Ces minuscules convertisseurs de puissance fonctionnent à l’énergie vibratoire


Des scientifiques de l'Université de Californie à San Diego et du CEA-Leti ont développé un convertisseur DC-DC piézoélectrique révolutionnaire qui unifie tous les interrupteurs de puissance sur une seule puce pour augmenter la densité de puissance. Cette nouvelle topologie de puissance, qui s'étend au-delà des topologies existantes, allie les avantages des convertisseurs piézoélectriques avec ceux des convertisseurs DC-DC capacitifs.

Les convertisseurs de puissance développés par l’équipe sont beaucoup plus petits que les énormes inducteurs encombrants actuellement utilisés pour ce rôle. Les appareils pourraient éventuellement être utilisés pour tout type de conversation DC-DC, des téléphones intelligents aux ordinateurs, en passant par les fermes de serveurs et les casques AR/VR.

Les résultats ont été présentés dans l’article « An Integrated Dual-side Series/Parallel Piezoelectric Resonator-based 20-to-2.2V DC-DC Converter Achieving a 310% Loss Reduction », le 20 février à l’ISSCC 2024 à San Francisco.

« Le résonateur piézoélectrique série/parallèle double face (DSPPR) est le premier circuit intégré utilisé pour la conversion de puissance basée sur PR et permet une réduction des pertes jusqu'à 310 % par rapport aux conceptions discrètes publiées et co-conçues de l'art antérieur pour les magnétoscopes < 0,125 », les rapports papier.

« Cette approche innovante améliore les performances, en particulier dans les taux de conversion basse tension, un domaine dans lequel les travaux antérieurs avaient du mal à maintenir à la fois un rendement élevé et une utilisation optimale des matériaux piézoélectriques », a déclaré Patrick Mercier, professeur au Département de génie électrique et informatique de l'UC San. Diego et un auteur principal de l'article.

L'article explique qu'un convertisseur DSPPR hybride exploite la capacité des circuits intégrés à offrir des étages de puissance sophistiqués dans une petite zone par rapport aux conceptions discrètes, et permet un fonctionnement efficace du dispositif à des taux de conversion de tension (VCR) inférieurs à 0,1.

« Le circuit intégré offre une opportunité unique de consolider tous les interrupteurs de puissance sur une seule puce, réduisant ainsi considérablement l'encombrement du PCB et améliorant la précision du contrôle de phase », a déclaré Gael Pillonnet, directeur scientifique de la division composants silicium du CEA-Leti.

De plus, l'intégration d'étages de convertisseur capacitifs supplémentaires, à la fois avant et après le convertisseur DC-DC piézoélectrique, contribue à l'amélioration des performances.

« Cette intégration stratégique réduit la demande en matériaux piézoélectriques, ce qui donne lieu à un convertisseur plus compact avec un volume total nettement inférieur. L'augmentation marginale des condensateurs supplémentaires, qui est inférieure à 10 %, est dérisoire en comparaison des gains substantiels facilités par la topologie proposée », a déclaré Pillonnet.

« Le convertisseur DC-DC, en particulier dans la gamme des magnétoscopes bas de gamme, qui était au centre de notre travail, a des applications répandues dans divers secteurs, tels que les serveurs informatiques haute puissance, les systèmes automobiles, les chargeurs USB et les appareils alimentés par batterie. » a déclaré Wen-Chin Brian Liu, titulaire d'un doctorat. étudiant du groupe de recherche de Mercier et auteur principal de l'article.

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