中國科大在無(wú)線(xiàn)充電芯片設計研究上取得重要進(jìn)展

近日，中國科大國家示范性微電子學(xué)院程林教授聯(lián)合香港科技大學(xué)暨永雄教授課題組在無(wú)線(xiàn)充電芯片設計領(lǐng)域取得重要成果。研究者提出了一種用于諧振無(wú)線(xiàn)功率傳輸的新型無(wú)線(xiàn)充電芯片架構。所提出的架構通過(guò)在單個(gè)功率級中實(shí)現整流、穩壓和恒流-恒壓充電而實(shí)現了高效率和低成本，為今后無(wú)線(xiàn)充電芯片的設計提供一個(gè)高效的解決方案。該研究成果近日以“A 6.78-MHz Single-Stage Wireless Charger With Constant-Current Constant-Voltage Charging Technique”為題發(fā)表于集成電路設計領(lǐng)域著(zhù)名期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》上( JSSC, 2020, DOI:10.1109/JSSC.2019.2961852)。 

無(wú)線(xiàn)充電作為未來(lái)充電技術(shù)的發(fā)展方向，在消費電子、生物醫療電子、物聯(lián)網(wǎng)以及電動(dòng)汽車(chē)等方面具有廣闊的應用前景，近年來(lái)得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。與傳統有線(xiàn)充電具有穩定的直流電壓相比，無(wú)線(xiàn)充電首先需要對交流輸出電壓進(jìn)行整流和穩壓。由于經(jīng)過(guò)多級功率處理，充電效率大大降低，并且嚴重限制了充電功率。針對無(wú)線(xiàn)充電芯片設計領(lǐng)域提高轉換效率和降低成本的研究熱點(diǎn)，該研究基于3-Mode可重構諧振調節整流器的原理，通過(guò)在單個(gè)功率級中實(shí)現整流、穩壓和恒流-恒壓充電功能，克服了現有芯片設計中需要兩級或三級級聯(lián)的缺點(diǎn)，從而大大提高了芯片轉化效率和集成度。此外，該研究中還提出了一種片上柵壓自舉技術(shù)，采用了一種自適應相位數控制的單輸入雙輸出倍壓器，將自舉電容集成在芯片上，進(jìn)一步提高了芯片的集成度。最終測試結果表明該無(wú)線(xiàn)充電芯片在充電電流為1A和1.5A時(shí)，峰值效率分別可以達到92.3％和91.4％，驗證了所提技術(shù)的有效性。 

該論文第一單位為中國科大，程林教授為第一作者和通訊作者，這是中國科大首次以第一作者單位在JSSC上發(fā)表論文。JSSC作為微電子學(xué)與集成電路設計領(lǐng)域的著(zhù)名期刊，投稿要求必須有實(shí)際流片并且測試指標世界領(lǐng)先的芯片設計成果。