TWI825778B - 傳導電感式穩壓器 - Google Patents

Abstract

揭示了傳導電感式穩壓器。傳導電感式穩壓器包括多個非線性變壓器、多個電壓調節塊、以及補償電感。每個電壓調節塊透過相應的非線性變壓器的第一線圈作為輸出電感，耦接至輸出電容。補償電感與每個非線性變壓器的第二線圈串聯連接，當負載電流處於第一電流值時，相應的非線性變壓器的第一線圈具有第一電感值，以及當負載電流處於大於第一電流值的第二電流值時，相應的非線性變壓器的第一線圈具有第二電感值，第二電感值小於第一電感值。

Description

傳導電感式穩壓器

本發明的實施例係有關一種電子電路，更具體地說，尤其有關一種穩壓器。

在功率轉換的應用中，多相電源被廣泛應用於大功率以及大電流的場合，因為多相電源能夠提供大電流輸出的同時，具有較小的電流漣波和優化的熱性能。 傳導電感式穩壓器(Trans-inductor Voltage Regulator, TLVR)是一種使用變壓器線圈作為輸出電感的穩壓器。在多相傳導電感式穩壓器電路中，變壓器的一個線圈作為其中一相的輸出電感，變壓器的其它線圈係串聯耦接至參考地。由於這些串聯耦接的線圈，負載電流的變化對每一相電路都能產生影響，從而多相傳導電感式穩壓器電路與傳統的電壓調節電路相比，可以實現更快的暫態響應。 然而，多相傳導電感式穩壓器電路仍然需要平衡負載處於瞬時變化狀態下和穩定狀態下的性能。

為解決上述技術問題，本發明提供一種具有非線性變壓器的傳導電感式穩壓器。 根據本發明的實施例，提出了一種傳導電感式穩壓器，包括：多個非線性變壓器，每個非線性變壓器包括第一線圈和第二線圈，所述多個非線性變壓器的第二線圈互相串聯連接；多個電壓調節塊，每個電壓調節塊提供傳導電感式穩壓器的其中一相電路，每個電壓調節塊透過相應的非線性變壓器的第一線圈而被耦接至傳導電感式穩壓器的輸出電容，其中，當傳導電感式穩壓器提供至負載的負載電流處於第一電流值時，相應的非線性變壓器的第一線圈具有第一電感值，以及當負載電流處於大於第一電流值的第二電流值時，相應的非線性變壓器的第一線圈具有第二電感值，所述第二電感值小於第一電感值；以及補償電感，係與所述多個非線性變壓器的第二線圈串聯連接。 根據本發明的實施例，提出了一種傳導電感式穩壓器，包括：第一電壓調節塊，包括耦接至輸入電壓的第一上側電晶體、以及和第一上側電晶體形成第一開關節點的第一下側電晶體，所述第一開關節點透過第一非線性變壓器的第一線圈而被耦接到所述傳導電感式穩壓器的輸出電壓，所述第一電壓調節塊組成所述傳導電感式穩壓器的第一相，其中，當傳導電感式穩壓器提供至負載的負載電流處於第一電流值時，第一非線性變壓器的第一線圈具有第一電感值，以及當負載電流處於大於第一電流值的第二電流值時，第一非線性變壓器的第一線圈具有第二電感值，所述第二電感值小於第一電感值；第二電壓調節塊，包括耦接至輸入電壓的第二上側電晶體、以及和第二上側電晶體形成第二開關節點的第二下側電晶體，所述第二開關節點透過第二非線性變壓器的第一線圈而被耦接到所述傳導電感式穩壓器的輸出電壓，所述第二電壓調節塊組成所述傳導電感式穩壓器的第二相，其中，當負載電流處於第一電流值時，第二非線性變壓器的第一線圈具有第三電感值，以及當負載電流處於大於第一電流值的第二電流值時，第二非線性變壓器的第一線圈具有第四電感值，所述第四電感值小於第三電感值；以及補償電感，係串聯耦接至第一非線性變壓器的第二線圈和第二非線性變壓器的第二線圈。 根據本發明的實施例，提出了一種傳導電感式穩壓器，包括：第一電壓調節塊，包括耦接至輸入電壓的第一上側電晶體、以及和第一上側電晶體形成第一開關節點的第一下側電晶體，所述第一開關節點透過非線性變壓器的第一初級線圈而被耦接到所述傳導電感式穩壓器的輸出電壓，所述第一電壓調節塊組成所述傳導電感式穩壓器的第一相，其中，當傳導電感式穩壓器提供至負載的負載電流處於第一電流值時，非線性變壓器的第一初級線圈具有第一電感值，以及當負載電流處於大於第一電流值的第二電流值時，非線性變壓器的第一初級線圈具有第二電感值，所述第二電感值小於第一電感值；第二電壓調節塊，包括耦接至輸入電壓的第二上側電晶體、以及和第二上側電晶體形成第二開關節點的第二下側電晶體，所述第二開關節點透過非線性變壓器的第二初級線圈而被耦接到所述傳導電感式穩壓器的輸出電壓，所述第二電壓調節塊組成所述傳導電感式穩壓器的第二相，其中，當負載電流處於第一電流值時，非線性變壓器的第二初級線圈具有第三電感值，以及當負載電流處於大於第一電流值的第二電流值時，非線性變壓器的第二初級線圈具有第四電感值，所述第四電感值小於第三電感值；以及補償電感，係串聯耦接至非線性變壓器的次級線圈。

