TWI439031B - 非對稱耦合電感、多相直流轉直流轉換器以及用於控制多相直流轉直流轉換器之操作之控制器 - Google Patents

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Description

非對稱耦合電感、多相直流轉直流轉換器以及用於控制多相直流轉直流轉換器之操作之控制器
本發明係有關於耦合電感，特定而言係有關於非對稱耦合電感、多相直流轉直流轉換器以及用於控制多相直流轉直流轉換器之操作之控制器。
具有多相耦合電感拓樸之切換式直流轉直流轉換器已敘述於Schultz等人之美國專利第6,362,986號中，其揭露內容於此一併列入參考。此些轉換器具有若干優點，包含降低在電感及開關中之漣波電流(ripple current)，其使得具有傳統多相直流轉直流轉換器拓樸之轉換器上的每相電感(per-phase inductance)或切換頻率(switching frequency)下降。因此，具有磁耦合輸出電感之直流轉直流轉換器與傳統多相拓樸相比可在無效率損失之下達到較良好之暫態響應(transient response)。此可顯著地減少輸出電容，而造成較小、較低成本之方案。
直流轉直流轉換器通常使用在當系統運作時負載會有相當的改變的應用中。例如，最新的筆記型電腦的處理器於最大時脈速率實施處理器密集型(processor-intensive)運算時需要幾十到一百安培以上的電流，而當系統閒置時處理器需要大為減少之電流，可能僅幾毫安培。當直流轉直流轉換器設計成要動力驅動如此的處理器時，轉換器的電感、電容及切換式電晶體一般設計成可處理處理器所需之最大持續電流而不會過熱。電源轉換器有許多其他的應用，如轉換器負載電流位準會隨時間改變的應用。最大及最小負載電流之間產生幾百倍到幾千倍的變化係屬常見。
直流轉直流轉換器一般運作於連續導通模式(Continuous Conduction Mode，CCM)，當中與電閘(switching)及交流電流相關的損耗不會隨負載電流的減少而削減。故當負載電流微小時，與電閘(switching)及交流電流相關的損耗可能會成為轉換器所吸收之總功率的重要部份。由於許多系統將其操作壽命的相當大的部份花費在低功率運作，故可能會在其壽命期間浪費相當大的能量。直流轉直流轉換器在可能的輸出功率需求之全部範圍期間以高效率運作，藉以最佳化電池壽命，尤其對電池驅動系統是相當重要的。
是故，需要在輕負載情況下於不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)運作直流轉直流轉換器以減少與電閘及交流電流相關之損耗。此外，在輕負載情況期間可能會關閉多相直流轉直流轉換器中之一個或以上之相位，以減少與電閘及交流電流相關之損耗。包含耦合電感且可運作於不連續導通模式及/或可在輕負載情況期間關閉相位之直流轉直流轉換器的實例可見於Stratakos等人之美國專利第7,317,305號及第7,548,046號，兩者的揭露內容於此均一併列入參考。
於一實施例中，非對稱耦合電感包含第一繞線、第二繞線、磁芯以及漏電部。磁芯由磁性材料形成且將上述第一繞線及第二繞線磁耦合成一體。漏電部由磁性材料形成且與磁芯至少部份磁性隔離。漏電部磁耦合至上述第一繞線，使得第一繞線之漏電感值大於第二繞線之漏電感值。
於一實施例中，非對稱耦合電感包含第一繞線、第二繞線以及磁芯。上述第一繞線及第二繞線之每一者具有相同數量之圈數。磁芯由磁性材料形成且將上述第一繞線及第二繞線磁耦合成一體。磁芯係配置成使得第一繞線之漏電感值大於第二繞線之漏電感值。
於一實施例中，多相直流轉直流轉換器包含非對稱耦合電感、第一切換電路、第二切換電路以及用以控制第一切換電路及第二切換電路之操作之至少一控制器。非對稱耦合電感包含第一繞線及第二繞線，每一者具有各自的第一端及各自的第二端，以及由磁性材料形成之磁芯。每一第一端電性耦合至共同第一節點，且磁芯將第一繞線及第二繞線磁耦合成一體。上述磁芯係配置成使得第一繞線之漏電感值大於第二繞線之漏電感值。第一切換電路電性耦合至第一繞線之第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第一繞線之第二端。第二切換電路電性耦合至第二繞線之第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第二繞線之第二端。控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉上述第二切換電路，而同時第一切換電路保持操作。
於一實施例中，多相直流轉直流轉換器包含耦合電感、附加電感、第一切換電路、第二切換電路以及用以控制第一切換電路及第二切換電路之操作之至少一控制器。耦合電感包含第一繞線，具有第一端及第二端。耦合電感更包含第二繞線，具有第一端及第二端，第二繞線之第一端係電性耦合至第一節點。耦合電感還包含磁芯，由磁性材料形成且將第一繞線及第二繞線磁耦合成一體。附加電感包含第一終端及第二終端。前述第一終端電性耦合至第一繞線之第一端，前述第二終端電性耦合至第一節點。第一切換電路電性耦合至第一繞線之第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第一繞線之第二端。第二切換電路電性耦合至第二繞線之第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第二繞線之第二端。上述控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉第二切換電路，而同時第一切換電路保持操作。
於一實施例中，多相直流轉直流轉換器包含耦合電感、附加電感、第一切換電路、第二切換電路以及用以控制第一切換電路及第二切換電路之操作之至少一控制器。耦合電感包含第一繞線，具有第一端及第二端，第一端電性耦合至第一節點。耦合電感更包含第二繞線，具有第一端及第二端，第二繞線之第一端係電性耦合至第一節點。耦合電感還包含磁芯，由磁性材料形成且將第一繞線及第二繞線磁耦合成一體。附加電感包含第一終端及第二終端，第一終端電性耦合至第一繞線之第二端。第一切換電路電性耦合至附加電感之第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換上述第二終端。第二切換電路電性耦合至第二繞線之第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第二繞線之第二端。控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉第二切換電路，而同時第一切換電路保持操作。
於一實施例中，多相直流轉直流轉換器包含第一電感、第二電感、第一切換電路、第二切換電路以及至少一控制器。第一電感具有第一終端及第二終端，第一終端係電性耦合至第一節點。第二電感具有第一終端及第二終端，第二電感之第一終端係電性耦合至第一節點。第一切換電路電性耦合至第一電感之第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第一電感之第二終端。第二切換電路電性耦合至第二電感之第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換第二電感之第二終端。上述至少一控制器係控制第一切換電路及第二切換電路之操作，且係配置成在輕負載操作情況期間關閉第二切換電路，而同時第一切換電路保持操作。第一電感之電感值大於第二電感之電感值，而第一切換電路及第二切換電路之每一者係配置成於至少20千赫茲之頻率下進行切換。
於一實施例中，控制器係控制多相直流轉直流轉換器之操作，上述多相直流轉直流轉換器包含至少一第一相位及第二相位。第一相位之有效電感值大於第二相位之有效電感值。控制器係配置成在多相直流轉直流轉換器的輕負載操作情況期間關閉第二相位，而同時第一相位保持操作。
