TWI813084B - 多階降壓轉換器 - Google Patents

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Abstract

多階降壓轉換器包括電容串、功率開關模組及電源轉換模組。電容串包括N個串聯之電容。功率開關模組耦接電容串且包括N個功率開關組。電源轉換模組耦接功率開關模組且包括一儲能元件。電源轉換模組的工作頻率等於各N個功率開關組之一切換頻率之N倍，N為大於或等於2之正整數。工作頻率為儲能元件在單位時間完成充放電的次數。

Description

多階降壓轉換器
本揭露有關於一種多階降壓轉換器。
習知降壓轉換器中，雖然可提高功率開關之切換頻率，而增加高功率密度，但卻導致切換損耗增加，發熱量升高(電源容量受限)，此外，高頻訊號也容易與寄生特性(電感或電容)共振，造成元件燒毀及系統不穩定。因此，提出一種新的降壓轉換器以改善前述習知問題是本技術領域業者努力目標之一。
本揭露係有關於一種多階降壓轉換器，可解決前述習知問題。
根據本揭露之一實施例，提出一種多階降壓轉換器。多階降壓轉換器包括一電容串、一功率開關模組及一電源轉換模組。電容串包括N個串聯之電容。功率開關模組耦接電容串且包括N個功率開關組。電源轉換模組耦接功率開關模組且包括一儲能元件。電源轉換模組的一工作頻率等於各N個功率開關組之切換頻率之N倍，N為大於或等於2之正整數。工作頻率為儲能元件在單位時間完成充放電的次數。
為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
100A~100D,200A~200B,300A~300B:多階降壓轉換器
20:負載
10:電源
110:電容串
120:功率開關模組
130:電源轉換模組
131:儲能元件
131a,Qa,Q1a,C1a,C2a,C3a,Cna:第一端
131b,Qb,Q1b,C1b,C2b,C3b,Cnb,C(n-1)b:第二端
Cn,C1,C2,C3,,Cn,C(n-1):電容
C11,C12,C13,C14,C21,C22,C23,C24:曲線
D_SW1,D_SW2,D_SW3,D_130:二極體
fW:工作頻率
fS:切換頻率
IL:充放電流
IL1:充電電流
IL2:放電電流
Q1_SW1,Q1_SW2,Q1_SW3,Q1_SW4,Q1_SWn,Q1_SW(n-1):第一功率開關
Q2_SW1,Q2_SW2,Q2_SW3,Q2_SW4,Q2_SWn,Q2_SW(n-1):第二功率開關
Q_130:功率開關
SWn,SW1,SW2,SW3,SW4,SW(n-1):功率開關組
T11,T21:充電區間
T12,T22:放電區間
T1,T2:充放電週期
Ts:切換週期
Vi:直流電壓
VQ1_SW1,VQ1_SW2,VQ2_SW1,VQ2_SW2:控制訊號
第1圖繪示依照本揭露一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第2圖繪示第1圖之多階降壓轉換器的充放電電流與功率開關組之控制訊號的時序示意圖。
第3A~3C圖說明多階降壓轉換器的充放電工作示意圖。
第4圖繪示依照本揭露一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第5圖繪示第4圖之多階降壓轉換器的充放電電流與功率開關組之控制訊號的時序示意圖。
第6A~6C圖說明多階降壓轉換器的充放電工作示意圖。
第7圖繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第8圖繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第9圖繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第10A圖繪示第9圖之電源透過功率開關組對儲能元件充電之 示意圖。
第10B圖繪示第10A圖之儲能元件放電之示意圖。
第10C圖繪示第9圖之電源10透過功率開關組對儲能元件充電之示意圖。
第10D圖繪示第10C圖之儲能元件放電之示意圖。
第10E圖繪示第9圖之電源透過功率開關組對儲能元件充電之示意圖。
第11圖繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第12圖，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第13A圖繪示第12圖之電源透過功率開關組對儲能元件充電之示意圖。
第13B圖繪示第13A圖之儲能元件放電之示意圖。
第13C圖繪示第12圖之電源10透過功率開關組對儲能元件充電之示意圖。
第13D圖繪示第13C圖之儲能元件放電之示意圖。
第13E圖繪示第12圖之電源透過功率開關組對儲能元件充電之示意圖。
第13F圖繪示第13E圖之儲能元件放電之示意圖。
第13G圖繪示第12圖之電源透過功率開關組對儲能元件充電之示意圖。
第14圖繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器之電路示意圖。
第15A~15D圖繪示依照本揭露另一實施例之從單階降壓轉換器擴展成N階之降壓轉換器之電路示意圖。
第16圖繪示本揭露實施例之多階降壓轉換器的電感電流的模擬輸出曲線圖。
第17圖繪示本揭露實施例之多階降壓轉換器的電容電壓的模擬輸出曲線圖。
本揭露實施例提出一種多階降壓轉換器，其可包括電容串、功率開關模組及電源轉換模組。電容串包括N個串聯之電容Cn。功率開關模組耦接電容串且包括N個功率開關組SWn。電源轉換模組耦接功率開關模組。電源轉換模組的工作頻率fW等於各N個功率開關組SWn之切換頻率fS之N倍，N為大於或等於2之正整數。如此，在每個功率開關組的一次切換週期中，電源轉換模組被充放電N次，實現多倍頻輸出的技術功效。此外，n為介於1至N之間的正整數，N為等於或大於2之任意正整數。在下述說明中，N可代表多階降壓轉換器的階數，n為代表多階降壓轉換器中N個對應元件中的其中之一者。
在一實施例中，切換頻率fS只需操作在中低頻區間，如此可(1).降低切換損耗以提高電源效率(增加電源容量)，且(2). 可提高多階降壓轉換器100A之穩定度，降低非理想特性造成的不穩定因素。此外，在多階降壓轉換器的架構下，電源轉換模組130的工作頻率fW是切換頻率fS之多倍(N倍)，因此電源轉換模組130可操作在中高頻區間，提高多階降壓轉換器之功率密度。綜上，本揭露實施例之多階降壓轉換器可兼具高功率密度及低切換損耗之雙重技術功效。前述之中低頻區間例如是小於F1，其中F1例如是介於20kHz~1000kHz之間的任意整數，而前述之中高頻區間例如是大於F1。