下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。 圖1繪示了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器(TLVR)100的電路示意圖。在圖1所示的實施例中，傳導電感式穩壓器100以四相電路為例來進行說明。本領域技術人員可以理解，在其它實施例中，傳導電感式穩壓器100也可以包括比圖1所示的實施例更多相或更少相。 在圖1所示的實施例中，傳導電感式穩壓器100包括多個電壓調節塊110(例如，110-1、110-2…)，每個電壓調節塊110用於一相電路。電壓調節塊110-1、110-2、110-3、以及110-4分別用於第一相、第二相、第三相和第四相。電壓調節塊110例如可以是降壓調節器，包括上側電晶體M1和下側電晶體M2。上側電晶體M1的第一端係耦接至輸入電壓VIN。下側電晶體M2的第一端係耦接至上側電晶體M1的第二端而形成開關節點，電晶體M2的第二端係耦接至參考地。每個電壓調節塊110中的上側電晶體M1和下側電晶體M2由相應的脈寬調變(PWM)信號所驅動。由多個脈寬調變信號控制多個電壓調節塊110交錯地導通，從而對輸出電容C1交錯地充電，形成輸出電壓VOUT。 在圖1所示的實施例中，每個電壓調節塊110具有對應的變壓器，其初級線圈作為電壓調節塊110的輸出電感。以電壓調節塊110-1為例，變壓器T1的初級線圈的第一端係耦接至上側電晶體M1和下側電晶體M2之間的開關節點，變壓器T1的初級線圈的第二端係耦接至輸出電容C1，在輸出電容C1的兩端提供輸出電壓VOUT。變壓器T1的次級線圈和變壓器T2至T4的次級線圈串聯耦接。補償電感Lc和變壓器T1至T4的次級線圈串聯耦接。補償電感回路(也就是串聯耦接的補償電感Lc以及變壓器T1至T4的次級線圈)係耦接至參考地。每個變壓器的初級線圈和次級線圈之間的匝數比例如可以是1:1。 在一個實施例中，補償電感Lc為非線性電感，補償電感Lc的電感值在傳導電感式穩壓器100的操作區間內並不是恆定的。補償電感Lc的電感值根據負載的狀況而變化。更具體地，當流過補償電感Lc的電流較小時，補償電感Lc的電感值較大，以及當流過補償電感Lc的電流較大時，補償電感Lc的電感值較小。在負載電流處於穩定狀態時(也就是當負載抽取的電流在穩定位準上不變時)，流過補償電感Lc的電流一般較小。在負載電流處於瞬時變化狀態時，流過補償電感Lc的電流較大。負載電流瞬時變化狀態例如包括：負載需要的電流突然增加。當負載電流處於穩定狀態時，流過補償電感Lc的電流較小，透過增大補償電感Lc的電感值，輸出電壓VOUT上的漣波減小。當流過補償電感Lc的電流較大時，透過減小補償電感Lc的電感值，傳導電感式穩壓器100可以實現對負載瞬時變化狀態更快速的響應。 在圖1所示的實施例中，為描述方便，傳導電感式穩壓器100中的變壓器包括一個初級線圈和一個次級線圈。本領域技術人員可以理解，傳導電感式穩壓器100也可以包括具有不同線圈個數的變壓器，例如多個初級線圈和多個次級線圈。 圖2繪示了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流處於穩定狀態時的時序圖。圖2的時序圖從上至下依次為脈寬調變信號PWM1(用於驅動電壓調節塊110-1)、脈寬調變信號PWM2(用於驅動電壓調節塊110-2)、脈寬調變信號PWM3(用於驅動電壓調節塊110-3)、脈寬調變信號PWM4(用於驅動電壓調節塊110-4)、補償電感Lc兩端的電壓VLc、流過補償電感Lc的電流iLc、電流iPhase_1(電壓調節塊110-1的輸出電流)、電流iPhase_2(電壓調節塊110-2的輸出電流)、電流iPhase_3(電壓調節塊110-3的輸出電流)、電流iPhase_4(電壓調節塊110-4的輸出電流)、以及電流iSum。其中，電流iSum是電流iPhase_1、iPhase_2、iPhase_3、iPhase_4之和。變壓器次級線圈係串聯耦接，使得每一相電路的電流漣波都被疊加且反映在輸出電壓VOUT上。 圖3繪示了傳導電感式穩壓器在負載電流處於瞬時變化狀態時的時序圖。在圖3所示的實施例中，補償電感Lc的電感值恆定。