CN115189551A - 功率转换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种功率转换模块。功率转换模块包含印刷电路板以及第一基本功率单元，第一基本功率单元设置于印刷电路板上，且包含磁性组件、原边开关电路、第一副边整流电路以及第一正输出端接脚。其中原边开关电路、第一副边整流电路、磁性组件及第一正输出端接脚沿印刷电路板的第一方向依序排列。

Description

功率转换模块
技术领域
本发明涉及一电力电子设备技术领域，尤其涉及一种功率转换模块。
背景技术
现代电力电子装置作为电力转换的重要组成部分，广泛应用于电力、电 子、电机和能源行业。确保电力电子装置的长期稳定运行和提高电力电子装 置的电能转换效率，一直是本领域技术人员的重要追求目标。
随着移动通信和云计算等技术的快速发展，大功率DC/DC功率转换模 块在通信产品中亦已得到了广泛使用。由于产品的高功率化且倾向于小型 化，对功率转换模块在转换效率和体积上提出了新的挑战。
功率转换模块分为双级电能变换结构及单级电能变换结构，其中双级变 换结构存在效率低，应用复杂的问题。相较于双级变换结构，单级变换结构 具有效率高，而且应用简单而灵活的优点，故常见于功率转换模块中。
然在单级变换结构的传统功率转换模块中，由于电路元件的布局的原 因，故传统功率转换模块在尺寸上有一定的大小限制，当传统功率转换模块 欲应用在长形尺寸且高密度的电子装置，例如显示卡或ASIC卡等时，由于 多个电子装置存在两相对侧边的距离非常窄的限制条件，因此传统功率转换 模块无法有效应用于长形尺寸且高密度的电子装置中。
另外，在传统功率转换模块中，通常存在磁性组件，以通过该磁性组件 来构成电感或变压器等，然而传统功率转换模块的磁性组件由于磁芯的结构 及绕组的绕制方式，使得传统功率转换模块的磁性组件的损耗较大，因此不 利于功率转换模块性能的提升，再者，传统功率转换模块的磁性组件亦存在 交流电流纹动大及磁芯抗电流饱和能力强差的缺点。
因此，如何发展一种功率转换模块及其磁性组件来解决现有技术所面临 的问题，达到优化功率转换模块的目的，实为本领域极需面对的课题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种功率转换模块，以解决传统功率转换模 块无法有效应用于长形尺寸且高密度的电子装置中的缺陷。并解决传统功率 转换模块因磁性组件的损耗较大，不利于功率转换模块性能提升的缺陷。更 解决传统功率转换模块的磁性组件存在交流电流纹动大及磁芯抗电流饱和 能力强差的缺陷。
为达到前述目的，本发明提供一种功率转换模块，包含:印刷电路板；以 及第一基本功率单元，设置于印刷电路板上，且包含磁性组件；原边开关电 路；第一副边整流电路；以及第一正输出端接脚；其中原边开关电路、第一 副边整流电路、磁性组件及第一正输出端接脚沿印刷电路板的第一方向依序 排列。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种功率转换模块，其中由于功率 转换模块的磁芯组件的第二磁柱和第四磁柱的磁阻分别比第一磁柱和第三 磁柱的磁阻大，又原边绕组及副边绕组呈现交叉的设置方式，使得功率转换 模块的磁性组件具有流经原边绕组及副边绕组的电流的交流电流纹动小及 磁芯抗电流饱和能力强的优点。
附图说明
图1A及图1B为本发明第一较佳实施例的功率转换模块在不同视角下 的立体结构图；
图2为图1A所示的功率转换模块所对应的电路拓扑示意图；
图3为图2所示的电路拓扑的电压时序图；
图3为图2所示的电路拓扑的电压时序图；
图4为图1A所示的磁芯组件的分解结构示意图；
图5为图1A所示的磁性组件移除了第一磁盖后的结构示意图；
图6A、图6B为本发明第二交较佳实施例的功率转换模块在不同视角下 的立体结构图；
图7为图6A所示的功率转换模块所对应的电路拓扑示意图；
图8为图6A所示的两个磁性组件分别移除了第一磁盖后的结构示意图；
图9为本发明的磁性组件的另一变化例在移除了第一磁盖后的结构示意 图；
图10A、图10B为本发明第三较佳实施例的功率转换模块在不同视角下 的立体结构图；
图10C为图10A所示的功率转换模块的爆炸结构示意图；
图11为图10A所示的第一磁性组件在另一变化例下的结构示意图；
图12为本发明第四较佳实施例的功率转换模块所对应的电路拓扑示意 图；
图13为图12所示的功率转换模块的磁性组件在移除了第一磁盖后的结 构示意图；
图14为本发明第五较佳实施例的功率转换模块所对应的电路拓扑示意 图；
图15为图14所示的两个磁性组件分别移除了第一磁盖后的结构示意 图。
图16为图14所示的两个磁性组件的另一变化例在移除了第一磁盖后的 结构示意图。
附图标记如下：
1a、1b、1c、1d、1e:功率转换模块
Vin+:正输入端
Vin-:负输入端
Vin:输入电压
Vo+:正输出端
Vo-:负输出端
Vo:输出电压
1:原边开关电路
2:第一磁性组件
3:第一副边整流电路
Q1:第一开关
Q2:第二开关
A、B:桥臂中点
Lin:输入电感
C1:第一电容
C2:第二电容
20:磁芯组件
Np1:原边绕组
Ns1:第一副边绕组
Ns2:第二副边绕组
S1:第一整流组件
S2:第二整流组件
Co:输出电容
VQ1、VQ2、VS1、VS2:驱动信号
VAB:跨接电压
D:占空比
21:第一磁盖
22、22a:第二磁盖
23、23a:第一磁柱
24、24a:第二磁柱
25、25a:第三磁柱
26:第四磁柱
27:连通区
D1、D2:二极管
4:印刷电路板
To1+:第一正输出端接脚
X、Y:方向
S11、S21:第一整流元件
S12、S22:第二整流元件
40:第一面
41:第二面
Tin:输入端接脚
To-:负输出端接脚
Ts:信号控制及检测信号接脚
2a:第二磁性组件
3a:第二副边整流电路
To2+:第二正输出端接脚
10:驱动器
2b:第三磁性组件
Na Na1、Na2:附加绕组
La:附加电感
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。 应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明 的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发 明。
图1A及图1B为本发明第一较佳实施例的功率转换模块在不同视角下 的立体结构图，图2为图1A所示的功率转换模块所对应的电路拓扑示意图， 图3为图2所示的电路拓扑的电压时序图，图4为图1A所示的磁芯组件的 分解结构示意图，图5为图1A所示的磁性组件移除了第一磁盖后的结构示 意图。本实施例的功率转换模块1a所构成的电路拓扑可类似于图2所示， 即功率转换模块1a为单级电能变换的电路结构，且功率转换模块1a经由正 输入端Vin+及负输入端Vin-接收输入电压Vin，并经由正输出端Vo+及负输 出端Vo-输出输出电压Vo，此外，功率转换模块1a包含原边开关电路1、第 一磁性组件2、第一副边整流电路3。原边开关电路1包含开关桥臂，以构 成半桥开关结构，开关桥臂包含第一开关Q1及第二开关Q2，第一开关Q1 及第二开关Q2串联电连接，并形成桥臂中点A于第一开关Q1及第二开关Q2之间。
