本期分享的科研成果來自中科大、港科大與中科院微電子所的聯合課題組，其團隊研制的無線充電芯片峰值效率可達92.3％，迄今同類研究中報道的國際最高效率，其成果獲得了2020年IEEE ASP-DAC的最佳設計獎，有望助力無線充電技術的進一步成熟。

研究背景

在大家日常所熟悉的手機領域，無線充電已經從5瓦發展到65瓦功率，高端電動汽車上的無線充電技術也開始向中級和緊湊型下放，可以預見無線充電將會成為未來充電技術的重要發展方向，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，一直備受學術界和產業界的關注。與傳統有線充電具有穩定的直流電壓相比，無線充電芯片首先需要對通過線圈耦合得到的交流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。

為解決這項難題，中科大與港科大和中科院微電子所的聯合課題組提出了一種應用于諧振型無線功率傳輸的新型無線充電芯片架構。相關研究成果于2020年4月以“A 6.78-MHz Single-Stage Wireless Charger With Constant-Current Constant-Voltage Charging Technique”為題發表于IEEE Journal of Solid-State Circuits。程林教授為論文第一作者和通訊作者。該項成果在2019年Symposia on VLSI Technology and Circuits會上時即被評為技術亮點（Technical Highlights）論文，其后發表于IEEE JSSC并獲得了2020年IEEE ASP-DAC的最佳設計獎（Best Design Award）。

基本特性

該研究提出了一種基于可重構諧振調節整流器的單級無線充電架構，首次將整流、穩壓和恒流-恒壓充電三個功能在單個功率級內完成，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的充電效率和集成度。此外，該研究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片上，進一步提高了芯片的集成度。采用0.35μm CMOS工藝流片，測試結果表明芯片在充電電流為1A時，峰值效率可達92.3％，為迄今同類工作中報道的國際最高效率。該架構為今后諧振型無線充電芯片的設計提供了一個高效的解決方案。

模型與測試結果

這里給大家選取了原理結構圖和部分測試結果：

無線充電電路示意圖

芯片結構光學實拍圖

測試步驟

不同電壓條件下的穩態波形(a)Vbat=2.8伏；(b)Vbat=3.3伏；(c)Vbat=3.6伏；(d)Vbat=4.0伏

轉換效率測量

前景展望

無線充電聯盟（WPC）主席諾·特雷弗斯曾斷言無線充電最終會像WiFi一樣無處不在，而現在無線充電技術的快速發展確實在消費電子和汽車電子領域展現了其便利與實用性，小編非常期待能看到《三體》中可隨時隨地的無感無線充電技術，真正改變人類的生活方式。本項研究成果在無線充電效率問題上給出了更高效的解決方案，想必將會助力無線充電技術的進一步成熟和普及。

原文標題：科研前線 | 中科大無線充電芯片獲2020年IEEE ASP-DAC的最佳設計獎

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責任編輯：haq