應注意者為，為清楚說明本發明，圖式中某些元件未依比例繪製。一物件之特定實例係利用括號中的數字來加以參照(例如繞線104(1))，而沒有括號的數字係指任何此樣物件(例如繞線104)。
藉由將先前技術之耦合電感以具有至少一繞線之非對稱耦合電感替代，其中上述繞線具有經提升之漏電感值(leakage inductance value)，可使包含先前技術之耦合電感的多相直流轉直流轉換器之輕負載(light load)效率增加。例如，第一圖係顯示一多相直流轉直流轉換器100，其包含非對稱耦合電感102。非對稱耦合電感102包含複數個繞線104，其藉由磁性材料所形成之磁芯106相互磁耦合成一體。於某些實施例中，每一繞線104具有相同之圈數，以促進直流電流磁通量之抵銷，藉此有助於防止磁芯106產生飽和。每一繞線104，例如，為單圈繞線用以將繞線阻抗最小化並促進非對稱耦合電感102之可生產性。磁芯106係配置成至少一繞線104之各自的漏電感值大於至少一其他繞線104之各自的漏電感值，此可促進多相直流轉直流轉換器100之輕負載效率，將於以下討論。
於某些實施例中，非對稱耦合電感102更包含漏電部108，其由磁性材料所形成且與磁芯106至少部份磁性隔離。漏電部108係磁耦合至繞線104(1)，以增加繞線104(1)之漏電感值，藉此繞線104(1)具有較繞線104(2)或104(3)為大之漏電感值。
每一繞線104具有各自的第一端110及各自的第二端112。每一第一端110係電性耦合至共同之第一節點114。各自的切換電路(switching circuit)116係電性耦合至每一第二端112，以於至少二不同電壓之間切換第二端。至少一控制器118控制切換電路116，上述控制器118選擇性包含回饋連結120，例如連接至第一節點114。第一節點114選擇性包含濾波器122。
每一切換電路116以及與其電性耦合之各自的繞線104係形成相位124。因此，多相直流轉直流轉換器100係圖示於第一圖，其包含三個相位，其中第一相位124(1)包含切換電路116(1)及繞線104(1)，第二相位124(2)包含切換電路116(2)及繞線104(2)，而第三相位124(3)包含切換電路116(3)及繞線104(3)。由於繞線104(1)具有較繞線104(2)、104(3)為大之漏電感值，故第一相位124(1)具有較第二相位124(2)、第三相位124(3)為大之有效電感。雖多相直流轉直流轉換器100係圖示成具有三個相位124，但多相直流轉直流轉換器100可具有任何大於1之數量的相位，其中非對稱耦合電感102具有至少一繞線，以用於每一相位。
多相直流轉直流轉換器100一般具有切換頻率，切換電路116以上述切換頻率進行切換，切換頻率至少約20千赫茲(kHz)，藉此切換所造成之聲音會在人類可感知的頻率範圍以上。將多相直流轉直流轉換器100操作於高切換頻率(例如至少20千赫茲(kHz))而非操作於低切換頻率亦可提供若干優點，例如(1)能夠使用較小之能量儲存元件(例如非對稱耦合電感102及濾波電容)，(2)較小之漣波電流及漣波電壓量(ripple voltage magnitude)，及/或(3)較快之轉換器暫態響應。為了在高切換頻率能夠達到有效操作，用於形成磁芯106及漏電部108之一個或以上之磁性材料一般為在高頻操作時具有相對較低之磁芯損耗(core loss)之材料，例如鐵氧體(ferrite)材料或鐵粉(powdered iron)材料。
控制器118係配置成在輕負載操作情況期間關閉至少一相位124，而同時其餘的相位124保持操作。如此之相位關閉可稱為「切相(phase shedding)」。控制器118亦可選擇性配置成在輕負載操作情況期間於不連續導通模式(discontinuous conduction mode，DCM)中操作多相直流轉直流轉換器100。於第一圖之實例中，控制器118在輕負載情況期間除了第一相位124(1)以外關閉所有之相位124。如前述，繞線104(1)之漏電感值較繞線104(2)及104(3)之漏電感值為大。是故，相較於在有額外相位124為操作中的重負載情況期間，多相直流轉直流轉換器100在第二相位124(2)及第三相位124(3)為關閉的輕負載情況期間可以較大之漏電感值操作。此較大之漏電感值會減少通過第一相位124(1)之電流的均方根(root mean square，RMS)值，藉此減少與交流電流相關之損耗並減少漣波電壓量。此外，繞線104(1)之較大漏電感值會減少與繞線104(2)及104(3)之磁耦合，藉此有助於在相位總數減少的操作期間簡化多相直流轉直流轉換器100之操作，尤其是在控制器118於輕負載操作情況期間在不連續導通模式中操作多相直流轉直流轉換器100的實施例中。
於某些實施例中，繞線104(1)之漏電感值係大於繞線104(2)及繞線104(3)之漏電感值至少約百分之二十，以達到漣波電流量(ripple current magnitude)之降低，上述漣波電流量可調整與配置磁芯106有關之成本增加量，藉此繞線104具有非對稱之漏電感值。於一實施例中，繞線104(2)及104(3)中之每一者具有約25奈亨利(nanohenries)到約200奈亨利(nanohenries)之漏電感值；於一般直流轉直流轉換器的應用中此漏電感範圍在大到足以防止過度的漣波電流量及小到足以提供適度快之暫態響應之間提供良好之折衷。於如此之實施例中，繞線104(1)具有較繞線104(2)、104(3)之漏電感值為大(例如至少大了百分之二十)之漏電感值。於某些實施例中，耦合電感102具有激磁電感(magnetizing inductance)，其為繞線104(2)、104(3)之漏電感值的至少約兩倍大以提供良好之漣波電流抵銷，但不大於繞線104(2)、104(3)之漏電感值的約15倍以助於防止非對稱耦合電感102產生飽和。
雖利用先前技術之耦合電感的直流轉直流轉換器之輕負載效率可藉由增加先前技術之耦合電感的漏電感值而受到提升，但因所有繞線之漏電感值必然都會增加，故此樣動作會降低轉換器的暫態響應。反之，使用非對稱耦合電感102可使例如繞線104(1)之漏電感值在僅有單一相位操作中時處於相對較高以促進輕負載效率，而其餘的繞線104之漏電感值在有額外相位操作中時處於相對較低以促進快速之暫態響應。
漏電部108可選擇性配置成於重負載情況下產生飽和，藉此相位間之漏電感差異在重負載時會相較於在輕負載時為小。此特徵可促進於重負載情況下相位間有相等之電流共享。
於替代之實施例中，多相直流轉直流轉換器100係配置成非對稱耦合電感102包含複數個繞線104，其相對於其餘的繞線104具有經提升之漏電感值。例如，於某些實施例中非對稱耦合電感102包含複數個漏電部108，藉此複數個繞線104相對於其餘的繞線104具有經提升之漏電感值。於一特定替代之多相直流轉直流轉換器100的實施例中(未圖示)，各自的漏電部108係磁耦合至繞線104(1)及104(2)之每一者。因此，於此實施例中，第一相位124(1)及第二相位124(2)均具有經提升之漏電感值，而此樣相位之其中一者或兩者可於輕負載操作情況期間操作，藉此多相直流轉直流轉換器100在輕負載情況時相較於在重負載情況期間可以較大之漏電感值操作。
