基于矩阵磁结构的平面电感寄生电容优化设计

当平面电感的单层绕组匝数超过一匝时,外侧绕组间存储的电场能量会导致寄生电容偏大。为降低平面电感寄生电容,文中将一个电感拆分为多个分立电感以实现单层一匝的绕制方案,并分析分立电感方案与单磁心方案在铁损、铜损和体积方面的变化。针对分立电感体积增大这一问题,进一步提出矩阵磁方案,给出两电感、四电感磁集成结构。有限元仿真结果表明,相接近的体积下,矩阵磁方案降低了77%的寄生电容,并减小了69%的铜损。最后,搭建一台Buck变换器。功率实验结果表明,矩阵磁结构平面电感具有更优的性能。

复平面电感模型开关磁阻电机中低速无位置传感器技术

针对开关磁阻电机（ SRM）无位置传感器启动和低速运行控制的研究难题,基于复平面电感模型提出了一种适用于中低速运行区域的转子位置估计方法,同时利用该方法实现了开关磁阻电机静止及带初始转速无位置传感器启动. 就四个不同象限分别分析了复平面内三相合成电感向量与实轴的夹角同转子位置角度之间的映射关系,并给出了转子角度所在象限的逻辑判定条件,实现了转子位置间接估计. 该无位置方案无需SRM电磁特性曲线和任何外加硬件,实现起来简单可靠,最终通过实验对提出的无位置方案进行了验证,实验结果表明,在样机中低速运行范围内（ 0~600 r/min） ,该方法均能对转子位置进行准确定位并实现SRM无位置传感器可靠运行.

基于滤波器应用的PCB平面电感的电磁辐射研究

为了研究PCB(printedcircuitboard)平面电感的电磁辐射问题,基于天线理论把平面电感线圈中的每一圈看作一个环形天线,估算了其远场辐射功率,说明其电磁辐射非常小,可以忽略不计.平面电感的近场耦合问题通过一个无源带通滤波电路加以讨论.逐点测出电路中某一个电感附近的辐射强度,并用MATLAB绘出三维辐射强度图,说明平面电感的近场辐射只发生在电感周围很近的区域,与线路中的导线相比对电路其他部分没有太大影响.

采用磁性基板的高感值PCB平面电感器设计

为增加PCB平面电感器单位面积上的电感值,提出一种采用磁性基板作为PCB叠层制作高感值PCB平面电感器的方法,并将磁性基板应用于两种典型的平面螺旋电感结构设计中。采用HFSS全波仿真方法对采用常规FR4基板和磁性基板的平面电感设计进行了比较,结果显示使用磁性基板能够在保持电感Q基本不变的情况下增大单位面积上的电感值,使用磁导率为2和1.5的磁性基板设计的电感器单位面积电感值能够达到13.1 n H/mm2和8.9 n H/mm2,与使用磁导率为1的FR4基板相比单位面积电感值的增大量与所使用磁性基板的磁导率基本成正比关系。

一种基于LTCC技术的方形平面电感设计与仿真

本文从电感的基本模型出发,提出了方形平面电感的等效电路模型,分析了电感的基本特性,并得出了等效电路中电感计算的数学公式;其次,通过MATLAB画出了等效电路中电感特性随频率变化的曲线图,同时利用三维电磁仿真软件HFSS验证了等效电路模型的正确性;最后讨论了基于LTCC工艺的平面电感的特性及其参数变化对电感特性的影响.

平面电感绕组损耗优化措施与仿真验证

高频平面电感绕组损耗包括受集肤效应及邻近效应影响的交流导通损耗和扩散磁通产生的涡流损耗。通过有限元仿真软件建立平面电感模型,直观快速地得到平面电感绕组损耗分布情况。采用绕组避让、分布气隙、外侧壁三种方法减小绕组损耗,其中绕组避让存在避让最优长度,对短气隙电感降损效果明显;分布气隙通过抑制扩散磁通的影响范围减小绕组损耗,但分布气隙数量与绕组损耗的减少量存在边际效应;平面电感中PCB各层通过侧壁沉铜连接,优良的侧壁设计可以避免增加额外的绕组损耗。

高频单片DC/DC转换器中双层平面电感的优化

提出了一种全局优化算法，将几何规划的关键技术应用于完全集成DC／DC转换器所需的双层片上电感器设计．在给定的约束条件下，几何规划算法可以全局性地高效解决电感器各竞争目标（如品质因数与所占面积）之间的优化折中问题．针对电感值为10-40nH的方形与圆形双层串联平面电感，在物理模型的基础上用几何规划算法及其形式的解析表达式来进行优化，优化结果表明，在相同的约束条件下，圆形线圈不同电感值对应的最大品质因数要比方形线圈的相应值高出约20％，但是形状的不同并没有显著改善谐振频率．

