基于挠性覆铜箔的平面无源集成LC单元设计
时间：10-29
来源：互联网
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2 仿真和实验
本文制作了一台基于交错并联挠性覆铜箔材料的集成谐振LC单元样机，如图5所示。该样机选用天通公司的CI14/13磁芯；集成LC单元的材料选用咸阳众鑫电子材料有限公司的挠性覆铜箔聚酯薄膜。具体参数如表1所示。
集成LC单元的制作方式如图3所示，制作的2个四层集成LC单元，测得每个集成LC单元的电感值为3.6 ?滋H，电容值为0.37 nF，按照参考文献中大电感大电容的串联方式连接计算得到电感为14.3μH、电容为0.83 nF。按照大电感大电容的并联方式连接得到电感值为57.1 μH、电容为0.21 nF，样机计算的参数如表2所示。
由于介电常数较小、集成的电容值小，但所集成的器件计算出来的谐振频率比较大，频率达到几MHz以上。实验用的仪器为洤华仪器有限公司的3 255自动电子零件分析仪，可以测得的最高谐振频率为200 kHz。所以在实际测量时需要额外增加辅助电感和电容使它们的谐振频率在200 kHz以下。附加的电感和电容如图6(a)所示，串联结构的集成LC中2个单元电感值为15 μH，电容值为0.75 nF，计算集成器件的谐振频率是1.52 MHz。在集成LC单元串联结构中附加串联了80 μH电感和10 nF的电容后，集成器件的谐振频率实际测量为160 kHz。
同样实验测量并联结构的集成LC中2个单元的电感值为60 μH，电容值为0.2 nF，计算集成器件的谐振频率是1.45 MHz，如图6(b)在集成LC单元并联结构中附加并联了22 nF的电容后，实际测量集成器件的谐振频率为140 kHz。实际仪器所测量的加了辅助电感、电容的串联谐振和并联谐振的谐振点的值如表2所示。
对附加后的串联集成结构和并联集成结构进行了PSPICE仿真，仿真曲线如图7所示，串联谐振频率为166.725 kHz，并联谐振频率为137.088 kHz。所得的结果与实际测量的结果接近，证明样机设计比较符合预期效果。如果选用比较高的介电常数，如Y5V、X7R等材料，能够得到几百nF甚至?滋F级别以上的电容值，可以不用再附加电感和电容。
本文提出的一种新型的集成LC结构，是基于挠性覆铜箔多层交错的多个单元的集成结构，并且可以放到CI型磁芯里。制作了样机并对其参数进行了实验验证，实验结果表明此实现方法的有效性。这种结构可以放到各种谐振变换器的电路中作为谐振部分。如果选用高磁导率的CI型磁芯或选用大的CI型磁芯，可进一步提高电感值，选用比较高的介电常数，可进一步提高电容值，这两方面的提高对于无源集成更有现实意义。通过对层数和单元数的调整，以及不同单元的连接方式，可以得到不同的电感值和电容值，对于无源元件的选值更具有灵活性。
本文制作了一台基于交错并联挠性覆铜箔材料的集成谐振LC单元样机，如图5所示。该样机选用天通公司的CI14/13磁芯；集成LC单元的材料选用咸阳众鑫电子材料有限公司的挠性覆铜箔聚酯薄膜。具体参数如表1所示。
集成LC单元的制作方式如图3所示，制作的2个四层集成LC单元，测得每个集成LC单元的电感值为3.6 ?滋H，电容值为0.37 nF，按照参考文献中大电感大电容的串联方式连接计算得到电感为14.3μH、电容为0.83 nF。按照大电感大电容的并联方式连接得到电感值为57.1 μH、电容为0.21 nF，样机计算的参数如表2所示。
由于介电常数较小、集成的电容值小，但所集成的器件计算出来的谐振频率比较大，频率达到几MHz以上。实验用的仪器为洤华仪器有限公司的3 255自动电子零件分析仪，可以测得的最高谐振频率为200 kHz。所以在实际测量时需要额外增加辅助电感和电容使它们的谐振频率在200 kHz以下。附加的电感和电容如图6(a)所示，串联结构的集成LC中2个单元电感值为15 μH，电容值为0.75 nF，计算集成器件的谐振频率是1.52 MHz。在集成LC单元串联结构中附加串联了80 μH电感和10 nF的电容后，集成器件的谐振频率实际测量为160 kHz。
同样实验测量并联结构的集成LC中2个单元的电感值为60 μH，电容值为0.2 nF，计算集成器件的谐振频率是1.45 MHz，如图6(b)在集成LC单元并联结构中附加并联了22 nF的电容后，实际测量集成器件的谐振频率为140 kHz。实际仪器所测量的加了辅助电感、电容的串联谐振和并联谐振的谐振点的值如表2所示。
对附加后的串联集成结构和并联集成结构进行了PSPICE仿真，仿真曲线如图7所示，串联谐振频率为166.725 kHz，并联谐振频率为137.088 kHz。所得的结果与实际测量的结果接近，证明样机设计比较符合预期效果。如果选用比较高的介电常数，如Y5V、X7R等材料，能够得到几百nF甚至?滋F级别以上的电容值，可以不用再附加电感和电容。
本文提出的一种新型的集成LC结构，是基于挠性覆铜箔多层交错的多个单元的集成结构，并且可以放到CI型磁芯里。制作了样机并对其参数进行了实验验证，实验结果表明此实现方法的有效性。这种结构可以放到各种谐振变换器的电路中作为谐振部分。如果选用高磁导率的CI型磁芯或选用大的CI型磁芯，可进一步提高电感值，选用比较高的介电常数，可进一步提高电容值，这两方面的提高对于无源集成更有现实意义。通过对层数和单元数的调整，以及不同单元的连接方式，可以得到不同的电感值和电容值，对于无源元件的选值更具有灵活性。