CN111863414A - 电源多抽头自耦变压器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及电源多抽头自耦变压器。一种装置包括第一绕组、第二绕组、磁芯和多个抽头节点。第一绕组是多抽头自耦变压器的初级绕组。第二绕组是多抽头自耦变压器的次级绕组。第一绕组和第二绕组包裹在磁芯周围，第二绕组以串联连接的方式设置在第一绕组之间。多个抽头节点将第一绕组和第二绕组耦合到电源电路，诸如开关电容器转换器。

Description

电源多抽头自耦变压器
技术领域
本公开涉及电源领域。
背景技术
顾名思义，传统开关电容器DC-DC转换器将接收的DC输入电压转换为DC输出电压。
在一个传统应用中，传统开关电容器转换器的输入电压落在40VDC至60VDC之间的范围内。在这种实例中，开关电容器转换器中的开关被控制以转移存储在电容器中的电荷，从而将所谓的4:1开关电容器转换器的输入电压(诸如48VDC)转换为输出电压(诸如12VDC)。换句话说，传统开关电容器转换器可以被配置为将48VDC电压转换为12VDC电压。
为了避免开关电容器转换器中的所谓硬开关，优选地，当开关电容器转换器中的开关两端的电压接近零且流过它们的电流接近零时，切换这些开关。
通过将单独电感器与相应电容器串联放置在开关电容器转换器的每一级中，可以减轻传统开关电容器转换器中的不良硬开关。这导致谐振(或半谐振)开关转换器。这种开关电容器转换器有时被称为开关槽转换器(STC)。由电感器和电容器的串联连接形成的谐振槽电路具有相关联的谐振频率，该谐振频率基于这些部件的电感和电容。
传统开关电容器转换器中的开关在相应谐振频率下开关导致所谓的零电流开关(ZCS)，这减少了开关损耗并且提供了良好的功率转换效率。
多抽头自耦变压器是有时用于电源应用的一种特殊类型的变压器。多抽头自耦变压器只有一个连续绕组。在多抽头自耦变压器中，同一绕组的各部分可以用作多抽头自耦变压器的初级侧和次级侧。
发明内容
本公开包括以下观察：可以提高电源的功率转换效率。例如，为此，本文中的实施例包括新颖磁性设备、变压器设备及其制造方法，以提供对应输出电压的有效生成。
更具体地，根据一个实施例，一种装置(诸如多抽头自耦变压器)包括第一绕组、第二绕组、磁芯和多个抽头节点。第一绕组是多抽头自耦变压器的初级绕组。第二绕组是多抽头自耦变压器的次级绕组。第一绕组和第二绕组包裹在多抽头自耦变压器的磁芯周围。在一个实施例中，第二绕组以串联连接的方式设置在第一绕组之间。多抽头自耦变压器的多个抽头节点提供第一绕组和第二绕组与电源电路(诸如开关电容器转换器或其他合适类型的电源转换器电路)的耦合。
根据其他实施例，第一绕组至少包括第一初级绕组和第二初级绕组；制造者将第二绕组串联连接在第一初级绕组和第二初级绕组之间。在一个实施例中，第一绕组、第二绕组和磁芯的组合是多抽头自耦变压器设备的部件(硬件)。
在其他实施例中，诸如当在电源电路中实现本文中所描述的多抽头自耦变压器时，第一绕组和第二绕组中的每个绕组可操作以接收从一个或多个输入电压源供应的能量。如本文中所描述的多抽头自耦变压器的芯将能量从第一绕组(初级绕组)传送到第二绕组(次级绕组)以产生输出电压以为相应负载供电。
根据其他实施例，本文中所描述的多抽头自耦变压器设备的多个抽头节点包括第一抽头节点和第二抽头节点。在一个实施例中，第一抽头节点相对于多抽头自耦变压器的磁芯的本体与第二抽头节点相对设置。第一抽头节点耦合到第一绕组。第二第一抽头节点耦合到第二绕组。在一个实施例中，耦合到第二绕组的抽头节点集合设置在磁芯的本体的轴的端处，诸如磁芯中第二绕组(诸如公共节点)相对于彼此串联的位置。
应当指出，第一绕组和第二绕组中的每个绕组可以包括任何整数个匝或非整数个匝。例如，根据第一实施例，第一绕组中的每个第一绕组包括整数(或近整数)个匝；第二绕组中的每个第二绕组包括整数(或近整数)个匝。根据第二实施例，第一绕组中的每个第一绕组都包括非整数个匝；第二绕组中的每个第二绕组包括整数(或近整数)个匝。根据第三实施例，第一绕组中的每个第一绕组都包括非整数个匝；第二绕组中的每个第二绕组也包括非整数个匝。
根据其他实施例，本文中所描述的多抽头自耦变压器的磁芯包括多个磁芯，第一绕组和第二绕组缠绕在该多个磁芯周围。在一个非限制性示例实施例中，第一绕组中的每个第一绕组缠绕在多个磁芯的组合周围。第二绕组中的每个第二绕组仅缠绕在多个磁芯中的不同(单个)磁芯周围。
在其他实施例中，第一绕组可选地包括初级绕组的第一集合和初级绕组的第二集合；初级绕组的第一集合中的每个初级绕组都缠绕(包裹)在多个磁芯的组合周围；第二初级绕组中的每个第二初级绕组缠绕在多个磁芯的组合周围。第二绕组可选地包括次级级绕组的第一集合和次级绕组的第二集合。第一集合中的次级绕组中的每个次级绕组仅缠绕在多个磁芯中的第一(单个)磁芯周围；第二集合中的次级绕组中的每个次级绕组仅缠绕在多个磁芯中的第二(单个)磁芯周围。
根据其他实施例，初级绕组的第一集合和初级绕组的第二集合与次级绕组的第一集合和次级绕组的第二集合串联连接。又进一步地，初级绕组的第一集合中的初级绕组中的每个初级绕组串联连接。初级绕组的第二集合中的初级绕组中的每个初级绕组串联连接。次级绕组的第一集合中的次级绕组中的每个次级绕组彼此并联连接；并且次级绕组的第二集合中的次级绕组中的每个次级绕组彼此并联连接。
根据其他实施例，本文中所描述的电源包括独特的多抽头自耦变压器，其中多抽头自耦变压器的第一初级绕组和第二初级绕组通过次级绕组经由连通性串联连接。更具体地，第一初级绕组与次级绕组串联连接；第二初级绕组也与次级绕组串联连接。
本文中所描述的多抽头自耦变压器可以被配置为包括一个或多个次级绕组(诸如抽头次级绕组或串联连接的多个次级绕组)，该一个或多个次级绕组感应耦合到第一初级绕组和第二初级绕组。在一个实施例中，第一初级绕组、第二初级绕组和次级绕组通过磁芯的芯彼此磁性耦合。如果需要，则一个或多个次级绕组可以中心分接，以便于从中心抽头(次级)绕组的输出产生输出电压。
根据其他实施例，本文中所描述的电源包括连接在多抽头自耦变压器的初级绕组的节点两端的电感器。在其他实施例中，电感器与多抽头自耦变压器的次级绕组并联连接。
在其他实施例中，电感器在开关电容器转换器中提供开关的零电压开关(ZVS)。附加地或可替代地，应当指出，零电压开关能力可以通过与多抽头自耦变压器相关联的励磁电感来提供。
下文对这些和其他更具体实施例进行更详细的公开。
应当指出，本文中所讨论的资源中的任一资源可以包括一个或多个计算机化设备、装置、硬件等，其执行和/或支持本文中所公开的方法操作中的任何或所有方法操作。换句话说，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文中所解释地操作以执行本文中所描述的不同实施例。
本文中的其他实施例包括用于执行上文所概述的并且下文所详细公开的步骤和/或操作的软件程序。一个这种实施例包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质(即，任何计算机可读硬件存储介质)，其上编码有软件指令以用于后续执行。指令当在具有处理器的计算机化设备(硬件)中执行时，对处理器(硬件)进行编程和/或使得该处理器(硬件)执行本文中所公开的操作。通常，提供这种布置，作为在诸如光学介质(例如，CD-ROM)、软盘、硬盘、记忆棒、存储器设备等之类的非暂态计算机可读存储介质或诸如一个或多个ROM、RAM、PROM等中的固件之类的其他介质上布置或编码的软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，或作为专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或其他这种配置可以安装到计算机化设备上以使得计算机化设备执行本文中所说明的技术。
因而，本文中的实施例涉及一种支持本文中所讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
一个实施例包括一种计算机可读存储介质和/或系统，该计算机可读存储介质和/或系统其上存储有指令以便于生成输出电压以为负载供电。指令当由计算机处理器硬件执行时，使得计算机处理器硬件(诸如位于同一位置或位于不同位置的一个或多个处理器设备或硬件)：接收磁芯；将第一绕组包裹在磁芯周围，第一绕组是初级绕组；将第二绕组包裹在磁芯周围，第二绕组为次级绕组，第二绕组以串联连接的方式设置在第一绕组之间；以及将多抽头自耦变压器的多个节点耦合到第一绕组和第二绕组。
为了清楚起见，已添加了上述步骤的顺序。应当指出，如本文中所讨论的处理步骤中的任一处理步骤可以以任何合适次序执行。
本公开的其他实施例包括软件程序和/或相应硬件，以执行上文所概述并且下文所详细公开的方法实施例步骤和操作中的任一方法实施例步骤和操作。
应当理解，如本文中所讨论的，系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等还可以严格地体现为软件程序、固件，体现为软件、硬件和/或固件的混合，或体现为单独硬件(诸如处理器(硬件或软件)内，或操作系统内或软件应用内)。
进一步地，应当指出，尽管本文中所讨论的实施例可应用于制造新颖多抽头自耦变压器并且控制开关电容器转换器的操作，但是本文中所公开的概念可以有利地应用于任何其他合适的电压转换器拓扑结构或电子电路。
附加地，应当指出，尽管本文中的不同特征、技术、配置等中的每个特征、技术、配置可以在本公开的不同地方进行讨论，但是在适当的情况下，意图是概念中的每个概念可以可选地彼此独立执行或彼此结合。因而，可以以许多不同方式来体现和查看本文中所描述的一个或多个本发明。
此外，应当指出，本文中的实施例的初步讨论(实施例的发明内容)有意没有指定本公开或一个或多个所要求保护的发明的每个实施例和/或增加新颖方面。相反，该发明内容仅提供了传统技术的一般实施例和对应新颖点。对于一个或多个本发明的其他细节和/或可能观点(排列)，引导读者参考本公开的“具体实施方式”部分(其是实施例的概述)和对应附图，如下文所进一步讨论的。
附图说明
图1是图示了根据本文中的实施例的包括开关电容器转换器和多抽头自耦变压器的电源的示例图。
图2是图示了根据本文中的实施例的控制器和包括开关电容器转换器和多抽头自耦变压器的电源的更详细再现的示例图。
图3是图示了根据本文中的实施例的控制信号的时序的示例时序图。
图4是图示了根据本文中的实施例的控制信号和输出信号的时序图的示例图。
图5是图示了根据本文中的实施例的控制开关电容器转换器中的开关的第一模式的示例图。
图6是图示了根据本文中的实施例的开关电容器转换器中的开关的死区时间或停用的示例图。
图7是图示了根据本文中的实施例的控制开关电容器转换器中的开关的第二模式的示例图。
图8是图示了根据本文中的实施例的开关电容器转换器中的开关的死区时间或停用的示例图。
图9是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的细节的示例图。
图10是图示了根据本文中的实施例的可操作以执行一个或多个操作的计算机体系架构的示例图。
