中國(guó)科大在電源管理芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得新進(jìn)展

近日，中國(guó)科大國(guó)家示范性微電子學(xué)院程林教授課題組設(shè)計(jì)的一款高效率、高電流密度的降壓-升壓直流-直流轉(zhuǎn)換器(Buck-Boost DC-DC Converter)芯片亮相于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域最高級(jí)別會(huì)議 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)。ISSCC是國(guó)際上最尖端芯片設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)表之地，其在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界受到極大關(guān)注，也被稱為 “芯片奧林匹克”。ISSCC 2023于今年2月19日至23日在美國(guó)舊金山舉行。 ,)?!p_*@:  
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Buck-Boost轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于鋰電池供電的移動(dòng)電子設(shè)備中，將在實(shí)際使用時(shí)變化的電池電壓(2.7 V-4.2 V) 轉(zhuǎn)換為3.4V左右的固定電壓，為應(yīng)用端如射頻功放、藍(lán)牙等模塊供電。為了延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，需要轉(zhuǎn)換器在全電池電壓范圍內(nèi)保持高效率。同時(shí)為了滿足移動(dòng)電子設(shè)備的小型化需求，要求轉(zhuǎn)換器具有高電流密度。 40=*Ul U-  
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現(xiàn)有的Buck-Boost轉(zhuǎn)換器通過引入飛電容減少功率路徑上的功率管數(shù)量來(lái)降低導(dǎo)通損耗，但同時(shí)也導(dǎo)致了功率管的耐壓?jiǎn)栴}，限制了效率的提升；為了克服耐壓?jiǎn)栴}，一些工作又引入更多的功率管和飛電容，增加了成本并且降低了芯片的電流密度。隨著移動(dòng)電子設(shè)備集成的功能越來(lái)越多，負(fù)載電流越來(lái)越大，現(xiàn)有Buck-Boost結(jié)構(gòu)在效率與電流密度之間的折中愈發(fā)挑戰(zhàn)。 03Uj0.Z|7  
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為此，本研究提出一種新型Buck-Boost轉(zhuǎn)換器拓?fù)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=結(jié)構(gòu)',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_7">結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中只包含4個(gè)低壓功率管、1個(gè)飛電容、1個(gè)電感，是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中唯一一種僅使用4個(gè)功率管和1個(gè)飛電容而無(wú)耐壓?jiǎn)栴}的結(jié)構(gòu)。此外，在飛電容的輔助下，該結(jié)構(gòu)的電感電流以及導(dǎo)通損耗在全電池電壓范圍內(nèi)都得到有效降低。 T0|hp7WM  
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測(cè)試結(jié)果表明，該芯片可實(shí)現(xiàn)98.6%的峰值效率，在1.7 mm2的芯片面積下實(shí)現(xiàn)了最大2.5A的輸出電流。與同類研究相比，本設(shè)計(jì)以最低的芯片成本取得了全電壓轉(zhuǎn)換比下最高效率以及最高電流密度，實(shí)現(xiàn)了效率與電流密度較為完美的折中。該研究成果以“A 98.6%-Peak-Efficiency 1.47A/mm2Current-Density Buck-Boost Converter with Always Reduced Conduction Loss”為題發(fā)表在ISSCC 2023上。第一作者為我校微電子學(xué)院博士生靳吉，程林教授為通訊作者，合肥乘翎微電子有限公司為論文合作單位。這也是程林教授課題組連續(xù)第三年在ISSCC上發(fā)表關(guān)于電源管理芯片設(shè)計(jì)的工作。 U5:5$T,C  
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本項(xiàng)研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等課題的資助，也得到了中國(guó)科大信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的支持。