由加州大学圣地亚哥分校和CEA-Leti的研究人员开发的一种新型基于压电的DC-DC转换器，通过将电源开关集中在单个芯片上，显着减小了尺寸并提高了效率，有望在技术设备中得到广泛应用。以上是所提出的压电转换器的模具照片。资料来源:加州大学圣地亚哥分校
来自加州大学圣地亚哥分校和CEA-Leti的科学家们发明了一种革命性的基于压电的DC-DC转换器，该转换器将所有功率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，融合了压电转换器和基于电容的DC-DC转换器的优点。
该团队开发的功率转换器比目前用于该角色的巨大笨重的电感器小得多。这些设备最终可以用于任何类型的DC-DC对话，从智能手机到电脑，再到服务器群和AR/VR耳机。
突破性的研究成果
研究结果发表在旧金山ISSCC 2024上的论文《基于20至2.2 v的集成双侧串联/并联压电谐振器的DC-DC转换器实现310%的损耗降低》中。
“双侧串联/并联压电谐振器(DSPPR)是第一个用于基于pr的功率转换的IC，与现有技术发表的和共同设计的vcr <0.125的分立设计相比，损耗降低了310%，”论文报道。
“这种创新的方法提高了性能，特别是在低电压转换比的情况下，这是一个以前的工作难以保持高效率和压电材料最佳利用率的领域，”帕特里克·默西尔说，他是加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程系的教授，也是该论文的高级作者。
该论文解释说，与分立设计相比，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，并在小于0.1的电压转换比(VCR)下实现有效的器件工作。
Revolutio单芯片方案
CEA-Leti硅元件部科学总监Gael Pillonnet表示:“该IC提供了一个独特的机会，将所有功率开关整合到单个芯片上，大大减少了PCB占地面积，提高了相位控制精度。”
此外，结合额外的基于电容的转换器级，包括压电DC-DC转换器的前后，有助于提高性能。
“这种战略性整合减少了对压电材料的需求，从而产生了更紧凑的转换器，总体积明显更小。额外电容器的边际增加不到10%，与所提出的拓扑结构所带来的巨大收益相比，显得微不足道。
“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Wen-Chin Brian Liu说。
会议:ISSCC 2024
