传统降压转换器在输入与输出电压差距较大时,会出现效率下降、输出电流供给不足等问题。现有多数设计依赖电感等磁性元器件,这类器件虽经过长期迭代优化,性能已逼近物理极限,难以满足未来技术的规模化升级需求。然而,压电谐振器通过谐振工作,理论上可以实现零电压或零电流开关,大大降低开关损耗。

压电谐振器是一种利用压电效应和逆压电效应工作的声波电子元器件。当外加交变电压的频率等于其固有机械谐振频率时,它会发生剧烈的谐振,从而在电路中提供高精度的频率基准或实现特定频率的滤波。压电谐振器能够通过机械振动存储和传输能量,基于压电技术的转换器有望实现更小的尺寸、更高的能量密度、更高的效率,并且更容易大规模生产。

加州大学圣地亚哥分校的工程师们基于压电谐振器开发了一种新型芯片设计,有望改进图形处理器(GPU)的电源转换和管理方式。团队开发一种改进的降压转换器,它将压电谐振器与小型商用电容器巧妙地组合在一起,这种新的电路设计使转换器能够更有效地处理更大的电压转换。

研究团队将该设计应用于原型芯片。测试表明,该芯片能够将 48 伏电压转换为 4.8 伏(数据中心常用的电压等级),峰值效率高达 96.2%。此外,该芯片的输出电流也比早期压电方案高出约四倍。

这种混合电路设计具有多项优势:它为电力流动创建了多条路径、同时减少了能量损耗并减轻了谐振器的负载。因此,能够在尺寸略微增加的情况下,显著提高效率和功率输出。

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作者 ab, 808