ממירי כוח זעירים פורצי דרך פועלים על אנרגיה רטט

מאמר ISSCC 2024 מציג ממיר DC-DC 'פורץ דרך' המאחד מתגי מתח על שבב בודד.

מדענים מאוניברסיטת קליפורניה סן דייגו ו-CEA-Leti יצרו ממיר DC-DC מהפכני מבוסס פיזואלקטרי המאחד את כל מתגי הכוח על גבי שבב בודד כדי להגדיל את צפיפות ההספק. טופולוגיית הספק חדשה זו, המתרחבת מעבר לטופולוגיות קיימות, משלבת את היתרונות של ממירים פיזואלקטריים עם ממירי DC-DC מבוססי קיבולת.

ממירי הכוח שפיתח הצוות קטנים בהרבה מהמשרנים הענקיים והמגושמים המשמשים כיום לתפקיד זה. המכשירים יכולים לשמש בסופו של דבר לכל סוג של שיחה DC-DC, בכל דבר, החל מסמארטפונים, למחשבים, לחוות שרתים ואוזניות AR/VR.

ממצאי מחקר פורצי דרך

התוצאות הוצגו במאמר, "ממיר 20-ל-2.2V DC-DC המבוסס על 20-ל-2.2V DC-DC משולבת סדרה דו-צדדית/מקבילית, ב-ISSCC 2024 בסן פרנסיסקו.

"התהוד פיאזואלקטרי מסדרת דו-צדדית/מקביל (DSPPR) הוא ה-IC הראשון המשמש להמרת הספק מבוססת PR, ומשיג הפחתה של עד 310% בהפסדים בהשוואה לתכנונים נפרדים שפורסמו ותכננו בשיתוף פעולה עבור מכשירי וידיאו <0.125", העיתון מדווח.

"גישה חדשנית זו משפרת את הביצועים, במיוחד ביחסי המרה של מתח נמוך – תחום שבו עבודות קודמות נאבקו לשמור על יעילות גבוהה וניצול מיטבי של חומרים פיזואלקטריים", אמר פטריק מרסייה, פרופסור במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים ב-UC San דייגו ומחבר בכיר של העיתון.

המאמר מסביר כי ממיר DSPPR היברידי מנצל את יכולתם של מעגלים משולבים להציע שלבי הספק מתוחכמים בשטח קטן בהשוואה לתכנונים בדידים, ומאפשר פעולת מכשיר יעילה ביחסי המרת מתח (VCR) של פחות מ-0.1.

פתרון חד-שבב מהפכני

"ה-IC מספק הזדמנות ברורה לאחד את כל מתגי החשמל על גבי שבב בודד, מה שמפחית משמעותית את טביעת הרגל של ה-PCB ומשפר את דיוק בקרת השלב", אמר גאל פילון, המנהל המדעי של חטיבת הסיליקון של CEA-Leti.

בנוסף, שילוב שלבי ממיר נוספים מבוססי קיבול, הן לפני והן לאחר ממיר DC-DC פיאזואלקטרי, תורם לשיפור הביצועים.

"שילוב אסטרטגי זה מפחית את הביקוש לחומרים פיזואלקטריים, וכתוצאה מכך ממיר קומפקטי יותר עם נפח כולל קטן יותר באופן ניכר. העלייה השולית בקבלים נוספים, שהיא פחות מ-10 אחוז, מחווירה בהשוואה לרווחים המשמעותיים שהטופולוגיה המוצעת מאפשרת", אמר פילון.

"לממיר DC-DC, במיוחד בטווח הווידאו הנמוך, שהיה מוקד עבודתנו, יש יישומים נרחבים במגזרים שונים, כגון שרתי מחשוב בעלי הספק גבוה, מערכות רכב, מטעני USB והתקנים המופעלים על ידי סוללות." אמר וון-צ'ין בריאן ליו, דוקטור. סטודנט בקבוצת המחקר של מרסייר והמחבר הראשי של המאמר.

מפגש: ISSCC 2024