基于撓性覆銅箔的平面無源集成LC單元設計

本文提出了一種基于多層撓性覆銅箔交錯并聯的平面集成LC結構，實現了串/并聯諧振的集成。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，能夠實現交錯并聯集成的LC單元結構，這種結構能靈活增大電容，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單元結構，可以制作多個這樣的集成LC單元，按照參考文獻[2]提到的多個單元連接結構還可以根據不同電感值和電容值的需要，對多個單元進行大電感大電容、大電感小電容、小電感大電容、小電感小電容的串/并聯連接來實現。進一步增加了集成電感值和電容值的靈活性。

本文先制作2個四層交錯并聯集成的LC單元。采用CI型磁芯，節省了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，當給集成LC單元通電時，所有集成LC單元電流的方向應該是一個方向，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現；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。結構示意圖如圖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)增大電介質材料的相對介電常數 ?著r；(2)增大平面繞組的銅箔面積 w；(3)減少電介質材料的厚度d。
若增加更大的電容，采用交錯并聯方式[1]優勢即可顯現出來，如圖2(b)所示，假如每個單元由n片這樣的結構疊加成圖3(a)的結構，可以推導出電容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，根據參考文獻[2]，多個單元根據需要可通過不同的連接方式得到不同的電感值。
2 仿真和實驗
本文制作了一臺基于交錯并聯撓性覆銅箔材料的集成諧振LC單元樣機，如圖5所示。該樣機選用天通公司的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[2]中大電感大電容的串聯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方式連接得到電感值為57.1 μH、電容為0.21 nF，樣機計算的參數如表2所示。