多相直流轉直流轉換器100可配置成具有各種配置。例如，切換電路116可將其各自的繞線104之第二端112切換於輸入電壓節點(未圖示)以及接地之間，藉此多相直流轉直流轉換器100係配置成降壓轉換器(buck converter)，第一節點114為輸出電壓節點，而濾波器122為輸出濾波器。於此實例中，每一切換電路116包含至少一高壓側切換裝置(high side switching device)及一整流電路(rectification circuit)。整流電路包含一個或以上的二極體及/或一個或以上的切換裝置，以藉由減少電壓降而改進效率。於此說明書之上下文中，切換裝置包含但不限於雙載子接面電晶體(bipolar junction transistor)、場效電晶體(field effect transistor)(例如N通道或P通道金屬氧化物半導體場效電晶體、接面場效電晶體、金屬半導體場效電晶體)、絕緣閘雙載子接面電晶體(insulated gate bipolar junction transistor)、閘流器(thyristor)或矽控整流器(silicon controlled rectifier)。
於另一實例中，多相直流轉直流轉換器100可配置成升壓轉換器(boost converter)，藉此第一節點114為輸入電力節點，而切換電路116將其各自的繞線104之第二端112切換於輸出電壓節點(未圖示)及接地之間。此外，多相直流轉直流轉換器100可配置成例如升降壓轉換器(buck-boost converter)，藉此第一節點114為共同節點，而切換電路116將其各自的繞線104之第二端112切換於輸出電壓節點(未圖示)及輸入電壓節點(未圖示)之間。
再者，於又另一實例中，多相直流轉直流轉換器100可形成一隔離式拓樸結構。例如，每一切換電路116可包含變壓器(transformer)、至少一切換裝置，其電性耦合至變壓器之主要繞線，以及整流電路，其耦合於變壓器之次要繞線及各自的繞線104之第二端112之間。整流電路(rectification circuit)選擇性包含至少一切換裝置以改進效率。
非對稱耦合電感102之數個實例將參照第二圖至第二十六圖而陳述於下。然而，此領域之技藝者應得以領會，非對稱耦合電感102並不限於此處所揭露之實例，此處所揭露之實例係可加以修改。例如，雖下述實例顯示耦合電感具有四個繞線，但下述之耦合電感可具有任何大於1之數量之繞線。於另一實例中，雖下述實例中之某些磁性元件係顯示成具有至少大體上為矩形之形狀，但磁性元件之形狀可加以改變(例如圓形)。
第二圖係顯示頂視透視圖，而第三圖係顯示一非對稱耦合電感200之頂視平面圖。非對稱耦合電感200包含磁芯，其包含第一端磁性元件202、第二端磁性元件204以及複數個設置於第一端磁性元件202與第二端磁性元件204之間並連接兩者之連接磁性元件206。各自的繞線208係至少部份纏繞於每一連接磁性元件206。被磁性元件所遮蔽之繞線208之輪廓係藉由虛線顯示於第三圖。於第二圖及第三圖中，繞線208係遮蔽了連接磁性元件206；然而，第四圖則係顯示經移除繞線208之非對稱耦合電感200之頂視平面圖，以顯示連接磁性元件206。
非對稱耦合電感200更包含漏電部210，其藉由填充有一個或以上的非磁性材料(例如空氣、紙、黏著劑及/或塑膠)之空隙212與第一磁性元件202及第二磁性元件204磁性隔離。漏電部210選擇性形成一間隔216。於第二圖及第三圖中，漏電部210係部份由繞線208(1)所遮蔽；然而，漏電部210之整體輪廓可於第四圖視得，其中(第三圖中之)繞線208係經移除。雖漏電部210係顯示為由三個磁性元件222、224及226所形成，但漏電部210可由不同數量之磁性元件(例如一或二個磁性元件)所形成。
繞線208(1)係至少部份纏繞於連接磁性元件206(1)以及漏電部210。因此，繞線208(1)係磁耦合至漏電部210以及至非對稱耦合電感200之其餘繞線208。相對於非對稱耦合電感200之其餘繞線208，漏電部210會增加繞線208(1)之漏電感值。繞線208(1)之漏電感值可由漏電部210之間隔216之配置設計(例如厚度及/或橫切面)所決定。其餘繞線208之電感值主要由第一端磁性元件202與第二端磁性元件204之間之間隔218之配置(例如厚度及/或橫切面)所決定。然而，繞線208(1)之漏電感值亦會受間隔218之配置所影響。
連接磁性元件206(1)具有垂直於其延長方向220之橫切面，其小於其餘連接磁性元件206之對應橫切面。連接磁性元件206(1)之此特徵可防止繞線208(1)必須大於其餘繞線208以利於容納漏電部210，且藉此有助於將非對稱耦合電感200之覆蓋區(footprint)最小化及減少繞線208(1)之長度及阻抗。
第五圖係顯示非對稱耦合電感500之頂視透視圖，其類似於第二圖至第四圖之非對稱耦合電感200。非對稱耦合電感500包含磁芯，其包含第一端磁性元件502、第二端磁性元件504以及數個設置於第一端磁性元件502與第二端磁性元件504之間並連接兩者之連接磁性元件506。各自的繞線508係至少部份纏繞於每一連接磁性元件506。第六圖係顯示經移除繞線508之非對稱耦合電感500之頂視平面圖，以顯示連接磁性元件506。
非對稱耦合電感500更包含漏電部510，其磁耦合至繞線508(1)。因此，繞線508(1)相較於其餘繞線508具有較大之漏電感值，且繞線508(1)之漏電感值可由填充有一個或以上的非磁性材料(例如空氣、紙、黏著劑及/或塑膠)之選擇性間隔514之配置設計(例如厚度及/或橫切面)所決定。其餘繞線508之電感值主要由第一端磁性元件502與第二端磁性元件504之間之間隔516之配置(例如厚度及/或橫切面)所決定。然而，繞線508(1)之漏電感值亦會受間隔516之配置所影響。
相反於非對稱耦合電感200(第二圖至第四圖)，非對稱耦合電感500之漏電部510藉由空隙512與主要具磁性的磁芯僅部份磁性隔離。因此，非對稱耦合電感500相較於非對稱耦合電感200較易於建構且具有較低成本。然而，漏電部510與主要的磁芯僅部份隔離之事實會增加繞線508(1)之漏電感值對於其餘繞線508之漏電感值之相依性。相反於非對稱耦合電感200，連接磁性元件506(1)之垂直於其延長方向518(參第六圖)之橫切面可具有與其餘連接磁性元件506之對應橫切面相同或更為大之尺寸，藉此有助於減少磁芯損耗並簡化製程。
第七圖係顯示非對稱耦合電感700之頂視透視圖，其類似於第五圖至第六圖之非對稱耦合電感500。非對稱耦合電感700包含磁芯，其包含第一端磁性元件702、第二端磁性元件704、數個連接磁性元件706以及各自的繞線708，其至少部份纏繞於每一連接磁性元件706。第八圖係顯示非對稱耦合電感700之側邊710之平面圖，而第九圖係顯示經移除繞線708之非對稱耦合電感700之頂視平面圖，以顯示連接磁性元件706。
非對稱耦合電感700更包含漏電部712，其設置於第二端磁性元件704之切除部份內且藉由空隙714與第二端磁性元件704磁性隔離。空隙714係填充有一個或以上的非磁性材料，例如空氣、紙、黏著劑及/或塑膠。繞線708(1)係磁耦合至漏電部712以及至第一端磁性元件702及第二端磁性元件704。因此，繞線708(1)相較於其餘繞線708具有較大之漏電感值。繞線708(1)之漏電感值可由漏電部712與第一端磁性元件702之間之間隔716之配置設計(例如厚度及/或橫切面)所決定。如第七圖及第八圖所示，間隔716之厚度不需要與第二端磁性元件704及第一端磁性元件702之間之間隔718之厚度相同。於某些實施例中，漏電部712之高度720約為非對稱耦合電感700之高度724的三分之一，而漏電部712下方之第二端磁性元件704之高度722約為高度724的三分之二(參第八圖)。
非對稱耦合電感700相較於第二圖至第四圖之非對稱耦合電感200易於生產。然而，漏電部712與非對稱耦合電感700之主要磁芯僅部份磁性隔離，如此會增加繞線708(1)之漏電感值對於其餘繞線708之漏電感值之相依性。