圖3的時序圖從上至下依次為疊加在負載電流iLoad(負載從傳導電感式穩壓器中抽取的電流)上的電流iSum、脈寬調變信號PWM1、脈寬調變信號PWM2、脈寬調變信號PWM3、脈寬調變信號PWM4、補償電感Lc兩端的電壓VLc、流過補償電感Lc的電流iLc。 當負載電流iLoad快速增大時，負載電流處於瞬時變化狀態。為保持輸出電壓VOUT穩定，傳導電感式穩壓器增大脈寬調變信號PWM1至PWM4的工作週期。脈寬調變信號PWM1至PWM4工作週期的增加反映在相應的變壓器的二次線圈上，從而導致流過補償電感的電流iLc增加。當補償電感Lc的電感值在傳導式穩壓器的運行範圍內保持恆定時，選擇較小的電感值可以允許負載電流iLoad更快的變化，提高暫態響應，但穩定狀態下的電流iSum以及輸出電壓VOUT的漣波較大。另一方面，若選擇較大的電感值，在穩定狀態下的電流iSum以及輸出電壓VOUT的漣波較小，但暫態響應的速度會降低。 圖4繪示了根據本發明實施例的非線性補償電感Lc的電感特性曲線310。在圖4所示的實施例中，縱坐標代表了非線性補償電感Lc的電感值，單位是奈亨(nH)，橫坐標代表了流過補償電感的電流iLc，單位是安培(A)。在電流iLc小於電流閾值時，非線性補償電器Lc的電感值較大，以及當電流iLc大於電流閾值時，非線性補償電感Lc的電感值迅速減小。在圖4所示的實施例中，電流閾值為20A，電流iLc小於20A時，非線性補償電感Lc的電感值至少等於200nH，電流iLc大於20A之後，例如在30A到飽和之間，非線性補償電感Lc的電感值急劇減小至大約等於50至60nH。 電感特性曲線310僅作說明之用，根據本發明實施例，本領域技術人員可知，非線性補償電感Lc的電感特性曲線可以為滿足傳導電感式穩壓器100的需求任意配置。例如，非線性補償電感Lc可以配置為如圖5所示的在較低的電流iLc處開始急劇減小(如電流閾值為10A)。又例如非線性補償電感Lc可以配置為如圖6所示的在較高的電流iLc處開始急劇減小(如電流閾值為30A)。 在一些實施例中，非線性補償電感Lc的電感特性曲線為線性的，如圖7所示，此處「線性」是指電感特性曲線的形狀。本領域技術人員可以理解，傳導電感式穩壓器100中的非線性電感Lc可以具有隨著負載的變化而電感值線性變化的電感特性曲線。 非線性電感Lc的電感值和電流iLc成負相關，當流過非線性補償電感Lc的電流iLc所對應的負載電流處於穩定狀態時，非線性補償電感Lc具有較大的電感值，以及當流過非線性補償電感Lc的電流iLc所對應的負載電流處於瞬時變化狀態時，非線性補償電感Lc具有較小的電感值。例如負載電流處於穩定狀態時的非線性補償電感Lc的電感值至少大於負載電流處於瞬時變化狀態時的非線性補償電感Lc的電感值的三倍。在一些實施例中，負載電流處於穩定狀態時的非線性補償電感Lc的電感值也可以是負載電流處於瞬時變化狀態時的非線性補償電感Lc的電感值的1.5倍或兩倍大。 非線性補償電感Lc的電感特性曲線可以透過使用合適的磁芯來配置。例如，非線性補償電感Lc的磁芯可以採用鐵粉、混合材料、或不同材料的多個磁芯部件來代替鐵氧體磁芯。一般來說，電感供應商可以根據本發明使用各種技術來實現本發明所需的非線性補償電感Lc的電感特性曲線，而不影響本發明的優點。 圖8繪示了根據本發明一實施例的包括非線性補償電感Lc的傳導電感式穩壓器100在負載電流處於瞬時變化狀態時的時序圖。圖8的時序圖從上至下依次為脈寬調變信號PWM1、脈寬調變信號PWM2、脈寬調變信號PWM3、脈寬調變信號PWM4、補償電感Lc兩端的電壓VLc、流過補償電感Lc的電流iLc、非線性補償電感Lc的電感值Lc、以及疊加在負載電流iLoad上的電流iSum。 在時刻371之前，負載電流iLoad處於穩定狀態(如351)，流過補償電感Lc的電流iLc較小(如352)，電感值Lc較大(如353)，因此此時電流iLc和電流iSum的漣波較小。在時刻371，負載處於瞬時變化狀態，負載電流iLoad以較快的速率增大(如354)，當電流iLc增大至電流閾值時(如355)，相應的電感值Lc迅速減小(如356)，從而傳導電感式穩壓器100可以對負載的瞬時變化做出快速響應。在時刻372，負載電流iLoad和電流iSum開始趨向於恢復至穩定狀態(如357)，電流iLc減小(如358)，當電流iLc減小至小於電流閾值時(如358)，相應的電感值Lc增大(如359)。