于一些实施例中，原边开关电路1更可包含电容桥臂，而功率转换模块 1a还包含输入电感Lin。电容桥臂与开关桥臂并联电连接，且包含第一电容 C1及第二电容C2，第一电容C1及第二电容C2串联电连接，并形成桥臂中 点B于第一电容C1及第二电容C2之间。输入电感Lin电连接于功率转换 模块1a的正输入端Vin+、开关桥臂的第一端及电容桥臂的第一端之间。另 外，功率转换模块1a的负输入端Vin-则与开关桥臂的第二端及电容桥臂的 第二端电连接。
第一磁性组件2包含磁芯组件20、原边绕组Np1、第一副边绕组Ns1 及第二副边绕组Ns2。原边绕组Np1的第一端与桥臂中点A电连接，原边 绕组Np1的第二端与桥臂中点B电连接。第一副边绕组Ns1及第二副边绕 组Ns2与原边绕组Np1相电磁耦合，且第一副边绕组Ns1及第二副边绕组 Ns2各自具有第一端及第二端，其中第一副边绕组Ns1的第二端、第二副边 绕组Ns2的第一端及原边绕组Np1的第一端为同名端，第一副边绕组Ns1 的第二端及第二副边绕组Ns2的第二端为异名端，且电连接，并形成中心抽 头点。第一副边整流电路3包含第一整流组件S1、第二整流组件S2及输出 电容Co。第一整流组件S1及第二整流组件S2可分别由至少一整流元件， 例如由金属氧化物半导体场效晶体管(后称MOSFET)或二极管等所构成，再 者，第一整流组件S1及第二整流组件S2可分别由为MOSFET所构成的多 个整流元件并联电连接所构成，而后续提及的第一整流组件S1及第二整流 组件S2则皆以多个为MOSFET的整流元件并联电连接所构成来示范性说 明。此外，第一整流组件S1的第一端电连接于第二整流组件S2的第一端， 其中第一整流组件S1的第一端及第二整流组件S2的第一端为同电极，例如 源极，第一整流组件S1的第二端，例如漏极，电连接于第一副边绕组Ns1 的第一端，第二整流组件S2的第二端，例如漏极，电连接于第二副边绕组 Ns2的第一端，故第一整流组件S1、第二整流组件S2、第一副边绕组Ns1 及第二副边绕组Ns2可形成闭合回路。输出电容Co的第一端电连接于中心 抽头点，并形成功率转换模块1a的正输出端Vo+，输出电容Co的第二端电 连接于第一整流组件S1的第一端及第二整流组件S2的第一端，并形成功率 转换模块1a的负输出端Vo-。
于一些实施例中，如图3所示，第一开关Q1所接收的驱动信号VQ1及 第二开关Q2所接收的驱动信号VQ2相位相差180°，而驱动信号VQ1及 驱动信号VQ2的导通占空比接近相等(在图3中，符号D表示为驱动信号 VQ1及驱动信号VQ2的占空比)。此外，第一整流组件S1所接收的驱动信 号VS1与驱动信号VQ2为互补，第二整流组件S2所接收的驱动信号VS2 与驱动信号VQ1为互补。又原边绕组Np1的第一端与第二端两端的跨接电 压VAB(或称桥臂中点A与桥臂中点B两者间的跨接电压)为三电平的交变电 压，即跨接电压VAB具有三种电压电平，分别为正的输入电压Vin、0及负 的输入电压Vin。又于其它实施例中，当驱动信号VQ1及驱动信号VQ2的 导通占空比接近或等于50％时，跨接电压VAB则为两电平的交变电压，即跨接电压VAB具有两种电压电平，分别为二分之一正的输入电压Vin(即 +Vin/2)及二分之一负的输入电压Vin(即-Vin/2)。
当然，于一些实施例中，电容桥臂可由另一开关桥臂(未图示)所取代， 使得原边开关电路1为全桥开关结构，其中另一开关桥臂包含另一第一开关 及另一第二开关。而两个开关桥臂各自的两个开关的控制方法并未有所限 制，只要可使跨接电压VAB为两电平或三电平的交变电压即可。
在本实施例中，如图4及图5所示，磁芯组件20包含第一磁盖21、第 二磁盖22、第一磁柱23、第二磁柱24、第三磁柱25及第四磁柱26。第一 磁柱23及第三磁柱25相对设置于第一磁盖21及第二磁盖22之间，第二磁 柱24及第四磁柱26相对设置于第一磁盖21及第二磁盖22之间，且第一磁 柱23和第三磁柱25位于第二磁柱24和第四磁柱26之间，又第二磁柱24和第四磁柱26的磁阻分别比第一磁柱23和第三磁柱25的磁阻大，且第一 磁柱23、第二磁柱24、第三磁柱25及第四磁柱26之间共同定义出连通区 27。另外，后续将提到磁芯组件的可能变化方式，而由于后续提及的磁芯组 件皆类似于图4所示的磁芯组件20含第一磁盖及第二磁盖，仅在磁柱个数、 位置及绕组缠绕方式有变化，故后续附图中出现的磁芯组件仅示出第一磁盖 及第二磁盖中的其中的一磁盖，以使磁柱个数、位置及绕组缠绕方式的变化可清楚显示。
此外，原边绕组Np1经由连通区27缠绕于第一磁柱23和第三磁柱25 上，且第一磁柱23和第三磁柱25上磁通方向相反。第一副边绕组Ns1的第 一端穿设于第一磁柱23和第二磁柱24之间，第一副边绕组Ns1的第二端穿 设于第三磁柱25和第四磁柱26之间，第二副边绕组Ns2的第一端穿设于第 一磁柱23和第四磁柱26之间，第二副边绕组Ns2的第二端穿设于第二磁柱 24和第三磁柱25之间。
由上可知，由于本实施例的功率转换模块1a的磁芯组件20的第二磁柱 24和第四磁柱26的磁阻分别比第一磁柱23和第三磁柱25的磁阻大，又原 边绕组Np1经由连通区27缠绕于第一磁柱23和第三磁柱25上，第一副边 绕组Ns1的第一端穿设于第一磁柱23和第二磁柱24之间，第一副边绕组 Ns1的第二端穿设于第三磁柱25和第四磁柱26之间，第二副边绕组Ns2的 第一端穿设于第一磁柱23和第四磁柱26之间，第二副边绕组Ns2的第二端 穿设于第二磁柱24和第三磁柱25之间，即绕组间呈现交叉的设置方式，使 得功率转换模块1a的磁性组件具有流经原边绕组Np1、第一副边绕组Ns1 及第二副边绕组Ns2的电流的交流电流纹动小及磁芯抗电流饱和能力强的 优点。
于一些实施例中，第二磁柱24和第四磁柱26包含气隙，第一磁柱23 与第三磁柱25则可不包含气隙，然而不以此为限，于其它实施例中，第一 磁柱23与第三磁柱25亦可包含气隙，然而第二磁柱24的气隙的长度和第 四磁柱26的气隙的长度分别大于第一磁柱23的气隙的长度和第三磁柱25 的气隙的长度。此外，每一磁柱的气隙可位于对应的磁柱的上方区域而与第 一磁盖21相邻，但不以此为限，每一磁柱的气隙亦可位于对应的磁柱的下 方区域而与第二磁盖22相邻，或者每一磁柱的气隙可位于对应的磁柱的中 间区域。