图11是图示了根据本文中的实施例的通用方法的示例图。
图12是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的本体的细节的示例图。
图13是图示了根据本文中的实施例的指定了用于在多抽头自耦变压器上制造绕组的不同数目的(导线的)匝的表的示例图。
图14是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的逻辑电路表示的示例图。
图15A和图15B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的不同俯视图的示例图。
图16A和图16B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的不同俯视图的示例图。
图17A和图17B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的不同俯视图的示例图。
图18A和图18B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的不同俯视图的示例图。
图19是图示了根据本文中的实施例的包括补充初级绕组(串联)和补充次级绕组(并联)的多抽头自耦变压器的示例图，其中两个基本自耦变压器集成在一个结构中。
图20是图示了根据本文中的实施例的划分/分割磁芯和对应的多个绕组的细节的示例图。
图21A是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器设备的实现方式的示例俯视图。
图21B是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器设备中的绕组的示例侧视图。
图22A是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器设备的实现方式的示例俯视图。
图22B是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器设备中的绕组的示例侧视图。
图23A是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器设备的实现方式的示例俯视图。
图23B是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器设备中的绕组的示例侧视图。
图24是图示了根据本文中的实施例的可操作以执行一个或多个制造操作的计算机体系架构的示例图。
图25是图示了根据本文中的实施例的通用方法的示例图。
图26是图示了根据本文中的实施例的具有M个基本自耦变压器的矩阵多抽头自耦变压器的细节的示例图。
如附图所图示的，根据本文中的以下更具体描述，本文中的实施例的前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记在不同视图中始终是指相同部分。附图不一定按比例绘制，而是着重于说明实施例、原理、概念等。
具体实施方式
现在，更具体地，图1是图示了根据本文中的实施例的包括开关电容器转换器和多抽头自耦变压器的电源的示例图。
如该示例实施例中所示出的，电源100(诸如装置、电子设备等)包括控制器140和电压转换器135。电压转换器135包括初级级101和次级级102。
初级级101包括开关电容器转换器131，其包括多抽头自耦变压器160的开关125、第一初级绕组161-1和第二初级绕组162-2。应当指出，多抽头自耦变压器160以非限制示例实施例示出，并且可以例示为任何合适设备，诸如变压器、变压器设备、变压器装置等。次级级包括多抽头自耦变压器160的次级绕组162以及生成输出电压123(Vout，诸如通常是DC电压)的相关电路。次级绕组162包括第一次级绕组162-1和第二次级绕组162-2。
应当指出，可以以合适方式例示本文中所描述的资源中的每个资源。例如，控制器140、开关电容器转换器131、多抽头自耦变压器160等中的每个都可以被例示为硬件(诸如电路)、软件(可执行指令)、或硬件和软件资源的组合或包括硬件(诸如电路)、软件(可执行指令)、或硬件和软件资源的组合。
在操作期间，控制器140产生控制信号105(诸如一个或多个脉冲宽度调制信号)，该控制信号105控制开关电容器转换器150中的相应控制开关125的状态。
进一步地，如所示出的，开关电容器转换器150接收供应到开关电容器转换器131的输入电压120(Vin，诸如DC输入电压)。如先前所讨论的，多抽头自耦变压器160包括第一初级绕组161-1和第二初级绕组162-1。在一个实施例中，初级绕组161至少感应耦合到次级绕组162。根据其他实施例，初级绕组161与次级绕组162串联连接。
进一步地，如本文中所讨论的，电源100的控制器140可控制地切换多个电容器和包括多抽头自耦变压器160的初级绕组161的对应谐振电路路径，以将来自输入电压(Vin)的能量通过初级绕组161传送到次级绕组162以产生输出电压123。
图2是图示了根据本文中的实施例的开关电容器转换器的示例图。
如所示出的，电源100包括电压源Vin、开关电容器转换器131和多抽头自耦变压器160。
开关电容器转换器131(诸如硬件、电路等之类的装置)包括多个开关Q1，Q2，Q3，Q4，Q5和Q6(诸如场效应晶体管或任何其他合适类型的开关)。附加地，开关电容器转换器150包括多个电路部件，其包括电感器Lzvs、电容器Cres1和电容器Cres2。
进一步地，在该示例实施例中，多抽头自耦变压器160包括初级绕组161-1(诸如N1个匝)、初级绕组161-2(诸如N1个匝)、次级绕组162-1(诸如N2个匝)和次级绕组162-2(诸如N2个匝)。与初级绕组161和/或次级绕组162相关联的绕组数目(N1，N2等)可以是任何合适的值并且依据实施例而变化。
在一个实施例中，多抽头自耦变压器160的初级绕组和次级绕组的组合串联连接。例如，初级绕组161-1与次级绕组162-1串联连接；次级绕组162-1与次级绕组162-2串联连接；次级绕组162-2与初级绕组161-2串联连接。
根据其他实施例，次级绕组162(诸如抽头次级绕组或串联连接的多个次级绕组)感应耦合到第一初级绕组161-1和第二初级绕组161-2。换句话说，如所示出的，第一初级绕组161-1、第二初级绕组161-2和一个或多个次级绕组162彼此磁性耦合。如果需要，则次级绕组162可以是中心抽头绕组，从而便于从中心抽头绕组的相应输出生成输出电压123。
进一步地，在该示例实施例中，开关Q1的漏极节点(D)和开关Q4的漏极节点(D)连接到输入电压源Vin。
进一步地，开关Q1的源极节点S耦合到开关Q2的漏极节点D(节点213)。开关Q4的源极节点S耦合到开关Q5的漏极节点D(节点214)。开关Q2的源极节点(S)耦合到节点211。开关Q5的源极节点(S)耦合到节点212。
电容器Cres1连接在节点213与初级绕组161-2的相应节点之间。电容器Cres2连接在节点214与初级绕组161-1的相应节点之间。
电感器Lzvs并联耦合到初级绕组161，并且设置在节点211和212之间。
开关Q3的漏极(D)连接到节点211；开关Q3的源极(S)连接到接地。开关Q6的漏极(D)连接到节点212；开关Q6的源极(S)连接到接地。
次级绕组162的中心抽头(com节点)输出电流Iout和对应的输出电压123以驱动负载118(又称Ro)。
在一个实施例中，输出电压123的幅度为Vin/8。因此，如果Vin＝48VDC，则输出电压123的幅度为6伏。然而，如本文中所讨论的，可以调整电源100中的部件的设置以产生任何合适值的输出电压123(Vout)。一般而言，输出电压123为：Vout＝Vin*(N2/(2*(2N2+N1)))，其中N1＝初级绕组161上的匝数，并且N2是次级绕组162中的每个次级绕组上的匝数。
在一个实施例中，N1被定义为每个初级绕组的匝数，而N2被定义为每个次级绕组的匝数；在这种情况下，Vout＝Vin*N2/(2*(2*N2+N1))。进一步地，如所示出的，在操作期间，控制器110产生控制信号105-1和105-2。
进一步地，在该示例实施例中，由控制器140生成的控制信号105-1驱动相应开关Q1，Q3和Q5的栅极(G)。因而，控制信号105-1控制开关Q1，Q3和Q5中的每个开关的状态。
控制信号105-1驱动开关Q1，Q3和Q5的相应栅极(G)。因而，控制信号105-2控制开关Q2，Q4和Q6中的每个开关的状态。
应当指出，如本文中所描述的开关中的每个开关可以是任何合适设备，诸如(金属氧化物半导体)场效应晶体管、双极结型晶体管等。
电容器Cres1和Cres2的设置可以是任何合适值。在一个实施例中，当Cres1＝Cres2时，本文中所描述的电压转换器135提供更好性能，并且即使Cres1≠Cres2，也可以很好地工作。
电感器Lzvs可以是任何合适值。参见下文与图4相关联的文本中的讨论，该图4指示向电源100中的开关提供零电压开关的电感器Lzvs的示例设置。
再次参考图2，在一个实施例中，可选地存在与多抽头自耦变压器160并联的附加电感(诸如电感器Lzvs)，以实现一个或多个开关Q1-Q6的零电压开关(ZVS)。进一步地，如下文所讨论的，Lzvs电感可替代地可以集成在多抽头自耦变压器161中(诸如通过相应芯中的间隙或使用具有较低磁导率的芯)。
如先前所讨论的，电源100中的开关被分为两个开关组：第一开关组包括由相应控制信号105-1控制的开关Q1，Q3和Q5，第二开关组包括由相应控制信号105-2控制的开关Q2，Q4和Q6，该相应控制信号105-2相对于控制信号105-1的时序通常为180度相移。
在一个实施例中，控制信号105的脉冲宽度调制约为50％以获得最小RMS电流。
输出电压123的幅度取决于初级绕组与次级绕组的比例为N1/N2的绕组的匝数(#)。在一个实施例中，开关频率不会直接改变输出电压的幅度，而是一般而言，正在改变输出电压的幅度，因为损耗基于Fres和Fsw之间的差异和Cres1＝Cres2时的多抽头自耦变压器的泄露而增加或减小，其中Fres是由Cres1或Cres2形成的槽的谐振频率。
本文中的实施例包括利用多抽头自耦变压器160的泄漏电感Lk以在不同的控制周期期间对电容器Cres1和Cres2(软)充电。例如，在一个实施例中，与经典LLC拓扑结构相比较，电容器Cres1和Cres2用作飞跨电容器，从而使得能够在初级侧使用较低电压场效应晶体管(开关电容器转换器131)。
应当指出，如本文中所讨论的开关电容器转换器131的另一益处是这种电路的对称行为。例如，如本文中所进一步讨论的，经由电源100的实现方式：i)与其他技术相比较，在相应控制周期中的不同时间，从输入电源Vin几乎连续为开关电容器转换器131供电，从而减少输入电流纹波；ii)在开关电容器转换器的等效谐振槽开关电路路径(诸如包括电容器Cres1和初级绕组161-2的第一谐振电路路径和包括电容器Cres2和初级绕组161-1的第二谐振电路路径)中，两个谐振电容均与多抽头自耦变压器的泄露电感Lk谐振。在一个实施例中，如果Cres1≠Cres2，则谐振过渡不平衡，这实际上对于操作不是问题。一般而言，如果差异是基于公差的Cresl和Cres2之间的最大差异(即，±10％±20％)，则转换器仍然高效率运行。在这种实例中，由于ZVS操作，所以转换器仍然可以正常工作。
