【摘 要】
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现代电子设备的不断更新升级,对于便携性提出更高的要求。开关电源是电子设备不可或缺的部分,且一直朝着小型化和高效化的趋势发展。电感器作为开关电源的核心元件,其设计对开关电源有着重大的影响。目前成熟的集成功率电感器多采用系统级封装（System In Package,Si P）方式集成。该集成方式是将功率电感器集成在硅基板中,通过硅通孔（Through Silicon Vias,TSV）与芯片在垂直方
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现代电子设备的不断更新升级,对于便携性提出更高的要求。开关电源是电子设备不可或缺的部分,且一直朝着小型化和高效化的趋势发展。电感器作为开关电源的核心元件,其设计对开关电源有着重大的影响。目前成熟的集成功率电感器多采用系统级封装（System In Package,Si P）方式集成。该集成方式是将功率电感器集成在硅基板中,通过硅通孔（Through Silicon Vias,TSV）与芯片在垂直方向进行互连。此项技术提高了系统集成度、运行速度及降低系统功耗。但硅基板存在介电损耗高、制造成本昂贵等问题,无法有效满足开关电源对功率电感器高品质因数的要求。为了解决这一问题,本文采用玻璃介质替代硅作为衬底材质。与硅介质相比,玻璃介质具有高电阻率、低介电损耗等优点;此外,玻璃通孔（Through Glass Vias,TGV）制造无需隔离电介质,减少工艺步骤;现有成熟的面板工艺制造可提供稳定性高、价格低廉的玻璃基板。目前对于玻璃介质的研究很多,但对玻璃介质功率电感器及其应用方面的研究较少。本文首先使用商用高频仿真器（High Frequency Structure Simulator,HFSS）对基于玻璃介质的功率电感器进行建模和电学特性分析。HFSS仿真结果表明,基于玻璃介质的功率电感器与基于硅介质的功率电感器具有相同的电感密度,但前者具有更高的品质因数,在开关电源中有着良好的应用前景。基于上述原因,本文进一步设计了三种基于玻璃介质的功率电感器,并分析各个设计参数对功率电感器性能的影响,为电感器的设计和性能优化提供了理论依据。鉴于玻璃介质电感器的高品质因数特性,将其应用于降压型直流电压转换器设计,并与基于硅介质的电感器对比,结果表明,基于玻璃电感的直流电压转换器具有更高的电源转换效率。
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