最終在負載穩定狀態下(如時刻373)，電感值Lc增大至一個較大值(如360)，從而負載處於穩定狀態時，減小了輸出電壓VOUT上的漣波。 圖9繪示了根據本發明一實施例的具有非線性變壓器的傳導電感式穩壓器900的電路示意圖。在圖9所示的實施例中，傳導電感式穩壓器900以四相電路為例來進行說明。本領域技術人員可以理解，在其它實施例中，傳導電感式穩壓器900也可以包括比圖9所示的實施例更多相或更少相。 在圖9所示的實施例中，傳導電感式穩壓器900包括多個電壓調節塊110以及多個非線性變壓器NT。每個電壓調節塊110用於提供傳導電感式穩壓器900中的一相電路。每個非線性變壓器NT包括四個端子91至94，端子91與92之間是非線性變壓器NT的初級線圈，端子93與94之間是非線性變壓器NT的次級線圈。電壓調節塊110透過相應的非線性變壓器NT的初級線圈而被耦接至輸出電容C1，也就是相應的非線性變壓器NT的初級線圈作為電壓調節塊110的輸出電感而被耦接在電壓調節塊110和輸出電容C1之間。以電壓調節塊110-1為例，非線性變壓器NT1的端子91作為其初級線圈的一端而被耦接至上側電晶體M1和下側電晶體M2之間的開關節點，非線性變壓器NT1的端子92作為其初級線圈的另一端而被耦接至輸出電壓VOUT。非線性變壓器NT1的次級線圈和非線性變壓器NT2、NT3、NT4的次級線圈係串聯耦接。補償電感Lc和非線性變壓器NT1至NT4的次級線圈係串聯耦接至參考地。例如，補償電感Lc的一端係耦接至參考地，非線性變壓器NT1的次級線圈的一端(端子93)係耦接至補償電感Lc的另一端，非線性變壓器NT1的次級線圈的另一端(端子94)係耦接至下一個後續的非線性變壓器NT2的次級線圈的一端(端子93)。非線性變壓器NT2的次級線圈的另一端(端子94)係耦接至下一個後續的非線性變壓器NT3的次級線圈的一端(端子93)。非線性變壓器NT3的次級線圈的另一端(端子94)係耦接至下一個後續的非線性變壓器NT4的次級線圈的一端(端子93)。非線性變壓器NT4的次級線圈的另一端(端子94)係耦接至參考地。每個變壓器的初級線圈與次級線圈之間的匝數比例如可以是但不限於1:1。 在一個實施例中，變壓器NT的「非線性」是指，在傳導電感式穩壓器900的整個操作區間，初級線圈和次級線圈的電感值不是恆定的。在一個實施例中，非線性變壓器NT的初級線圈的電感值和次級線圈的電感值隨著負載電流的變化而變化。例如，非線性變壓器NT的初級線圈在負載電流較低時電感值較大，在負載電流較高時電感值較小。類似的，非線性變壓器NT的次級線圈在負載電流較低時電感值較大，在負載電流較高時電感值較小。更特別地，當負載電流處於第一電流值時，非線性變壓器NT的初級線圈具有第一電感值，以及當負載電流處於第二電流值時，非線性變壓器NT的初級線圈具有第二電感值，其中，第二電流值大於第一電流值，第二電感值小於第一電感值。在一個實施例中，非線性變壓器NT的次級線圈的電感值等於初級線圈的電感值。在其它實施例中，非線性變壓器NT的次級線圈的電感值也可以不等於初級線圈的電感值。 在一個實施例中，傳導電感式穩壓器900中的補償電感Lc是非線性的。在另一個實施例中傳導電感式穩壓器900中的補償電感是普通的電感，在整個傳導電感式穩壓器900的操作區間內具有恆定的電感值。 在圖9所示的實施例中，為描述方便，傳導電感式穩壓器900中的變壓器包括一個初級線圈和一個次級線圈。本領域技術人員可以理解，傳導電感式穩壓器900也可以包括具有不同線圈個數的變壓器，例如多個初級線圈和多個次級線圈。 圖10繪示了根據本發明實施例的非線性變壓器NT的初級線圈的電感特性曲線410。在圖10所示的實施例中，縱坐標代表了非線性變壓器NT的初級線圈的電感值Lpri，單位是奈亨(nH)，橫坐標代表了負載電流iload，單位是安培(A)。在一些實施例中，非線性變壓器NT的初級線圈具有線性的電感特性，如圖10所示，此處「線性」是指電感特性曲線的形狀。本領域技術人員可以理解，非線性變壓器NT的初級線圈可以具有隨著負載的變化而電感值線性變化的電感特性曲線。在圖10所示的實施例中，當負載電流為0A時，初級線圈的電感值Lpri至少等於200nH，以及當負載電流為68A時，初級線圈的電感值Lpri至少等於140nH。 