以下進一步舉例說明多階降壓轉換器的具體結構及工作原理。
請參照第1及2圖，第1圖繪示依照本揭露一實施例之多階降壓轉換器100A之電路示意圖，而第2圖繪示第1圖之多階降壓轉換器100A的充放電流IL與功率開關組SW1之控制訊號VQ1_SW1及VQ2_SW1的時序以及充放電電流IL與功率開關組SW2之控制訊號VQ1_SW2及VQ2_SW2的時序的示意圖。
如第1圖所示，多階降壓轉換器100A可耦接電源10與負載20。電源10例如是直流電源。多階降壓轉換器100A可將電源10的直流電壓Vi轉換成直流電壓，並提供給負載20。負載20例如是發光元件，如發光二極體，或其它需要電源的電子裝置。
如第1圖所示，多階降壓轉換器100A以2階(N=2)降壓轉換器為例說明。多階降壓轉換器100A包括電容串110、功率開關模組120及電源轉換模組130。電容串110包括2個(N=2)串聯 之電容C1及C2。功率開關模組120耦接電容串110且包括2個(N=2)功率開關組SW1及SW2。電源轉換模組130耦接功率開關模組120。電源轉換模組130的工作頻率fW等於功率開關組(SW1或SW2)之切換頻率fS之2倍(N=2)。如此，如第2圖所示，在功率開關組(SW1或SW2)的一次切換週期TS(切換週期TS繪示於第2圖)中，電源轉換模組130可進行2次(N=2)充放電週期T1及T2，達到2倍頻輸出之技術功效。
如第1圖所示，功率開關模組120之功率開關組SWn的切換可控制電源轉換模組120之儲能元件儲能。功率開關模組120之功率開關組SW1包括第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1，而功率開關組SW2包括第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2。電容C1耦接功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1與第二功率開關Q2_SW1，而電容C2耦接功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2與第二功率開關Q2_SW2。電源轉換模組130包括功率開關Q_130及儲能元件131。儲能元件131例如是包含電感及/電容。此外，本文之功率開關例如是金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。電源轉換模組130的工作頻率fW係為儲能元件131在單位時間完成充放電的次數。
如第1圖所示，功率開關Q_130之第一端Qa及第二端Qb分別耦接於功率開關組120之二端，儲能元件131之第一端131a及第二端131b分別耦接於功率開關模組120之二端。
本揭露實施例不限定電源轉換模組130的結構及/或類型，其例如是Buck-Boost型、Fly-back型、Forward型或LLC型等各種電源轉換結構。
在本揭露實施例中，N個功率開關組SWn之第n個功率開關組SWn包括第一功率開關Q1_SWn及第二功率開關Q2_SWn，第n個電容Cn耦接第n個功率開關組SWn之第一功率開關Q1_SWn與該第二功率開關Q2_SWn；n為介於1至N之間的正整數。在第n個充電區間中，N個功率開關組SWn之第n個功率開關組SWn的第一功率開關Q1_SWn及第二功率開關Q2_SWn同時導通，且N個功率開關組SWn之其餘者皆斷開，使第n個電容Cn透過第n個功率開關組SWn對電源轉換模組130充電(儲能)。在第n個放電區間中，電源轉換模組130之功率開關Q_130係導通，且N個功率開關組SWn之全部係斷開，使電源轉換模組130放電(釋能)給負載20。以下進一步以第3A~3C圖舉例說明。
以下透過第3A~3C圖說明多階降壓轉換器100A的充放電工作示意圖。
請參照第3A~3C圖，第3A圖繪示第1圖之電源10透過功率開關組SW1對儲能元件131充電之示意圖，第3B圖繪示第3A圖之儲能元件131放電之示意圖，而第3C圖繪示第1圖之電源10透過功率開關組SW2對儲能元件131充電之示意圖。
如第3A圖所示，在第1個(n=1)充放電週期T1之第1個(n=1)充電區間T11(充電區間T11繪示於第2圖)中，功率開關組SW1 之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1同時導通，而功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW2及電源轉換模組130之功率開關Q_130斷開。如此，電容C1、功率開關組SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第3B圖所示，在第1個(n=1)充放電週期T1之第1個(n=1)放電區間T12(放電區間T12繪示於第2圖)中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1、第二功率開關Q2_SW1及功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW2斷開，而電源轉換模組130之功率開關Q_130導通，如此功率開關Q_130與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2並透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1及C2充電。
綜上可知，在多階降壓轉換器100A中，在放電區間中，電源轉換模組130之功率開關Q_130導通，且2個功率開關組SW1及SW2全部斷開，使電源轉換模組130放電。
如第3C圖所示，在第2個(n=2)充放電週期T2之第2個(n=2)充電區間T21(充電區間T21繪示於第2圖)中，功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW2導通，而功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1、第二功率開關Q2_SW1及電源轉換模組130之功率開關Q_130斷開。如此，電容C2、功率開關組 SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
