據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國加州大學(xué)圣迭戈分校（University of California San Diego）和法國原子能委員會電子信息技術(shù)研究所（CEA-Leti）的科學(xué)家們開發(fā)出了一種突破性的壓電式DC-DC轉(zhuǎn)換器，可將所有功率開關(guān)統(tǒng)一到單個芯片上，從而提高了功率密度。這種新型功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)超越了現(xiàn)有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，融合了壓電式轉(zhuǎn)換器和電容式DC-DC轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢。

該聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的功率轉(zhuǎn)換器相比目前應(yīng)用的大尺寸笨重電感器要小得多。該器件最終可用于任何類型的DC-DC轉(zhuǎn)換，從智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)到服務(wù)器群以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）頭戴式設(shè)備等。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，該研究成果已經(jīng)以“An Integrated Dual-side Series/Parallel Piezoelectric Resonator-based 20-to-2.2V DC-DC Converter Achieving a 310% Loss Reduction”為題發(fā)表于ISSCC 2024會議論文。

該論文顯示，其雙側(cè)串聯(lián)/并聯(lián)壓電諧振器（DSPPR）是首次應(yīng)用于基于壓電諧振器的功率轉(zhuǎn)換，與之前已有報道的電壓轉(zhuǎn)換比（VCR）<0.125的分立式設(shè)計(jì)相比，其損耗降低了310%。

美國加州大學(xué)圣迭戈分校電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授、該論文通訊作者Patrick Mercier說：“這種創(chuàng)新方法提高了性能，尤其是在低電壓轉(zhuǎn)換比下，此前的研究一直難以保持壓電材料的高效率及最佳利用率?！?/p>

該論文中解釋稱，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)雜功率級的能力，并能在電壓轉(zhuǎn)換比小于0.1的情況下實(shí)現(xiàn)器件的高效運(yùn)行。

CEA-Leti硅元件部門科學(xué)總監(jiān)Gael Pillonnet表示：“該集成電路為將所有功率開關(guān)整合到單個芯片上提供了獨(dú)特機(jī)遇，大大減少了PCB的占位面積，并提高了相位控制精度?！?/p>

此外，在壓電DC-DC轉(zhuǎn)換器前級和后級加入額外的電容式轉(zhuǎn)換器，還有助于提高性能。

“這種集成策略減少了對壓電材料的需求，從而使轉(zhuǎn)換器更加緊湊，總體積明顯縮小。”Pillonnet說：“與本研究所提出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來的巨大收益相比，額外電容器的邊際增長不到10%，就顯得微不足道了。”

該研究所開發(fā)的DC-DC轉(zhuǎn)換器（尤其是低VCR范圍內(nèi)），在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用潛力，如大功率計(jì)算服務(wù)器、汽車系統(tǒng)、USB充電器以及電池供電設(shè)備等。

審核編輯：劉清