電感特徵曲線410僅作說明之用，根據本發明實施例，本領域技術人員可以理解，初級線圈的電感值Lpri可以根據傳導電感式穩壓器900的需求任意配置。例如，如圖11所示，在負載電流iLoad小於電流閾值Ith時，初級線圈的電感值Lpri可以配置為一個較大的值，直至負載電流iLoad大於電流閾值Ith之後，初級線圈的電感值Lpri急劇下降。電流閾值Ith例如等於40A。在另一些實施例中，初級線圈的電感值Lpri可以配置為如圖12所示的在較高的電流iLoad(如50A)處開始急劇減小，初級線圈的電感值Lpri也可以配置為如圖13所示的在較低的電流iLoad(如30A)處開始急劇減小。 變壓器NT的初級線圈以及次級線圈的電感特性曲線可以透過使用合適的磁芯來配置。例如，變壓器NT的磁芯可以採用鐵粉、混合材料、或不同材料的多個磁芯部件來代替鐵氧體磁芯。 圖14繪示了根據本發明一實施例的非線性變壓器NT的三維視圖1400。非線性變壓器NT例如可以具有如圖14中所示的封裝。在一個實施例中，封裝高度小於5毫米的非線性變壓器NT，初級線圈的電感值至少為200nH。在另一個實施例中，封裝高度小於5毫米、長度和寬度之和小於20毫米的非線性變壓器NT，初級線圈的電感值至少為200nH。在另一個實施例中，封裝高度小於5毫米的非線性變壓器NT，初級線圈的電感值在負載電流等於0A時至少為200nH，初級線圈的電感值在負載電流等於68A時至少為140nH。 圖15繪示了根據本發明一實施例的非線性變壓器NT的仰視圖1500。在圖15所示的實施例中，端子91和端子92分佈於相對的位置，端子93和端子94分佈於另一個相對的位置。 非線性變壓器NT的封裝不限於圖14和圖15所示。本領域技術人員應該理解，在不偏離本發明精神的情況下，也可以使用其他尺寸和排列的封裝。 圖16繪示了根據本發明一實施例的非線性變壓器NT的佈局1600。從佈局1600可以看出，其中一個非線性變壓器的端子93係耦接至另一個非線性變壓器的端子94，從而減少了印刷電路板的面積。 圖17繪示了根據本發明一實施例的具有非線性變壓器的傳導電感式穩壓器1700的電路示意圖。在圖17所示的實施例中，傳導電感式穩壓器1700以四相電路為例來進行說明。本領域技術人員可以理解，在其它實施例中，傳導電感式穩壓器1700也可以包括比圖17所示的實施例更多相或更少相。 在圖17所示的實施例中，傳導電感式穩壓器1700包括包括多個電壓調節塊110以及多個非線性變壓器ST。每個電壓調節塊110用於組成傳導電感式穩壓器1700中的一相電路。每個非線性變壓器ST包括六個端子171至176，端子171和172之間是非線性變壓器ST的第一初級線圈，端子173和174之間是非線性變壓器ST的第二初級線圈，端子175和176之間是非線性變壓器ST的次級線圈。其中，兩個電壓調節塊110分別透過相應的非線性變壓器ST的兩個初級線圈而被耦接至輸出電容C1。例如，電壓調節塊110-1的開關節點透過非線性變壓器ST1的端子171和172之間的第一初級線圈而被耦接至輸出電壓VOUT，電壓調節塊110-2的開關節點透過非線性變壓器ST1的端子173和174之間的第二初級線圈而被耦接至輸出電壓VOUT。電壓調節塊110-3的開關節點透過非線性變壓器ST2的端子171和172之間的第一初級線圈而被耦接至輸出電壓VOUT，電壓調節塊110-4的開關節點透過非線性變壓器ST2的端子173和174之間的第二初級線圈而被耦接至輸出電壓VOUT。非線性變壓器ST1的端子175和端子176之間的次級線圈與非線性變壓器ST2的端子175和176之間的次級線圈係串聯耦接。補償電感Lc和非線性變壓器ST1的次級線圈以及非線性變壓器ST2的次級線圈係串聯耦接。補償電感Lc和非線性變壓器ST1、ST2的次級線圈係串聯耦接至參考地。每個非線性變壓器ST的端子171和172之間的第一初級線圈、端子173和174之間的第二初級線圈、以及端子175和176之間的次級線圈的匝數比例如可以是但不限於1:1:2，以使次級線圈的電感值是每個初級線圈的電感值的兩倍。 雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式來具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。