于一些实施例中，原边绕组Np1以呈现∞字形方式交替地经由连通区 27而缠绕于第一磁柱23和第三磁柱25上，使得第一磁柱23和第三磁柱25 上的磁通方向相反，更进一步说明，原边绕组Np1从第一磁柱23和第四磁 柱26间穿入，并经过连通区27，再从第二磁柱24和第三磁柱25之间穿出， 并围绕第三磁柱25，接着从第三磁柱25和第四磁柱26之间穿入，并经过连 通区27，最后从第一磁柱23和第二磁柱24之间穿出，并围绕第一磁柱23， 因此原边绕组Np1的第一端穿设于第一磁柱23和第四磁柱26之间，原边绕 组Np1的第二端穿设于第一磁柱23和第二磁柱24之间，且原边绕组Np1 的第一端及第二端位于磁芯组件20的同一侧。当然在其他实施例中，原边 绕组Np1的缠绕方式也可改为原边绕组Np1先部分缠绕于第一磁柱23上， 原边绕组Np1的其余部分再经由连通区27缠绕于第三磁柱25上。
另外，第一副边绕组Ns1的部分及第二副边绕组Ns2的部分可位于连通 区27内而呈现形成一上一下的交叉状态。此外，第一副边绕组Ns1的第一 端和第二副边绕组Ns2的第一端在磁芯组件20的同一侧且邻近于第一磁柱 23的位置通过整流组件(S1和S2)电连接。再者，原边绕组Np1的第一端、 第一副边绕组Ns1的第一端及第二副边绕组Ns2的第一端位于磁性组件2 的同一侧。
又如图2所示，第一整流组件S1限制第一副边绕组Ns1的电流方向， 第二整流组件S2限制第二副边绕组Ns2的电流方向，使得流过第一副边绕 组Ns1的电流的电流方向及流过第二副边绕组Ns2的电流的电流方向相同， 均从对应的副边绕组的第一端流向对应的副边绕组的第二端。
第一整流组件S1和第二整流组件S2可为开关管(如MOSFET或IGBT) 或二极管，图5中以二极管D1和D2分别代表第一整流组件S1和第二整流 组件S2为例示出的磁性组件的结构示意图。其中第一副边绕组的Ns1和第 二副边绕组Ns2上示意的箭头方向代表电流的方向，电流的方向均是从副边 绕组的第一端流入且从第二端流出。
另外，跨接于第一副边绕组Ns1的第一端及第二端的第一电压与跨接于 第二副边绕组Ns2的第一端及第二端的第二电压错相180°。流经第一副边绕 组Ns1的电流和流经第二副边绕组Ns2的电流分别在第一磁柱23和第三磁 柱25上产生交流磁通，其中，第一磁柱23和第三磁柱25上的交流磁通方 向相反，且第一磁柱23的交流磁通和第三磁柱25的交流磁通量近似相等， 且各交流磁通量为流经第一副边绕组Ns1的电流在磁柱上产生的交流磁通 量和流经第二副边绕组Ns2的电流在磁柱上产生的交流磁通量按相位相减。 且，又第一副边绕组Ns1产生的交流磁通和第二副边绕组Ns2产生的交流磁 通均按相位叠加亦近似平均地分配给第二磁柱24第四磁柱26，且第二磁柱 24和第四磁柱26上的交流磁通方向相反。此外，流过第一副边绕组Ns1的 直流电流在第一磁柱23上产生的直流磁通和流过第二副边绕组Ns2的直流 电流在第一磁柱23上产生的直流磁通相减，同时流过第一副边绕组Ns1的直流电流在第三磁柱25产生的直流磁通和流过第二副边绕组Ns2的直流电 流在第三磁柱25上产生的直流磁通也相减。由于原边开关电路1的电容桥 臂的存在，电容桥臂具有隔断直流的作用，故可通过电容桥臂让流过第一副 边绕组Ns1的电流的直流分量(以下，称为直流电流)和流过第二副边绕组 Ns2的电流的直流分量(以下，称为直流电流)近似相等，使得第一磁柱23 和第三磁柱25直流磁通近似为0。且流过第一副边绕组Ns1的直流电流产 生的直流磁压和流过第二副边绕组Ns2的直流电流产生的直流磁压同向串 联，跨接在第二磁柱24第四磁柱26上，而第二磁柱24和第四磁柱26的气 隙则用以防止第二磁柱24和第四磁柱26的饱和。利用原边开关电路1里的 电容桥臂，可以使得流过第一副边绕组Ns1的直流电流和流过第二副边绕组 Ns2的直流电流近似相等。于一些实施例中，除了前述第一种依靠原边开关 电路1里的电容桥臂的均流手段来实现流过第一副边绕组Ns1的直流电流和 流过第二副边绕组Ns2的直流电流近似相等，更可通过第二种均流手段，即 添加隔直电容(未图示)来实现流过第一副边绕组Ns1的直流电流和流过第二 副边绕组Ns2的直流电流近似相等，其中隔直电容和原边绕组Np1串联电 连接。再者，亦可通过第三种均流手段，即增加均流电路(未图示)来实现流 过第一副边绕组Ns1的直流电流和流过第二副边绕组Ns2的直流电流近似相 等。前述三种均流手段可择至少一种应用于功率转换模块1a中。
此外，当流过第一副边绕组Ns1的直流电流和流过第二副边绕组Ns2 的直流电流不完全相等时，不相等的直流电流将使得第一磁柱23和第三磁 柱25的直流磁通不为0，导致第一磁柱23和第三磁柱25容易饱和，故为了 避免此情况，于其它实施例中，可以通过第一磁柱23和第三磁柱25分别设 置气隙来以防止第一磁柱23和第三磁柱25上的磁通饱和。
另外，在本实施例中，第一磁柱23的交流磁通大，但是气隙小且磁阻 小，而相对于第一磁柱23，第二磁柱24的气隙大且磁阻大，但第二磁柱24 的交流磁通小，故使得第一副边绕组Ns1的交流电流纹动小，第一副边绕组 Ns1的等效电感大。同理，虽然第三磁柱25的交流磁通大，但是气隙小且 磁阻小，而相对于第三磁柱25，第四磁柱26的气隙大且磁阻大，但第四磁 柱26的交流磁通小，故使得第二副边绕组Ns2的交流电流纹动小，第二副 边绕组Ns2的等效电感大。对应地，与第一副边绕组Ns1和第二副边绕Ns2 相耦合的原边绕组Np1，也获得了电流纹波下降的好处，同时流经原边开关 电路1的开关桥臂电流纹波也降低，从而降低开关损耗。因此本发明的功率 变换模块1a的磁性组件具有交流电流纹动小及磁芯抗电流饱和能力强的优 点。
另外，针对磁芯组件20的构成而言，整个磁芯组件20的材料可以相同， 比如为铁氧体材料或铁粉材料。然于其它实施例中，第一磁柱23及第三磁 柱25的构成材料与磁芯组件20的其余部分的构成材料相异，例如第一磁柱 23及第三磁柱25的构成材料为铁氧体材料，磁芯组件20的其余部分的构成 材料为分布气隙的铁粉材料，由此磁芯组件20的磁芯损耗低，而第一副边 绕组Ns1及第二副边绕组Ns2的等效电感大。于一些实施例中，第二磁柱24和第四磁柱26的截面积的总和大于第一磁柱23和第三磁柱25的截面积 的总和。再者，第二磁柱24的截面积近似等于第四磁柱26的截面积，误差 为±20％内；第一磁柱23的截面积近似等于第三磁柱25的截面积，误差为 ±20％内，其中前处所述的误差为±20％内是指两个磁柱的截面积的相减值 与其中之一磁柱的截面积的比较在±20％内。
针对功率转换模块1a的立体结构，请再参阅图1A、图1B，于本实施 例中，功率转换模块1a还包含印刷电路板4及第一正输出端接脚To1+。印 刷电路板4可为但不限于多层结构。原边开关电路1、第一副边整流电路3、 第一磁性组件2及第一正输出端接脚To1+可构成一个基本功率单元，该基 本功率单元设置于印刷电路板4上，功率转换模块1a可通过至少一基本功 率单元来执行功率转换，进而输出电能，其中原边开关电路1、第一副边整 流电路3、第一磁性组件2及第一正输出端接脚To1+沿印刷电路板4的一方 向，例如沿图1A所示的X轴方向依序排列。第一正输出端接脚To1+对应图 2中的正输出端Vo+，且第一正输出端接脚To1+可由导电体，例如铜块等所 构成。