第十圖係顯示非對稱耦合電感1000之頂視透視圖，上述非對稱耦合電感1000包含磁芯，其包含第一端磁性元件1002、第二端磁性元件1004以及數個設置於第一端磁性元件1002與第二端磁性元件1004之間並連接兩者之連接磁性元件1006。間隔1008係分離第一端磁性元件1002以及第二端磁性元件1004。於第十圖並無法視得連接磁性元件1006；然而，第十一圖係顯示非對稱耦合電感1000之分解頂視透視圖，其中可視得連接磁性元件1006。各自的繞線1010係至少部份纏繞於每一連接磁性元件1006。於第十二圖可清楚視得繞線1010，上述第十二圖為非對稱耦合電感1000之頂視平面圖。被磁性元件所遮蔽之繞線1010之輪廓係藉由虛線顯示於第十二圖。然而，於第十一圖中係省略了繞線1010，以更加清楚地顯示磁性元件。
非對稱耦合電感1000更包含漏電部1012，其藉由填充有一個或以上的非磁性材料(例如空氣、紙、黏著劑及/或塑膠)之空隙1014與第一磁性元件1002及第二磁性元件1004磁性隔離。雖漏電部1012係顯示為由二個磁性元件1016及1018所形成，但漏電部1012可替代性地由單一個磁性元件或三個以上之磁性元件所形成。繞線1010(1)係至少部份纏繞並磁耦合於漏電部1012。因此，繞線1010(1)之漏電感值可由漏電部1012所形成之間隔1020(例如磁性元件1016及1018之間之間隔)之配置設計(例如厚度及/或橫切面)所決定。其餘繞線1010之漏電感值主要由第一端磁性元件1002與第二端磁性元件1004之間之間隔1008之配置(例如厚度及/或橫切面)所決定。然而，繞線1010(1)之漏電感值亦會受間隔1008之配置所影響。
如第十一圖所示，連接磁性元件1006(1)之垂直於其延長方向1022(參第十一圖)之橫切面係小於其餘連接磁性元件1006之對應橫切面，以允許繞線1010(1)具有與其餘繞線1010相同之尺寸。如此之特徵有助於將非對稱耦合電感1000之覆蓋區(footprint)最小化、減少繞線1010(1)之長度及阻抗，以及/或可促進與不包含漏電部之耦合電感的佈線相容性(layout compatiblility)。
第十三圖係顯示非對稱耦合電感1300之頂視透視圖。非對稱耦合電感1300類似於第十圖至第十二圖之非對稱耦合電感1000；然而，非對稱耦合電感1300所包含之漏電部1302雖藉由填充有一個或以上的非磁性元件(例如空氣、紙、黏著劑及/或塑膠)之空隙1306與第二端磁性元件1304磁性隔離，但仍部份磁耦合至主要具有磁性的磁芯。第十四圖係顯示經移除繞線之非對稱耦合電感1300之分解頂視透視圖，而第十五圖係顯示非對稱耦合電感1300之頂視平面圖，其中被磁性元件遮蔽之繞線之輪廓係藉由虛線顯示。
繞線1310(1)係磁耦合至漏電部1302。因此，繞線1310(1)之漏電感值可由漏電部1302與第一端磁性元件1308之間之間隔1312之配置設計(例如厚度及/或橫切面)所決定。其餘繞線1310(參第十五圖)之漏電感值主要由第一端磁性元件1308與第二端磁性元件1304之間之間隔1314之配置(例如厚度及/或橫切面)所決定。然而，繞線1310(1)之漏電感值亦會受間隔1314之配置所影響。
相反於非對稱耦合電感1000，連接磁性元件1316(1)之垂直於其延長方向1318(參第十四圖)之橫切面可具有與其餘連接磁性元件1316之對應橫切面相同或更為大之尺寸，藉此有助於減少磁芯損耗。非對稱耦合電感1300相較於非對稱耦合電感1000較易於生產且/或具有較低成本。然而，漏電部1302與主要的磁芯僅部份磁性隔離之事實會增加繞線1310(1)之漏電感值對於其餘繞線1310之漏電感值之相依性。
以上所述之非對稱耦合電感之繞線例如為單圈、單層之繞線且其具有至少大體上為矩形之橫切面，以助於將繞線阻抗最小化。第十六圖係顯示側視透視圖，而第十七圖係顯示可用於上述非對稱耦合電感之繞線的部份透明圖。然而，繞線可具有其他配置，例如第十八圖至第二十圖中顯示的一個或以上的配置。
第二十一圖係顯示非對稱耦合電感2100之頂視透視圖。非對稱耦合電感2100類似於第十圖至第十二圖之非對稱耦合電感1000。然而，相反於非對稱耦合電感1000，非對稱耦合電感2100的連接磁性元件之垂直於其延長方向之橫切面不需要小於其餘連接磁性元件之對應橫切面。如此之特徵可以較大電感覆蓋區(footprint)為代價之下促進低磁芯損耗。
非對稱耦合電感2100包含磁芯，其包含第一端磁性元件2102、第二端磁性元件2104以及數個設置於第一端磁性元件2102與第二端磁性元件2104之間並連接兩者之連接磁性元件2106。雖於第二十一圖並無法視得連接磁性元件2106，但可於第二十二圖視得連接磁性元件2106。上述第二十二圖係為經移除繞線之非對稱耦合電感2100之分解頂視透視圖。各自的繞線2110係至少部份纏繞於每一連接磁性元件2106。於第二十三圖可清楚視得繞線2110，上述第二十三圖為非對稱耦合電感2100之頂視平面圖，其中被磁性元件所遮蔽之繞線2110之輪廓係藉由虛線顯示。
非對稱耦合電感2100更包含漏電部2112，其藉由填充有一個或以上的非磁性材料(例如空氣、紙、黏著劑及/或塑膠)之空隙2114與第一磁性元件2102及第二磁性元件2104磁性隔離。雖漏電部2112係顯示為由二個磁性元件2116及2118所形成，但漏電部2112可替代性地由單一個磁性元件或二個以上之磁性元件所形成。繞線2110(1)係至少部份纏繞並磁耦合於漏電部2112。因此，繞線2110(1)之漏電感值係大於其餘繞線2110之漏電感值，且繞線2110(1)之漏電感值可由漏電部2112所形成之間隔2120(例如磁性元件2116及2118之間之間隔)之配置設計(例如厚度及/或橫切面)所決定。其餘繞線2110之漏電感值主要由第一端磁性元件2102與第二端磁性元件2104之間之間隔2108之配置(例如厚度及/或橫切面)所決定。然而，繞線2110(1)之漏電感值亦會受間隔2108之配置所影響。
相反於非對稱耦合電感1000，連接磁性元件2106(1)之垂直於其延長方向2122(參第二十二圖)之橫切面可具有與其餘連接磁性元件2106之對應橫切面相同或更為大之尺寸，藉此有助於減少磁芯損耗。然而，繞線2110(1)必須大於其餘繞線2110，以容納連接磁性元件2106(1)及漏電部2112兩者。繞線2110(1)例如為單圈、單層之繞線且其具有至少大體上為矩形之橫切面，以助於將繞線阻抗最小化。例如，第二十四圖至第二十六圖係顯示繞線2110(1)的可能配置之側視透視圖。舉例而言，其餘繞線2110具有類似於第十六圖至第二十圖之繞線中其中一者之配置。
包含有先前技術之耦合電感的直流轉直流轉換器之輕負載效率可替代性地藉由增加一額外電感與耦合電感的一個或以上的繞線串聯而予以增加，以取代將先前技術的耦合電感替換成非對稱耦合電感。以此方法，選定的相位之有效電感值可在無須增加所有相位之有效電感值之下予以增加，藉此允許例如轉換器輕負載效率得以增加而不會大幅降低暫態響應。
例如，第二十七圖係顯示多相直流轉直流轉換器2700，其類似於第一圖之直流轉直流轉換器。然而，第二十七圖之多相直流轉直流轉換器2700並不包含非對稱耦合電感。反而，多相直流轉直流轉換器2700包含一對稱耦合電感2702以及一附加電感2726。對稱耦合電感2702包含數個繞線2704，其藉由以磁性材料形成之磁芯2706相互磁耦合。每一繞線2704具有各自的第一端2710及各自的第二端2712。第一端2710(1)係電性耦合至附加電感2726之第一終端2728，而附加電感2726之第二終端2730係電性耦合至第一節點2714。於某些實施例中，每一繞線2704具有約25奈亨利(nanohenries)到約200奈亨利(nanohenries)之漏電感值，以在夠小的漣波電流量以及夠快的暫態響應之間達到良好的平衡。於如此的實施例中，附加電感2726具有為每一繞線2704之漏電感值的至少約百分之二十之電感值，以達到將輕負載效率增加到足以證明附加電感2726之成本為正當。於一實施例中，每一繞線2704具有約70奈亨利(nanohenries)之漏電感值，而附加電感2726具有約50奈亨利(nanohenries)之電感值。於某些實施例中，對稱耦合電感2702具有為繞線2704之漏電感值的至少約兩倍之激磁電感(magnetizing inductance)，以提供良好之漣波電流抵銷，但不大於繞線2074之漏電感值的約15倍以助於防止對稱耦合電感2072產生飽和。
