基于LTCC技术的DC / DC开关电源模块小型化研究(1)
2023-12-15

开关电源作为电子系统的能源,已经广泛应用于民用、军用等领域。如今,巢湖市随着电子技术的发展和市场的需求,开关电源正朝着小型化、高频化和模块化的方向发展。电感、变压器等磁性元件作为开关电源的重要组成部分,由于体积庞大,严重限制了功率模块的小型化进程。因此,研究磁性元件的集成势在必行。本文以先进的无源集成技术低温共烧陶瓷(LTCC)为技术手段,开展嵌入式变压器磁介质基板的集成化磁集成设计,完成DC / DC开关电源模块小型化研究。

绿色模块电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了模块电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。  计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色模块电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效

为了达到小型化DC/DC开关电源模块的目的,本论文首先以开关电源电路中经典的反激拓扑结构为例,巢湖市设计了一款开关频率为1MHz,输出功率为5W的DC/DC小功率开关电源,完成了其PCB电路调试板的制作,给出不同负载条件下的测试结果,同时探讨并提出了电源小型化的可行性方案。然后针对LTCC工艺特点,以变压器的耦合系数和漏感大小为研究重点,对磁集成内埋式变压器结构性能参数进行仿真优化设计,并提出了一种新型的内埋式变压器的磁集成介质基板结构,使其耦合系数k达到了0.93。同时对负载电流、绕组线圈电感值与磁芯饱和三者之间的关系在LTCC工艺设计中进行了深入探讨,并进行合理的折中选择,使LTCC小型化DC/DC开关电源模块性能达到较好效果,完成相关设计指标要求。 依照电源电路布线规则与内埋变压器参数的设计结果,按照LTCC加工流程制作了内埋变压器的LTCC磁介质基板,并利用回流焊技术实现顶层电路与磁介质基板的一体化封装,形成开关电源模块实物并测试了相关数据,证明了LTCC小型化DC/DC开关电源方案的可行性。**对全文进行总结,指出本论文研究的不足之处及为下一步的工作提出了建议。