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詹陈长课题组在IEEE JSSC、TPEL、A-SSCC发表无线传电芯片设计系列研究成果

2021-04-25 科研聚焦 浏览量:287

近日,南方科技大学深港微电子学院副教授詹陈长和澳门大学科技学院副教授路延团队合作在电源管理芯片研究的重要分支—无线传电芯片设计领域取得突破性进展,双方联合培养的博士林杰先后提出了一种6.78MHz的超快瞬态响应单级单输出无线传电接收器和一种应用于无线传电的高能效快速响应单级双输出整流器。相关成果分别以“A 6.78-MHz Single-Stage Wireless Power Receiver with Ultra-Fast Transient Response Using Hysteretic Control and Multi-Level Current-Wave Modulation”[1]和 “A Single-Stage Dual-Output Regulating Rectifier With Hysteretic Current-Wave Modulation”[2]为题发表在功率电子领域顶级期刊《功率电子学报》(IEEE Transactions on Power Electronics, TPEL)和集成电路设计领域顶级期刊《固态电路杂志》(IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC)上。

无线传电已经广泛应用在手机等可移动设备,其提供了快捷方便的充电方式。但传统无线传电系统接收端需要交流-直流转换(AC-DC)和直流-直流转换(DC-DC)多级完成,这会导致系统占用较大芯片面积、较多的片外元件、较低的转换效率以及较慢的瞬态响应速度。针对上述问题,研究团队在论文[1]中通过迟滞控制和多级电流波形调制(Multi-level CWM)实现了单级稳压和快速瞬态响应。论文[2]中对该系统进一步改进,提出了一种单级双输出方案,将交流电压分成两个半波分别为两个负载供电,并通过两个相互独立的三级电流波形调制(3-level CWM)实现电压转换和输出电压稳压。同时,该论文扩展了N个输出的情况,在N输出时,仅需要N+2个功率管。上述两款芯片均采用了标准的0.18μm 1.8-/3.3-V CMOS工艺,经过测试表明,[1]达到了92.14%的峰值效率,在负载电流由12mA跳变到600mA时,输出电压几乎没有可感知的下冲/过冲。论文[2]中实现了1.8V、3.3V双路输出,当输出电流200mA时效率达到91.9%,并且在瞬态响应速度和输出交叉扰动(cross-regulation)方面都表现良好。和目前最高水平相比,上述两款芯片面积、效率、瞬态响应速度等性能指标均达到世界领先水平。

前述论文[1]中的单级快速响应无线传电接收芯片也预先在国际顶级会议--2020年IEEE亚洲固态电路会议(IEEE Asian Solid-State Circuits Conference, A-SSCC)上做了口头报告[3]。论文[2]中的双输出及多输出无线传电接收系统分别申请了两项发明专利[4、5],申请号分别为202010387461.4,202010386781.8,专利所有权均由南科大和澳大各占50%。特别值得指出的是,这是南科大首篇以其学生为第一作者的IEEE JSSC论文。JSSC被普遍认为是半导体芯片设计领域的最高级别期刊,其学术影响力可与Nature/Science在更广泛科学领域的地位相当。

林杰博士是上述论文/专利的第一作者/发明人,他是我校与澳门大学联合培养的首批博士生(2016-2021),也是我校培养的第二届本科生(2012-2016)。深港微电子学院詹陈长副教授和澳门大学科技学院路延副教授为上述论文的共同通讯作者。


参考文献

[1]

J. Lin, C. Zhan and Y. Lu, "A 6.78-MHz single-stage wireless power receiver with ultra-fast transient response using hysteretic control and multi-level current-wave modulation," IEEE Trans. Power Elec., Early Access. https://doi.org/10.1109/TPEL.2021.3062400.

[2]

J. Lin, Y. Lu, C. Zhan and R. P. Martins, "A single-stage dual-output regulating rectifier with hysteretic current-wave modulation," IEEE J. Solid-State Circ., Early Access. https://doi.org/10.1109/JSSC.2021.3071221.

[3]

J. Lin, C. Zhan and Y. Lu, “A 6.78-MHz Single-Stage Regulating Rectifier with Hysteretic Control and Current-Wave Modulation,” IEEE Asian Solid-State Circ. Conf. (A-SSCC), pp. 1-2, Nov. 2020. https://doi.org/10.1109/A-SSCC48613.2020.9336129.

[4]

林杰,詹陈长,路延,马许愿,“双路输出有源整流器结构和无线充电电路”,发明专利,申请号CN111490690A202010387461.4),申请日2020.8.4.https://patents.google.com/patent/CN111490690A

[5]

林杰,詹陈长,路延,马许愿,“多路输出有源整流器结构和无线充电电路”,发明专利,申请号CN111464051A202010386781.8),申请日2020.7.28.https://patents.google.com/patent/CN111464051A

 

课题组介绍

      詹陈长课题组专注于模拟、混合信号和电源管理集成电路与系统的分析和设计,具体研究课题包括超低功耗参考电压/电流源、低压差稳压器、开关模式电源转换器、无线传电集成电路、温度传感器、模数转换器等。所开发的集成电路采用标准半导体工艺进行流片验证,从不同角度显著提升芯片性能指标、降低芯片功耗和成本。截止目前,课题组发表了1本专著,并有超过70篇SCI/EI学术论文发表在包括IEEE JSSC、TCAS-I、TCAS-II、TVLSI、TPEL、IET EL等在内的知名期刊以及IEEE ESSCIRC、A-SSCC、ISCAS等在内的知名国际会议上,已获授权9项中国专利、5项美国专利,并多次获得国际会议最佳论文奖或提名奖。课题组研究工作获得了国家自然科学基金、教育部工程研究中心、广东省建设高水平理工大学专项经费、广东省普通高校重点实验室、深圳市科创委、南山区科创局以及多家企业横向课题等各项经费支持。

 


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