科学家发明利用振动能量运行的突破性新型微型电源转换器

科学家发明利用振动能量运行的突破性新型微型电源转换器加州大学圣迭戈分校和CEA-Leti的研究人员开发了一种新型压电式DC-DC转换器,通过将电源开关集中在单个芯片上,大大缩小了尺寸并提高了效率,有望在技术设备中得到广泛应用。上图为拟议中的压电转换器的芯片照片。资料来源:加州大学圣地亚哥分校该团队开发的电源转换器比目前用于这一用途的巨大、笨重的电感器要小得多。这些设备最终可用于任何类型的直流-直流(DC-DC)对话,包括智能手机、计算机、服务器群和AR/VR头戴式设备。突破性研究成果在旧金山举行的ISSCC2024会议上,发表了题为"基于压电谐振器的集成式双侧串联/并联20至2.2VDC-DC转换器,损耗降低了310%"的论文。论文报告说:"双侧串联/并联压电谐振器(DSPPR)是首个用于基于压电谐振器的功率转换的集成电路,与之前发布和共同设计的分立式设计相比,其在VCR<0.125时的损耗降低了310%。"加州大学圣迭戈分校电气与计算机工程系教授PatrickMercier是这篇论文的资深作者,他说:"这种创新方法提高了性能,尤其是在低电压转换率的情况下--在这一领域,之前的研究一直在努力保持高效率和压电材料的最佳利用率。"该论文解释说,与分立设计相比,混合DSPPR转换器利用集成电路的能力,以较小的面积提供复杂的功率级,并能在电压转换比(VCR)小于0.1的情况下实现设备的高效运行。革命性的单芯片解决方案CEA-Leti硅元件部科学总监GaelPillonnet说:"该集成电路为将所有电源开关整合到单个芯片上提供了一个独特的机会,大大减少了PCB的占地面积,并提高了相位控制精度。"此外,在压电直流-直流转换器的前级和后级中加入额外的电容式转换器级,也有助于提高性能。这种战略性集成减少了对压电材料的需求,从而使转换器更加紧凑,总体积明显缩小。Pillonnet说:"与拟议拓扑结构带来的巨大收益相比,额外电容器的边际增加(不到10%)就显得微不足道了。""直流-直流转换器,尤其是我们工作的重点--低VCR范围内的直流-直流转换器,在各行各业都有广泛的应用,如大功率计算服务器、汽车系统、USB充电器和电池供电设备等,"Mercier研究小组的博士生、论文第一作者刘文钦(Wen-ChinBrianLiu)说。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422034.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1422034.htm

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光子学技术新突破:科学家用微型芯片产生高质量微波信号盖塔实验室开发的光子集成芯片的高级示意图,该芯片用于全光学光分频(OFD)--一种将高频信号转换为低频信号的方法。图片来源:YunZhao/哥伦比亚工程学院这种芯片非常小巧,可以装在锋利的铅笔尖上,是迄今为止在集成光子平台上观察到的最低微波噪声。这项成果为高速通信、原子钟和自动驾驶汽车等应用提供了一条通往小尺寸超低噪声微波发生器的光明之路。用于全球导航、无线通信、雷达和精密计时的电子设备需要稳定的微波源作为时钟和信息载体。要提高这些设备的性能,关键在于减少微波中存在的噪声或相位随机波动。"在过去的十年中,一种被称为光分频的技术产生了迄今为止噪音最低的微波信号,"哥伦比亚工程学院应用物理和材料科学大卫-M-里基教授兼电气工程教授亚历山大-盖塔说。"通常情况下,这样的系统需要多个激光器和相对较大的体积来容纳所有元件。"光分频--一种将高频信号转换为低频信号的方法--是最近产生微波的创新技术,其中的噪声已被大大抑制。然而,由于光分频系统占用桌面空间较大,因此无法用于微型传感和通信应用,而这些应用需要更紧凑的微波源,因此光分频系统已被广泛采用。盖塔说:"我们已经实现了一种设备,只需使用单个激光器,就能在面积小至1平方毫米的芯片上完全实现光分频。我们首次展示了无需电子设备的光学分频过程,大大简化了设备设计。"量子和非线性光子学:创新的核心盖塔的研究小组专门研究量子和非线性光子学,即激光如何与物质相互作用。研究的重点领域包括非线性纳米光子学、频率梳生成、强超快脉冲相互作用以及光量子态的生成和处理。在目前的研究中,他的研究小组设计并制造了一种片上全光学器件,该器件能产生16GHz的微波信号,其频率噪声是迄今在集成芯片平台上实现的最低频率噪声。该设备使用两个由氮化硅制成的微谐振器,通过光子耦合在一起。单频激光器泵浦两个微谐振器。其中一个用于产生光参量振荡器,将输入波转换成两个输出波--一个频率较高,一个频率较低。两个新频率的频率间隔被调整为太赫兹频率。由于振荡器的量子相关性,这种频率差异的噪声可比输入激光波的噪声小数千倍。第二个微谐振器经调整后可产生具有微波间隔的光频梳。然后,振荡器发出的少量光被耦合到梳状频率发生器,从而使微波梳状频率与太赫兹振荡器同步,自动实现光分频。潜在影响和未来应用盖塔研究小组的工作代表了一种在小型、坚固和高度便携的封装内进行光学分频的简单而有效的方法。这些研究成果为芯片级设备打开了大门,这些设备能够产生稳定、纯净的微波信号,可与进行精密测量的实验室产生的信号相媲美。他说:"最终,这种全光分频将带来未来电信设备的新设计。它还能提高用于自动驾驶汽车的微波雷达的精度。"编译自:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425719.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1425719.htm

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