91:端子 92:端子 93:端子 94:端子 100:傳導電感式穩壓器 110(110-1,110-2,110-3,110-4):電壓調節塊 171-176:端子 310,410:電感特性曲線 900:傳導電感式穩壓器 1700:傳導電感式穩壓器 C1:電容 VIN:輸入電壓 VOUT:輸出電壓 M1,M2:電晶體 T1-T4:變壓器 Lc:補償電感 NT(NT1-NT4):非線性變壓器 ST,ST1,ST2:非線性變壓器

為了更好的理解本發明，將根據以下圖式對本發明進行詳細描述。其中，相同的元件具有相同的圖式標記。 [圖1]繪示了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100的電路示意圖； [圖2]繪示了根據本發明一實施例的傳導電感式穩壓器100在負載電流處於穩定狀態時的時序圖； [圖3]繪示了傳導電感式穩壓器在負載電流處於瞬時變化狀態時的時序圖； [圖4至7]繪示了根據本發明實施例的非線性補償電感Lc的電感特性曲線圖； [圖8]繪示了根據本發明一實施例的包括非線性補償電感Lc的傳導電感式穩壓器100在負載電流處於瞬時變化狀態時的時序圖； [圖9]繪示了根據本發明一實施例的具有非線性變壓器的傳導電感式穩壓器900的電路示意圖； [圖10至13]繪示了根據本發明實施例的非線性變壓器NT的初級線圈的電感特性曲線圖； [圖14]繪示了根據本發明一實施例的非線性變壓器NT的三維視圖1400； [圖15]繪示了根據本發明一實施例的非線性變壓器NT的仰視圖1500； [圖16]繪示了根據本發明一實施例的非線性變壓器NT的佈局1600； [圖17]繪示了根據本發明一實施例的具有非線性變壓器的傳導電感式穩壓器1700的電路示意圖。

