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低功耗低温烧结NiCuZn铁氧体材料及应用研究

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第一章 绪 论

1.1.1 开关电源的应用

1.1.2 LTCF(LTCC)技术在开关电源中的应用意义

1.1.3 低功耗低温烧结NiCuZn铁氧体材料在开关电源中的应用意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于LTCF(LTCC)技术的小型化DC-DC开关电源研究现状

1.2.2 LTCF变压器的研究现状

1.2.3 低功耗低温烧结NiCuZn铁氧体材料的研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 Ni CuZn铁氧体的相关理论及制备与表征方法

2.1 引言

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验仪器

2.2.3 固相反应法

2.3 NiCuZn 铁氧体材料相关技术指标及表征方法

2.3.1 相对起始磁导率μi

2.3.2 饱和磁感应强度Bs

2.3.3 矫顽力Hc

2.3.4 单位体积功耗Pcv

2.3.5 密度ρ

2.3.6 晶相组成分析

2.3.7 微观形貌分析

2.4 本章小结

第三章 助熔剂掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

3.1 引言

3.2 V2O5掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

3.2.1 V2O5掺杂对NiCuZn铁氧体晶相组成的影响

3.2.2 V2O5掺杂对NiCuZn铁氧体微观形貌的影响

3.2.3 V2O5掺杂对NiCuZn铁氧体密度的影响

3.2.4 V2O5掺杂对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

3.3 Bi2O3掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

3.3.1 Bi2O3掺杂对NiCuZn铁氧体晶相组成的影响

3.3.2 Bi2O3掺杂对NiCuZn铁氧体微观形貌的影响

3.3.3 Bi2O3掺杂对NiCuZn铁氧体密度的影响

3.3.4 Bi2O3掺杂对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

3.4 本章小结

第四章 氧化物二元复合掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

4.1 引言

4.2 WO3掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

4.2.1 WO3掺杂对NiCuZn铁氧体晶相组成的影响

4.2.2 WO3掺杂对NiCuZn铁氧体微观形貌的影响

4.2.3 WO3掺杂对NiCuZn铁氧体密度的影响

4.2.4 WO3掺杂对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

4.3 Co2O3掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

4.3.1 Co2O3掺杂对NiCuZn铁氧体晶相组成的影响

4.3.2 Co2O3掺杂对NiCuZn铁氧体微观形貌的影响

4.3.3 Co2O3掺杂对NiCuZn铁氧体密度的影响

4.3.4 Co2O3掺杂对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

4.4 Nb2O5掺杂对NiCuZn铁氧体性能的影响

4.4.1 Nb2O5掺杂对NiCuZn铁氧体晶相组成的影响

4.4.2 Nb2O5掺杂对NiCuZn铁氧体微观形貌的影响

4.4.3 Nb2O5掺杂对NiCuZn铁氧体密度的影响

4.4.4 Nb2O5掺杂对NiCuZn铁氧体磁性能的影响

4.5 本章小结

第五章 应用于DC-DC开关电源的LTCF变压器仿真

5.1 引言

5.2 变压器相关基本理论

5.3 LTCF变压器的仿真

5.3.1 LTCF变压器通用模型的仿真

5.3.2 LTCF变压器改进模型的仿真

5.3.3 LTCF变压器的直流叠加仿真

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

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摘要

小型化、轻量化、集成化是现代电子产品发展的必然趋势,因此作为其内部重要供能模块的开关电源的小型化也成为了当今研究的一个热点。开关电源的小型化关键在于其内部作为电感或变压器的磁性元件的小型化,而作为目前无源集成主流技术的LTCF(LTCC)技术为其小型化提供了可能。通过LTCF技术制作的磁性元件不仅能实现电感或变压器功能,而且还可以用作电源模块的基板,这为整个电源模块成本的进一步削减提供了一个途径。 针对本文在DC-DC开关电源中的LTC F变压器应用,需要研制出低功耗的低温烧结NiCuZn铁氧体材料。为了研制出该材料,首先需要实现NiC uZn铁氧体900℃左右的低温烧结。本文选择了V2O5和Bi2O3两种低熔点氧化物助熔剂,尝试去将NiC uZn铁氧体的烧结温度降低到900℃左右。结果表明,掺杂适量的V2O5或Bi2O3均可以降低NiCuZn铁氧体的烧结温度,但V2O5对NiCuZn铁氧体的功耗改善无益。0.2wt%的Bi2O3既可以实现NiCuZn铁氧体900℃左右的低温烧结,也可以改善其功耗。因此,本文选择了WO3、Co2O3和Nb2O5三种氧化物与0.2wt%的Bi2O3进行二元复合掺杂,对比它们对NiCuZn铁氧体功耗的影响。实验发现,低于0.04wt%的微量WO3掺杂可以增加NiCuZn铁氧体的密度、起始磁导率和饱和磁感应强度,降低其矫顽力,从而在一定程度上改善其功耗;Co2O3掺杂虽然降低了NiC uZn铁氧体的密度、起始磁导率、饱和磁感应强度,增加了矫顽力,但适量的掺杂对一定范围内的最大磁感应强度下的功耗有一定的改善作用;低于0.1wt%的Nb2O5掺杂既增加了NiC uZn铁氧体的密度、起始磁导率、饱和磁感应强度,降低了矫顽力,也对所有测试条件下的功耗有明显的改善作用。经过对所有掺杂样品进行对比,掺杂0.2wt%的Bi2O3和0.1wt%的Nb2O5的样品不仅具有几乎最大的密度(5.32g/cm3)、起始磁导率(710左右)、饱和磁感应强度(360.96mT)和最小的矫顽力(75.96A/m),而且在所有测试条件下的功耗都几乎为最低。 最后,基于掺杂0.2wt%的Bi2O3和0.1wt%的Nb2O5的NiCuZn铁氧体材料,利用Maxwell软件进行了LTCF变压器的仿真。经过开“口”字形空气腔的结构改进,得到了耦合系数始终大于0.97的LTCF变压器仿真模型。该LTCF变压器模型三维尺寸为20mm×20mm×1mm,初、次级电感分别为18.19μH和2.0445μH,初、次级饱和电流分别大约为0.28A和0.84A。

著录项

  • 作者

    罗强;

  • 作者单位

    电子科技大学;

  • 授予单位 电子科技大学;
  • 学科 电子信息材料与元器件
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 苏桦;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    低功耗; 低温烧结; NiCuZn铁氧体; 材料;

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