其餘第一端2710係電性耦合至第一節點2714。各自的切換電路2716係電性耦合至每一第二端2712，用以在至少二個不同電壓之間切換第二端。至少一控制器2718係控制切換電路2716，而控制器2718選擇性包含回饋連結2720，例如連接至第一節點2714。第一節點2714選擇性包含濾波器2722。如同先前與多相直流轉直流轉換器100(第一圖)有關處所討論之理由，多相直流轉直流轉換器2700一般具有至少約20千赫茲(kHz)之切換頻率，而用以形成磁芯2706之磁性材料一般為在高頻操作(例如至少20千赫茲(kHz))時具有相對較低之磁芯損耗(core loss)之材料，例如鐵氧體(ferrite)材料或鐵粉(powdered iron)材料。
每一切換電路2716、各自的繞線2704以及各自的附加電感2726(若可行)係形成相位2724。因此，多相直流轉直流轉換器2700係圖示於第二十七圖，其包含三個相位，其中第一相位2724(1)包含切換電路2716(1)、繞線2704(1)及附加電感2726，第二相位2724(2)包含切換電路2716(2)及繞線2704(2)，而第三相位2724(3)包含切換電路2716(3)及繞線2704(3)。由於第一相位2724(1)中包含了附加電感2726，故第一相位2724(1)具有較其餘相位2724為大之有效電感值。應注意者為，雖附加電感2726係顯示為電性耦合於繞線2704(1)與第一節點2714之間，但附加電感2726可替代性地電性耦合於切換電路2716(1)與繞線2704(1)之間而不需改變轉換器的運作。另外，雖多相直流轉直流轉換器2700係圖示成具有三個相位2724，但多相直流轉直流轉換器2700可具有任何大於1之數量的相位。
類似於第一圖之多相直流轉直流轉換器100，控制器2718係配置成在輕負載操作情況期間關閉至少一相位2724，而同時其餘的相位2724保持操作。控制器2718亦可選擇性配置成在輕負載操作情況期間於不連續導通模式(discontinuous conduction mode，DCM)中操作多相直流轉直流轉換器2700。於第二十七圖之實例中，控制器2718在輕負載操作情況期間除了第一相位2724(1)以外關閉所有之相位2724。如前述，第一相位2724(1)之有效電感值較其餘相位2724之有效電感值為大。是故，相較於在有額外相位2724為操作中的重負載情況期間，多相直流轉直流轉換器2700在第二相位2724(2)及第三相位2724(3)為關閉的輕負載情況期間可以較大之有效電感值操作。此較大之有效電感值會減少通過第一相位2724(1)之電流的均方根(root mean square，RMS)值，藉此減少與交流電流相關之損耗並減少漣波電壓量。
於替代的實施例中，多相直流轉直流轉換器2700係配置成各自的附加電感2726係以串聯方式電性耦合至二個或以上之繞線2704，藉此增加二個或以上之相位2724之有效電感值。此樣配置例如在輕負載操作情況期間欲一同運作二個或以上之相位時可用以提高輕負載效率。
附加電感2726可為離散電感(discrete inductor)，例如第二十七圖所示。然而，附加電感2726可替代性地為一部分的對稱耦合電感2702。例如，附加電感2726可由設置於繞線2704(1)上之磁性材料珠粒(例如鐵氧體珠粒)所形成。於另一實例中，附加電感2726可完全地與對稱耦合電感2702整合。附加電感2726可選擇性配置成在重負載情況下產生飽和，以減少第一相位2724(1)之有效電感，並藉此改善在重負載情況下的轉換器暫態響應。例如，於一實施例中，附加電感2726在多相直流轉直流轉換器2700之預期正常操作期間具有從I1 到I2 的範圍之繞組電流(winding current)，其中I2 大於I1 。於此實施例中，附加電感2726於I2 之電感值不大於在I1 之電感值的約百分之五十，以促進在重負載時得有快速的暫態響應；藉此證明關於配置附加電感2726以達在重負載情況下產生飽和之額外成本係為正當。
類似於第一圖之多相直流轉直流轉換器100，多相直流轉直流轉換器2700可配置成具有各樣之拓樸(topologies)，例如降壓轉換器(buck converter)，其中第一節點2714為輸出電壓節點、升壓轉換器(boost converter)，其中第一節點2714為輸入電壓節點，或升降壓轉換器(buck-boost converter)，其中第一節點2714為接地節點。再者，多相直流轉直流轉換器2700可形成隔離式拓樸結構，例如藉由在每一切換電路2716中包含一隔離式變壓器(transformer)。
多相直流轉直流轉換器2700可加以修改成包含離散電感，以代替對稱耦合電感2702。例如，第二十八圖係顯示多相直流轉直流轉換器2800，其類似於第二十七圖之多相直流轉直流轉換器2700且包含切換電路2816、至少一控制器2818、選擇性的回饋連結2820以及選擇性的濾波器2822。然而，多相直流轉直流轉換器2800包含離散電感2804，可用於每一相位，以代替耦合電感。每一離散電感2804具有各自的第一終端2810以及各自的第二終端2812。每一第一終端2810係連接至共同第一節點2814，而每一第二終端2812係連接至各自的切換電路2816。離散電感2804(1)具有相較於其餘離散電感2804(2)、2804(3)之電感值為大之電感值，藉此第一相位2824(1)具有相較於其餘第二相位2824(2)、第三相位2824(3)之有效電感值為大之有效電感值。於一替代實施例中，一個或以上之相位2824的離散電感2804係以二個或以上的用串聯方式電性耦合之電感代替。另外，雖多相直流轉直流轉換器2800係顯示為具有三個相位2824，但多相直流轉直流轉換器2800可具有任何大於1之數量的相位。
類似於第二十七圖之多相直流轉直流轉換器2700，控制器2818係配置成控制切換電路2816使其在輕負載操作情況期間關閉至少一相位2824，而同時其餘的相位2824保持操作。控制器2818亦可選擇性配置成在輕負載操作情況期間於不連續導通模式(discontinuous conduction mode，DCM)中操作多相直流轉直流轉換器2800。於第二十八圖之實例中，控制器2818在輕負載操作情況期間除了第一相位2824(1)以外關閉所有之相位2824，以提升輕負載效率。於一替代實施例中，二個或以上的相位2824所包含之離散電感2804之電感值相較於其餘相位2824之電感值為大，且控制器2818在輕負載情況期間操作此樣具有較大電感值之相位，並關閉具有較小電感值之相位。
上述方法及系統在不脫離其範圍下可作若干更改。因此，於以上敘述及後附圖式中所含內容應僅用以說明本發明，而非用以限制本發明。下述申請專利範圍應涵蓋此處所述之廣義及特定特徵以及本發明之方法及系統之範圍中的所有可能會落入其間之敘述。
100．．．多相直流轉直流轉換器
102．．．非對稱耦合電感
104、104(1)～104(3)．．．繞線
106．．．磁芯
108．．．漏電部
110、110(1)～110(3)．．．第一端
112、112(1)～112(3)．．．第二端
114．．．第一節點
116、116(1)～116(3)．．．切換電路
118．．．控制器
120．．．回饋連結
122．．．濾波器
124．．．相位
124(1)．．．第一相位
124(2)．．．第二相位
124(3)．．．第三相位
200．．．非對稱耦合電感
202．．．第一端磁性元件
204．．．第二端磁性元件
206、206(1)～206(4)．．．連接磁性元件
208、208(1)～208(4)．．．繞線
210．．．漏電部
212．．．空隙
216、218．．．間隔