相似於第3B圖之工作模式，在第2個(n=2)充放電週期T2之第2個(n=2)放電區間T22(放電區間T22繪示於第2圖)中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1、第二功率開關Q2_SW1及功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW2斷開，而電源轉換模組130之功率開關Q_130導通。如此，功率開關Q_130與儲能元件131形成迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2並透過此迴路對負載20供電。同樣的，在此放電區間中，電源10可同時對電容C1及C2充電。
如第2圖所示，前述第1個充電區間T11及第1個放電區間T12組成第1個充放電週期T1，而第2個充電區間T21及第2個放電區間T22組成第2個充放電週期。在功率開關組SW1及SW2各工作一次的切換週期TS中，電源轉換模組130被充放電2次，實現2倍頻輸出的技術功效。
請參照第4~5圖，第4圖繪示依照本揭露一實施例之多階降壓轉換器100B之電路示意圖，而第5圖繪示第4圖之多階降壓轉換器100B的充放電流IL與功率開關組SW1之控制訊號VQ1_SW1及VQ2_SW1的時序以及充放電電流IL與功率開關組SW2之控制訊號VQ1_SW2及VQ2_SW2的時序之示意圖。
多階降壓轉換器100B為2階(N=2)降壓轉換器。多階降壓轉換器100B包括電容串110、功率開關模組120及電源轉換 模組130。電容串110包括2個(N=2)串聯之電容C1及電容C2。功率開關模組120耦接電容串110且包括2個(N=2)功率開關組SW1及SW2。電源轉換模組130耦接功率開關模組120。電源轉換模組130的工作頻率fW等於功率開關組(SW1或SW2)之切換頻率fS之2倍(N=2)。如此，如第5圖所示，在功率開關組(SW1或SW2)的一次切換週期TS(切換週期TS繪示於第5圖)中，電源轉換模組130進行2次(N=2)充放電週期T1及T2，實現2倍頻輸出的技術功效。
多階降壓轉換器100B具有同於或相似於多階降壓轉換器100A的技術特徵。但要注意的是，多階降壓轉換器100B的電源轉換模組130與功率開關模組120共用至少一元件，例如是共用各功率開關組SWn之其一功率開關，具體而言是共用功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1及功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2。共用之功率開關之一者或一些於充電區間及放電區間都會導通。
以下透過第6A~6C圖說明多階降壓轉換器100B的充放電工作示意圖。
請參照第6A~6C圖，第6A圖繪示第4圖之電源10透過功率開關組SW1對儲能元件131充電之示意圖，第6B圖繪示第6A圖之儲能元件131放電之示意圖，而第6C圖繪示第4圖之電源10透過功率開關組SW2對儲能元件131充電之示意圖。
如第6A圖所示，在第1個(n=1)充放電週期T1之第1個(n=1)充電區間T11(充電區間T11繪示於第5圖)中，功率開關組SW1 之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1導通，而功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2斷開。如此，電容C1、功率開關組SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第6B圖所示，在第1個(n=1)充放電週期T1之第1個(n=1)放電區間T12(放電區間T12繪示於第5圖)中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2斷開，而功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1導通。如此，第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2並透過此迴路對負載20供電。
綜上可知，在放電區間中，2個(N=2)功率開關組之二者(如，功率開關組SW1、SW2)之功率開關(即共用的功率開關，如：第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW1)導通，但2個(N=2)功率開關組之其餘功率開關(即非共用的功率開關，如：第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW2)斷開，使電源轉換模組130放電以對負載20供電。
如第6C圖所示，在第2個(n=2)充放電週期T2之第2個(n=2)充電區間T21(充電區間T21繪示於第5圖)中，功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2導通，而功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1斷 開。如此，電容C2、功率開關組SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
相似於第6B圖之工作模式，在第2個(n=2)充放電週期T2之第2個(n=2)放電區間T22(放電區間T22繪示於第5圖)，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2斷開，而功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1導通，如此第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2並透過此迴路對負載20供電。
請參照第7圖所示，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器100C之電路示意圖。
多階降壓轉換器100C為2階(N=2)降壓轉換器。多階降壓轉換器100C包括電容串110、功率開關模組120及電源轉換模組130。電容串110包括2個(N=2)串聯之電容C1及電容C2。功率開關模組120耦接電容串110且包括2個(N=2)功率開關組SW1及SW2。電源轉換模組130耦接功率開關模組120。電源轉換模組130的工作頻率fW等於功率開關組(SW1或SW2)之切換頻率fS之2倍(N=2)。相似於前述多階降壓轉換器100A，在功率開關組(SW1或SW2)的一次切換週期TS中，電源轉換模組130進行2次(N=2)充放電週期，實現2倍頻輸出的技術功效。
