料的可靠性。随后从DC/DC变换器的拓扑结构、DC/DC变换器的调制模式和DC/DC变换器的工作模式三个方面构建了DC/DC变换器,并列出了衡量变换器性能的主要参数。紧接着本论文利用两种非隔离型变换器拓扑结构设计了三款降压型DC/DC变换器和一款升压型变换器。经不断测试评估,实现了四款变换器的主控芯片微型化,较近年相关变换器中的芯片占位,节约了1/3以上的体积。随后建立了外围电路的功率电感、输入输出电容以及反馈电路,在保证电气性能的基础上削减了外围无源元件的数量。最终实现了四款DC/DC变换器的PCB测试板电路。本论文在三维螺旋电感的基础上构建了一款基础电感模型,探索了物理参数对电感值和品质因数的影响结果。并在此基础上,通过调整绕线方式建立了新型电感模型使电感体积减少了近1/4。随后通过变换物理参数之后不断优化,设计了四款变换器电感模型,既能保证在各自对应频率下高效率工作又有足够的耐电流能力。本论文对变换器加以测试后得到结果,并分析出现波纹过大问题的原因。提出加入非磁性层和基板表面层不走线的解决方案,验证了优化后的变换器模型电磁干扰大幅度降低。随后利用输出输出层与地层间距较近的创新方式代替了部分小电容,缩减了无源器件的数量,最终制作了优化版图。
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