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微型直流变换器中的薄膜电感器设计制造

 2014-11-17 16:31:22 浏览量:0

  [大比特导读]文章介绍了一种用于超小型直流变换器的,不同于由磁芯、绕制线圈组成的立体式磁性器件的薄膜型电感器.由这种电感器和半导体器件构建的微型直流变换器被安装在同一薄膜基片上.这种部件的设计和生产工艺技术类似于半导体器件的加工生产.在此,探讨微型薄膜电感器的结构特点与设计,所需材料及其制造工

  1 引言

  随着移动通信和手提电脑等为代表的多种便携式轻小型电子产品市场的不断扩大,以及采用通讯方式将多种数据与图像进行自由组合传输的多媒体技术的蓬勃发展,越来越强烈地要求这些便携式电子设备减小体积,减轻重量,并要求其性能更先进、优良.这些可移动、便携式电子产品的供电系统基本上都是采用容量大,使用寿命长的镍氢电池或锂离子电池.因为微小型化电子设备与其它许多大中型电子设备一样实现了多功能化,是由多种功能元器件组装而成的.为此,需要将单一的供电电压设计成多种电压要求的供电电压,其常用的方法是通过DC/DC直流变换器进行升压、降压或者转换,从而为各种器件供应电能.这一类直流变换器由半导体开关、控制用集成电路(IC)、整流二极管等半导体器件以及电感器、变压器等磁性元件和电容器组成.众所周知,提高半导体开关的开关频率,可以减小这类变换器的体积,但是,即使如此,电源系统在电子设备中所占的体积重量的比例仍然是较大的.由于电子设备中所用电路的集成度不断提高,故对电源系统的轻小型化要求就尤为迫切.这种需求,促进了薄膜电感器、薄膜变压器这类轻小薄型化元件的开发,使得不同于使用块状磁芯和绕制线圈组成的体积式磁性元件的许多新设计结构、新工艺技术得到快速发展,不断适应了电源小型化、低高度的要求.轻小薄型化磁性元件的不断创新,向前推进,还有赖于半导体器件制造技术和集成电路设计制造技术转移所做出的贡献,使得磁性元件可以与半导体器件集成安装在同一单片上.但是,虽然在轻小薄型化方面,磁性元件不断有新产品推出,其结构和制造工艺技术都有创新,而相对于其它两类无源阻容元件而言,薄膜磁性元件的规模要小得多,与其需求也有相当的距离,所以,轻小薄型化磁心元件的研发仍是电子元件工作者的重要责任.本文推介一种直流变换器采用的小型化薄膜电感器.

  2 一种超小型薄膜电感器的结构设计

  2.1 电感器参数选择

  本电感器设计所选取的参数是:变换器的开关频率设定为MHz级.根据电源的规格需要,电感值L为1μH,电流在100mA以上;为了保证和提高电源变换效率,线圈的直流电阻Rdc为1Ω左右,品质因数Q(=ωL/R)为10左右,式中ω—角频率,R—损耗电阻值.

  2.2 薄膜电感器的基本结构

  众所周知,在通常情况下,把磁性元件置于高频交变磁场中时,会因为磁场变换而产生磁滞损耗和涡流损耗,为了保证磁性元件的工作效率,必须尽量减少这些损耗.而降低磁性元件动态损耗的最有效手段并不是通过磁畴壁的移动,而是通过磁化回转完成磁化过程实现的.但是,采用平面薄膜线圈结构的薄膜电感器,要利用磁化回转降低动态损耗是困难的.其原因是,对于平面线圈而论,在单位面积上要得到最大的电感值,其线圈形状必须是螺旋状的.然而,线圈为螺旋状时,其磁性体的激磁方向是放射状的,这就不可能采用磁化回转的方法来完成磁化过程.

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