多階降壓轉換器100C具有同於或相似於多階降壓轉換器100A的技術特徵。但要注意的是，多階降壓轉換器100C之功率開關模組120及電源轉換模組130各包含至少一二極體。例如，功率開關組SW1包括第一功率開關Q1_SW1及二極體D_SW1，功率開關組SW2包括第二功率開關Q2_SW2及二極體D_SW2，而電源轉換模組130包括二極體D_130。相較於前述多階降壓轉換器100A，本實施例之功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1以二極體D_SW1取代，功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2以二極體D_SW2取代。功率開關模組120之第一端120a及第二端120b分別耦接二極體D_130之二端。
此外，功率開關組SWn之二功率開關中，只有功率開關之本體二極體(Body Diode)之正極(p極)往負極(n極)方向與電流通過方向同向者，才能以二極體取代。例如，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1之本體二極體之正極往負極方向與電流通過方向反向，因此不適合以二極體取代，而第二功率開關Q2_SW1(對應第1圖)之本體二極體之正極往負極方向與電流通過方向同向，因此可以二極體取代。
在控制上，多階降壓轉換器100C之各功率開關組SWn只需控制一個功率開關的導通或斷開，便能實現2(N=2)倍頻輸出的技術功效。例如，功率開關組SW1只需控制第一功率開關Q1_SW1導通或斷開，而功率開關組SW2只需控制第二功率開關Q2_SW2導通或斷開，便能實現2倍頻輸出的技術功效。
請參照第8圖所示，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器100D之電路示意圖。
多階降壓轉換器100D為2階(N=2)降壓轉換器。多階降壓轉換器100D包括電容串110、功率開關模組120及電源轉換模組130。電容串110包括2個(N=2)串聯之電容C1及電容C2。功率開關模組120耦接電容串110且包括2個(N=2)功率開關組SW1及SW2。電源轉換模組130耦接功率開關模組120。電源轉換模組130的工作頻率fW等於功率開關組(SW1或SW2)之切換頻率fS之2倍(N=2)。如此，相似於前述多階降壓轉換器100B，在功率開關組(SW1或SW3)的一次切換週期TS中，電源轉換模組130進行2次(N=2)充放電週期，實現2倍頻輸出的技術功效。
多階降壓轉換器100D具有同於或相似於多階降壓轉換器100C的技術特徵。但要注意的是，多階降壓轉換器100D之功率開關模組120與電源轉換模組130共用一些元件。例如，功率開關模組120與電源轉換模組130共用二極體D_SW1及D_SW2。此外，電源轉換模組130可省略二極體D_130。
請參照第9圖，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器200A之電路示意圖。
多階降壓轉換器200A為3階(N=3)多階降壓轉換器。多階降壓轉換器200A包括電容串110、功率開關模組120及電源轉換模組130。電容串110包括3個(N=3)串聯之電容C1~C3。功率開關模組120耦接電容串110且包括3個(N=3)功率開關組 SW1~SW3。電源轉換模組130耦接功率開關模組120。電源轉換模組130的工作頻率fW等於功率開關組(SW1、SW2或SW3)之切換頻率fS之3倍(N=3)。如此，相似於前述時序控制方式，在功率開關組(SW1、SW2或SW3)的一次切換週期TS中，電源轉換模組130可進行3次(N=3)充放電週期，達到3倍頻輸出之技術功效。
在本實施例中，功率開關模組120與電源轉換模組130共用一些元件。例如，功率開關模組120與電源轉換模組130共用功率開關Q2_SW1、Q1_SW2、Q2_SW2與Q1_SW3至少一者。共用之功率開關之一者或一些於充電區間及放電區間都會導通。
請參照第10A~10E圖，第10A圖繪示第9圖之電源10透過功率開關組SW1對儲能元件131充電之示意圖，第10B圖繪示第10A圖之儲能元件131放電之示意圖，第10C圖繪示第9圖之電源10透過功率開關組SW2對儲能元件131充電之示意圖，第10D圖繪示第10C圖之儲能元件131放電之示意圖，而第10E圖繪示第9圖之電源10透過功率開關組SW3對儲能元件131充電之示意圖。
對多階降壓轉換器200A的時序控制原理相似於第5圖的時序控制原理，於此不再贅述。
如第10A圖所示，在第1個(n=1)充放電週期之第1個(n=1)充電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1同時導通，而功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開 關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3斷開。如此，電容C1、功率開關組SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第10B圖所示，在第1個(n=1)充放電週期之第1個(n=1)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1、功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3斷開，而功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1及功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2導通，如此第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1、C2及C3充電。
綜上可知，在放電區間中，3個(N=3)功率開關組之二者(如，功率開關組SW1、SW2)之功率開關(如，第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW1)導通，但3個(N=3)功率開關組之其餘功率開關(如，第一功率開關Q1_SW1、第二功率開關Q2_SW2、第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3)斷開，使電源轉換模組130放電以對負載20供電。