还应当指出，所提出的电源100的高效率和高功率密度的一个使能器是实现较低电压额定值场效应晶体管和实现固有地提供高电容密度的II类陶瓷电容器(诸如电容器Cresl和Cers2)的能力。
而且，如先前所讨论的，附加电感器Lzvs提供感应能量，以确保开关电容转换器131中所有场效应晶体管的ZVS过渡，诸如在所有开关条件期间。例如，存储在电感器Lzvs中的能量在诸如时间T1和T2之间、时间T3和T4之间等的死区时间期间向相应开关的寄生电容器供应电荷，如下文所进一步讨论的。
图3是图示了根据本文中的实施例的生成控制开关电容器转换器和相应电压转换器的控制信号的示例图。
一般而言，如曲线图300所示，控制器110产生控制信号105-2以作为控制信号105-1的反相。每个控制信号的脉冲宽度为约49％或其他合适的脉冲宽度调制值。
在时间T0和时间T1之间，当控制信号105-1(处于逻辑高电平)将开关Q1，Q3和Q5的集合控制为ON状态(低阻抗或短路)时，控制信号105-2(逻辑低)将开关Q2，Q4和Q6的集合控制为OFF状态(开路)。
相反，在时间T2和时间T3之间，当控制信号105-2(逻辑高)控制开关Q2，Q4和Q6的集合为ON状态时，控制信号105-1(逻辑低)将开关Q1，Q3和Q5的集合控制为OFF状态。
应当指出，时间T1和时间T2之间的持续时间、时间T3和时间T4之间的持续时间、T5和T6之间的持续时间等表示所谓的死区时间，在该死区时间期间，电源100中的开关(Q1-Q6)中的每个开关被禁用为OFF状态(高阻抗或开路)。
进一步地，如所示出的，控制信号105是周期性的。例如，后续周期的控制信号105的设置与时间T0和时间T4之间的周期的控制信号的设置相同。更具体地，时间T3和时间T7之间由控制器110产生的控制信号105的设置与时间T0和时间T3之间的控制信号105的设置相同，等等。
在一个实施例中，控制器110控制可以在任何合适的频率下生成的控制信号的频率(时段为T0和T4之间的时间)。
附加地，如先前所提及的，尽管可以以任何合适的脉冲宽度调制值生成控制信号105，但是控制器110依据死区时间将控制信号105的脉冲持续时间控制为约49％。
输出电压123的幅度取决于多抽头自耦变压器160的匝数比(N1/N2)。输入电压Vin与输出电压Vout之间的比例由下式给出：
Vin/Vout＝4+[(2*N1)/N2]
因此，通过仅设计N1和N2之间的比例，本文中所描述的功率转换器可扩展到不同的转换比例，这实际上导致要求保护具有不同的可能比例Vin/Vout(诸如5比1、6比1、7比1、8比1等等)的新型不可调节式混合dc-dc转换器族。
应当指出，本文中的其他实施例利用多抽头自耦变压器160的泄露电感来对电容器Cres1和Cres2进行软充电，该电容器Cres1和Cres2用作飞跨电容器，从而与传统(经典)LLC转换器拓扑结构相比较，使得能够在初级侧(初级级101)中使用较低电压相关MOSFET。开关Q1和Q4阻断输入电压的一部分，该部分可以通过以下等式定义：
Vmax(Q1，Q4)＝Vin/2+Vout*N1/N2
在操作期间，开关Q2和Q5必须阻断整个输入电压Vin，而开关Q3和Q6必须阻断2*Vout。
如先前所讨论的，如本文中所描述的电源的另一好处是其对称行为，这提供了以下好处：在每个相位期间，随时从输入电源Vin向动态负载118供电，从而减少了输出电压123上的电流/电压纹波。
还应当指出，输出电压123(Vout)的幅度取决于与初级绕组161和次级绕组162相关联的绕组N1和N2的匝数(#)；N1是每个初级绕组的匝数，N2是每个次级绕组的匝数。在这种实例中，输入和输出之间存在以下关系：Vin/Vout＝4+[(2*N1)/N2]))和控制信号105的开关频率。这些可以选择为任何合适的设置。因而，可以修改开关电容器转换器120的属性，以将任何输入电压电平转换为相应期望的(诸如不可调节的)输出电压电平。
图4是图示了根据本文中的实施例的输出信号的时序图的示例图。
在该示例实施例中，如先前所讨论的，电压Vx指示初级绕组161-1和次级绕组162-1之间的节点211处的电压；电压Vy指示初级绕组161-2和次级绕组162-2的节点212处的电压。
Icres1表示通过电容器Cres1和初级绕组161-2的串联组合的电流；Icres2表示通过电容器Cres2和初级绕组161-1的串联组合的电流。
Izvs表示通过电感Lzvs的电流。
Is1表示通过次级绕组162-1的电流；Is2表示通过次级绕组162-2的电流。
Iout(电流Is1和电流Is2的总和)表示由多抽头自耦变压器160的次级绕组162的中心抽头供应给动态负载118的输出电流(Iout)。在时间T0和时间T1之间，当包括电容器Cres 1和初级绕组161-2的谐振电路路径经由激活开关Q1耦合到输入电压时，对应的生成的电流Is1贡献了大部分电流以产生电流Iout。相反，在时间T2和时间T3之间，当包括电容器Cres 2和初级绕组161-1的谐振电路路径经由激活开关Q2耦合到输入电压时，对应的生成的电流Is2贡献了大部分电流以产生电流Iout。
图5是图示了根据本文中的实施例的控制开关电容器转换器和电压转换器中的开关的第一模式(相位#1)的示例图。
对于相位#1，在时间T0和时间T1之间，开关Q2，Q4和Q6关断；开关Q1，Q3和Q5在ZVS和零电流开关(ZCS)中接通，并且第一谐振模式过渡发生在电容器Cres1与多抽头自耦变压器的泄露电感之间，而第二谐振模式过渡发生电容器Cres2与多抽头自耦变压器160的泄露电感之间。
在这种实例中，在相位#1期间，从输入电压源Vin对电容器Cres1进行软充电，而对电容器Cres2进行软放电。
更具体地，如先前所讨论的，多抽头自耦变压器160的初级绕组161包括第一节点211和第二节点212。在时间T0至时间T1(第一谐振频率模式)期间，控制器140产生将电容器Cres1连接到输入电压Vin的第一开关电路路径；控制器140还通过将电容器Cres2连接到节点212产生第二开关电路路径。如先前所讨论的，在这种示例中，经由输入电压Vin对电容器Cres1进行软充电，对电容器Cres2(飞跨电容器被充电到Vin/2)进行软放电。因而，在相位#1期间，两个谐振电路路径在不同程度上都有助于生成为负载118供电的输出电压123。
当电容基本相等时，诸如Cres1的电容＝Cres2的电容，通过每个电容器的RMS(均方根)电流近似相等。如果通过电容器Cres1和Cres2的实际谐振电流之间存在完美平衡，则i(Cres1)(t)＝-i(Cres2)(t)，并且考虑i(Cres1)(t)＝Ires(t)，则可以得出：Is2(t)＝2*Ires(t)。在这种场景中，以下等式在相位#1中有效：
N1*Ires(t)+N1*Ires(t)＝N2*Is1(t)-N2*Is2(t)
其可以写为：
Is1(t)＝[(2*N1)/N2+2]*Ires(t)，如图4所示。
在这种相位#1中，转换器基于Cres1和Cres2的实际值来大体上呈现两个谐振模式。例如，Cres1面对谐振电流，其中谐振开关由Fres1＝1/(2*pi*sqrt(Cres1*Lk))定义，其中Lk是多抽头自耦变压器的泄漏。
同时，Cres2面对谐振电流，其中谐振开关由Fres2＝1/(2*pi*sqrt(Cres2*Lk))定义，其中Lk是多抽头自耦变压器的泄漏。
图6是图示了根据本文中的实施例的开关电容器转换器和电压转换器中的所有开关的死区时间或停用的示例图。
在时间T1和时间T2之间，控制器140关断开关Q1，Q3和Q5。Q1的寄生电容充电到Vin/2+Vout*N1/N2；开关Q3充电到2*Vout；开关Q5在输入电压Vin下进行充电，而开关Q2，Q4和Q6的寄生电容使用电感器Lzvs中存储的电感能量放电到零。当开关Q2，Q4和Q6的电容放电到零时，它们的体二极管开始导通以使得ZVS能够接通。启用ZVS操作的电流Izvs(T1)表示为i(Lzvs,pk)，如图4所示，其由以下等式给出：
Figure BDA0002472343790000171
在一个实施例中，Lzvs的值在很大程度上取决于应用，并且它基本上取决于输入电压、输出电压、以及该应用中使用的MOSFET。
图7是图示了根据本文中的实施例的控制开关电容器转换器和电压转换器中的开关的第二模式(也称为相位#3)的示例图。
对于相位#3，在时间T2和时间T3之间，在t＝T2时，开关Q2，Q4和Q6在ZVS和ZCS中接通；开关Q1，Q3和Q5在ZVS和零电流开关(ZCS)中关断，并且第一谐振模式过渡发生在电容器Cres1与多抽头自耦变压器的泄露电感之间，而第二谐振模式过渡发生在电容器Cres2与多抽头自耦变压器160的泄露电感之间。
在这种实例中，在相位#3期间，从输入电压源Vin对电容器Cres2进行软充电，而对电容器Cres1进行软放电。更具体地，如先前所讨论的，多抽头自耦变压器160的初级绕组161包括第一节点211和第二节点212。在时间T2至时间T3(第二谐振频率模式)期间，控制器140产生经由开关Q4将电容器Cres2连接到输入电压Vin的第一开关电路路径；控制器140还通过将电容器Cres1连接到节点211来产生第二开关电路路径。如先前讨论的，在这种实例中，对电容器Cres1(飞跨电容器)进行软放电，对电容器Cres2(被充电到Vin/2)进行软充电。因而，在相位#3期间，两个谐振电路路径在不同程度上都有助于生成为负载118供电的输出电压123。
当电容基本相等时，诸如Cres1的电容＝Cres2的电容，通过每个电容器的RMS(均方根)电流近似相等。如果通过电容器Cres1和Cres2的实际谐振电流之间存在完美平衡，则ICres1(t)＝-ICres2(t)，并且考虑ICres1(t)＝Ires(t)，则可以得出：Is1(t)＝2*Ires(t)。在这种实例中，以下等式在相位#3中有效：
-N1*Ires(t)-N1*Ires(t)＝N2*Is1(t)-N2*Is2(t)
其可以写为：
Is2(t)＝[(2*N1)/N2+2]*Ires(t)，如图4所示。
该转换器包括两个单独谐振槽电路。在这种实例中，基于Cres1和Cres2的实际值存在两个谐振频率。例如，Cres1面对谐振电流，其中谐振开关由Fres1＝1/(2*pi*sqrt(Cres1*Lk))定义，其中Lk是多抽头自耦变压器的泄漏。
同时，Cres2面对谐振电流，其中谐振开关由Fres2＝1/(2*pi*sqrt(Cres2*Lk))定义，其中Lk是多抽头自耦变压器的泄漏。
图8是图示了根据本文中的实施例的开关电容器转换器和电压转换器中的所有开关的死区时间或停用的示例图。
在时间T3和时间T4之间，控制器140关断开关Q2，Q4和Q6，并且开关Q4的寄生电容充电到Vin/2+Vout*N1/N2，开关Q2以输入电压Vin充电，Q6充电到2*Vout，而开关Q1，Q3和Q5的寄生电容放电到零。
