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

無線充電作為未來充電技術的發展方向，在消費電子、生物醫療電子、物聯網以及電動汽車等方面具有廣闊的應用前景，近年來得到了學術界和工業界的高度關注。與傳統有線充電具有穩定的直流電壓相比，無線充電首先需要對交流輸出電壓進行整流和穩壓。由于經過多級功率處理，充電效率大大降低，并且嚴重限制了充電功率。針對無線充電芯片設計領域提高轉換效率和降低成本的研究熱點，該研究基于3-Mode可重構諧振調節整流器的原理，通過在單個功率級中實現整流、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的缺點，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，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，進一步提高了芯片的集成度。最終測試結果表明該無線充電芯片在充電電流為1A和1.5A時，峰值效率分別可以達到92.3％和91.4％，驗證了所提技術的有效性。

論文中提出的無線充電芯片架構框圖

無線充電芯片照片

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上發表論文。JSSC作為微電子學與集成電路設計領域的著名期刊，投稿要求必須有實際流片并且測試指標世界領先的芯片設計成果。