91:端子

92:端子

93:端子

94:端子

110-1,110-2,110-3,110-4:電壓調節塊

900:傳導電感式穩壓器

C1:電容

Lc:補償電感

M1,M2:電晶體

NT1-NT4:非線性變壓器

VIN:輸入電壓

VOUT:輸出電壓

VLc:電壓

Claims (14)

1. 一種傳導電感式穩壓器，包括：多個非線性變壓器，該每個非線性變壓器包括一第一線圈和一第二線圈，該些非線性變壓器的該第二線圈互相串聯連接；多個電壓調節塊，該每個電壓調節塊提供該傳導電感式穩壓器的其中一相電路，該每個電壓調節塊透過相應的該非線性變壓器的該第一線圈耦接至該傳導電感式穩壓器的一輸出電容，其中，當該傳導電感式穩壓器提供至一負載的一負載電流處於一第一電流值時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈具有一第一電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的一第二電流值時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈具有一第二電感值，該第二電感值小於該第一電感值；以及一補償電感，係與該些非線性變壓器的該第二線圈串聯連接，其中該每個非線性變壓器的高度小於5毫米，且該每個非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為200奈亨。
2. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中，該每個非線性變壓器的一磁芯係由鐵粉製成。
3. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中，當流過該非線性變壓器的該第一線圈的電流為0安培時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為200奈亨，以及當流過該非線性變壓器的該第一線圈的電 流為68安培時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為140奈亨。
4. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中，該每個非線性變壓器包括：一第一端子，係耦接至相應的該電壓調節塊；一第二端子，係耦接至該傳導電感式穩壓器的該輸出電容；一第三端子，係耦接至該補償電感或前一個該非線性變壓器；以及一第四端子，係耦接至參考地或後一個該非線性變壓器。
5. 如請求項4所述的傳導電感式穩壓器，其中，該每個非線性變壓器具有一個封裝，使得該第一端子和該第二端子處於彼此相對的位置、以及該第三端子和該第四端子處於另一個彼此相對的位置。
6. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中，該每個電壓調節塊包括：耦接至一輸入電壓的一上側電晶體和耦接至參考地的一下側電晶體，該上側電晶體和該下側電晶體之間的一開關節點耦接至相應的該非線性變壓器的該第一線圈的一端，相應的該非線性變壓器的該第一線圈的另一端係耦接至該輸出電容。
7. 如請求項1所述的傳導電感式穩壓器，其中： 該補償電感器包括一非線性電感，當該補償電感的電流所對應的該傳導電感式穩壓器提供的該負載電流處於穩定狀態時，該補償電感具有一第三電感值，以及當流過該補償電感的電流所對應的該負載電流處於瞬時變化狀態時，該補償電感具有一第四電感值，該第三電感值大於該第四電感值。
8. 一種傳導電感式穩壓器，包括：一第一電壓調節塊，包括耦接至一輸入電壓的一第一上側電晶體、以及和該第一上側電晶體形成一第一開關節點的一第一下側電晶體，該第一開關節點透過一第一非線性變壓器的一第一線圈耦接到該傳導電感式穩壓器的一輸出電壓，該第一電壓調節塊組成該傳導電感式穩壓器的第一相，其中，當該傳導電感式穩壓器提供至一負載的一負載電流處於一第一電流值時，該第一非線性變壓器的該第一線圈具有一第一電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的一第二電流值時，該第一非線性變壓器的該第一線圈具有一第二電感值，該第二電感值小於該第一電感值；一第二電壓調節塊，包括耦接至該輸入電壓的一第二上側電晶體、以及和該第二上側電晶體形成一第二開關節點的一第二下側電晶體，該第二開關節點透過一第二非線性變壓器的該第一線圈耦接到該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓，該第二電壓調節塊組成該傳導電感式穩壓器的第二相，其中，當該負載電流處於該第一電流值時，該第二 非線性變壓器的該第一線圈具有一第三電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的該第二電流值時，該第二非線性變壓器的該第一線圈具有一第四電感值，該第四電感值小於該第三電感值；以及一補償電感，係串聯耦接至該第一非線性變壓器的一第二線圈和該第二非線性變壓器的該第二線圈，其中該每個非線性變壓器的高度小於5毫米，且該每個非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為200奈亨。
9. 如請求項8所述的傳導電感式穩壓器，其中，該第一非線性變壓器、該第二非線性變壓器中至少有一個磁芯係由鐵粉製成。