当开关Q1，Q3和Q5的电容放电到零时，它们各自的体二极管开始导通以使得ZVS接通。启用ZVS的电流为Izvs(t3)，其与-IL(zvs,pk)相对应。因此，IL(zvs,pk)是建立何时实现所有开关的ZVS条件的良好指标。
在t＝T4时，开关Q1，Q3和Q5在ZVS和ZCS(零电流开关)中接通，从而结束开关时段(即，时间T0至时间T4)。
如在电源100在不同相位中的操作中所强调的(在图5至图8中)，电源100转换器在所有负载条件下均实现ZVS条件，而与部件的公差无关。
在一个实施例中，如果预期ZVS条件被设计为用于最差情况(Vin＝V(in,min)并且Lzvs+公差(Lzvs))，则本文中所描述的转换器可以在所有输入电压的所有负载条件以及负载条件下实现软开关操作，这使得本文中的实施例适合于批量生产。而且，如先前所报告的，本文中所描述的电压转换器135的多抽头自耦变压器可以使用矩阵多抽头自耦变压器来实现，从而导致减少的绕组和芯的损耗。
图9是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的细节的示例图。
在电压转换器135(图2)中实现多抽头自耦变压器160的一个好处是高效率和高功率密度，从而与经典LLC转换器相比较，使得能够使用电压额定值较低的MOSFET(诸如用于开关Q1-Q6)，并且从而使得能够选择实现II类陶瓷电容器(诸如用于Cres1和Cres2)，该II类陶瓷电容器固有地提供高电容密度。
而且，如先前所讨论的，附加电感器Lzvs(可替代地，经由多抽头自耦变压器的磁化电感实现)提供电感能量，以确保电压转换器135中所有开关(诸如MOSFET)的ZVS过渡。
除了这些好处之外，多抽头自耦变压器160(例如，多抽头自耦变压器)的另一好处是与经典LLC转换器相比较，固有的较低的绕组损耗；降低所有FET(诸如开关Q1-Q6)的总导通应力，从而提供可靠性更高的功率。
如图2和图9所示，提出的多抽头自耦变压器160的一个示例包括4个绕组。从端子节点in1(节点a)开始到端子节点in2(节点h)结束，所有绕组都串联布置。更具体地，初级绕组161-1(节点a与节点b之间)、次级绕组162-1(节点c与节点d之间)、次级绕组162-2(节点e与节点f之间)和初级绕组161-2(节点g与节点h之间)串联在节点in1和节点in2之间。多抽头自耦变压器160包括节点in1、抽头节点ph1、抽头节点com、抽头节点ph2和节点in2处的所谓抽头。
下文的讨论提供了与多抽头自耦变压器160的实施例的磁性结构相关联的进一步理解。
更具体地，在图9的该示例实施例中，多抽头自耦变压器161的四个绕组缠绕在公共磁芯910上或周围，从而形成多抽头自耦变压器。如先前所讨论的，多抽头自耦变压器160的绕组包括：i)第一绕组组(任何合适数目的绕组)，其由节点in1与节点ph1之间以及节点in2与节点ph2之间的初级绕组形成；ii)第二绕组组(任何合适数目的绕组)，其包括(诸如节点PH1与节点PH2之间的)次级绕组162-1和次级绕组162-2。
基于该假设并且如果考虑理想的多抽头自耦变压器，并且考虑到在次级侧由Is1(又称Iph1)和Is2(又称Iph2)建立了磁动势(MMF)，则它必须由Iin1和Iin2建立的初级侧中的MMF抵消。在这种场景中，以下等式始终有效：
N1*Iin1+N1*Iin2＝N2*iph1+N2*iph2
图10是根据本文中的实施例的用于实现如先前所讨论的任何操作的计算机系统的示例框图。
本文中所讨论的资源中的任何资源(诸如控制器140、电压转换器135、开关电容器转换器131等)可以被配置为包括计算机处理器硬件和/或对应的可执行指令，以执行本文中所讨论的不同操作。
如所示出的，本示例的计算机系统1050包括互连1011，该互连1011提供计算机可读存储介质1012的耦合，诸如非暂态类型的介质(其可以是可以在其中存储和取回数字信息的任何合适类型的硬件存储介质)；处理器1013(计算机处理器硬件)；I/O接口1014；以及通信接口1017。
I/O接口1014支持与储存库1080和输入资源1092的连接。
计算机可读存储介质1012可以是任何硬件存储设备，诸如存储器、光存储装置、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质1012存储指令和/或数据。
如所示出的，可以使用控制器应用110-1(例如，包括指令)对计算机可读存储介质1012进行编码，以执行本文中所讨论的任何操作。
在一个实施例的操作期间，处理器1013经由使用互连1011来访问计算机可读存储介质1012，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质1012上的控制器应用110-1中的指令。控制器应用110-1的执行产生控制器过程110-2以执行本文中所讨论的操作和/或过程中的任一操作和/或过程。
本领域技术人员应当理解，计算机系统1050可以包括其他过程和/或软件和硬件部件，诸如控制硬件资源的分配和使用以执行控制器应用110-1的操作系统。
根据不同的实施例，应当指出，计算机系统可以驻留在各种类型的设备中的任一设备中，其包括但不限于电源、开关电容器转换器、功率转换器、移动计算机、个人计算机系统、无线设备、无线接入点、基站、电话设备、台式计算机、笔记本电脑、笔记本、上网本计算机、大型计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、应用服务器、存储设备、消费者电子设备(诸如相机)、摄录机、机顶盒、移动设备、视频游戏机、手持式视频游戏设备、外围设备(诸如交换机)、调制解调器、路由器、机顶盒、内容管理设备、手持式远程控制设备、任何类型的计算或电子设备等。计算机系统1050可以驻留在任何位置，或者可以包括在任何网络环境中的任何合适资源中，以实现如本文中所讨论的功能。
现在，经由图11中的流程图对由不同资源支持的功能进行讨论。应当指出，以下流程图中的步骤可以以任何合适的次序执行。
图11是图示了根据本文中的实施例的示例方法的流程图1100。应当指出，如上文所讨论的，在概念上会有一些重叠。
在处理操作1110中，电压转换器135从输入电压源Vin接收能量。
在处理操作1120中，控制器140可控制地开关多个电容器电路路径，以将来自输入电压源Vin的能量传送到多抽头自耦变压器160的第一初级绕组161-1和第二初级绕组161-2。如先前所讨论的，多抽头自耦变压器160将能量传送到电压转换器135的次级级(输出级)102中的多抽头自耦变压器的次级绕组。
在处理操作1130中，经由从多抽头自耦变压器160接收的能量，电压转换器的次级级102产生输出电压123以为负载118供电。
第二实施例
本文中的其他实施例包括与电源相关联的装置(电路部件)。该装置包括第一绕组、第二绕组、磁芯、以及多个抽头节点。第一绕组是多抽头自耦变压器的初级绕组。第二绕组是多抽头自耦变压器的次级绕组。第一绕组和第二绕组缠绕在磁芯上。第二绕组串联设置在第一绕组之间。多个抽头节点提供第一绕组和/或第二绕组与电源电路(诸如开关电容器转换器或其他合适的电源转换器电路)的耦合。
现在，更具体地，图12是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的示例3D图。
在该示例实施例中，制造者1240接收多抽头自耦变压器芯1250，并且将一个或多个绝缘涂覆导线(诸如包括导线1251)缠绕在磁芯1260周围。如本文中所描述的，磁芯1260周围的绕组的数目依据实施例而变化。
在一个实施例中，多抽头自耦变压器芯1250是E22型多抽头自耦变压器设备。在这种实例中，制造者1240将导线1251包裹在与E22型晶体管设备相关联的磁芯1260周围。如先前所讨论的，通过非限制性示例实施例示出了E22型晶体管。多抽头自耦变压器芯1250可以是任何合适的形状或尺寸。
如本文中所进一步讨论的，制造者1240将任何数目的一个或多个绕组包裹在芯1260周围，以产生(制造)根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器。
根据右手定则，应当指出，电流1290流过导线1251导致生成磁通1270。在一个实施例中，多抽头自耦变压器芯1250包括相应顶部元件1285(诸如用于闭合或返回磁通的任何合适形状或大小)，其耦合到多抽头自耦变压器芯1250的顶侧并且通过磁芯返回1261-1和1261-2中的一个或两个来引导磁通1270。
图13是图示了根据本文中的实施例的指定在其中制造多抽头自耦变压器的相应线圈的不同匝数的表的示例图。
如先前所讨论的，本文中所描述的多抽头自耦变压器160可以是包括对应的集成L_zvs电感的多抽头自耦变压器(诸如经由芯中的间隙或使用具有较低磁导率的相应芯来实现)。
应当指出，如本文中所描述的多抽头自耦变压器160的励磁电感和泄漏可以在多抽头自耦变压器的设计或/和制造期间独立地被控制。对于需要给定N1个匝和N2个匝的这种应用，通过控制相应磁芯A_e(与磁芯1260相关联)的等效横截面面积(并且控制可以使用内部支腿、外部支腿或所有支腿形成的间隙)，可以调制多抽头自耦变压器的励磁电感，该多抽头自耦变压器正在向电源100(提出的ZVS抽头混合转换器)提供ZVS功能。
考虑情况A(诸如参见图5)：在相位#1的操作期间，存在高RMS电流路径566(通过部件Q3、绕组162-1和负载118的电流)。在这种实施例中，节点a连接到节点in1，节点b和c在多抽头自耦变压器160中内部或外部短接以减少总铜损，然后连接到节点211(ph1)，从而使图5所示的高电流路径566的电阻最小。节点d和e(com)在内部或外部短接在一起。节点f和g在内部或外部短接，然后连接到节点212(ph2)，从而使图7所示的高电流路径766的电阻最小。节点h连接到节点in2。
考虑情况B(诸如，在图7中)：在相位#3的操作期间存在高RMS电流路径766(通过部件Q6、绕组162-2和负载118的电流)。节点h连接到节点in2，节点b和c在多抽头自耦变压器160的内部或外部短接以减少总铜损，然后连接到节点ph2，从而使图7所示的高电流路径766的电阻最小。如先前所讨论的，节点d和e在内部或外部短接在一起，并且均连接到节点com。节点f和g在内部或外部短接并且连接到节点ph1，从而使图5中的高电流路径566的电阻最小。节点a连接到节点in1。
如已经提及的并且参考图13的其他编码格式，如本文中所描述的提出的转换器135可以被设计为用于不同的转换比，诸如通过改变绕组的数目N1和N2之间的比例。在这种场景中，可以基于匝数来区分“整匝”(整数个匝，诸如1、2、3，...个匝)和“非整匝”(即，非整数个匝，诸如0.5、1.5、2.5，…个匝)。如图13的表1305所示，基于每个线圈(绕组)的不同的可能匝数组合，对于N1和N2的匝数布置存在四种不同的可能情况。
还应当指出，在一个实施例中，提出的ZVS抽头式混合开关电容器转换器131(诸如在图1的电源100中)被配置为产生不可调节电压，该不可调节电压可以基于输入电压120(Vin)，诸如来自数据中心电源系统体系架构的48VDC。在这种实例中，期望减少I2 R损耗，尤其是对于本文中所描述的谐振功率转换器而言。
