據麥姆斯咨詢報道，美國加州大學圣迭戈分校（University of California San Diego）和法國原子能委員會電子信息技術研究所（CEA-Leti）的科學家們開發出了一種突破性的壓電式DC-DC轉換器，可將所有功率開關統一到單個芯片上，從而提高了功率密度。這種新型功率拓撲結構超越了現有拓撲結構，融合了壓電式轉換器和電容式DC-DC轉換器的優勢。

該聯合研究團隊開發的功率轉換器相比目前應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轉換，從智能手機、計算機到服務器群以及增強現實/虛擬現實（AR/VR）頭戴式設備等。

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

該論文顯示，其雙側串聯/并聯壓電諧振器（DSPPR）是首次應用于基于壓電諧振器的功率轉換，與之前已有報道的電壓轉換比（VCR）<0.125的分立式設計相比，其損耗降低了310%。

美國加州大學圣迭戈分校電氣與計算機工程系教授、該論文通訊作者Patrick Mercier說：“這種創新方法提高了性能，尤其是在低電壓轉換比下，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，與分立式設計相比，混合DSPPR轉換器利用了集成電路在小面積內提供復雜功率級的能力，并能在電壓轉換比小于0.1的情況下實現器件的高效運行。

CEA-Leti硅元件部門科學總監Gael Pillonnet表示：“該集成電路為將所有功率開關整合到單個芯片上提供了獨特機遇，大大減少了PCB的占位面積，并提高了相位控制精度。”

此外，在壓電DC-DC轉換器前級和后級加入額外的電容式轉換器，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，從而使轉換器更加緊湊，總體積明顯縮小?！盤illonnet說：“與本研究所提出拓撲結構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?！?/p>

該研究所開發的DC-DC轉換器（尤其是低VCR范圍內），在各行各業都有廣泛的應用潛力，如大功率計算服務器、汽車系統、USB充電器以及電池供電設備等。

審核編輯：劉清