近日，南边科技年夜学深港微电子学院高源助理传授团队于高机能电源治理芯片范畴取患上主要进展。团队乐成设计实现了四款具备代表性的芯片，相干结果别离发表在集成电路设计范畴的国际顶级集会。此中，一篇发表在2025年超年夜范围集成电路国际钻研会（Symposium on VLSI Technology and Circuits, VLSI Symposium），三篇发表在2025年欧洲固态电子研究集会（European Solid-State Electronics Research Conference, ESSERC）。

论文1：高压高靠得住GaN负压直驱芯片

跟着人工智能的快速成长，数据中央对于高功率密度电源的需求出现发作式增加。氮化镓（GaN）功率器件因具有高耐压、低寄生参数及耐高温等上风，被认为是高功率密度电源的抱负选择。然而，于办事器电源永劫间、年夜功率的苛刻运用情况下，GaN器件仍面对栅极懦弱、工艺缺陷密度高、掉效率高档问题，这已经成为制约其于数据中央年夜范围运用的重要瓶颈。高源团队持久聚焦在GaN驱动架构与片上技能研究，旨于经由过程驱动芯片晋升功率器件的体系级靠得住性。驱动芯片不仅需要提供不变的驱动，还有必需集成精准节制、掩护与妨碍诊断等多重功效，才能周全保障体系的靠得住运行。针对于800V和以上电压运用，耗尽型GaN（D-GaN）相较加强型GaN具备更不变的工艺上风，但基在D-GaN的传统Cascode方案于高频运行时效率及靠得住性不足，且难以统筹软开关与硬开关的机能需求。为此，团队提出了一种可重构双模式D-GaN负压直驱芯片架构。该架构经由过程同享电感及部门功率管，将负压Buck-Boost转换与谐振栅极直驱相联合，于单芯片中实现负压天生与栅极能量收受接管；同时实现外部驱动电感由传统的 μH级缩减至300 nH；于谐振直驱模式下，可撑持年夜栅极电荷器件（72 nC）于3 MHz高频下运行，栅极充电功率损耗降低40%；于通例直驱模式下，提供可调压摆率节制，以满意差别电源拓扑矫捷需求。

相干研究结果“A Dual-Mode Direct-Drive D-GaN Driver with Reused Inductor and Power Switches for Negative Voltage Generation and Gate Energy Recycling” 已经在2025年6月于日本京都召开的超年夜范围集成电路国际钻研会（2025 Symposium on VLSI Technology and Circuits, VLSI Symposium）上陈诉。论文第一作者为南边科技年夜学2022级博士生储鹏，高源助理传授为通信作者，南边科技年夜学为第一完成单元。本研究获得了国度天然科学基金及深圳市科技立异委员会的撑持。

图1.高压高靠得住GaN负压直驱芯片（论文1）

论文2：紧凑型可重构开关电容激光二极管驱动芯片

激光二极管（LD）驱动广泛运用在主动驾驶与具身智能中的激光雷达，以和医疗光声成像等新兴范畴。此类运用要求单脉冲孕育发生充足年夜的激光峰值能量。然而，传统电容放电式LD驱动存于硬充电致使效率不足（凡是低在50%）、能量华侈严峻、体积重大和散热坚苦等问题。开关电容方案虽可降低损耗，但需多个片外电容，且不撑持持续电压调治，难以满意装备小型化需求。针对于这些挑战，团队提出了一种紧凑型可重构开关电容充电器，采用自顺应多步充电技能，并基在电流检测实现动态切换，从而最年夜化开关电容阵列的使用率。于该架构下，5 V输入前提下的闭环节制可实现32.6 V高压脉冲输出，单周期脉冲能量达46 μJ，总体效率晋升31%。该方案今朝运用在光声成像脉冲激励孕育发生，于实现高能量与高效率的同时，显著缩小体系尺寸，为集成化LD驱动器的小型化奠基了焦点基础。此外，该技能亦可扩大至阵列激光雷达等场景，用在驱动多脉冲的激光二极管阵列。

相干研究结果“A 5V Input Pulse-Charge-Regulated 46μJ/cycle Laser Diode Driver with a Reconfigurable Switched-Capacitor Charger for Portable Photoacoustic Imaging”在2025年9月8-12日于德国慕尼黑举办的the European Solid-State Electronics Research Conference (ESSERC 2025)上陈诉。论文由南边科技年夜学2020级硕士生林年夜智与2024级硕士生徐茂棠配合担当第一作者，高源助理传授为通信作者，南边科技年夜学为第一完成单元。本研究获得国度天然科学基金及深圳市科技立异委员会的撑持。