如前所述，由于原边开关电路1、第一副边整流电路3、第一磁性组件2 及第一正输出端接脚To1+沿印刷电路板4的X轴方向依序排列，故可使功 率转换模块1a在与X轴方向垂直的Y轴方向上的宽度减小，并有助于功率 转换模块1a在输出电流或输出功率上的扩展，使得功率转换模块1a的尺寸 结构适合于长方形而小尺寸且高密度的电子装置，例如显示卡或ASIC卡的 应用，从而使功率转换模块1a具有小尺寸及高功率密度的优势。
于一些实施例中，如图1A所示，原边开关电路1位于印刷电路板4的 一侧边区域，其中原边开关电路1的开关桥臂的第一开关Q1及第二开关Q2 设置于印刷电路板4的第一面40上，原边开关电路1的电容桥臂的第一电 容C1及第二电容C2设置于与第一面40相对的印刷电路板4的第二面41 上，且开关桥臂与电容桥臂在印刷电路板4的位置相对应。此外，原边开关 电路1更可包含驱动器10，驱动器10用以驱动开关桥臂的第一开关Q1及 第二开关Q2的作动，且驱动器10沿Y轴方向设置于开关桥臂的第一开关 Q1及第二开关Q2的一侧，例如图1A所示的第一开关Q1及第二开关Q2 的上侧。第一正输出端接脚To1+可设置于印刷电路板4的第一面40及/或第 二面41上。
另外，于其它实施例中，第一整流组件S1及第二整流组件S2可分别由 多个MOSFET并联电连接所构成，例如第一整流组件S1由第一整流元件 S11及第二整流元件S12并联电连接所构成，第二整流组件S2由第一整流 元件S21及第二整流元件S22并联电连接所构成，其中第一整流组件S1的 第一整流元件S11及第二整流组件S2的第一整流元件S21设置于印刷电路 板4的第一面40上，第一整流组件S1的第二整流元件S12及第二整流组件 S2的第二整流元件S22设置于印刷电路板4的第二面41上，且第一整流元 件S11及第二整流元件S12在印刷电路板4上的位置相对应，例如镜像对称 于印刷电路板4的第一面40及第二面41，第一整流元件S21及第二整流元 件S22在印刷电路板4上的位置相对应，例如镜像对称于印刷电路板4的第 一面40及第二面41。
再者，磁芯组件20的第一磁盖21和第二磁盖22分别从印刷电路板4 的第一面40及第二面41扣合在印刷电路板4上，且第一磁柱23、第二磁柱 24、第三磁柱25及第四磁柱26则分别穿设印刷电路板4的对应的贯穿孔洞 (未图示)而至少部分容至于印刷电路板4内。
另外，印刷电路板4为多层电路板，原边绕组Np1、第一副边绕组Ns1 及第二副边绕组Ns2依序内置于印刷电路板4的不同层中，且于不同层中错 位放置。第一副边绕组Ns1的第二端及第二副边绕组Ns2的第二端电连接于 位于印刷电路板4的第二面41的第一正输出端接脚To1+。
于一些实施例中，功率转换模块1a还包含多个输入端接脚Tin、多个负 输出端接脚To-及多个信号控制及检测信号接脚Ts。多个输入端接脚Tin、 多个负输出端接脚To-及多个信号控制及检测信号接脚Ts可分别由导电体， 例如铜等所构成，且分别设置于印刷电路板4的第二面41上，例如设置在 第二面41沿Y轴方向的两相对侧边区域上，其中多个负输出端接脚To-分 别与第一副边整流电路3的第一整流组件S1及第二整流组件S2相邻设，信号控制及检测信号接脚Ts与电容桥臂的第一电容C1及第二电容C2相邻设。 每一输入端接脚Tin则位于对应的负输出端接脚To-及信号控制及检测信号 接脚Ts之间。
再者，在其它实施例中，位于印刷电路板4的第一面40上的开关桥臂 的第一开关Q1的顶部、第二开关Q2的顶部、第一整流组件S1的第一整流 元件S11的顶部、第二整流组件S2的第二整流元件S21和磁芯组件20的第 一磁盖21的顶部可位在同一水平面，由此使功率转换模块1a方便安装散热 装置，例如导热介质材料及/或散热基板等，于第一整流组件S1的第一整流 元件S11的顶部、第二整流组件S2的第二整流元件S21的顶部和磁芯组件 20的第一磁盖21的顶部，使得第一整流组件S1、第二整流组件S2和磁芯 组件20与散热装置之间的热阻最小，进而实现功率转换模块1a的一侧边散 热。
图6A、图6B为本发明第二交较佳实施例的功率转换模块在不同视角下 的立体结构图，图7为图6A所示的功率转换模块所对应的电路拓扑示意图， 图8为图6A所示的两个磁性组件分别移除了第一磁盖后的结构示意图。本 实施例的功率转换模块1b所构成的单级电能变换的电路拓扑可类似于图7 所示，其中相较于图2所示的功率转换模块1a，本实施例的功率转换模块 1b还包含第二磁性组件2a及第二副边整流电路3a，其中第二磁性组件2a的结构与第一磁性组件2的结构相似，且第二副边整流电路3a的结构与第 一副边整流电路3的结构相似，故于此以相同符号标示来代表元件的结构与 功能相似。此外，第一磁性组件2的原边绕组Np1与第二磁性组件2a的原 边绕组Np1在桥臂中点A和桥臂中点B之间串联电连接，即第一磁性组件 2的原边绕组Np1的第一端电连接于桥臂中点A，第一磁性组件2的原边绕 组Np1的第二端电连接于第二磁性组件2a的原边绕组Np1的第一端，第二 磁性组件2a的原边绕组Np1的第二端电连接于桥臂中点B。
第二副边整流电路3a与第二磁性组件2a之间的电连接方式与第一副边 整流电路3与第一磁性组件2之间的电连接方式相似，于此不再赘述。另外， 为异名端的第二副边整流电路3a的第一副边绕组Ns1的第二端及第二副边 绕组Ns2的第二端为异名端，且相互电连接，并形成中心抽头点，所述中心 抽头点电连接于输出电容Co的第一端，第二副边整流电路3a的第一整流组 件S1的第一端及第二整流组件S2的第一端电连接于输出电容Co的第二端。 又第一副边整流电路3的第一整流组件S1的驱动信号与第二副边整流电路 3a的第一整流组件S1的驱动信号相位相同，第一副边整流电路3的第二整 流组件S2的驱动信号与第二副边整流电路3a的第二整流组件S2的驱动信 号相位相同。
相较于图2所示由功率转换模块1a所构成的电路拓扑，本实施例的功 率转换模块1b由于使用一个原边开关电路1、两个磁性组件2、2a及两个副 边整流电路3、3a，故不但可使输出电流和输出功率翻倍，且具有原边开关 电路1的元器件数少，原边开关电路1的体积小的好处，另外，由于2个磁 性组件3、3a的原边绕组Np1串联电连接，因此每个磁性组件的原边绕组 Np1的匝数可从N圈减小为0.5*N圈，使得每个磁性组件的原边绕组Np1 中不同圈绕线之间的电气隔离间隙的个数减半,大幅度提升了每个磁性组件 的原边绕组Np1的位置的填铜率，降低了每个磁性组件的原边绕组Np1的 导通电阻。
