近日，中國(guó)科大國(guó)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)線充電芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得重要成果。研究者提出了一種用于諧振無(wú)線功率傳輸?shù)男滦蜔o(wú)線充電芯片架構(gòu)。所提出的架構(gòu)通過(guò)在單個(gè)功率級(jí)中實(shí)現(xiàn)整流、穩(wěn)壓和恒流-恒壓充電而實(shí)現(xiàn)了高效率和低成本，為今后無(wú)線充電芯片的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)領(lǐng)域著名期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》上( JSSC, 2020, DOI:10.1109/JSSC.2019.2961852)。

無(wú)線充電作為未來(lái)充電技術(shù)的發(fā)展方向，在消費(fèi)電子、生物醫(yī)療電子、物聯(lián)網(wǎng)以及電動(dòng)汽車等方面具有廣闊的應(yīng)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(tǒng)有線充電具有穩(wěn)定的直流電壓相比，無(wú)線充電首先需要對(duì)交流輸出電壓進(jìn)行整流和穩(wěn)壓。由于經(jīng)過(guò)多級(jí)功率處理，充電效率大大降低，并且嚴(yán)重限制了充電功率。針對(duì)無(wú)線充電芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本的研究熱點(diǎn)，該研究基于3-Mode可重構(gòu)諧振調(diào)節(jié)整流器的原理，通過(guò)在單個(gè)功率級(jí)中實(shí)現(xiàn)整流、穩(wěn)壓和恒流-恒壓充電功能，克服了現(xiàn)有芯片設(shè)計(jì)中需要兩級(jí)或三級(jí)級(jí)聯(lián)的缺點(diǎn)，從而大大提高了芯片轉(zhuǎn)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(yīng)相位數(shù)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(cè)試結(jié)果表明該無(wú)線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(dá)到92.3％和91.4％，驗(yàn)證了所提技術(shù)的有效性。

論文中提出的無(wú)線充電芯片架構(gòu)框圖

無(wú)線充電芯片照片

該論文第一單位為中國(guó)科大，程林教授為第一作者和通訊作者，這是中國(guó)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(shè)計(jì)領(lǐng)域的著名期刊，投稿要求必須有實(shí)際流片并且測(cè)試指標(biāo)世界領(lǐng)先的芯片設(shè)計(jì)成果。