硅基完全集成DC/DC转换器中多层平面电感设计与建模

为提高完全集成低压低功率DC／DC转换器转换效率与输出电流能力，提出了一种多层混联螺旋电感结构．该结构基于标准0．5μm 2P3M CMOS工艺，将下面较薄的两层金属线圈多点并联，再与最上层金属线圈串联．多点并联结构有效地增加了等效金属层的厚度，串联结构增加了线圈之间的互感值，从而可以在不增加额外工艺成本的条件下显著提高平面电感的品质因数、单位面积电感值和电感线圈的电流承受能力．所提出的模型为完全集成DC／DC转换器的整体电路模拟分析提供了便利基础．基于0．5μm2P3MCMOS硅衬底工艺的模拟计算结果表明，在DC／DC转换器工作频段50～400MHz，取得了预期电感的设计效果，最大品质因数值达4．2，单位面积电感值达到83mH／m^2，可以承受的电流达90mA．电感芯片测试结果与模型模拟结果基本吻合．

CRM-PFC矩阵式低高度平面电感优化设计

文中分别从扩展磁板横截面积和降低磁板中高频磁通分量入手,提出降低平面电感高度以实现超薄化设计的方法。通过拉伸磁柱结构,扩展磁板横截面积,进而可以降低磁芯高度;进一步,提出基于矩阵磁结构低高度平面电感结构,利用高频磁通抵消降低了磁板中高频磁通量,进而实现磁芯高度降低。此外,针对临界连续模式功率因数校正变换器,文中给出其平面滤波电感尺寸结构参数优化设计方法和设计实例,并进行实验验证。结果表明,相同高度和体积下,所提出的优化矩阵磁结构平面电感具有更高效率。

基于低高度平面电感的GaN-Si混合型图腾柱无桥功率因数校正器

该文提出基于低高度平面电感的GaN-Si混合型图腾柱无桥功率因数校正器(PFC),利用工频Si二极管的慢恢复特性为高频GaN开关桥臂提供反向电流通路,实现临界电流导通模式无桥PFC和高频GaN开关桥臂的软开关运行。为了实现低高度和高功率密度,提出低高度平面电感结构及其优化设计方法,通过将临界电流导通模式下的电感电流进行分解,给出高频电感磁心和绕组损耗分析模型,并据此对电感结构尺寸进行优化设计。最后制作一台开关频率为200~700kHz、400W的实验样机,验证了所提出的解决方案的可行性和有效性。

集成双层平面电感的单片DC/DC转换器设计

采用0.35μm标准CMOS工艺设计了3.3V/1.5V单片低压Buck转换器,开关频率为150MHz.本文采用了电压型脉宽调制的反馈控制模式,克服了频率提高所带来的转换器系统不稳定问题.对双层平面螺旋电感进行了设计与优化,获得品质因数2.6,电感值28nH的双层平面电感.模拟结果表明,对应于不同输入电压或不同负载,转换器系统工作稳定,输入调整率-40dB,输出调整率-60dB.输出电压纹波平均值可以控制在额定值75mV,转换效率71%.

PCB平面电感的损耗分析

PCB平面电感广泛应用于开关电源中,但其损耗及发热问题对电源性能影响很大。利用Maxwell 3D软件研究了气隙及绕组的位置对PCB平面电感损耗的影响。首先,对平面电感进行了损耗分析,建立平面电感的三维模型;然后,利用Maxwell 3D软件研究了气隙及绕组位置对绕组损耗的影响;最后,利用ANSYS Icepak软件对PCB平面电感进行了热仿真验证。仿真结果表明:当绕组距气隙较近时,EE型磁芯的绕组损耗小于EI型磁芯的绕组损耗;当绕组距气隙的距离较远时,EE型磁芯与EI型磁芯的绕组损耗几乎一致;三个磁芯柱上垫气隙的方式相比中柱磨气隙的方式,绕组损耗明显更小。

一种多层平面电感设计的全局优化方法

为多层平面电感设计提出了一种全局优化方法．该方法在给出等效物理模型的基础上，以获得最大品质因数为设计目标，以工作频率、单位面积电感值、电感线圈的电流承受能力为约束条件，将优化问题表示为平面电感器结构参数的正项式函数，即将优化问题便捷地转换为几何规划，使之在不同条件下均可快速获得优化结果．采用全局优化方法设计的电感器芯片的测试数据表明，在给定的约束条件下，单位面积电感值大于80mH／m^2，金属条宽度大于10um，频段范围50～400MHz，优化得到的品质因数与测试结果的最大误差在10％以内．

基于平面电感角位置传感器的双同步参考系锁相环

基于近几年新兴的低成本、高精度且适应恶劣环境的平面式电感角位置传感器,针对其输出信号进行角位置和角速度的解码研究。平面式电感角位置传感器输出信号需要经过解调得到正弦、余弦两路信号。通常这两路信号幅值不相等且相位相差不是90°(两路信号失衡)。传统的解码方法同步参考系锁相环只能从平衡的正弦、余弦信号中获得正确的角位置和角速度,而无法在信号失衡的情况下正常工作。本文提出双同步参考系锁相环,该方法能在信号失衡的情况下获得正确的角位置和角速度。仿真和实验工作均验证了双同步参考系锁相环解码方法的有效性。