另外，如图8所示，第二磁性组件2a的原边绕组Np1、第一副边绕组 Ns1及第二副边绕组Ns2缠绕于第二磁性组件2a的第一磁柱23及第二磁柱 25的方式相似于第一磁性组件2的原边绕组Np1、第一副边绕组Ns1及第 二副边绕组Ns2的缠绕于第一磁性组件2a的的第一磁柱23及第二磁柱25 的方式，即第二磁性组件2a的原边绕组Np1经由第二磁性组件2a的连通区 27缠绕于第二磁性组件2a的第一磁柱23和第三磁柱25上，且第二磁性组 件2a的第一磁柱23和第三磁柱25上磁通方向相反。第二磁性组件2a的第 一副边绕组Ns1的第一端穿设于第一磁柱23和第二磁柱24之间，第二磁性 组件2a的第一副边绕组Ns1的第二端穿设于第三磁柱25和第四磁柱26之 间，且与输出电容Co的第一端电连接，第二磁性组件2a的第二副边绕组 Ns2的第一端穿设于第一磁柱23和第四磁柱26之间，第二磁性组件2a的 第二副边绕组Ns2的第二端穿设于第二磁柱24和第三磁柱25之间，且与输 出电容Co的第一端电连接。
此外，第一磁性组件2的原边绕组Np1和第二磁性组件2a的原边绕组 Np1串联电连接，而跨接于第一磁性组件2的原边绕组Np1和第二磁性组件 2a的原边绕组Np1的跨接电压VAB(或称桥臂中点A与桥臂中点B两者间 的跨接电压)可为三电平的交变电压，即跨接电压VAB(具有正的输入电压 Vin、0及负的输入电压Vin三种电压电平，当然，跨接电压VAB亦可为两 电平的交变电压，即跨接电压VAB具有二分之一正的输入电压Vin(即+Vin/2) 及二分之一负的输入电压Vin(即-Vin/2)两种电压电平。
针对功率转换模块1b的立体结构，请再参阅图6A、图6B，于本实施 例中，功率转换模块1b相较于图1A、图1B所示的功率转换模块1a还包含 第二磁性组件2a、第二副边整流电路3a及第二正输出端接脚To2+，其中第 二正输出端接脚To2+、第二磁性组件2a、第二副边整流电路3a、原边开关 电路1、第一副边整流电路3、第一磁性组件2及第一正输出端接脚To1+沿 印刷电路板4的一方向，例如沿图6A所示的X轴方向依序排列。第二正输 出端接脚To2+对应图7中的正输出端Vo+，且第二正输出端接脚To2+可由 导电体，例如铜块等所构成，并可设置于印刷电路板4的第一面40及/或第 二面41上。
如图6A所示，原边开关电路1位于印刷电路板4的中间区域。再者， 于其它实施例中，第二副边整流电路3a的第一整流组件S1及第二整流组件 S2可分别由多个MOSFET并联电连接所构成，例如第一整流组件S1由第 一整流元件S11及第二整流元件S12并联电连接所构成，第二整流组件S2 由第一整流元件S21及第二整流元件S22并联电连接所构成，其中第二副边 整流电路3a的第一整流组件S1的第一整流元件S11及第二整流组件S2的 第一整流元件S21设置于印刷电路板4的第一面40上，第二副边整流电路 3a的第一整流组件S1的第二整流元件S12及第二整流组件S2的第二整流 元件S22设置于印刷电路板4的第二面41上，且第二副边整流电路3a的第 一整流元件S11及第二整流元件S12在印刷电路板4上的位置相对应，第二 副边整流电路3a的第一整流元件S21及第二整流元件S22在印刷电路板4上的位置相对应，例如镜像对称于印刷电路板4的第一面40及第二面41。
此外，原边开关电路1更可包含驱动器10，驱动器10用以驱动开关桥 臂的第一开关Q1及第二开关Q2的作动，且驱动器10沿Y轴方向设置于开 关桥臂的第一开关Q1及第二开关Q2的一侧，例如图6A所示的第一开关 Q1及第二开关Q2的上侧。
再者，第二磁性组件2a的第一磁盖21和第二磁盖22分别从印刷电路 板4的第一面40及第二面41扣合在印刷电路板4上，且第二磁性组件2a 的第一磁柱23、第二磁柱24、第三磁柱25及第四磁柱26则分别穿设印刷 电路板4的对应的贯穿孔洞(未图示)而至少部分容置于印刷电路板4内。磁 性组件2a的第一副边绕组Ns1的第二端及第二副边绕组Ns2的第二端电连 接于位于第二面41上的第二正输出端接脚To2+。
再者，于其它实施例中，多个负输出端接脚To-中的部分负输出端接脚 To-与第二副边整流电路3a的第一整流组件S1及第二整流组件S2相邻设， 多个信号控制及检测信号接脚Ts中的部分信号控制及检测信号接脚Ts与电 容桥臂的第一电容C1及第二电容C2相邻设。每一输入端接脚Tin则位于对 应的负输出端接脚To-及信号控制及检测信号接脚Ts之间。
图9为本发明的磁性组件的另一变化例在移除了第一磁盖后的结构示意 图。当然，本发明的功率转换模块所使用的第一磁性组件及第二磁性组件的 结构并不局限于如图4、图5所示的实施方式。于一些实施例中，图1A、图 6A所示的功率转换模块所使用的第一磁性组件及第二磁性组件亦可分别由 图9所示的第三磁性组件2b来取代，其中第三磁性组件2b包含磁芯组件、 原边绕组Np1、第一副边绕组Ns1及第二副边绕组Ns2。磁芯组件包含第一 磁盖(未图示)、第二磁盖22a、第一磁柱23a、第二磁柱24a及第三磁柱25a。 第一磁柱23a、第二磁柱24a及第三磁柱25a位于第一磁盖及第二磁盖22a 之间，其中第一磁柱23a及第三磁柱25a相对设置，第二磁柱24a位于第一 磁柱23a及第三磁柱25a之间。于一些实施例中，第一磁柱23a及第三磁柱 25a包含气隙，第二磁柱24a则可不包含气隙，然不以此为限，于其它实施 例中，第二磁柱24a亦可包含气隙。
第三磁性组件2b的原边绕组Np1、第一副边绕组Ns1及第二副边绕组 Ns2依序内置于例如图1A或图6A所示的印刷电路板4的不同层中，且于 不同层中呈现上下错位的状态。此外，第一副边绕组Ns1穿设于第一磁柱 23a和第二磁柱24a之间，第二副边绕组Ns2穿设于第二磁柱24a和第三磁 柱25a之间。第一副边绕组Ns1的第一端电连接到如图2所示的第一整流组 件S1的第二端，第二副边绕组Ns2的第一端电连接到如图2所示的第二整 流组件S2的第二端，第一副边绕组Ns1的第二端与第二副边绕组Ns2的第 二端电连接，并形成中心抽头点，该中心抽头点与输出电容Co的第一端电 连接。第一整流组件S1限制第一副边绕组Ns1的电流方向，第二整流组件 S2限制第二副边绕组Ns2的电流方向，使得流过第一副边绕组Ns1的电流 的电流方向及流过第二副边绕组Ns2的电流的电流方向相同，均从对应的副边绕组的第一端流向对应的副边绕组的第二端。其中在图9中分别以二极管 D1、D2代表第一整流组件S1及第二整流组件S2为例示出磁性组件的结构 示意图。
