科学家发明利用振动能量运行的突破性新型微型电源转换器

加州大学圣迭戈分校和 CEA-Leti 的研究人员开发了一种新型压电式 DC-DC 转换器，通过将电源开关集中在单个芯片上，大大缩小了尺寸并提高了效率，有望在技术设备中得到广泛应用。上图为拟议中的压电转换器的芯片照片。资料来源：加州大学圣地亚哥分校

该团队开发的电源转换器比目前用于这一用途的巨大、笨重的电感器要小得多。这些设备最终可用于任何类型的直流-直流（DC-DC）对话，包括智能手机、计算机、服务器群和 AR/VR 头戴式设备。

突破性研究成果

在旧金山举行的 ISSCC 2024 会议上，发表了题为"基于压电谐振器的集成式双侧串联/并联 20 至 2.2V DC-DC 转换器，损耗降低了 310%"的论文。

论文报告说："双侧串联/并联压电谐振器（DSPPR）是首个用于基于压电谐振器的功率转换的集成电路，与之前发布和共同设计的分立式设计相比，其在 VCR<0.125 时的损耗降低了310%。"

加州大学圣迭戈分校电气与计算机工程系教授 Patrick Mercier 是这篇论文的资深作者，他说："这种创新方法提高了性能，尤其是在低电压转换率的情况下--在这一领域，之前的研究一直在努力保持高效率和压电材料的最佳利用率。"

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的能力，以较小的面积提供复杂的功率级，并能在电压转换比 (VCR) 小于 0.1 的情况下实现设备的高效运行。

革命性的单芯片解决方案

CEA-Leti 硅元件部科学总监 Gael Pillonnet 说："该集成电路为将所有电源开关整合到单个芯片上提供了一个独特的机会，大大减少了 PCB 的占地面积，并提高了相位控制精度。"

此外，在压电直流-直流转换器的前级和后级中加入额外的电容式转换器级，也有助于提高性能。

这种战略性集成减少了对压电材料的需求，从而使转换器更加紧凑，总体积明显缩小。Pillonnet 说："与拟议拓扑结构带来的巨大收益相比，额外电容器的边际增加（不到 10%）就显得微不足道了。"

"直流-直流转换器，尤其是我们工作的重点--低VCR范围内的直流-直流转换器，在各行各业都有广泛的应用，如大功率计算服务器、汽车系统、USB充电器和电池供电设备等，"Mercier研究小组的博士生、论文第一作者刘文钦（Wen-Chin Brian Liu）说。