图2.紧凑型可重构开关电容激光二极管驱动芯片（论文2）

论文3：主动对于齐电流相位的负载无关的高效率E类功率放年夜器芯片

跟着对于消费电子装备快速无线充电的需求不停增加，紧凑型高功率无线电能传输（WPT）体系的需求也于迅速上升。比拟D类功率放年夜器，E类功率放年夜器可以或许于更高效率下处置惩罚更年夜功率，是以很是合适中高功率WPT运用。E类功率放年夜器依靠在零电压开关（ZVS）来降低开关损耗，但于现实运用中，负载变化会致使难以维持ZVS。详细体现为：实部阻抗Re(Z)的颠簸（源在耦合系数k或者负载电阻RL的变化），以和虚部阻抗Im(Z)的偏移（由开关频率与发射端/吸收端LC谐振频率掉配引起），均会扭曲输出电压波形，从而致使硬开关损耗与体二极管导通损耗，显著降低效率。为解决上述问题，团队提出了一种6.78 MHz主动对于齐电流相位的负载无关E类功率放年夜器。基在E类逆变器的负载自力道理，设计了一种主动对于齐回路：经由过程占空比节制的开关电容布局，可以或许快速顺应实部阻抗变化，并有用赔偿虚部阻抗掉配。是以，该功率放年夜器于所有开关前提下均能连结ZVS，并于负载瞬态和驱动可重构谐振调治整流器时实现高效功率传输。试验成果显示，体系最年夜输出功率到达37.8 W，发射端峰值效率为94%，端到端峰值效率为86.3%。

相干研究结果“A 94% Peak Efficiency Class-E Power Amplifier with Auto-Aligned Current Phase for Guaranteed ZVS under Impedance Variations”已经在2025年9月8–12日于德国慕尼黑进行的 欧洲固态电子研究集会（ESSERC 2025）上陈诉。论文第一作者为南边科技年夜学2021级联培博士生刘映铭，高源助理传授为通信作者，南边科技年夜学为第一完成单元。本研究获得了国度天然科学基金及深圳市科技立异委员会的撑持。

图3.主动对于齐电流相位的负载无关的高效率E类功率放年夜器芯片（论文3）

论文4：高集成度锂电池双向充放电芯片

跟着便携式电子装备的普和，传统碱性电池带来的情况污染与资源华侈问题日趋凸显。以锂电池替换传统AA/AAA电池逐渐成为趋向。然而，锂电池电压与现有1.5 V体系不兼容，且今朝线性充电方案效率低、发烧严峻，难以于AA/AAA电池内提供年夜能量的转换，制约了锂电池的功效。这就要求开发一种高度集成、撑持双向能量转换的电路，于统筹充电与放电效率的同时，显著缩减体系体积。基在此，本研究提出一种新架构的双向Buck/Buck混淆变换器：于放电模式下，经由过程并联电容路径降低电感电流，削减传导损耗；于充电模式下，采用反向Buck布局实现高效能量回充。试验成果注解，该设计于充电模式下峰值效率达96.3%，放电模式下峰值效率达91.4%，并能于全输入电压规模内连结90%以上 的效率。芯片焦点测试板面积仅5.1 妹妹 × 5.0 妹妹，远小在AA/AAA电池截面。需要夸大的是，高集成度的双向充放电电路是所有锂电池运用的共性需求。于具身智能等新兴范畴，年夜量漫衍式装备均需内置近似的双向能量转换单位，本研究提出的方案不仅满意便携装备需求，还有具有优良的普适性与可扩大性，可为更广泛的运用场景提供基础支撑。

相干研究结果“A Bidirectional Buck/Buck Hybrid Converter Achieving 96.3% Charging and 91.4% Discharging Peak Efficiency for Alkaline-to-Li-Ion Replacement”已经于ESSERC 2025上陈诉。论文第一作者为南边科技年夜学2024级硕士生武璇及拜候博士生童猜裕，高源助理传授为通信作者，南边科技年夜学为第一完成单元。本研究获得国度天然科学基金及广东省天然科学基金的撑持。

图4. 高集成度锂电池双向充放电芯片

关在VLSI

超年夜范围集成电路国际钻研会(VLSI Symposium)始在1987年，是与ISSCC、IEDM齐名的集成电路与半导体范畴第一流别集会，每一年夏日轮流于美国及日本举办，会聚全世界芯片行业的顶尖专家，配合切磋VLSI技能的最新冲破与将来趋向。该集会于集成电路与半导体范畴的学术界以和工业界均享有很高的学术职位地方及广泛影响，入选的集会文章不仅需要学术上的立异，更需要表现结果的财产价值及技能前沿性。

关在ESSERC

欧洲固态电子研究集会ESSERC始在1975年的ESSCIRC（2024年与ESSDERC归并成为ESSERC），是芯片设计范畴顶级集会之一，代表电路设计范畴最高程度，备受海内外财产界及学术界的高度存眷。今年度ESSERC电源治理芯片范畴共设个4分会场，面向全世界工业界及学术界吸收17篇论文；此中，3篇论文来自南科年夜高源团队，是该范畴中稿至多的研究团队。

关在高源助理传授课题组

高源助理传授（IEEEISSCCTPC）课题组持久致力在高机能电源治理集成电路研究。聚焦人工智能、汽车电子及生物医疗等新兴运用中电源治理芯片于能效、尺寸与靠得住性上的要害瓶颈，缭绕高靠得住功率器件驱动、小尺寸高机能光电器件驱动和低功耗低噪声电源治理等标的目的提出体系性的电路与架构立异。团队接待来自海内外顶尖黉舍的学生申请博士后/博士生/硕士生等。