第三磁性组件2b的原边绕组Np1的第一端电连接到如图2所示的开关 桥臂的桥臂中点A，并从第一磁柱23a和第二磁柱24a间穿设，使原边绕组 Np1围绕第二磁柱24a，原边绕组Np1的第二端从第二磁柱24a和第三磁柱 25a之间穿设，并电连接如图2所示的电容桥臂的桥臂中点B。又原边绕组 Np1的第一端与第二端两端的跨接电压VAB(或称桥臂中点A与桥臂中点B 两者间的跨接电压)为三电平的交变电压，即跨接电压VAB具有正的输入电 压Vin、0及负的输入电压Vin三种电压电平。又于其它实施例中，当在驱 动原边开关电路1的桥臂电路的两个开关的驱动信号及驱动信号的导通占空 比接近或等于50％时，跨接电压VAB则为两电平的交变电压，即跨接电压 VAB具有二分之一正的输入电压Vin(即+Vin/2)及二分之一负的输入电压 Vin(即-Vin/2)两种电压电平。再者，第一副边绕组Ns1的第二端、第二副边 绕组Ns2的第一端及原边绕组Np1的第一端为同名端。
另外，跨接于第三磁性组件2b的第一副边绕组Ns1的第一端及第二端 的第一电压与跨接于第二副边绕组Ns2的第一端及第二端的第二电压错相 180°。第一副边绕组Ns1产生的交流磁通施加在第一磁柱23a上，第二副边 绕组Ns2产生的交流磁通施加在第三磁柱25a上，第一副边绕组Ns1产生的 交流磁通和第二副边绕组Ns2产生的交流磁通按相位相减并施加第二磁柱 24a上。此外，流过第一副边绕组Ns1的电流的直流分量(以下，称为直流电流)在第二磁柱24a上产生的直流磁通和流过第二副边绕组Ns2的电流的 直流分量(以下，称为直流电流)在第二磁柱24a上产生的直流磁通相减， 且流过第一副边绕组Ns1的直流电流产生的直流磁压和流过第二副边绕组 Ns2的直流电流产生的直流磁压同向串联，跨接在第一磁柱23a及第三磁柱 25a上，而第一磁柱23a和第三磁柱25a的气隙则用以抵抗串联的直流磁压， 防止第一磁柱23a和第三磁柱25a饱和。
相比于图5所示的第一磁性组件2，虽然图9所示的第三磁性组件2b 的第一磁柱23a的交流磁通大，且气隙大而磁阻大，使得第一副边绕组Ns1 的交流电流纹动大，第一副边绕组Ns1的等效电感小，同理，虽然第三磁柱25a的交流磁通大，且气隙大而磁阻大，使得第一副边绕组Ns1的交流电流 纹动大，第一副边绕组Ns1的等效电感小，对应地，与第一副边绕组Ns1 和第二副边绕Ns2相耦合的原边绕组Np1的电流纹动也大，然而无论图9 所示的第三磁性组件2b的第一副边绕组Ns1还是第二副边绕组Ns2，由于 其皆直线穿过磁性组件2b的磁柱之间，故副边绕组的路径短，等效的寄生 电阻小，导通损耗小，因此适用于大电流输出的场合。
另外，针对图8的磁芯组件的构成而言，整个磁芯组件材料可以相同， 比如为铁氧体材料或铁粉材料。然于其它实施例中，第一磁柱23a及第三磁 柱25a的构成材料与磁芯组件20的其余部分的构成材料相异，例如第一磁 柱23a及第三磁柱25a的构成材料为铁氧体材料，磁芯组件的其余部分的构 成材料为分布气隙的铁粉材料，由此磁芯组件20的磁芯损耗低，而第一副 边绕组Ns1及第二副边绕组Ns2的等效电感大。
图10A、图10B为本发明第三较佳实施例的功率转换模块在不同视角下 的立体结构图，图10C为图10A所示的功率转换模块的爆炸结构示意图， 图11为图10A所示的第一磁性组件在另一变化例下的结构示意图。如图所 示，本实施例的功率转换模块1c相较于图6A所示的功率转换模块1b差异 在于本实施例所使用的第一磁性组件2及第二磁性组件2a的结构分别相同 于图9所示的的第三磁性组件2b的结构。此外，本实施例的功率转换模块 1c的第一正输出端接脚To1+改设置于第一磁性组件2的第二磁盖22的壁面， 例如第二磁盖22的上壁面、第二磁盖22的下壁面及介于第二磁盖22的上 壁面及第二磁盖22的下壁面之间的侧壁面上，第二正输出端接脚To2+改设 置于第二磁性组件2a的第二磁盖22的壁面，例如第二磁盖22的上壁面、 第二磁盖22的下壁面及介于第二磁盖22的上壁面及第二磁盖22的下壁面 之间的侧壁面上。通过第一正输出端接脚To1+及第二正输出端接脚To2+分 别设置于第一磁性组件2的第二磁盖22的壁面上，使得功率转换模块1c的 印刷电路板4的尺寸可减小，从而减小了功率转换模块1c的尺寸，提升了 功率转换模块1c的功率密度。
于上述实施例中，第一正输出端接脚To1+及第二正输出端接脚To2+可 分别以电镀方式设置于第一磁性组件2及第二磁性组件2a的第二磁盖22的 侧壁面上及与侧壁面相邻的两个表面上，以此来增加正输出端Vo+的电流导 通能力。但不以此为限，亦可分别以镶嵌方式邻设于第一磁性组件2及第二 磁性组件2a的第二磁盖22的侧壁面再者，以图11所示的第一磁性组件为 例，第一正输出端接脚To1+亦可在第二磁盖22的侧壁面及与侧壁面相邻的 两个表面上电镀，而第二磁性组件2a的第二正输出端接脚To2+亦可在第二 磁盖的侧壁面及与侧壁面相邻的两个表面上电镀。
图12为本发明第四较佳实施例的功率转换模块所对应的电路拓扑示意 图，图13为图12所示的功率转换模块的磁性组件在移除了第一磁盖后的结 构示意图。于一些实施例中，在图2所示的功率转换模块1a所对应的电路 拓扑的基础上，更可增加附加绕组Na，即构成图12所示的功率转换模块1d， 其中功率转换模块1d所使用的磁性组件2c可为图9所示的第三磁性组件2b 的结构，故于此以相同符号标示来代表元件的结构与功能相似，而且磁性组 件2c还包含附加绕组Na，该附加绕组Na与原边绕组Np1相电磁耦合，且 该附加绕组Na更电连接一个外加的附加电感La，其中附加绕组Na以呈现 ∞字形方式交替缠绕于第一磁柱23a和第三磁柱25a上，且附加绕组Na在 第一磁柱23a上耦合出来的交流电压和附加绕组Na在第二磁柱24a上耦合 出来的交流电压幅值近似相等，相位错相180°。再者，由于附加绕组Na以 呈现∞字形方式交替缠绕于第一磁柱23a和第三磁柱25a上，故附加绕组 Na上的电压幅值下降，频率翻倍。当附加绕组Na在第一磁柱23a上耦合出 来的交流电压和附加绕组Na在第三磁柱25a上耦合出来的交流电压占空比 接近50％时，则附加绕组Na以呈现∞字形方式交替缠绕于第一磁柱23a和 第三磁柱25a后可让附加绕组Na上的交流电压占空比接近100％，因此该交 流电压施加在附加电感La上，便使得附加电感La的纹波电流小。
当功率转换模块1d所驱动的负载发生从重载跳轻载的状况时，功率转 换模块1d的输出电压Vo将发生过冲，使得控制器(未图示)响应，使得原边 开关电路1的开关桥臂的第一开关Q1及第二开关Q2的驱动信号消失，而 第一副边整流电路3的第一整流元件S1和第二整流元件S2常通，使得第一 副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2均承受输出电压Vo，然因附加绕组Na 的设置，故附加绕组Ns1在第一磁柱23a上耦合出来的交流电压，和附加绕 组Na在第二磁柱24a上耦合出来的交流电压均正比于输出电压Vo，使得附 加绕组Na在第一磁柱23a上耦合出来的交流电压，和附加绕组Na在第二磁 柱24a上耦合出来的交流电压幅值叠加，施加在附加电感La上，导致附加 电感La的电流大幅度增加，从而第一副边绕组Ns1和第二副边绕组Ns2的 电流大幅度下降，从而使输出电压Vo的过冲被大幅度抑制。
