我院在模拟集成电路设计研究领域取得重要进展，研究成果《Design of Scalable Hybrid Boost Converter with Optimal Number of Stages for High Conversion Ratio and High Power Efficiency》在集成电路设计领域国际权威期刊《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》上发表。

锂离子电池供电的升压转换器已广泛用于手机、智能手环、个人平板电脑等便携式设备的发光二极管背光供电。然而，多路并联的LED灯串会因总电流较大而降低系统能效。为降低电流，需增加单路LED数量，这要求升压转换器能够将约3V至5V的低输入电压转换为约20V至24V的高输出电压，即需实现高转换比。传统两开关结构升压转换器，在高转换比应用下存在明显不足：首先，功率开关需承受来自输出的更高电压应力，使用高压器件会导致效率下降；其次，占空比趋近100%将增加控制电路设计难度；再者，电感电流及其纹波增大将导致电感DCR损耗增加。

通过增加飞跨电容或电感形成混合升压拓扑可以解决上述问题，但现有混合升压方案仍然存在局限。因此，本文提出一种N级可扩展混合升压转换器（NSHBC），仅需单个电感、N个飞跨电容及3N个功率开关。该拓扑通过使电感与飞跨电容在充电时并联、放电时串联，实现三重优势：首先，其转换比同时取决于占空比与级数N，可在保持合理占空比的前提下实现高转换比，便于环路控制；其次，串联分压机制允许采用低电压优值器件以提升效率；再者，并联分流结构可降低电感DCR损耗。针对特定应用场景，本文将通过建模分析提出最优级数（NOPT）选择方案，进一步优化系统效率。

图 | 2SHBC芯片照片与关键信号波形

图 | 2SHBC效率对比与损耗分析

采用0.18 μm BCD工艺设计并流片的NOPT=2型SHBC原型电路，经实测验证其在转换比4至8范围内工作正常，并在输出电流0.125A、转换比为4的条件下实现了93.34%的峰值效率。因此，采用NOPT的SHBC非常适用于其它需要高转换比与高功率效率的应用场景。

该成果由我院余凯副教授、李思臻副教授及研究生邓宇宏、张景然，澳门大学黄沫教授共同完成，广东工业大学集成电路学院是论文第一单位。

[1] Yu, Kai; Deng, Yuhong; Li, Sizhen; Zhang, Jingran; Huang, Mo. Design of Scalable Hybrid Boost Converter With Optimal Number of Stages for High Conversion Ratio and High Power Efficiency. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I-REGULAR PAPERS, 2025, 72(12):8434-8445