在另一實施例中，在第1個(n=1)充放電週期之放電區間中，功率開關模組120也可採用第10D圖之切換模式控制電源轉換模組130放電(容後詳述)。
如第10C圖所示，在第2個(n=2)充放電週期之第2個(n=2)充電區間中，功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2同時導通，而功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3斷開。如此，電容C2、功率開關組SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第10D圖所示，在第2個(n=2)充放電週期之第2個(n=2)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3斷開，而功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2導通。如此，第一功率開關Q1_SW3、第二功率開關Q2_SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1、C2及C3充電。
在另一實施例中，在第2個(n=2)充放電週期之放電區間中，功率開關模組120也可採用第10B圖之切換模式控制電源轉換模組130放電。
如第10E圖所示，在第3個(n=3)充放電週期之第3個(n=3)充電區間中，功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3同時導通，而功率開關組SW1之第一功率開關 Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2斷開。如此，電容C3、功率開關組SW3與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
相似於第10D圖之工作模式，在第3個(n=3)充放電週期之第3個(n=3)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3斷開，而功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2導通。如此，第一功率開關Q1_SW3、第二功率開關Q2_SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1、C2及C3充電。
在另一實施例中，在第3個(n=3)充放電週期之第3個(n=3)放電區間中，功率開關模組120也可採用第10B圖之切換模式控制電源轉換模組130放電。
請參照第11圖所示，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器200B之電路示意圖。
多階降壓轉換器200B具有同於或相似於多階降壓轉換器200A的技術特徵。但要注意的是，多階降壓轉換器200B之功率開關模組120包含至少一二極體。例如，功率開關組SW1包括第一功率開關Q1_SW1及二極體D_SW1，而功率開關組SW2 包括第一功率開關Q1_SW2及二極體D_SW2。在本實施例中，相較於多階降壓轉換器200A，多階降壓轉換器200B之功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1以二極體D_SW1取代，功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2以二極體D_SW2取代。在控制上，多階降壓轉換器200B之部分功率開關組SWn只需控制一個功率開關的導通或斷開，便能實現多倍頻輸出的技術功效。例如，功率開關組SW1只需控制第一功率開關Q1_SW1導通或斷開，而功率開關組SW2只需控制第一功率開關Q1_SW2導通或斷開，便能實現多倍頻輸出的技術功效。
請參照第12圖，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器300A之電路示意圖。
多階降壓轉換器300A為4階(N=4)多階降壓轉換器。多階降壓轉換器300A包括電容串110、功率開關模組120及電源轉換模組130。電容串110包括4個(N=4)串聯之電容C1~C4。 功率開關模組120耦接電容串110且包括4個(N=4)功率開關組SW1~SW4。電源轉換模組130耦接功率開關模組120。電源轉換模組130的工作頻率fW等於功率開關組(SW1、SW2、SW3或SW4)之切換頻率fS之4倍(N=4)。如此，相似於前述時序控制方式，在功率開關組((SW1、SW2、SW3或SW4)的一次切換週期TS中，電源轉換模組130可進行4次(N=4)充放電週期，達到4倍頻輸出之技術功效。
在本實施例中，功率開關模組120與電源轉換模組130共用一些元件。例如，功率開關模組120與電源轉換模組130共用功率開關Q2_SW1、Q1_SW2、Q2_SW2、Q1_SW3、Q2_SW3與Q1_SW4至少一者。共用之功率開關之一者或一些於充電區間及放電區間都會導通。
請參照第13A~13G圖，第13A圖繪示第12圖之電源10透過功率開關組SW1對儲能元件131充電之示意圖，第13B圖繪示第13A圖之儲能元件131放電之示意圖，第13C圖繪示第12圖之電源10透過功率開關組SW2對儲能元件131充電之示意圖，第13D圖繪示第13C圖之儲能元件131放電之示意圖，第13E圖繪示第12圖之電源10透過功率開關組SW3對儲能元件131充電之示意圖，第13F圖繪示第13E圖之儲能元件131放電之示意圖，而第13G圖繪示第12圖之電源10透過功率開關組SW4對儲能元件131充電之示意圖。
對多階降壓轉換器300A的時序控制原理相似於第5圖的時序控制原理，於此不再贅述。