220．．．延長方向
222、224、226．．．磁性元件
500．．．非對稱耦合電感
502．．．第一端磁性元件
504．．．第二端磁性元件
506、506(1)～506(4)．．．連接磁性元件
508、508(1)～508(4)．．．繞線
510．．．漏電部
512．．．空隙
514、516．．．間隔
518．．．延長方向
700．．．非對稱耦合電感
702．．．第一端磁性元件
704．．．第二端磁性元件
706、706(1)～706(4)．．．連接磁性元件
708、708(1)～708(4)．．．繞線
710．．．側邊
712．．．漏電部
714．．．空隙
716、718．．．間隔
720、722、724．．．高度
1000．．．非對稱耦合電感
1002．．．第一端磁性元件
1004．．．第二端磁性元件
1006、1006(1)～1006(4)．．．連接磁性元件
1008．．．間隔
1010、1010(1)～1010(4)．．．繞線
1012．．．漏電部
1014．．．空隙
1016、1018．．．磁性元件
1020．．．間隔
1022．．．延長方向
1300．．．非對稱耦合電感
1302．．．漏電部
1304．．．第二端磁性元件
1306．．．空隙
1308．．．第一端磁性元件
1310、1310(1)～1310(4)．．．繞線
1312、1314．．．間隔
1316、1316(1)～1316(4)．．．連接磁性元件
1318．．．延長方向
2100．．．非對稱耦合電感
2102．．．第一端磁性元件
2104．．．第二端磁性元件
2106、2106(1)～2106(4)．．．連接磁性元件
2108．．．間隔
2110、2110(1)～2110(4)．．．繞線
2112．．．漏電部
2114．．．空隙
2116、2118．．．磁性元件
2120．．．間隔
2122．．．延長方向
2700．．．多相直流轉直流轉換器
2702．．．對稱耦合電感
2704、2704(1)～2704(3)．．．繞線
2706．．．磁芯
2710、2710(1)～2710(3)．．．第一端
2712、2712(1)～2712(3)．．．第二端
2714．．．第一節點
2716、2716(1)～2716(3)．．．切換電路
2718．．．控制器
2720．．．回饋連結
2722．．．濾波器
2724．．．相位
2724(1)．．．第一相位
2724(2)．．．第二相位
2724(3)．．．第三相位
2726．．．附加電感
2728．．．第一終端
2730．．．第二終端
2800．．．多相直流轉直流轉換器
2804、2804(1)～2804(3)．．．離散電感
2810、2810(1)～2810(3)．．．第一終端
2812、2812(1)～2812(3)．．．第二終端
2814．．．共同第一節點
2816、2816(1)～2816(3)．．．切換電路
2818．．．控制器
2820．．．回饋連結
2822．．．濾波器
2824．．．相位
2824(1)．．．第一相位
2824(2)．．．第二相位
2824(3)．．．第三相位
第一圖係根據一實施例顯示包含非對稱耦合電感之多相直流轉直流轉換器。
第二圖係根據一實施例顯示非對稱耦合電感之頂視透視圖。
第三圖係顯示第二圖之耦合電感之頂視平面圖，而第四圖係顯示無繞線之第二圖之耦合電感之頂視平面圖。
第五圖係根據一實施例顯示另一非對稱耦合電感之頂視透視圖。
第六圖係顯示經移除繞線之第五圖之耦合電感之頂視平面圖。
第七圖係根據一實施例顯示另一非對稱耦合電感之頂視透視圖。
第八圖係顯示第七圖之耦合電感之側視平面圖。
第九圖係顯示經移除繞線之第七圖之耦合電感之頂視平面圖。
第十圖係根據一實施例顯示另一非對稱耦合電感之頂視透視圖。
第十一圖係顯示經移除繞線之第十圖之耦合電感之分解頂視透視圖。
第十二圖係顯示第十圖之耦合電感之頂視平面圖。
第十三圖係根據一實施例顯示另一非對稱耦合電感之頂視透視圖。
第十四圖係顯示經移除繞線之第十三圖之耦合電感之分解頂視透視圖。
第十五圖係顯示第十三圖之耦合電感之頂視平面圖。
第十六圖至第二十圖係根據一實施例顯示一繞線之側視透視圖。
第二十一圖係根據一實施例顯示另一非對稱耦合電感之頂視透視圖。
第二十二圖係顯示經移除繞線之第二十一圖之耦合電感之分解頂視透視圖。
第二十三圖係顯示第二十一圖之耦合電感之頂視平面圖。
第二十四圖至第二十六圖係根據一實施例顯示一繞線之側視透視圖。
第二十七圖係根據一實施例顯示包含對稱耦合電感及附加電感之多相直流轉直流轉換器。
第二十八圖係根據一實施例顯示包含離散電感之多相直流轉直流轉換器。
100．．．多相直流轉直流轉換器
102．．．非對稱耦合電感
104(1)～104(3)．．．繞線
106．．．磁芯
108．．．漏電部
110(1)～110(3)．．．第一端
112(1)～112(3)．．．第二端
114．．．第一節點
116(1)～116(3)．．．切換電路
118．．．控制器
120．．．回饋連結
122．．．濾波器
124(1)．．．第一相位
124(2)．．．第二相位
124(3)．．．第三相位

Claims (50)

  1. 一種非對稱耦合電感，包含：一第一繞線及一第二繞線；一磁芯，由磁性材料形成且將該第一繞線及該第二繞線磁耦合成一體；以及一漏電部，由磁性材料形成且與該磁芯至少部份磁性隔離，該漏電部磁耦合至該第一繞線，該第一繞線之漏電感值係大於該第二繞線之漏電感值。
  2. 如請求項1所述之非對稱耦合電感，更包含一第三繞線，該磁芯將該第一繞線、該第二繞線及該第三繞線磁耦合成一體，該第一繞線之漏電感值係大於該第三繞線之漏電感值。
  3. 如請求項1所述之非對稱耦合電感，其中該磁芯包含一第一端磁性元件、一第二端磁性元件、一第一連接磁性元件以及一第二連接磁性元件，該第一連接磁性元件及該第二連接磁性元件係設置於該第一端磁性元件與該第二端磁性元件之間並連接兩者，該第一繞線至少部份纏繞於該第一連接磁性元件，該第二繞線至少部份纏繞於該第二連接磁性元件。
  4. 如請求項3所述之非對稱耦合電感，其中該第一連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第二連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第一連接磁性元件之該橫切面係小於該第二連接磁性元件之該橫切面。
  5. 如請求項3所述之非對稱耦合電感，其中該第一連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第二連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第一連接磁性元件之該橫切面係大於該第二連接磁性元件之該橫切面。
  6. 如請求項3所述之非對稱耦合電感，其中該第一連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第二連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第一連接磁性元件之該橫切面係大約等於該第二連接磁性元件之該橫切面。
  7. 如請求項3所述之非對稱耦合電感，其中該漏電部包含複數個磁性元件。
  8. 如請求項3所述之非對稱耦合電感，其中該第一繞線至少部份纏繞於至少一部分之該漏電部。
  9. 如請求項1所述之非對稱耦合電感，其中形成該磁芯之該磁性材料係選自下列所組成之群組：鐵氧體材料以及鐵粉材料。
  10. 一種非對稱耦合電感，包含：一第一繞線及一第二繞線，該第一繞線及該第二繞線之每一者具有相同數量之圈數；一磁芯，由磁性材料形成且將該第一繞線及該第二繞線磁耦合成一體；以及一漏電部，由磁性材料形成，且藉由一第一非磁性材料而與該磁芯至少部份磁性隔離；其中該第一繞線至少部份纏繞該漏電部，使得該第一繞線之漏電感值大於該第二繞線之漏電感值。
