ISSCC 2024論文介紹了一種”開創性”的直流-直流轉換器，它將電源開關統一在單一晶片上。加州大學聖迭戈分校和CEA-Leti 公司的科學家們創造了一種革命性的基於壓電的DC-DC 轉換器，它將所有電源開關統一到一個晶片上，從而提高了功率密度。這種新的電源拓撲結構超越了現有的拓撲結構，並融合了壓電式轉換器和電容式直流-直流轉換器的優點。

加州大學聖迭戈分校和CEA-Leti 的研究人員開發了一種新型壓電式DC-DC 轉換器，透過將電源開關集中在單一晶片上，大大縮小了尺寸並提高了效率，有望在技術設備中得到廣泛應用。上圖為擬議中的壓電轉換器的晶片照片。資料來源：加州大學聖地牙哥分校

該團隊開發的電源轉換器比目前用於此用途的巨大、笨重的電感器要小得多。這些設備最終可用於任何類型的直流-直流（DC-DC）對話，包括智慧型手機、電腦、伺服器群組和AR/VR 頭戴式裝置。

突破性研究成果

在舊金山舉行的ISSCC 2024 會議上，發表了題為”基於壓電諧振器的集成雙側串聯/並聯20 至2.2V DC-DC 轉換器，損耗降低了310%”的論文。

論文報告說：”雙側串聯/並聯壓電諧振器（DSPPR）是第一個用於基於壓電諧振器的功率轉換的集成電路，與先前發布和共同設計的分立式設計相比，其在VCR<0.125 時的損耗降低了310%。”

加州大學聖迭戈分校電機與電腦工程系教授Patrick Mercier 是這篇論文的資深作者，他說：”這種創新方法提高了性能，尤其是在低電壓轉換率的情況下–在這一領域，之前的研究一直在努力保持高效率和壓電材料的最佳利用率。”

該論文解釋說，與分立設計相比，混合DSPPR 轉換器利用集成電路的能力，以較小的面積提供複雜的功率級，並能在電壓轉換比(VCR) 小於0.1 的情況下實現設備的高效運行。

革命性的單晶片解決方案

CEA-Leti 矽元件部科學總監Gael Pillonnet 表示：”此積體電路為將所有電源開關整合到單一晶片上提供了一個獨特的機會，大大減少了PCB 的佔地面積，並提高了相位控制精度。”

此外，在壓電直流-直流轉換器的前級和後級中加入額外的電容式轉換器級，也有助於提高效能。

這種戰略性整合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。Pillonnet 說：”與擬議拓撲結構帶來的巨大收益相比，額外電容器的邊際增加（不到10%）就顯得微不足道了。”

“直流直流轉換器，尤其是我們工作的重點–低VCR範圍內的直流-直流轉換器，在各行各業都有廣泛的應用，如大功率計算伺服器、汽車系統、USB充電器和電池供電設備等，”Mercier研究小組的博士生、論文第一作者劉文欽（Wen-Chin Brian Liu）說。