基于LTCC技術(shù)的電源小型化研究.pdf

1、近年來，各種電子產(chǎn)品、電子設(shè)備都向著小型化、輕型化和高可靠性的方面發(fā)展，特別是在現(xiàn)代的便攜式設(shè)備中這種趨勢(shì)顯得尤為突出。電源供電系統(tǒng)是每個(gè)電子產(chǎn)品中不可缺少的模塊，是為整個(gè)電子設(shè)備提供能量的來源。所以電源系統(tǒng)為了順應(yīng)發(fā)展的需求，也應(yīng)該需滿足小體積和高度集成化的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)中，磁性器件占據(jù)了很大的面積，是阻礙電源小型化的最主要因素。利用低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)可以將電感制作在磁性基板的內(nèi)部，同時(shí)電路的其他電路可以印制在基板的表

2、面，這樣磁性基板既是電路的載體，同時(shí)也是電路元器件的組成部分。本文中以常見的Buck型DC-DC變換器電路為例，對(duì)利用LTCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電源小型化的過程進(jìn)行了詳細(xì)的論述。
　　首先，介紹了開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路工作原理，解析了采用 LTCC技術(shù)實(shí)現(xiàn)電源小型化的技術(shù)難點(diǎn)了，提出了采用 LTCC技術(shù)制造變換器電路中電感時(shí)對(duì)磁性材料要求。在電源電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，完成了對(duì)整個(gè)DC-DC變換器電路各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)工作，并通過仿真對(duì)變換器電路性

3、能進(jìn)行優(yōu)化。最后得到了一款3-5 V輸入電壓，1.8 V輸出電壓，2 A最大工作電流為的DC-DC壓降型變換器電路。通過選擇2 MHz的開關(guān)頻率，減少外圍電路。
　　對(duì)功率電感進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用匹配共燒技術(shù)將非磁性的氣隙層加入磁性材料中間，提高了電感的直流偏置能力。對(duì)含有氣隙層的電感的等效電路原理圖進(jìn)行了分析，將自己開發(fā)的磁導(dǎo)率為70的磁性材料的參數(shù)帶入Ansoft Maxwell軟件中進(jìn)行仿真，研究了材料性質(zhì)和氣隙層數(shù)對(duì)功率電感直

4、流偏置特性的影響。最后設(shè)計(jì)了一款能夠滿足電路需要的電感值為1.2μH，飽和電流大于2 A的疊層電感。
　　最后對(duì)結(jié)合電路和電感的結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)變換器基板進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入了金屬屏蔽層減少了底層磁性器件工作時(shí)對(duì)表面線路產(chǎn)生的影響。將基板表面的電路制作在非磁性的材料上，減少了線路之間的耦合。整個(gè)變換器的體積為：20 mm×15 mm×1 mm，最后對(duì)整個(gè)小型化的DC-DC變換器模塊測(cè)試的結(jié)果為輸出電壓1.8 V，能