当然，前述使用附加绕组Na来达成动态过冲抑制的技术亦可应用于包 含多个并联电连接的基本功率单元的功率转换模块。图14为本发明第五较 佳实施例的功率转换模块所对应的电路拓扑示意图，图15为图14所示的两 个磁性组件分别移除了第一磁盖后的结构示意图。本实施例的功率转换模块 1e所构成的单级电能变换的电路拓扑可类似于图2所示，其中相较于图2 所示的功率转换模块1a包含单一基本功率单元，图14所示的功率转换模块 1e还包含两个基本功率单元，即第一基本功率单元及第二基本功率单元，第 一基本功率单元的输入端及第二基本功率单元的输入端并联电连接，第一基 本功率单元的输出端及第二基本功率单元的输出端并联电连接，其中第一基 本功率单元包含原边开关电路1、第一磁性组件2及第一副边整流电路3， 且原边开关电路1、第一磁性组件2及第一副边整流电路3与图2所示的原 边开关电路1、第一磁性组件2及第一副边整流电路3在电路结构与作动上 皆相同，于此不再赘述。第二基本功率单元包含原边开关电路1a、第一磁性 组件2a及第一副边整流电路3a，其中原边开关电路1a、第一磁性组件2a 及第一副边整流电路3a的电路结构与作动相似于第一基本功率单元的原边 开关电路1、第一磁性组件2及第一副边整流电路3，故于此以相同符号标 示来代表元件的结构与功能相似。另外，在本实施例中，第二基本功率单元 的正输出端接脚To1+、第一磁性组件2a、第一副边整流电路3a、原边开关 电路1a、原边开关电路1、第一副边整流电路3、第一磁性组件2及第一正 输出端接脚To1+沿印刷电路板4的同一方向排列。
再者，在第一基本功率单元中，还包含附加绕组Na1，在第二基本功率 单元中，还包含附加绕组Na2，如图15所示，多个附加绕组的一端由第一 基本功率单元的磁性组件2第一磁柱23与第四磁柱26之间穿入，通过第三 磁柱25和第四磁柱26之间，从磁性组件2a的第一磁柱23与第四磁柱26 之间穿入，从第三磁柱25和第四磁柱26之间穿出，沿磁性组件2a和磁性 组件2的外侧缠绕两个第四磁柱26，形成部分附加绕组Na1和部分附加绕 组Na2，且串联构成一串联支路；然后再由磁性组件2的第一磁柱23和第 二磁柱24之间穿入，通过第三磁柱25和第二磁柱24之间，接着从磁性组 件2a的第一磁柱23和第二磁柱25之间穿入，从第三磁柱25和第二磁柱24 之间穿出，沿磁性组件2a和磁性组件2的外侧缠绕两个第二磁柱24，形成 部分附加绕组Na1和部分附加绕组Na2，且串联构成另一串联支路；该两个 串联支路极性相同的端点并联后与附加电感La串联构成闭合回路。在该实 施例中，附加绕组Na1及Na2分别以呈现B字形方式缠绕于第二磁柱24和 第四磁柱26上，并联连接后与附加电感La串联构成闭合回路。该实施例同 样可以通过附加绕组Na1、Na2耦合出的交流电压施加在附加电感La上， 使得附加电感La的纹波电流小。
于另一实施例中，在第一基本功率单元中，还包含附加绕组Na1，在第 二基本功率单元中，还包含附加绕组Na2，如图16所示，多个附加绕组的 一端由第一基本功率单元的磁性组件2第一磁柱23与第四磁柱26之间穿入， 通过第三磁柱25和第四磁柱26之间，从磁性组件2a的第一磁柱23与第四 磁柱26之间穿入，从第三磁柱25和第四磁柱26之间穿出，沿磁性组件2a 和磁性组件2的外侧缠绕两个第四磁柱26，形成部分附加绕组Na1和部分 附加绕组Na2，且串联构成一串联支路；然后绕过磁性组件2和磁性组件2a 的第二磁柱24的外侧，由磁性组件2a的第二磁柱24和第三磁柱25之间穿 入，通过第一磁柱23和第二磁柱24之间，接着从磁性组件2的第二磁柱24 和第三磁柱25之间穿入，由第一磁柱23和第二磁柱24穿出，形成部分附 加绕组Na1和部分附加绕组Na2，且串联构成另一串联支路；该两个串联支路极性不同的两个端点串联连接后与附加电感La串联后构成闭合回路。在 该实施例中，附加绕组Na以呈现∞字形方式缠绕于第二磁柱24和第四磁柱 26上，串联连接后与附加电感La构成一闭合回路。该实施例同样可以通过 附加绕组耦合出的交流电压施加在附加电感La上，使得附加电感La的纹波 电流小。相比于图15所示的实施例，∞字形绕制方式中，附加绕组Na1和 Na2两端的电压叠加，使得附加电感La两端电压翻倍，从而流经附加电感 La的电流减半，得到该附加绕组Na1、Na2和附加电感La串联线路中寄生 参数上的导通损耗减小的好处。
以上附加绕组的8字形和B字形绕制方式亦可应用于单个功率变换单元 中，亦可得到附加绕组Na来达成动态过冲抑制的好处。
于一些实施例中，第一基本功率单元的原边开关电路1的开关桥臂和第 二功率变换单元的原边开关电路1a的开关桥臂所接收的驱动信号错相90°， 即第一基本功率单元的原边开关电路1的开关桥臂与电容桥臂两者的桥臂中 点A、B间的跨接电压VAB和第二基本功率单元的原边开关电路1a的开关 桥臂与电容桥臂两者的桥臂中点A、B间的跨接电压VAB错相90°
在上述实施例中，功率转换模块1e所使用的两个磁性组件2、2a可分 别为图5所示的包含四磁柱的磁性组件2的结构，故于此以相同符号标示来 代表元件的结构与功能相似。第一基本功率单元的附加绕组Na1耦合在磁性 组件2的第二磁柱24和第四磁柱26上，产生一个4倍频的信号。第二基本 功率单元的附加绕组Na2耦合在磁性组件2a的第二磁柱24和第四磁柱26 上，产生一个相同的4倍频的信号。当原边开关电路1的开关桥臂的驱动信号占空比为25％时，附加绕组Na1上的交流电压占空比接近100％，当原边 开关电路1a的开关桥臂的驱动信号占空比为25％时，附加绕组Na2上的交 流电压占空比接近100％，附加绕组Na1、Na2的交流电压施加在附加电感 La上，使得附加电感La的纹波电流小。
当功率转换模块1d所驱动的负载发生从重载跳轻载的状况时，功率转 换模块1d的输出电压Vo将发生过冲，使得控制器(未图示)响应，使得原边 开关电路1、1a的开关桥臂的第一开关Q1及第二开关Q2的驱动信号消失， 而第一副边整流电路3、3a的第一整流元件S1和第二整流元件S2常通，使 得每一基本功率单元中的磁性组件2、2a的第一副边绕组Ns1和第二副边绕 组Ns2均承受输出电压Vo，然因附加绕组Na1、Na2的设置，使得附加绕组Na1、Na2耦合出4倍输出电压Vo，并施加在附加电感La上，导致附加电 感La的电流大幅度增加，从而每一基本功率单元的第一副边绕组Ns1和第 二副边绕组Ns2的电流大幅度下降，从而使输出电压Vo的过冲被大幅度抑 制。
综上所述，本发明提供一种功率转换模块及其磁性组件，其中由于功率 转换模块的磁芯组件的第二磁柱和第四磁柱的磁阻分别比第一磁柱和第三 磁柱的磁阻大，又原边绕组及副边绕组呈现交叉的设置方式，使得功率转换 模块的磁性组件具有流经原边绕组及副边绕组的电流的交流电流纹动小及 磁芯抗电流饱和能力强的优点。此外，由于功率转换模块的原边开关电路、 第一副边整流电路、第一磁性组件及第一正输出端接脚沿印刷电路板同一X 方向依序排列，故可使功率转换模块在与X方向垂直的Y方向上的宽度减 小，并有助于功率转换模块在输出电流或输出功率上的扩展，使得功率转换 模块的尺寸结构适合于例如显示卡或ASIC卡的应用，从而使功率转换模块 具有小尺寸及高功率密度的优势。