  11. 如請求項10所述之非對稱耦合電感，其中該第一繞線之漏電感值係大於該第二繞線之漏電感值至少百分之二十。
  12. 如請求項10所述之非對稱耦合電感，其中該第一繞線及該第二繞線之每一者為單圈繞線。
  13. 如請求項10所述之非對稱耦合電感，其中該磁芯之磁性材料及該漏電部之磁性材料的至少其中之一係選自下列所組成之群組：鐵氧體材料以及鐵粉材料。
  14. 一種多相直流轉直流轉換器，包含： 一非對稱耦合電感，包含：一第一繞線及一第二繞線，該第一繞線及該第二繞線之每一者具有各自的第一端及各自的第二端，每一第一端電性耦合至一共同第一節點；以及一磁芯，由磁性材料形成且將該第一繞線及該第二繞線磁耦合成一體；一漏電部，其由磁性材料形成且與該磁芯至少部份磁性隔離，該漏電部磁耦合至該第一繞線，使得該第一繞線之漏電感值大於該第二繞線之漏電感值；一第一切換電路，其電性耦合至該第一繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第一繞線之該第二端；一第二切換電路，其電性耦合至該第二繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第二繞線之該第二端；以及至少一控制器，用以控制該第一切換電路及該第二切換電路之操作，該控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路，而同時該第一切換電路保持操作。
  15. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，更包含：一第三繞線，其藉由該磁芯磁耦合至該第一繞線及該第二繞線，該第三繞線具有一第一端及一第二端，該第一端電性耦合至該共同第一節點；以及 一第三切換電路，其電性耦合至該第三繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第三繞線之該第二端；該控制器係配置成控制該第三切換電路之操作，且在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路及該第三切換電路，而同時該第一切換電路保持操作。
  16. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該磁芯包含一第一端磁性元件、一第二端磁性元件、一第一連接磁性元件以及一第二連接磁性元件，該第一連接磁性元件及該第二連接磁性元件係設置於該第一端磁性元件與該第二端磁性元件之間並連接兩者，該第一繞線至少部份纏繞於該第一連接磁性元件，該第二繞線至少部份纏繞於該第二連接磁性元件。
  17. 如請求項16所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第二連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第一連接磁性元件之該橫切面係小於該第二連接磁性元件之該橫切面。
  18. 如請求項16所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第二連接磁性元件具有一延長方向以 及垂直於該延長方向之一橫切面，該第一連接磁性元件之該橫切面係大於該第二連接磁性元件之該橫切面。
  19. 如請求項16所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第二連接磁性元件具有一延長方向以及垂直於該延長方向之一橫切面，該第一連接磁性元件之該橫切面係大約等於該第二連接磁性元件之該橫切面。
  20. 如請求項16所述之多相直流轉直流轉換器，其中該漏電部包含複數個磁性元件。
  21. 如請求項16所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一繞線至少部份纏繞於至少一部分之該漏電部。
  22. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，該第一切換電路及該第二切換電路之每一者包含：至少一切換裝置；一變壓器，包含一主要繞線及一次要繞線，該主要繞線電性耦合至該至少一切換裝置；以及一整流電路，電性耦合於該次要繞線與耦合至該第一切換電路及該第二切換電路之每一者之各自的繞線之該第二端之間。
  23. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該共同第一節點為輸入電壓節點。
  24. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該共同第一節點為輸出電壓節點。
  25. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該共同第一節點為接地節點。
  26. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一繞線之漏電感值係大於該第二繞線之漏電感值至少百分之二十。
  27. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一繞線及該第二繞線之每一者具有相同數量之圈數。
  28. 如請求項27所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一繞線及該第二繞線之每一者為單圈繞線。
  29. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中形成該磁芯之該磁性材料係選自下列所組成之群組：鐵氧體材料以及鐵粉材料。
  30. 如請求項14所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一切換電路及該第二切換電路之每一者係配置成於至少20千赫茲之頻率下進行切換。
  31. 一種多相直流轉直流轉換器，包含：一耦合電感，包含：一第一繞線，具有一第一端及一第二端；一第二繞線，具有一第一端及一第二端，該第二繞線之該第一端係電性耦合至一第一節點；以及一磁芯，由磁性材料形成且將該第一繞線及該第二繞線磁耦合成一體；一附加電感，包含一第一終端及一第二終端，該第一終端電性耦合至該第一繞線之該第一端，該第二終端電性耦合至該第一節點；一第一切換電路，其電性耦合至該第一繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第一繞線之該第二端；一第二切換電路，其電性耦合至該第二繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第二繞線之該第二端；以及至少一控制器，用以控制該第一切換電路及該第二切換電路之操作，該控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路，而同時該第一切換電路保持操作。
  32. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，更包含：一第三繞線，其藉由該磁芯磁耦合至該第一繞線及該第二繞線，該第三繞線具有一第一端及一第二端；一第二附加電感，包含一第一終端及一第二終端，該第二附加電感之該第一終端係電性耦合至該第三繞線之該第一端，該第二附加電感之該第二終端係電性耦合至該第一節點；以及一第三切換電路，其電性耦合至該第三繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第三繞線之該第二端；該控制器係配置成控制該第三切換電路之操作，且在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路，而同時該第一切換電路及該第三切換電路保持操作。