本文中的实施例包括通过基于模块尺寸(诸如基于标准砖、四分之一砖等)选择最优绕组和磁芯结构来减少总体绕组损耗。通过考虑所需的等效芯面积Ae(与磁芯1260相关联，经由通过芯的俯视图确定的面积)以及给定开关频率的最大AC电阻Rac，可以选择任何合适的芯形状来产生相应多抽头自耦变压器160，但是必须考虑负载和源的位置(相对于多抽头自耦变压器160的本体)以提供低损耗。例如，在一些实例中，期望与晶体管160相关联的输出节点d和e(其可以是相同节点)设置为接近(或最接近)相应负载118。
基于图13的表1305中突出显示的情况，本文中的实施例包括用于ZVS抽头混合SCC的多抽头自耦变压器160(诸如具有4个绕组-两个初级绕组和两个次级绕组)的2种可能的“功率流”(所谓的水平功率流或垂直功率流)。可以在图15A、图15B、图16A、图16B、图17A、图17B、图18A和图18B中对与图14中的多抽头自耦变压器160相关联的功率流的不同示例进行进一步讨论。如先前所讨论的，多抽头自耦变压器芯1250和/或磁芯1260可以根据不同的可能实现拓扑结构被配置为任何合适类型的磁性结构。
图14是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的逻辑配置的示例图。
如先前所讨论的，在一个实施例中，多抽头自耦变压器160包括初级绕组161-1和161-2以及次级绕组162-1和162-2。根据其他实施例，应当指出，与磁芯910上的162-1和162-2生成的磁通相比较，相对于图14中报告的电流方向，161-1和161-2上的电流在磁芯910上生成相反方向的磁通。
在该示例实施例中，初级绕组161-1连接在节点a和节点b之间；节点b连接到节点c；次级绕组162-1连接在节点c和节点d之间；节点d连接到节点e(形成公共节点)；次级绕组162-2连接在节点e和节点f之间；节点f连接到节点g；初级绕组161-2连接在节点g和节点h之间。
接下来，图15A、图15B、图16A、图16B、图17A、图17B、图18A和图18B图示了图14中的多抽头自耦变压器160的实现方式。
图15A是根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器芯和对应绕组的示例俯视图。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供一个或多个绕组。
如该示例实施例中所示，节点e，g，f和h设置在多抽头自耦变压器160-1的左侧上；节点d，b，c和a设置在多抽头自耦变压器160-1的右侧上。负载118设置为最接近节点d和e；诸如Vin之类的电源设置为最接近节点h和a。
在一个实施例中，多抽头自耦变压器160-1(诸如基于多抽头自耦变压器芯1250的使用的多抽头自耦变压器160的第一示例实例)在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-1附接的电路板(制造图1中的电源100)在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的连接。
进一步地，在图15A的该示例实施例中，多抽头自耦变压器160-1的初级绕组161-1(垂直流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-1的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经绕组1361-1(与初级绕组161-1相关联的导线1361-1的N1个匝)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-1还包括在多抽头自耦变压器160-1的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(导线1362-1的N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经绕组1362-1(N2个匝或次级绕组162-1)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-1还包括在多抽头自耦变压器160-1的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(导线1361-2的N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经导线1362-2(N2个匝或次级绕组162-2)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-1包括在多抽头自耦变压器160-1的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(导线1361-2的N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应导线1361-2(N1个匝或初级绕组161-2)并且流出节点h。
应当指出，通过多抽头自耦变压器160-1的磁芯1260的磁通X和磁通O的方向取决于对应电流流动的方向。例如，基于右手法则，在磁芯1260周围沿顺时针方向流动的电流产生磁通X(正交)进入纸中。相反，基于右手法则，在磁芯1260周围沿逆时针方向流动的电流产生磁通O(正交)离开纸。
图15B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供一个或多个绕组。如所示出的，节点c，e，d和f沿着多抽头自耦变压器160-2(多抽头自耦变压器160的第二例示)的最接近负载118的顶部边缘设置；节点b，h，a和g沿着多抽头自耦变压器160-2的最接近供应能量的电源的底部边缘设置，以产生从节点d和e输出的输出电压。
在一个实施例中，以如先前所讨论的方式，多抽头自耦变压器160-2在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-2附接的电路板在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的节点和绕组连接。
进一步地，在该示例实施例中，多抽头自耦变压器160-2(水平流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-2的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(相应导线的N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经相应绕组(诸如与初级绕组161-1相关联的N1个匝之类的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-2还包括在多抽头自耦变压器160-2的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N2匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-2还包括在多抽头自耦变压器160-2的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N2匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(与次级绕组162-2相关联的导线的N2个匝)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-2包括在多抽头自耦变压器160-2的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应绕组(与初级绕组161-2相关联的导线的N1个匝)并且流出节点h。
还应当指出，通过多抽头自耦变压器160-2的磁芯1260的磁通X和磁通O的方向取决于对应电流流动的方向。例如，如先前所讨论的，基于右手法则，在磁芯1260周围沿顺时针方向流动的电流产生磁通X(正交)进入纸。相反，基于右手法则，在磁芯1260周围沿逆时针方向流动的电流产生磁通O(正交)离开纸。
图16A是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。
该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组来在磁芯1260周围提供多个绕组。如图16A所示，节点d，f，g和a设置在多抽头自耦变压器160-3的左侧上；节点e，c，b和h设置在多抽头自耦变压器160-3的右侧上。负载118设置为最接近节点d和e；诸如Vin之类的源设置为最接近节点h和a。
在一个实施例中，多抽头自耦变压器160-3在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-3附接的电路板在节点b和c、节点d和e以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的连接。
进一步地，在该示例实施例中，多抽头自耦变压器160-3(垂直流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-3的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经相应绕组(与初级绕组161-1相关联的N1个匝之类的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-3还包括在多抽头自耦变压器160-3的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N2匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(诸如与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-3还包括在多抽头自耦变压器160的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(相应导线的N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(与次级绕组162-2相关联的N2个匝的导线)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-3还包括在多抽头自耦变压器160-3的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应绕组(与初级绕组161-2相关联的N1个匝)并且流出节点h。
