基于撓性覆銅箔的平面無源集成LC單元設(shè)計

本文提出了一種基于多層撓性覆銅箔交錯并聯(lián)的平面集成LC結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了串/并聯(lián)諧振的集成。如同圖2制作方式一樣，共裁剪8片這樣的形狀，把它們層疊、緊壓，能夠?qū)崿F(xiàn)交錯并聯(lián)集成的LC單元結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能靈活增大電容，如圖3(a)所示，其等效電路如圖3(b)所示。同樣也是4個端子的LC單元結(jié)構(gòu)，可以制作多個這樣的集成LC單元，按照參考文獻(xiàn)[2]提到的多個單元連接結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)不同電感值和電容值的需要，對多個單元進(jìn)行大電感大電容、大電感小電容、小電感大電容、小電感小電容的串/并聯(lián)連接來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步增加了集成電感值和電容值的靈活性。

本文先制作2個四層交錯并聯(lián)集成的LC單元。采用CI型磁芯，節(jié)省了EI型磁芯的磁芯中柱，增大了電容面積。將與CI型磁芯相應(yīng)的電路板挖空，然后把每個集成LC單元的4個引腳焊接到電路板上，2個單元之間的引線可以從電路板上走線，磁芯扣在LC單元上，既可以節(jié)省整體無源器件所占空間體積，還可以增大磁芯的散熱面積。若想增大電感值，當(dāng)給集成LC單元通電時，所有集成LC單元電流的方向應(yīng)該是一個方向，比如每個集成LC單元都從A、D端輸入，從B、C端輸出，連接方式可以在電路板上實(shí)現(xiàn)；而若想減小電感值，可以使若干集成LC單元電流流向相反，即從B、C端輸入，從A、D端輸出。結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

1.2 電容的計算

由式(1)可以看出，如果需要增加更大的電容C，有3種途徑：(1)增大電介質(zhì)材料的相對介電常數(shù) ?著r；(2)增大平面繞組的銅箔面積 w；(3)減少電介質(zhì)材料的厚度d。
若增加更大的電容，采用交錯并聯(lián)方式[1]優(yōu)勢即可顯現(xiàn)出來，如圖2(b)所示，假如每個單元由n片這樣的結(jié)構(gòu)疊加成圖3(a)的結(jié)構(gòu)，可以推導(dǎo)出電容C的計算公式：

同樣在計算電感時，先計算一個集成LC單元的電感量，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]，多個單元根據(jù)需要可通過不同的連接方式得到不同的電感值。
2 仿真和實(shí)驗(yàn)
本文制作了一臺基于交錯并聯(lián)撓性覆銅箔材料的集成諧振LC單元樣機(jī)，如圖5所示。該樣機(jī)選用天通公司的CI14/13磁芯；集成LC單元的材料選用咸陽眾鑫電子材料有限公司的撓性覆銅箔聚酯薄膜。具體參數(shù)如表1所示。

集成LC單元的制作方式如圖3所示，制作的2個四層集成LC單元，測得每個集成LC單元的電感值為3.6 ?滋H，電容值為0.37 nF，按照參考文獻(xiàn)[2]中大電感大電容的串聯(lián)方式連接計算得到電感為14.3μH、電容為0.83 nF。按照大電感大電容的并聯(lián)方式連接得到電感值為57.1 μH、電容為0.21 nF，樣機(jī)計算的參數(shù)如表2所示。