  33. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，更包含：一第三繞線，其藉由該磁芯磁耦合至該第一繞線及該第二繞線，該第三繞線具有一第一端及一第二端，該第三繞線之該第一端電性耦合至該第一節點；以及一第三切換電路，其電性耦合至該第三繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第三繞線之該第二端；該控制器係配置成控制該第三切換電路之操作，且在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路及該第三切換電路，而同時該第一切換電路保持操作。
  34. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一節點為輸入電壓節點。
  35. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一節點為輸出電壓節點。
  36. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一節點為接地節點。
  37. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，其中：該附加電感在該多相直流轉直流轉換器的預期正常操作期間具有從I1 到I2 的範圍之繞組電流量，其中I2 大於I1 ，當該繞組電流量等於I1 時該附加電感具有第一電感值(L1st )，當該繞組電流量等於I2 時該附加電感具有第二電感值(L2nd )；以及該附加電感係配置成使得該第二電感值不大於該第一電感值的百分之五十。
  38. 如請求項31所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一切換電路及該第二切換電路之每一者係配置成於至少20千赫茲之頻率下進行切換。
  39. 一種多相直流轉直流轉換器，包含： 一耦合電感，包含：一第一繞線，具有一第一端及一第二端，該第一端電性耦合至一第一節點；一第二繞線，具有一第一端及一第二端，該第二繞線之該第一端係電性耦合至該第一節點；以及一磁芯，由磁性材料形成且將該第一繞線及該第二繞線磁耦合成一體；一附加電感，包含一第一終端及一第二終端，該第一終端電性耦合至該第一繞線之該第二端；一第一切換電路，其電性耦合至該附加電感之該第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第二終端；一第二切換電路，其電性耦合至該第二繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第二繞線之該第二端；以及至少一控制器，用以控制該第一切換電路及該第二切換電路之操作，該控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路，而同時該第一切換電路保持操作。
  40. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，更包含：一第三繞線，其藉由該磁芯磁耦合至該第一繞線及該第二繞線，該第三繞線具有一第一端及一第二端，該第三繞線之該第一端係電性耦合至該第一節點； 一第二附加電感，包含一第一終端及一第二終端，該第二附加電感之該第一終端係電性耦合至該第三繞線之該第二端；以及一第三切換電路，其電性耦合至該第二附加電感之該第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第二終端；該控制器係配置成控制該第三切換電路之操作，且在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路，而同時該第一切換電路及該第三切換電路保持操作。
  41. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，更包含：一第三繞線，其藉由該磁芯磁耦合至該第一繞線及該第二繞線，該第三繞線具有一第一端及一第二端，該第三繞線之該第一端係電性耦合至該第一節點；以及一第三切換電路，其電性耦合至該第三繞線之該第二端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第三繞線之該第二端；該控制器係配置成控制該第三切換電路之操作，且在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路及該第三切換電路，而同時該第一切換電路保持操作。
  42. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一節點為輸入電壓節點。
  43. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一節點為輸出電壓節點。
  44. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一節點為接地節點。
  45. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，其中：該附加電感在該多相直流轉直流轉換器的預期正常操作期間具有從I1 到I2 的範圍之繞組電流量，其中I2 大於I1 ，當該繞組電流量等於I1 時該附加電感具有第一電感值(L1st )，當該繞組電流量等於I2 時該附加電感具有第二電感值(L2nd )；以及該附加電感係配置成使得該第二電感值不大於該第一電感值的百分之五十。
  46. 如請求項39所述之多相直流轉直流轉換器，其中該第一切換電路及該第二切換電路之每一者係配置成於至少20千赫茲之頻率下進行切換。
  47. 一種多相直流轉直流轉換器，包含：一第一電感，其具有一第一終端及一第二終端，該第一終端係電性耦合至一第一節點；一第二電感，其具有一第一終端及一第二終端，該第二電感之該第一終端係電性耦合至該第一節點； 一第一切換電路，其電性耦合至該第一電感之該第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第一電感之該第二終端；一第二切換電路，其電性耦合至該第二電感之該第二終端，且係配置成在至少二個不同電壓之間切換該第二電感之該第二終端；以及至少一控制器，用以控制該第一切換電路及該第二切換電路之操作，該控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉該第二切換電路，而同時該第一切換電路保持操作；該第一電感之電感值係大於該第二電感之電感值；該第一切換電路及該第二切換電路之每一者係配置成於至少20千赫茲之頻率下進行切換。
  48. 一種用於控制多相直流轉直流轉換器之操作之控制器，該多相直流轉直流轉換器包含至少一第一相位及一第二相位，該第一相位之有效電感值係大於該第二相位之有效電感值，該控制器係配置成在該多相直流轉直流轉換器的輕負載操作情況期間關閉該第二相位，而同時該第一相位保持操作。
  49. 如請求項48所述之用於控制多相直流轉直流轉換器之操作之控制器，其中：該多相直流轉直流轉換器包含一第三相位，該第三相位 之有效電感值係大於該第二相位之有效電感值；以及該控制器係配置成在輕負載操作情況期間關閉該第二相位，而同時該第一相位及該第三相位保持操作。
  50. 如請求項48所述之用於控制多相直流轉直流轉換器之操作之控制器，其中該第一相位之有效電感值及該第二相位之有效電感值至少部份歸因於該多相直流轉直流轉換器之一共同耦合電感之漏電感值。
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