如第13A圖所示，在第1個(n=1)充放電週期之第1個(n=1)充電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1同時導通，而功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3及功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4及第二功率開關Q2_SW4斷開。如此，電容C1、 功率開關組SW1與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第13B圖所示，在第1個(n=1)充放電週期之第1個(n=1)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1、功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3、功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4及第二功率開關Q2_SW4斷開，而功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1及功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2導通。如此，第二功率開關Q2_SW1、第一功率開關Q1_SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1、C2、C3及C4充電。
在另一實施例中，在第1個(n=1)充放電週期之第1個(n=1)放電區間中，功率開關模組120也可採用第13D或13F圖之切換模式控制電源轉換模組130放電。(容後詳述)
如第13C圖所示，在第2個(n=2)充放電週期之第2個(n=2)充電區間中，功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2同時導通，而功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3、功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4及第二功率開關Q2_SW4斷開。如此，電容C2、功 率開關組SW2與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第13D圖所示，在第2個(n=2)充放電週期之第2個(n=2)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2、功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3、功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4及第二功率開關Q2_SW4斷開，而功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2及功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3導通。如此，第二功率開關Q2_SW2、第一功率開關Q1_SW3與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1、C2、C3及C4充電。
在另一實施例中，在第2個(n=2)充放電週期之第2個(n=2)放電區間中，功率開關模組120也可採用第13B或13F圖之切換模式控制電源轉換模組130放電。
如第13E圖所示，在第3個(n=3)充放電週期之第3個(n=3)充電區間中，功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3同時導通，而功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4及第二功率開關Q2_SW4斷開。如此，電容C3、功 率開關組SW3與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
如第13F圖所示，在第3個(n=3)充放電週期之第3個(n=3)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3、功率開關組SW4之第二功率開關Q2_SW4斷開，而功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3及功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4導通。如此，第二功率開關Q2_SW3、第一功率開關Q1_SW4與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。此外，在放電區間中，電源10同時對電容C1、C2、C3及C4充電。
在另一實施例中，在第3個(n=3)充放電週期之第3個(n=3)放電區間中，功率開關模組120也可採用第13B或13D圖之切換模式控制電源轉換模組130放電。
如第13G圖所示，在第4個(n=4)充放電週期之第4個(n=4)充電區間中，功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4及第二功率開關Q2_SW4同時導通，而功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第二功率開關Q2_SW3斷開。如此，電容C4、功 率開關組SW4與儲能元件131形成一迴路(以粗實線繪示)，充電電流IL1透過此迴路對儲能元件131充電。
相似於第13F圖之工作模式，在第4個(n=4)充放電週期之第4個(n=4)放電區間中，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1及第二功率開關Q2_SW1、功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第二功率開關Q2_SW2、功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3、功率開關組SW4之第二功率開關Q2_SW4斷開，而功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3及功率開關組SW4之第一功率開關Q1_SW4導通。如此，第二功率開關Q2_SW3、第一功率開關Q1_SW4與儲能元件131形成一迴路，儲能元件131釋放放電電流IL2透過此迴路對負載20供電。
在另一實施例中，在第4個(n=4)充放電週期之第4個(n=4)放電區間中，功率開關模組120也可採用第13B或13D圖之切換模式控制電源轉換模組130放電。
請參照第14圖所示，其繪示依照本揭露另一實施例之多階降壓轉換器300B之電路示意圖。