基于双层平面螺旋电感的无线柔性压力传感器结构设计

新型柔性传感器在电子皮肤、智能纺织、柔性机器人等领域得到了广泛的研究。目前多数传感器需要连接刚性的采集电路,这限制了设备柔软性、舒适性和轻盈度的提升。提出了一种基于双层平面螺旋电感的柔性无线无源压力传感器。该传感包含三层柔性层:双层平面螺旋电感(天线层)、高磁导率铁氧体膜和弹性织物层。其中,双层平面螺旋电感层包括两个旋转方向相反的平面线圈,形成具有大电感量、大电容量的LC谐振器。外界压力载荷改变传感器的谐振频率,进而被外界接收线圈无线检测。通过研究四种双层螺旋电感天线层的结构设计,传感器的灵敏度最大可达到0.11 MHz/k Pa,检测距离达到18 mm。这种基于双层平面螺旋电感的柔性无线无源压力传感器打破了有线电气连接的限制,可在下一代医疗系统、智能机器人等领域中发挥巨大的应用潜能。

微小平面电感线圈近场涡流效应模型

微小平面电感线圈是一种新型的近场电涡流检测敏感器件,能够应用于复杂表面之间和微机电系统中实现准确的位移测量或无损检测。为了研究微小平面电感线圈的近场涡流效应对其自感和阻抗的影响规律,以轴对称时谐电磁场理论为基础,根据微小平面线圈近场涡流效应的特点,建立了描述微小平面线圈的自感和阻抗变化的数学模型,并进行了详细的模型解析和实验验证。验证结果表明,建立的数学模型具有很强的可计算性,并能够与实验结果很好地相符合,可以为微型平面线圈电涡流传感器的设计提供依据和指导。

基于小波矩量法的平面螺旋电感的电磁辐射研究

平面电感实现了电感器件的小型化和片式化.当工作频率达到射频或微波段时,应考虑平面电感线圈的辐射和散射对其周围电路的影响.本文采用小波矩量法研究了PCB(printed circuit board)平面螺旋电感的电磁辐射特性.采用区间小波作为矩量法中的基函数和检验函数,计算了电感中的电流分布,给出了辐射方向图.与传统矩量法相比,小波矩量法可以使系数矩阵稀疏化,从而节省了计算机资源和计算时间.

一种基于物理模型与遗传算法的平面螺旋电感的优化技术

针对 CMOS RF平面螺旋电感的物理模型 ,提出了一种使用遗传算法优化电感设计参数的优化技术 .应用这种技术 ,人们无需再通过等 Q值线来求取 Q值最佳的电感设计方案 ,因为等 Q值线的计算代价很高 ,而且一旦工艺条件改变 ,所有的等 Q值线都要重新计算 ,效率很低 .而这里提出的优化技术在计算时并没有将所有的电感版图设计方案都计算一遍 ,因而计算效率大大提高 .计算结果与相应设计方案的测量参数比较 ,只有约 5 %的计算误差 .计算结果与相同条件下的等 Q值线的最佳设计方案比较 ,这种优化技术总能得出与之基本一致的最佳方案 .事实上 ,由于这种优化技术的灵活性 ,“真正”的最佳设计方案只能由这种优化技术得出 ,而等 Q值线只能得出“相对”

基于平面螺旋电感的微型ICP激发源

随着微电子机械系统(MEMS)技术的发展,基于MEMS的光谱仪分光系统和光电检测系统研究报道日益增多,但是微型激发源的研究报道相对较少。文章介绍了一种基于表面微机械加工技术的微型电感耦合等离子体(ICP)激发源,其RF功耗在数瓦以下、氩气消耗量远低于常规ICP激发源。阐述了这种激发源的结构、加工工艺流程及性能指标。同时还介绍了作者设计制作的基于PCB工艺的微型ICP激发源,采用了平面螺旋电感线圈和平面梳状交指电容,在100 Pa氩气气压下用13.56 MHz,3.5 W射频功率激励点燃了等离子体火炬,给出了装置的外观微型ICP火炬的照片。最后展望了该微型的ICP激发源在光谱仪中的应用前景。

硅基RF平面螺旋电感的圈数对品质因子的影响

从硅衬底RF集成电路中平面螺旋电感的品质因子Q的表达式出发 ,采用ADS软件模拟计算了平面螺旋集成电感L值与品质因子Q值 .通过两组电感Q值的对比 ,发现品质因子Q随着电感圈数的增加而减小 .以电感值为 3 2 8nH的设计为例 ,将电感圈数从 2增加到 6 ,计算得到的品质因子Q从 4 3(@1 1GHz)降低到 2 7(@1 4GHz) ,模拟计算结果与理论分析相吻合 .