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

來源：UC SAN DIEGO TODAY

編譯：化合物半導體雜志

加利福尼亞大學圣迭戈分校和CEA-Leti的科學家開發(fā)出一種突破性的基于壓電的DC-DC轉(zhuǎn)換器，將所有電源開關統(tǒng)一到單個芯片上，以提高功率密度。這種新的功率拓撲超越了現(xiàn)有拓撲，融合了壓電轉(zhuǎn)換器和電容式DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點。

該團隊開發(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，從智能手機到計算機，再到服務器群和AR/VR頭戴設備。

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

計劃的壓電轉(zhuǎn)換器的模具照片

圖片來源：加利福尼亞大學圣迭戈分校

論文中報告，“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)有技術發(fā)布的和共同設計的VCR <0.125分立設計相比，損耗降低達310%”。

加利福尼亞大學圣迭戈分校電氣與計算機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域?！?/p>

論文解釋說，與分立式設計相比，混合DSPPR轉(zhuǎn)換器利用了集成電路在小面積內(nèi)提供復雜功率級的能力，能夠在電壓轉(zhuǎn)換比（VCR）小于0.1的情況下實現(xiàn)高效器件運行。

CEA-Leti硅元件部門科學總監(jiān)Gael Pillonnet表示：“這一IC提供了一個獨特的機會，可以將所有電源開關整合到單個芯片上，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，有助于提高性能。

Gael Pillonnet表示：“這種戰(zhàn)略集成減少了對壓電材料的需求，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不到10%，與計劃的拓撲帶來的實質(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，在各個領域都有廣泛的應用，例如高功率計算服務器、汽車系統(tǒng)、USB充電器和電池供電器件等?！?/p>

審核編輯 黃宇