多階降壓轉換器300B具有同於或相似於多階降壓轉換器300A的技術特徵。但要注意的是，多階降壓轉換器300B之功率開關模組120包含至少一二極體。例如，功率開關組SW1包括第一功率開關Q1_SW1及二極體D_SW1，功率開關組SW2包括第一功率開關Q1_SW2及二極體D_SW2，而功率開關組SW3包括第一功率開關Q1_SW3及二極體D_SW3。在本實施例中，相較 於多階降壓轉換器300A，多階降壓轉換器300B之功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1以二極體D_SW1取代，功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2以二極體D_SW2取代，而功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3以二極體D_SW3取代。在控制上，多階降壓轉換器300B之部分功率開關組SWn只需控制一個功率開關的導通或斷開，便能實現多倍頻輸出的技術功效。例如，功率開關組SW1只需控制第一功率開關Q1_SW1導通或斷開，功率開關組SW2只需控制第一功率開關Q1_SW2導通或斷開，而功率開關組SW3只需控制第一功率開關Q1_SW3導通或斷開，便能實現多倍頻輸出的技術功效。
前述實施例雖然以2階(N=2)、3階(N=3)及4階(N=4)降壓轉換器為例說明，然依據前述原則，本揭露實施例之多階降壓轉換器可擴展至5階(含)以上，以下進一步舉例說明。
請參照第15A~15D圖所示，其繪示依照本揭露另一實施例之從單階降壓轉換器擴展成N階之降壓轉換器之電路示意圖。
如第15A圖所示，功率開關組SW1之第一功率開關Q1_SW1耦接電容C1之第一端C1a與儲能元件131之第一端131a，而功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1耦接電容C1之第二端C1b與儲能元件131之第二端131b。
如第15B圖所示，以擴展成2階(N=2)降壓轉換器來說，電容C2之第一端C2a耦接電容C1之第二端C1b，功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2之第一端Q1a耦接於第一功率開關 Q1_SW1與儲能元件131之第一端131a之間的線路L1(線路L1也繪示於第15A圖)，第一功率開關Q1_SW2之第二端Q1b耦接電容C1之第二端C1b與第二功率開關Q2_SW1之間的線路L2(線路L2也繪示於第15A圖)，且功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2串接於電容C2之第二端C2b與儲能元件131之第二端131b之間的線路L3。
此外，如第15B圖所示，第2個功率開關組SW2之功率開關(如，第一功率開關Q1_SW2)之第一端Q1a耦接於電源轉換模組(如，儲能元件131)之第一端131a，第2個功率開關組SW2之此功率開關(如，第一功率開關Q1_SW2)之第二端Q1b耦接於第1個功率開關組SW1之功率開關(如，第二功率開關Q2_SW1)之第一端Q1a，第1個功率開關組SW1之此功率開關(如，第二功率開關Q2_SW1)之第二端Q1b耦接於電源轉換模組(如，儲能元件131)之第二端131b。如此，當第2個功率開關組SW2之第一功率開關Q1_SW2及第1個功率開關組SW1之第二功率開關Q2_SW1導通時，第一功率開關Q1_SW2、第二功率開關Q2_SW1與儲能元件131可形成迴路，以對負載20供電。
如第15C圖所示，以擴展成3階(N=3)降壓轉換器來說，電容C3之第一端C3a耦接電容C2之第二端C2b，功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3之第一端Q1a耦接於第一功率開關Q1_SW1與儲能元件131之第一端131a之間的線路L1，第一功率開關Q1_SW3之第二端Q1b耦接電容C2之第二端C2b與第二功率 開關Q2_SW2之間的線路L2，且功率開關組SW3之第二功率開關Q2_SW3耦接於電容C3之第二端C3b與儲能元件131之第二端131b之間的線路L3。此外，第3個功率開關組SW3之功率開關(如，第一功率開關Q1_SW3)之第一端Q1a耦接於電源轉換模組(如，儲能元件131)之第一端131a，第3個功率開關組SW3之此功率開關(如，第一功率開關Q1_SW3)之第二端Q1b耦接於第2個功率開關組SW2之功率開關(如，第二功率開關Q2_SW2)之第一端Q1a，第2個功率開關組SW2之此功率開關(如，第二功率開關Q2_SW2)之第二端Q1b耦接於電源轉換模組(如，儲能元件131)之第二端131b。如此，當第3個功率開關組SW3之第一功率開關Q1_SW3及第2個功率開關組SW2之第二功率開關Q2_SW2導通時，第一功率開關Q1_SW3、第二功率開關Q2_SW2與儲能元件131可形成迴路，以對負載20供電。
如第15D圖所示，依據此原則，以擴展成N階之降壓轉換器來說，電容Cn之第一端Cna耦接電容C(n-1)之第二端C(n-1)b，功率開關組SWn之第一功率開關Q1_SWn之第一端Q1a耦接於第一功率開關Q1_SW1與儲能元件131之第一端131a之間的線路L1，第一功率開關Q1_SWn之第二端Q1b耦接電容C(n-1)之第二端C(n-1)b與第二功率開關Q2_SW(n-1)之間的線路Ln，且功率開關組SWn之第二功率開關Q2_SWn耦接於電容Cn之第二端Cnb與儲能元件131之第二端131b之間的線路L3。此外，第n個功率開關組SWn之功率開關(如，第一功率開關Q1_SWn)之第一端Q1a耦接於 電源轉換模組(如，儲能元件131)之第一端131a，第n個功率開關組SWn之此功率開關(如，第一功率開關Q1_SWn)之第二端Q1b耦接於第n-1個功率開關組SW(n-1)之功率開關(如，第二功率開關Q2_SW(n-1))之第一端Q1a，第n-1個功率開關組SW(n-1)之此功率開關(如，第二功率開關Q2_SW(n-1))之第二端Q1b耦接於電源轉換模組(如，儲能元件131)之第二端131b。如此，當第n個功率開關組SWn之第一功率開關Q1_SWn及第n-1個功率開關組SW(n-1)之第二功率開關Q2_SW(n-1)導通時，第一功率開關Q1_SWn、第二功率開關Q2_SW(n-1)與儲能元件131可形成迴路，以對負載20供電。
