ISSCC 2024論文發(fā)布新突破！這類微型電源轉(zhuǎn)換器依靠振動(dòng)能源運(yùn)行

來源：UC SAN DIEGO TODAY

編譯：化合物半導(dǎo)體雜志

加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校和CEA-Leti的科學(xué)家開發(fā)出一種突破性的基于壓電的DC-DC轉(zhuǎn)換器，將所有電源開關(guān)統(tǒng)一到單個(gè)芯片上，以提高功率密度。這種新的功率拓?fù)涑搅爽F(xiàn)有拓?fù)?，融合了壓電轉(zhuǎn)換器和電容式DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的電源轉(zhuǎn)換器比目前用于此用途的龐大笨重的電感器小得多。這些器件最終可用于任何類型的DC-DC轉(zhuǎn)換，從智能手機(jī)到計(jì)算機(jī)，再到服務(wù)器群和AR/VR頭戴設(shè)備。

該結(jié)果發(fā)表在2月20日于舊金山舉行的ISSCC 2024會(huì)議上報(bào)告的論文“An Integrated Dual-side Series/Parallel Piezoelectric Resonator-based 20-to-2.2V DC-DC Converter Achieving a 310% Loss Reduction”中。

計(jì)劃的壓電轉(zhuǎn)換器的模具照片

圖片來源：加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校

論文中報(bào)告，“雙側(cè)串聯(lián)/并聯(lián)壓電諧振器（DSPPR）是首款用于基于PR的功率轉(zhuǎn)換IC，與現(xiàn)有技術(shù)發(fā)布的和共同設(shè)計(jì)的VCR <0.125分立設(shè)計(jì)相比，損耗降低達(dá)310%”。

加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授和其論文的第一作者Patrick Mercier表示：“這種創(chuàng)新方法提高了性能，特別是在低電壓轉(zhuǎn)換比的情況下，這是之前的工作難以維持壓電材料的高效率和最佳利用的領(lǐng)域?！?/p>

論文解釋說，與分立式設(shè)計(jì)相比，混合DSPPR轉(zhuǎn)換器利用了集成電路在小面積內(nèi)提供復(fù)雜功率級(jí)的能力，能夠在電壓轉(zhuǎn)換比（VCR）小于0.1的情況下實(shí)現(xiàn)高效器件運(yùn)行。

CEA-Leti硅元件部門科學(xué)總監(jiān)Gael Pillonnet表示：“這一IC提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以將所有電源開關(guān)整合到單個(gè)芯片上，從而大幅度縮小PCB占地面積并提高相位控制精度?！?/p>

此外，在壓電DC-DC轉(zhuǎn)換器之前和之后加入額外的基于電容的轉(zhuǎn)換器級(jí)，有助于提高性能。

Gael Pillonnet表示：“這種戰(zhàn)略集成減少了對(duì)壓電材料的需求，從而使轉(zhuǎn)換器變得更加緊湊，總體積明顯更小。額外電容器的邊際增長(zhǎng)不到10%，與計(jì)劃的拓?fù)鋷淼膶?shí)質(zhì)性收益相比，顯得相形見絀?！?/p>

Mercier研究小組的博士研究生和其論文的主要作者Brian Liu說道：“DC-DC轉(zhuǎn)換器，特別是在低VCR范圍內(nèi)，是我們工作的重點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如高功率計(jì)算服務(wù)器、汽車系統(tǒng)、USB充電器和電池供電器件等。”

審核編輯 黃宇