图16B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供多个绕组。如所示出的，节点g，e，d和b沿着多抽头自耦变压器160-4的最接近负载118的边缘设置；节点f，h，a和c沿着多抽头自耦变压器160-4的最接近供应能量的电源的底部边缘设置，以产生从节点d和e输出的输出电压。
在一个实施例中，以如先前所讨论的方式，多抽头自耦变压器160-4在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-4附接的电路板在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的连接。
进一步地，在该示例实施例中，多抽头自耦变压器160-4(水平流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-4的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝或相应导线)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经相应绕组(诸如与初级绕组161-1相关联的N1个匝之类的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-4还包括在多抽头自耦变压器160-4的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(导线的N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(诸如与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-4还包括在多抽头自耦变压器160-4的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(诸如与次级绕组162-2相关联的N2个匝的导线)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-4包括在多抽头自耦变压器160-4的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应绕组(诸如与次级绕组161-2相关联的导线的N1个匝)并且流出节点h。
图17A是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供多个绕组。如所示出的，节点e，a，c和b设置在多抽头自耦变压器160-5的左侧上；节点d，h，f和g设置在多抽头自耦变压器160-5的右侧上。负载118设置为最接近节点d和e；诸如Vin之类的源设置为更接近节点b和g。
在一个实施例中，多抽头自耦变压器160-5在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-5附接的电路板在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的节点的连接。
例如，多抽头自耦变压器160-5(垂直流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-5的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经相应绕组(诸如与初级绕组161-1相关联的N1个匝之类的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-5还包括在多抽头自耦变压器160-5的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(诸如与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-5还包括在多抽头自耦变压器160-5的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(诸如与次级绕组162-2相关联的N2个匝的导线)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-5包括在多抽头自耦变压器160-5的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应绕组(与初级绕组161-2相关联的N1个匝)并且流出节点h。
图17B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供多个绕组。如所示出的，节点d和e沿着多抽头自耦变压器160-6的最接近负载118的顶部边缘设置；节点c，g，a，h，b和f沿着多抽头自耦变压器160-6的最接近提供能量的电源的底部边缘布置，以产生从节点d和e输出的输出电压。
在一个实施例中，以如先前所讨论的方式，多抽头自耦变压器160-6在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-2附接的电路板在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的连接。
多抽头自耦变压器160-6(水平流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-6的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N1个匝)。进一步显示，流入节点a的电流流经相应绕组(诸如与初级绕组161-1相关联的诸如N1个匝之类的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-6还包括在多抽头自耦变压器160-6的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(导线的N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-6还包括在多抽头自耦变压器160-6的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(与次级绕组162-2相关联的N2个匝的导线)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-6包括在多抽头自耦变压器160-6的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应绕组(与初级绕组161-2相关联的N1个匝)并且流出节点h。
图18A是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。如所图示的，节点e，f，g和a设置在多抽头自耦变压器160-7的左侧上；节点d，c，b和h设置在多抽头自耦变压器160-7的右侧上。负载118设置为最接近节点d和e；诸如Vin之类的源设置为更接近节点h和a。
在一个实施例中，多抽头自耦变压器160-7在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-7附接的电路板在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的连接。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供多个绕组。
例如，多抽头自耦变压器160-7(垂直流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-7的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经相应绕组(诸如与初级绕组161-1相关联的N1个匝的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-7还包括在多抽头自耦变压器160-7的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-7还包括在多抽头自耦变压器160-7的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(与次级绕组162-2相关联的N2个匝的导线)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-7包括在多抽头自耦变压器160-7的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应的绕组(与初级绕组161-2相关联的N1个匝)并且流出节点h。
图18B是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的俯视图的示例图。
在该示例实施例中，制造者1240基于如图14所示的绕组在磁芯1260周围提供多个绕组。如所示出的，节点g，f，e，d，c和b沿着多抽头自耦变压器160-8的最接近负载118的顶部边缘设置；节点a和h沿着多抽头自耦变压器160-8的最接近提供能量的电源的底部边缘设置，以产生从节点d和e输出的输出电压。
在一个实施例中，以如先前所描述的方式，多抽头自耦变压器160-8在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供连接(低阻抗路径或短路)。可替代地，多抽头自耦变压器160-8附接的电路板在节点b和c、节点d和e、以及节点f和g之间提供短路连接，从而产生如图14所示的连接。
例如，多抽头自耦变压器160-8(水平流实现方式)包括在多抽头自耦变压器160-8的节点a(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点b(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点a的电流流经相应绕组(诸如与初级绕组161-1相关联的N1个匝之类的导线)并且流出节点b。
示例多抽头自耦变压器160-8还包括在多抽头自耦变压器160-8的节点c(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点d(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点d的电流流经相应绕组(与次级绕组162-1相关联的N2个匝)并且流出节点c。
示例多抽头自耦变压器160-8还包括在多抽头自耦变压器160-8的节点e(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点f(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一个或多个绕组(N2个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点f的电流流经相应绕组(与次级绕组162-2相关联的N2个匝的导线)并且流出节点e。