請參照第16及17圖，第16圖繪示本揭露實施例之多階降壓轉換器的電感電流的模擬輸出曲線圖，而第17圖繪示本揭露實施例之多階降壓轉換器的電容電壓的模擬輸出曲線圖。
如第16圖所示，曲線C11表示單階(N=1)降壓轉換器的電感(儲能元件)電流輸出曲線，曲線C12表示2階(N=2)降壓轉換器的電感電流輸出曲線，曲線C13表示3階(N=3)降壓轉換器的電感電流輸出曲線，而曲線C14表示4階(N=4)降壓轉換器的電感電流輸出曲線。以切換頻率fs為111kHz為例，2階降壓轉換器的電感電流工作頻率為單階降壓轉換器的電感電流工作頻率的2倍，3階降壓轉換器的電感電流工作頻率為單階降壓轉換器的電感電流工作頻率的3倍，而4階降壓轉換器的電感電流工作頻率為單階降壓轉換器的電感電流工作頻率的4倍。
如第16圖之趨勢變化可知，階數愈多(N之值愈高)，電感電流工作頻率愈高，輸出電流漣波愈小。電流漣波愈小，可選用體積愈小之電感，且產生之功率密度也愈高。
如第17圖所示，曲線C21表示單階(N=1)降壓轉換器的電容(儲能元件)電壓輸出曲線，曲線C22表示2階(N=2)降壓轉換器的電容電壓輸出曲線，曲線C23表示3階(N=3)降壓轉換器的電容電壓輸出曲線，而曲線C24表示4階(N=4)降壓轉換器的電容電壓輸出曲線。以切換頻率fs為111kHz為例，2階降壓轉換器的電容電壓工作頻率為單階降壓轉換器的電容電壓工作頻率的2倍，3階降壓轉換器的電容電壓工作頻率為單階降壓轉換器的電容電壓工作頻率的3倍，而4階降壓轉換器的電容電壓工作頻率為單階降壓轉換器的電容電壓工作頻率的4倍。
如第17圖之趨勢變化可知，階數愈多(N之值愈高)，電容電壓工作頻率愈高，輸出電壓漣波愈小。電壓漣波愈小，可選用體積愈小之電容，且產生之功率密度也愈高。
此外，本揭露實施例之多階降壓轉換器能有效降低功率開關模組之損耗。依據模擬實驗，在輕載工作模式(以電源轉換模組的輸出電流介於3安培~10安培為例)中，相較於單階降壓轉換器，4階降壓轉換器的傳導損耗(功率開關導通時時所產生之損耗)減少50%，而4階降壓轉換器的切換損耗(功率開關斷開時所產生之損耗)減少25%。在重載工作模式(以電源轉換模組的輸出電流介於20安培~100安 培為例)中，相較於單階降壓轉換器，4階降壓轉換器的傳導損耗減少50%，而4階降壓轉換器的切換損耗減少25%。
綜上可知，本揭露實施例之多階降壓轉換器，能實現高功率密度及低損耗之雙重技術功效。
綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100A:多階降壓轉換器
20:負載
10:電源
110:電容串
120:功率開關模組
130:電源轉換模組
131:儲能元件
131a,Qa:第一端
131b,Qb:第二端
C1,C2:電容
Q1_SW1,Q1_SW2:第一功率開關
Q2_SW1,Q2_SW2:第二功率開關
Q_130:功率開關
Vi:直流電壓

Claims (9)

  1. 一種多階降壓轉換器，包括：一電容串，包括N個串聯之電容；一功率開關模組，耦接該電容串且包括N個功率開關組；以及一電源轉換模組，耦接該功率開關模組且包括一儲能元件；其中，該電源轉換模組的一工作頻率等於各該N個功率開關組之一切換頻率之N倍，N為大於或等於2之正整數；該工作頻率為該儲能元件在單位時間完成充放電的次數；其中，該N個功率開關組之第n個該功率開關組包括一第一功率開關及一第二功率開關，第n個該電容耦接第n個該功率開關組之該第一功率開關與該第二功率開關；n為介於1至N之間的正整數；其中，在第n個充電區間中，第n個該功率開關組之該第一功率開關及該第二功率開關同時導通，且該N個功率開關組之其餘者的該第一功率開關及該第二功率開關斷開，使第n個該電容對該電源轉換模組充電。
  2. 如請求項1所述之多階降壓轉換器，其中該電源轉換模組更包括一功率開關，在一放電區間中，該電源轉換模組之該功率開關係導通，且該N個功率開關組之全部係斷開，使該電源轉換模組放電。
  3. 如請求項1所述之多階降壓轉換器，其中該電源轉換模組更包括一功率開關，該功率開關之二端分別耦接於該功 率開關模組之二端，該儲能元件之二端分別耦接於該功率開關模組之該二端。
  4. 如請求項1所述之多階降壓轉換器，其中各該N個功率開關組包括複數個功率開關；在一放電區間中，該N個功率開關組之一者之該第一功率開關及該N個功率開關組之另一者之該第二功率開關導通，但該N個功率開關組之其餘之該些功率開關斷開，使該電源轉換模組放電。
  5. 如請求項1所述之多階降壓轉換器，其中第n個電容之一第一端耦接第n-1個電容之一第二端，第n個功率開關組之該第一功率開關之一第一端耦接於第1個功率開關組之該第一功率開關與該儲能元件之一第一端之間的線路，第n個功率開關組之該第一功率開關之一第二端耦接第n-1個電容之一第二端與第n-1個功率開關組之該第二功率開關之間的線路，且第n個功率開關組之該第二功率開關耦接於該第n個電容之第二端與該儲能元件之一第二端之間的線路。
  6. 如請求項1所述之多階降壓轉換器，其中第n個功率開關組之該功率開關之一第一端耦接於該電源轉換模組之一第一端，第n個功率開關組之該功率開關之一第二端耦接於該第n-1個功率開關組之一功率開關之一第一端，第n-1個功率開關組之該功率開關之一第二端耦接於該電源轉換模組之一第二端。
  7. 如請求項1所述之多階降壓轉換器，其中該電源轉換模組包括一二極體，該功率開關模組之二端耦接該二極體之二端。
  8. 一種多階降壓轉換器，包括：一電容串，包括N個串聯之電容；一功率開關模組，耦接該電容串且包括N個功率開關組；以及一電源轉換模組，耦接該功率開關模組且包括一儲能元件；其中，該電源轉換模組的一工作頻率等於各該N個功率開關組之一切換頻率之N倍，N為大於或等於2之正整數；該工作頻率為該儲能元件在單位時間完成充放電的次數；其中，該N個功率開關組包括複數個功率開關，該電源轉換模組與該功率開關模組共用該些功率開關之一者或一些。
  9. 一種多階降壓轉換器，包括：一電容串，包括N個串聯之電容；一功率開關模組，耦接該電容串且包括N個功率開關組；以及一電源轉換模組，耦接該功率開關模組且包括一儲能元件；其中，該電源轉換模組的一工作頻率等於各該N個功率開關組之一切換頻率之N倍，N為大於或等於2之正整數；該工作頻率為該儲能元件在單位時間完成充放電的次數；其中，該N個功率開關組之第n個該功率開關組包括一功率開關及一二極體，第n個該電容耦接第n個該功率開關組之該功率開關與該二極體；n為介於1至N之間的正整數。
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