本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利 要求所欲保护。

Claims (15)

1.一种功率转换模块，包含:
一印刷电路板；以及
一第一基本功率单元，设置于所述印刷电路板上，且包含:
一磁性组件；
一原边开关电路；
一第一副边整流电路；以及
一第一正输出端接脚；
其中所述原边开关电路、所述第一副边整流电路、所述磁性组件及所述第一正输出端接脚沿所述印刷电路板的一第一方向依序排列。
2.如权利要求1所述的功率转换模块，其中所述磁性组件包含：
至少一磁芯组件，该磁芯组件包含包括第一磁盖和第二磁盖以及至少一磁柱，所述至少一磁柱设置于所述第一磁盖及所述第二磁盖之间，所述第一磁盖和所述第二磁盖分别从所述印刷电路板为相对的一第一面及一第二面扣合在所述印刷电路板上；
一原边绕组和一副边绕组，绕制在所述至少一磁柱上，且分别包含一第一端和一第二端，其中该原边绕组的所述第一端和所述第二端与所述第一副边整流电路相邻设置，所述副边绕组的该第一端与所述第一副边整流电路相邻设置，所述副边绕组的所述第二端与所述第一正输出端接脚相邻设置。
3.如权利要求2所述的功率转换模块，其中所述磁芯组件包含:
一第一磁盖及一第二磁盖；以及
一第一磁柱、一第二磁柱、一第三磁柱及一第四磁柱，所述第一磁柱及所述第三磁柱相对设置于所述第一磁盖及所述第二磁盖之间，所述第二磁柱及所述第四磁柱相对设置于所述第一磁盖及所述第二磁盖之间，所述第一磁柱和所述第三磁柱位于所述第二磁柱和所述第四磁柱之间，所述第二磁柱和所述第四磁柱的磁阻分别比所述第一磁柱和所述第三磁柱的磁阻大，且所述第一磁柱、所述第二磁柱、所述第三磁柱及所述第四磁柱之间共同定义出一连通区；
一原边绕组，经由所述连通区缠绕于所述第一磁柱和所述第三磁柱上，且所述第一磁柱和所述第三磁柱上磁通方向相反；以及
一第一副边绕组及一第二副边绕组，所述第一副边绕组的一第一端穿设于所述第一磁柱和所述第二磁柱之间，所述第一副边绕组的一第二端穿设于第三磁柱和所述第四磁柱之间，所述第二副边绕组的一第一端穿设于所述第一磁柱和所述第四磁柱之间，所述第二副边绕组的一第二端穿设于所述第二磁柱和所述第三磁柱之间，且部分所述第一副边绕组及部分所述第二副边绕组位于所述连通区内。
4.如权利要求2所述的功率转换模块，其中所述磁芯组件包含：
一第一磁柱、一第二磁柱及一第三磁柱，所述第一磁柱、所述第二磁柱及所述第三磁柱相设置于所述第一磁盖及所述第二磁盖之间，所述第二磁柱设置于所述第一磁柱和所述第三磁柱之间，所述第一磁柱和所述第三磁柱的磁阻分别比所述第二磁柱的磁阻大；
一原边绕组，缠绕于所述第二磁柱上；以及
一第一副边绕组及一第二副边绕组，所述第一副边绕组的一第一端穿设于所述第一磁柱和所述第二磁柱之间，所述第一副边绕组的一第二端穿设于第一磁柱和所述第二磁柱之间，所述第二副边绕组的一第一端穿设于所述第二磁柱和所述第三磁柱之间，所述第二副边绕组的一第二端穿设于所述第二磁柱和所述第三磁柱之间。
5.如权利要求2所述的功率转换模块，其中所述原边开关电路包含一开关桥臂,所述开关桥臂包含串联电连接的两个开关，所述两个开关之间的一桥臂中点电连接到所述磁性组件的所述原边绕组的一第一端，且所述两个开关设置于所述印刷电路板的一第一面上。
6.如权利要求5所述的功率转换模块，其中所述原边开关电路包含至少一电容桥臂,所述电容桥臂与所述开关桥臂并联电连接且包含串联电连接的两个电容，所述两个电容之间的一桥臂中点电连接到所述磁性组件的所述原边绕组的一第二端，且所述两个电容设置于与所述第一面相对的所述印刷电路板的一第二面上。
7.如权利要求5所述的功率转换模块，其中所述原边开关电路包含另一开关桥臂,所述另一开关桥臂与所述开关桥臂并联电连接且包含两个串联电连接的开关，所述开关桥臂的两个所述开关之间的一桥臂中点电连接到所述磁性组件的所述原边绕组的一第二端。
8.如权利要求2所述的功率转换模块，其中所述功率转换模块还包含多个输入端接脚、多个负输出端接脚及多个信号控制及检测信号接脚，分别设置于所述第二面沿一第二方向的两相对侧边区域上，所述第一方向与所述第二方向垂直。
9.如权利要求1所述的功率转换模块，其中所述功率转换模块还包含另一磁性组件、一第二副边整流电路及一第二正输出端接脚，所述第二正输出端接脚、所述另一磁性组件、所述第二副边整流电路、所述原边开关电路、所述第一副边整流电路、所述磁性组件及所述第一正输出端接脚沿所述印刷电路板的该第一方向依序排列。
10.如权利要求9所述的功率转换模块，其中所述磁性组件及所述另一磁性组件的结构相同，且所述磁性组件的原边绕组及所述另一磁性组件的原边绕组串联连接。
11.如权利要求1所述的功率转换模块，其中所述功率转换模块还包含一第二基本功率单元，所述第二基本功率单元的结构与所述第一基本功率单元的结构相同，其中所述第二基本功率单元的所述正输出端接脚、所述第二基本功率单元的所述磁性组件、所述第二基本功率单元的所述第一副边整流电路、所述第二基本功率单元的所述原边开关电路、所述第一基本功率单元的所述原边开关电路、所述第一基本功率单元的所述第一副边整流电路、所述第一基本功率单元的所述磁性组件及所述第一基本功率单元的所述正输出端接脚沿所述印刷电路板的所述第一方向依序排列。
12.如权利要求11所述的功率转换模块，其中所述第一基本功率单元的的所述磁性组件及所述第二基本功率单元的所述磁性组件相同。
13.如权利要求1所述的功率转换模块，其中所述第一副边整流电路包还一第一整流组件及一第二整流组件，所述第一整流组件由为金属氧化物半导体场效晶体管的一第一整流元件及一第二整流元件并联电连接所构成，所述第二整流组件由为金属氧化物半导体场效晶体管的一第一整流元件及一第二整流元件并联电连接所构成，且所述第一整流组件的所述第一整流元件及所述第二整流组件所述第一整流元件设置于该印刷电路板的一第一面上，所述第一整流组件的所述第二整流元件及所述第二整流组件的所述第二整流元件设置于与所述第一面相对的所述印刷电路板的一第二面上，且所述第一整流组件的所述第一整流元件及所述第二整流元件在所述印刷电路板上的位置相对应，所述第二整流组件的所述第一整流元件及所述第二整流元件在所述印刷电路板上的位置相对应。
14.如权利要求1所述的功率转换模块，其中所述第一正输出端接脚设置于所述印刷电路板上。
15.如权利要求2所述的功率转换模块，其中所述第一正输出端接脚通过电镀或镶嵌而形成于所述磁性组件的所述第二磁盖上。
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