多抽头自耦变压器160-8包括在多抽头自耦变压器160-8的节点g(诸如引脚、表面安装焊盘等)和对应节点h(诸如引脚、表面安装焊盘等)之间延伸的磁芯1260周围的一半或更多个绕组(N1个匝)。进一步地，如所示出的，流入节点g的电流流经相应绕组(与初级绕组161-2相关联的N1个匝)并且流出节点h。
图19是图示了根据本文中的实施例的多抽头自耦变压器的增强版本的示例图。
为了进一步提高所提出的转换器的性能，可以基于如图19所示的矩阵概念来设计备选MTA(多抽头自耦变压器)。图19中所描绘的矩阵多抽头自耦变压器(MMTA)呈现与图14中所描绘的相同的等效电路，但允许修改大小以适应不同的设计需求。
在图19的该示例实施例中，多抽头自耦变压器160-10是包括两个互连元件的矩阵多抽头自耦变压器。应当指出，互连绕组元件的数目可以依据实施例而变化。例如，矩阵多抽头自耦变压器160可以包括串联连接的任意数目的初级绕组；矩阵多抽头自耦变压器160可以包括并联连接的任何数目的次级绕组。
在图19的该示例实施例中，矩阵多抽头自耦变压器160-10的例示包括：i)多个(两个)初级绕组2001(每个绕组N1个匝)，其串联连接在节点a和b之间；ii)多个次级绕组2002和2003(每个绕组N2个匝)，其并联连接在节点c和d之间；iii)多个次级绕组2004和2005(每个绕组N2个匝)，其并联连接在节点e和f之间；iv)多个初级绕组2001(每个绕组N1个匝)，其串联连接在节点g和h之间。
如先前所讨论的，输入和输出电压之间的实际比例取决于绕组N1和N2之间的比例以及串联或并联绕组的数目。当在图2的电源100中实现矩阵多抽头自耦变压器(诸如图19中的矩阵多抽头自耦变压器160-10)时，输入电压Vin与输出电压Vout之间的比例由下式给出：
Vin/Vout＝4+2(2N1)/N2
图26是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器的细节的示例图。
为了进一步提高所提出的转换器135的性能，电源100中的矩阵多抽头自耦变压器160可以用如图26所示的增强式矩阵多抽头自耦变压器160-26替换。
如图26所示，矩阵多抽头自耦变压器160-11中的初级绕组和次级绕组的数目可以根据实施例而变化。例如，在图19的上述情况下，存在M＝2个初级绕组和次级绕组。
还应当指出，如本文中所描述的在电源100中实现的矩阵多抽头自耦变压器160可以包括任何数目M(任何整数值，诸如M＝2，M＝3，M＝4等)个初级绕组(串联连接)和M(任何整数值，例如M＝2，M＝3，M＝4等)个第二绕组(并联连接)。
例如，矩阵多抽头自耦变压器160-26包括多个初级绕组(N11，N12，…N1M；其中N1M＝N12＝N11＝…＝N1)，其串联耦合在节点a与节点b之间；多个次级绕组(N21，N22，...N2M，其中N2M＝N21＝N22＝...＝N2)，其并联耦合在节点c与节点d之间；多个次级绕组(N21，N22，…N2M)，其并联耦合在节点e与节点f之间；多个初级绕组(N11，N12，…N1M)，其串联耦合在节点g与节点h之间。
在这种情况下，输入电压Vin和输出电压Vout之间的比例由以下等式给出：
Vin/Vout＝4+2(M*N1)/N2
其中M(诸如任何整数值1，2，3，4，5，6等)是在初级侧串联连接的绕组的数目和在次级侧并联连接的绕组的数目。
在所提出的拓扑结构中，使用本文中所描述的矩阵多抽头自耦变压器160的好处在于，它可以在并联连接的次级绕组之间分配电流，从而减少次级回路电感的泄露电感，并且减少整体绕组损耗；而且，如果设计恰当，则可以消除磁通。
在一个实施例中，矩阵多抽头自耦变压器160被配置为包括X个初级绕组，其串联连接在节点a和b之间；以及X个初级绕组，其串联连接在节点g和h之间。在同一电路中，矩阵多抽头自耦变压器160可以被配置为包括X个次级绕组，其并联连接在节点c和d之间；以及X个第二绕组，其并联连接在节点e和f之间。
图20是图示了根据本文中的实施例的划分/分割磁芯和对应的多个绕组的细节的示例俯视图。
在该示例实施例中，先前实现的单个磁芯1260被分成两部分(诸如磁芯2061和磁芯2062)以容纳用于图20的矩阵多抽头自耦变压器160-1的并联次级绕组(2002，2003，2004和2005)。返回芯2063为芯2061和芯2062的组合提供公共磁通路径返回或连续体(continuum)。
如该示例实施例中所示，串联连接的初级绕组2001和2006中的每个初级绕组包裹在芯2061和芯2062两者的组合周围。
并联连接的次级绕组中的每个次级绕组包裹在矩阵多抽头自耦变压器160-10的相应芯周围。例如，次级绕组2002和2003中的每个次级绕组包裹在芯2061周围。次级绕组2004和2005中的每个次级绕组包裹在芯2062周围。根据其他实施例，应当指出，2002和2003都可以包裹在2061或2062周围，同样适用于2004和2005两者。而且，图21A，图22A和图23A示出了这种情况。因而，一般而言，可以以这种方式制造具有两个基本自耦变压器M＝2的MMTA(矩阵多抽头自耦变压器)。
因而，图20示出了图19所示的矩阵多抽头自耦变压器的例示。
还应当指出，磁芯1260可以分为包括支持并联连接的任何数目的次级绕组的任何数目的磁芯。
图21A是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器(又称为MMTA)的实现方式的示例图和对应第一视图。
在该示例实施例中，N1＝1(Neq1＝2)并且N2＝1，M＝2。换句话说，矩阵多抽头自耦变压器160-11的例示包括两个串联连接的初级绕组2001(诸如N1个匝)和节点c和d之间的一个次级绕组2002(诸如N2个匝)以及节点e和f之间的一个次级绕组2004(诸如N2个匝)。在该示例实施例中，不存在绕组2003或绕组2005。
图21B是图示了根据本文中的实施例的与图21A相关联的绕组的侧视图的示例图。
如在图21A中的晶体管160-11的侧视图#1中所示，层L1，L2，L3等(如图21B所示)中的每个层包括一个或多个初级绕组和次级绕组。
例如，层L1，L5，L9，L13等中的每个层包括初级绕组2001，该初级绕组2001包裹在芯2061和2062两者周围，作为节点g和h之间的连续导线(图19)；层L3，L7，L11，L15等中的每个层包括初级绕组2006，其包裹在芯2061和2062两者的周围，作为节点a和b之间的连续导线(图19)。
层L2，L4，L6，L8等中的每个层包括次级绕组2002，其包裹在芯2062的周围，作为节点c和d之间的连续导线(图19)；层L2，L4，L6，L8等中的每个层还包括次级绕组2004，其包裹在芯2061周围，作为节点e和f之间的连续导线(图19)。
图22A是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器的实现方式的示例图和对应第一视图。
在该示例实施例中，如先前所讨论的，N1＝1(Neq1＝2)和N2＝1，其中M＝2。换句话说，矩阵多抽头自耦变压器160-11的例示包括两个串联连接的初级绕组(N1)和节点c和d之间的一个次级绕组(N2)以及节点e和f之间的一个次级绕组(N2)。
图22B是图示了根据本文中的实施例的与图21A相关联的绕组的侧视图的示例图。
如在图22A中的矩阵多抽头自耦变压器160-11的侧视图#2中所示，层L1，L2，L3等中的每个层(如图22B所示)包括初级绕组或次级绕组的一部分。
例如，层L1，L5，L9，L13等中的每个层包括初级绕组2001，其包裹在芯2062和芯2061两者周围(被芯2062隐藏)，作为节点g和h之间的连续导线(图19)；层L3，L7，L11，L15等中的每个层包括初级绕组2006，其包裹在芯2062和芯2061周围(被芯2062隐藏)，作为节点a和b之间的连续导线(图19)。
在视图#2中，层L2，L4，L6，L8等中的每个层包括次级绕组2004，其包裹在芯2062周围，作为节点c和d之间的连续导线(图19)。
图23A是图示了根据本文中的实施例的矩阵多抽头自耦变压器的实现方式的示例图和对应第一视图。
在该示例实施例中，N1＝1(Neq1＝2)并且N2＝1，其中M＝2。换句话说，矩阵多抽头自耦变压器160-11的例示包括两个串联连接的初级绕组(N1)和节点c和d之间的一个次级绕组(N2)以及节点e和f之间的一个次级绕组(N2)。
图23B是图示了根据本文中的实施例的与图21A相关联的绕组的侧视图的示例图。
如图23A中的矩阵多抽头自耦变压器160-11的侧视图#3中所示，图23B所示的层L1，L2，L3等中的每个层包括初级绕组或次级绕组的一部分。
例如，层L1，L5，L9，L13等中的每个层包括初级绕组2001，其包裹在芯2061和芯2062两者周围(被芯2061隐藏)，作为节点g和h之间的连续导线(图19)；层L3，L7，L11，L15等中的每个层包括初级绕组2006，其包裹在芯2061和芯2062两者周围(被芯2061隐藏)，作为节点a和b之间的连续导线(图19)。
在视图#3中，层L2，L4，L6，L8等中的每个层包括次级绕组2002，其包裹在芯2061周围，作为节点e和f之间的连续导线(图19)。
图24是根据本文中的实施例的用于实现如先前所讨论的操作中的任一操作的计算机系统的示例框图。
如先前所讨论的，本文中所讨论的资源中的任一资源(诸如制造者2440等)可以被配置为包括计算机处理器硬件和/或对应可执行指令以执行本文中所讨论的不同操作。
如所示出的，本示例的计算机系统2450包括互连2411，该互连2411提供诸如非暂态类型的介质(其可以是可以在其中存储和取回数字信息的任何合适类型的硬件存储介质)之类的计算机可读存储介质2412，处理器2413(计算机处理器硬件)，I/O接口2414和通信接口2417的耦合。
I/O接口2414支持与储存库2480和输入资源2492(诸如键盘或其他资源)的连接。
计算机可读存储介质2412可以是任何硬件存储设备，诸如存储器、光学存储装置、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质2412存储指令和/或数据。
如所示出的，计算机可读存储介质2412可以用制造者应用1240-1(例如，包括指令)进行编码，以执行本文中所讨论的操作中的任一操作。
在一个实施例的操作期间，处理器2413经由使用互连2411来访问计算机可读存储介质2412，以便启动、运行、执行、解释或以其他方式执行存储在计算机可读存储介质2412上的制造商应用1240-1中的指令。执行控制器应用1240-1产生制造者过程1240-2以执行本文中所讨论的操作和/或过程中的任一操作和/或过程。
本领域技术人员应当理解，计算机系统2450可以包括其他过程和/或软件和硬件部件，诸如控制硬件资源的分配和使用以执行制造者应用1240-1的操作系统。