10. 如請求項8所述的傳導電感式穩壓器，進一步包括：一第三電壓調節塊，包括耦接至該輸入電壓的一第三上側電晶體、以及和該第三上側電晶體形成一第三開關節點的一第三下側電晶體，該第三開關節點透過該第三非線性變壓器的該第一線圈耦接到該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓，該第三電壓調節塊組成該傳導電感式穩壓器的第三相，其中，當該傳導電感式穩壓器提供至該負載的該負載電流處於該第一電流值時，該第三非線性變壓器的該第一線圈具有一第五電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的該第二電流值時，該第三非線性變壓器的該第一線圈具有一第六電感值，該第六電感值小於該第五電感值；以及 一第四電壓調節塊，包括耦接至該輸入電壓的一第四上側電晶體、以及和該第四上側電晶體形成一第四開關節點的一第四下側電晶體，該第四開關節點透過該第四非線性變壓器的該第一線圈耦接到該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓，該第四電壓調節塊組成該傳導電感式穩壓器的第四相，其中，當該負載電流處於該第一電流值時，該第四非線性變壓器的該第一線圈具有一第七電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的該第二電流值時，該第四非線性變壓器的該第一線圈具有一第八電感值，該第八電感值小於該第七電感值；其中該補償電感係串聯耦接至該第一非線性變壓器的該第二線圈、該第二非線性變壓器的該第二線圈、該第三非線性變壓器的該第二線圈、以及該第四非線性變壓器的該第二線圈。
11. 如請求項8所述的傳導電感式穩壓器，其中，該每個非線性變壓器包括：一第一端子，係耦接至相應的該電壓調節塊中的開關節點；一第二端子，係耦接至該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓；一第三端子，係耦接至該補償電感或前一個該非線性變壓器的該第二線圈；以及一第四端子，係耦接至參考地或後一個該非線性變壓器的該第二線圈；其中 該每個非線性變壓器都具有一個封裝，使得該第一端子和該第二端子處於彼此相對的位置、以及該第三端子和該第四端子處於另一個彼此相對的位置。
12. 如請求項8所述的傳導電感式穩壓器，其中，當流過該非線性變壓器的該第一線圈的電流為0安培時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為200奈亨，以及當流過該非線性變壓器的該第一線圈的電流為68安培時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為140奈亨。
13. 一種傳導電感式穩壓器，包括：一第一電壓調節塊，包括耦接至一輸入電壓的一第一上側電晶體、以及和該第一上側電晶體形成一第一開關節點的一第一下側電晶體，該第一開關節點透過一非線性變壓器的一第一初級線圈耦接到該傳導電感式穩壓器的一輸出電壓，該第一電壓調節塊組成該該傳導電感式穩壓器的第一相，其中，當該傳導電感式穩壓器提供至一負載的一負載電流處於一第一電流值時，該非線性變壓器的該第一初級線圈具有一第一電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的一第二電流值時，該非線性變壓器的該第一初級線圈具有一第二電感值，該第二電感值小於該第一電感值；一第二電壓調節塊，包括耦接至該輸入電壓的一第二上側電晶體、以及和該第二上側電晶體形成一第二開關節點的一第二下側電晶體，該第二開關節點透過該非線性變 壓器的一第二初級線圈耦接到該傳導電感式穩壓器的該輸出電壓，該第二電壓調節塊組成該傳導電感式穩壓器的第二相，其中，當該負載電流處於該第一電流值時，該非線性變壓器的該第二初級線圈具有一第三電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的該第二電流值時，該非線性變壓器的該第二初級線圈具有一第四電感值，該第四電感值小於該第三電感值；以及一補償電感，係串聯耦接至該非線性變壓器的一次級線圈，其中該每個非線性變壓器的高度小於5毫米，且該每個非線性變壓器的該第一線圈的電感值至少為200奈亨。
14. 一種傳導電感式穩壓器，包括：多個非線性變壓器，該每個非線性變壓器包括一第一線圈和一第二線圈，該些非線性變壓器的該第二線圈互相串聯連接；多個電壓調節塊，該每個電壓調節塊提供該傳導電感式穩壓器的其中一相電路，該每個電壓調節塊透過相應的該非線性變壓器的該第一線圈耦接至該傳導電感式穩壓器的一輸出電容，其中，當該傳導電感式穩壓器提供至一負載的一負載電流處於一第一電流值時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈具有一第一電感值，以及當該負載電流處於大於該第一電流值的一第二電流值時，相應的該非線性變壓器的該第一線圈具有一第二電感值，該第二電感值小於該第一電感值；以及 一補償電感，係與該些非線性變壓器的該第二線圈串聯連接；其中該每個非線性變壓器包括：一第一端子，係耦接至相應的該電壓調節塊；一第二端子，係耦接至該傳導電感式穩壓器的該輸出電容；一第三端子，係耦接至該補償電感或前一個該非線性變壓器；以及一第四端子，係耦接至參考地或後一個該非線性變壓器，其中該每個非線性變壓器具有一個封裝，使得該第一端子和該第二端子處於彼此相對的位置、以及該第三端子和該第四端子處於另一個彼此相對的位置。

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