ISSCC 2024论文发布新突破！这类微型电源转换器依靠振动能源运行

ISSCC 2024论文称“突破性”DC-DC转换器将电源开关统一在单个芯片上

加利福尼亚大学圣迭戈分校和CEA-Leti的科学家开发出一种突破性的基于压电的DC-DC转换器，将所有电源开关统一到单个芯片上，以提高功率密度。这种新的功率拓扑超越了现有拓扑，融合了压电转换器和电容式DC-DC转换器的优点。

该团队开发的电源转换器比目前用于此用途的庞大笨重的电感器小得多。这些器件最终可用于任何类型的DC-DC转换，从智能手机到计算机，再到服务器群和AR/VR头戴设备。

该结果发表在2月20日于旧金山举行的ISSCC 2024会议上报告的论文“An Integrated Dual-side Series/Parallel Piezoelectric Resonator-based 20-to-2.2V DC-DC Converter Achieving a 310% Loss Reduction”中。

计划的压电转换器的模具照片

图片来源：加利福尼亚大学圣迭戈分校

论文中报告，“双侧串联/并联压电谐振器（DSPPR）是首款用于基于PR的功率转换IC，与现有技术发布的和共同设计的VCR <0.125分立设计相比，损耗降低达310%”。

加利福尼亚大学圣迭戈分校电气与计算机工程系教授和其论文的第一作者Patrick Mercier表示：“这种创新方法提高了性能，特别是在低电压转换比的情况下，这是之前的工作难以维持压电材料的高效率和最佳利用的领域。”

论文解释说，与分立式设计相比，混合DSPPR转换器利用了集成电路在小面积内提供复杂功率级的能力，能够在电压转换比（VCR）小于0.1的情况下实现高效器件运行。

CEA-Leti硅元件部门科学总监Gael Pillonnet表示：“这一IC提供了一个独特的机会，可以将所有电源开关整合到单个芯片上，从而大幅度缩小PCB占地面积并提高相位控制精度。”

此外，在压电DC-DC转换器之前和之后加入额外的基于电容的转换器级，有助于提高性能。

Gael Pillonnet表示：“这种战略集成减少了对压电材料的需求，从而使转换器变得更加紧凑，总体积明显更小。额外电容器的边际增长不到10%，与计划的拓扑带来的实质性收益相比，显得相形见绌。”

Mercier研究小组的博士研究生和其论文的主要作者Brian Liu说道：“DC-DC转换器，特别是在低VCR范围内，是我们工作的重点，在各个领域都有广泛的应用，例如高功率计算服务器、汽车系统、USB充电器和电池供电器件等。”