根据不同的实施例，应当指出计算机系统可以驻留在各种类型的设备中的任一设备，其包括但不限于电源、开关电容器转换器、功率转换器、移动计算机、个人计算机系统、无线设备、无线接入点、基站、电话设备、台式计算机、笔记本电脑、笔记本、上网本计算机、大型计算机系统、手持式计算机、工作站、网络计算机、应用服务器、存储设备、消费者电子设备(诸如相机)、摄录机、机顶盒、移动设备、视频游戏机、手持式视频游戏设备、外围设备(诸如交换机)、调制解调器、路由器、机顶盒、内容管理设备、手持式远程控制设备、任何类型的计算或电子设备等。计算机系统2450可以驻留在任何位置，或者可以包括在任何网络环境中的任何合适资源中，以实现如本文中所讨论的功能。
现在，经由图25中的流程图对由不同资源支持的功能进行讨论。应当指出，可以以任何合适顺序执行以下流程图中的步骤。
图25是图示了根据本文中的实施例的示例方法的流程图2500。应当指出，如上文所讨论的，在概念上会有一些重叠。
在处理操作2510中，制造者1240接收多抽头自耦变压器磁芯1250。
在处理操作2520中，制造者1240将第一绕组161包裹在磁芯1260周围，第一绕组是初级绕组(诸如绕组161，2001和/或2006)。
在处理操作2530中，制造者1240将第二绕组162包裹在磁芯1260周围，第二绕组是次级绕组(162，2002，2003，2004和/或2005)，第二绕组以串联连接的方式设置在第一绕组之间。
在处理操作2540中，制造者1240将矩阵多抽头自耦变压器160的多个输出节点(诸如抽头节点、引脚、焊盘等)耦合到第一绕组和第二绕组。
通过结合容量和磁能传递，本文中的实施例使得一种便于使用、高效且功率密集的转换器成为可能。与其他解决方案相比较，该开关电容器电路允许使用具有更好FOM的低压MOSFET。实现的矩阵多抽头自耦变压器使得能够减少总体绕组损耗，甚至提供了高输入输出比和谐振电容器通过泄露电感的软充电的可能性。另外，本文中的实施例提供了零电压开关负载，其与L_zvs无关，与矩阵多抽头自耦变压器的次级绕组并联，或具有集成矩阵多抽头电感。
还应当指出，本文中的技术非常适合用于多抽头自耦变压器和电源应用。然而，应当指出，本文中的实施例不限于用于这种应用，并且本文中所讨论的技术也适合于其他应用。
虽然已经参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以在不脱离如由所附权利要求书限定的本申请的精神和范围的情况下对形式和细节进行各种改变。这种变化旨在由本申请的范围覆盖。如此，本申请的实施例的前述描述不旨在是限制性的。相反，在所附权利要求中提出了对本发明的任何限制。

Claims (26)

1.一种装置，包括：
第一绕组，所述第一绕组是多抽头自耦变压器的初级绕组；
第二绕组，所述第二绕组是所述多抽头自耦变压器的次级绕组；
磁芯，所述第一绕组和所述第二绕组包裹在所述磁芯周围，所述第二绕组以串联连接的方式设置在所述第一绕组之间；以及
多个抽头节点，耦合到所述第一绕组和所述第二绕组。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组；以及
其中所述第二绕组串联连接在所述第一初级绕组和所述第二初级绕组之间。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一绕组、所述第二绕组和所述磁芯的组合是所述多抽头自耦变压器的部件。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一绕组和所述第二绕组中的每个绕组可操作为接收从输入电压源供应的能量，从所述第一绕组传送到所述第二绕组的所述能量产生输出电压。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组可操作为从输入电压源接收能量；以及
其中所述第二绕组可操作为通过所述磁芯从所述初级绕组接收能量，并且生成输出电压以为负载供电。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个抽头节点包括第一抽头节点和第二抽头节点，所述第一抽头节点相对于所述磁芯的本体与所述第二抽头节点相对设置；
其中所述第一抽头节点耦合到所述第一绕组；以及
其中所述第二第一抽头节点耦合到所述第二绕组。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个抽头节点包括耦合到所述第二绕组的抽头节点集合，所述抽头节点集合设置在所述磁芯的本体的轴向端处。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个抽头节点包括耦合到所述第二绕组的抽头节点集合，所述抽头节点集合位于所述磁芯的位置处，其中所述第二绕组相对彼此串联连接。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组中的每个第一绕组包括基本上整数个匝；以及
其中所述第二绕组中的每个第二绕组包括基本上整数个匝。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组中的每个第一绕组包括非整数个匝；以及
其中所述第二绕组中的每个第二绕组包括基本上整数个匝。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组中的每个第一绕组包括非整数个匝；以及
其中所述第二绕组中的每个第二绕组包括非整数个匝。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁芯包括多个磁芯，所述第一绕组和所述第二绕组缠绕在所述多个磁芯周围。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一绕组中的每个第一绕组缠绕在所述多个磁芯的组合周围；以及
其中所述第二绕组中的每个第二绕组仅缠绕在所述磁芯中的单个磁芯周围。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组包括初级绕组的第一集合和初级绕组的第二集合，所述初级绕组的第一集合中的每个初级绕组缠绕在所述多个磁芯的组合周围，所述第二初级绕组中的每个第二初级绕组缠绕在所述多个磁芯的所述组合周围；以及
其中所述第二绕组包括次级绕组的第一集合和次级绕组的第二集合，所述第一集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组仅缠绕在所述多个磁芯中的第一磁芯上，所述第二集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组仅缠绕在所述多个磁芯中的第二磁芯周围。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述初级绕组的第一集合和所述初级绕组的第二集合与所述次级绕组的第一集合和所述次级绕组的第二集合串联连接。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述初级绕组的第一集合中的所述初级绕组中的每个初级绕组串联连接；
其中所述初级绕组的第二集合中的所述初级绕组中的每个初级绕组串联连接；
其中所述次级绕组的第一集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组彼此并联连接；以及
其中所述次级绕组的第二集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组彼此并联连接。
17.一种方法，包括：
接收磁芯；
将第一绕组包裹在所述磁芯周围，所述第一绕组是初级绕组；
将第二绕组包裹在所述磁芯周围，所述第二绕组是次级绕组，所述第二绕组以串联连接的方式设置在所述第一绕组之间；以及
将所述多抽头自耦变压器的多个节点耦合到所述第一绕组和所述第二绕组。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组；以及
其中将所述第一绕组和所述第二绕组包裹在所述芯周围包括：将所述第二绕组串联连接在所述第一初级绕组和所述第二初级绕组之间。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个抽头节点包括第一抽头节点和第二抽头节点，所述方法还包括：
相对于所述磁芯的本体将所述第一抽头节点与所述第二抽头节点相对设置；
将所述第一抽头节点耦合到所述第一绕组；以及
将所述第二第一抽头节点耦合到所述第二绕组。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将所述第一绕组中的每个第一绕组包裹在所述多个磁芯的组合周围；以及
将所述第二绕组中的每个第二绕组仅包裹在所述磁芯中的单个磁芯周围。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一绕组包括初级绕组的第一集合和初级绕组的第二集合，所述方法还包括：i)将所述初级绕组的第一集合中的每个初级绕组包裹在所述多个磁芯的组合周围；以及ii)将所述第二初级绕组中的每个第二初级绕组包裹在所述多个磁芯的组合上；以及
其中所述第二绕组包括初级绕组的第一集合和次级绕组的第二集合，所述方法还包括：i)将所述第一集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组仅包裹在所述多个磁芯中的第一磁芯周围；以及ii)将所述第二集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组仅包裹在所述多个磁芯中的第二磁芯周围。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
将所述初级绕组的第一集合和所述初级绕组的第二集合与所述次级绕组的第一集合和所述次级绕组的第二集合串联连接。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
将所述初级绕组的第一集合中的所述初级绕组中的每个初级绕组串联连接；
将所述初级绕组的第二集合中的所述初级绕组中的每个初级绕组串联连接；
将所述次级绕组的第一集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组彼此并联连接；以及
将所述次级绕组的第二集合中的所述次级绕组中的每个次级绕组彼此并联连接。
24.根据权利要求17所述的方法，还包括：将所述多个抽头节点的第一集合耦合到所述第二绕组，所述多个抽头节点的第一集合位于所述磁芯的本体的轴向端处。
25.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将所述多个抽头节点的第一集合耦合到所述第二绕组，所述多个抽头节点的第一集合位于所述磁芯的位置处，其中所述第二绕组相对彼此串联连接。
26.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一绕组中的每个第一绕组包括整数个匝；以及
其中所述第二绕组中的每个第二绕组包括非整数个匝。
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