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加州大学圣地亚哥分校新闻

这些微型功率转换器依靠振动能量运行

加州大学圣地亚哥分校和CEA-Leti的科学家开发了一种突破性的基于压电的DC-DC转换器,可将所有电源开关统一到单个芯片上,以提高功率密度。这种新的电源拓扑结构超越了现有的拓扑结构,将压电转换器的优势与基于电容的DC-DC转换器融合在一起。

该团队开发的功率转换器比目前用于此角色的巨大笨重电感器小得多。这些设备最终可用于任何类型的DC-DC对话,从智能手机到计算机,再到服务器群和AR / VR耳机。

研究结果发表在2月20日于旧金山举行的ISSCC 2024会议上发表的论文《基于20至2.2V的集成双侧串联/并联压电谐振器的20至2.2V DC-DC转换器实现了310%的损耗降低》。

image of the proposed converter

拟议的压电转换器的模具照片,图片来源:加州大学圣地亚哥分校

“双面串联/并联压电谐振器(DSPPR)是第一个用于基于PR的功率转换的IC,与先前技术发表和共同设计的VCR<0.125分立设计相比,损耗降低了310%,”该论文报告说。

“这种创新方法提高了性能,特别是在低电压转换比下 – 这是先前工作难以维持压电材料的高效率和最佳利用的领域,”加州大学圣地亚哥分校电气与计算机工程系教授Patrick Mercier说。

该论文解释说,与分立式设计相比,混合DSPPR转换器利用集成电路在小面积内提供复杂功率级的能力,并能够在低于0.1的电压转换比(VCR)下实现高效的器件运行。

CEA-Leti硅元件部门科学总监Gael Pillonnet表示:“该IC提供了一个独特的机会,可以将所有电源开关整合到一个芯片上,从而显著减少PCB尺寸并提高相位控制精度。

此外,在压电DC-DC转换器的前后,加入额外的基于电容的转换器级,有助于提高性能。

“这种战略整合减少了对压电材料的需求,从而实现了更紧凑的转换器,总体积明显更小。额外电容器的边际增长不到10%,与拟议的拓扑结构所促进的实质性收益相比相形见绌,“Pillonnet说。

“DC-DC转换器,特别是在低VCR范围内,这是我们工作的重点,在各个领域都有广泛的应用,如大功率计算服务器,汽车系统,USB充电器和电池供电设备,”Mercier研究小组的博士生,该论文的主要作者温 – Chin Brian Liu说。

新闻旨在传播有益信息,英文版原文来自 https://today.ucsd.edu/story/these-tiny-power-converters-run-on-vibrational-energy