CN114977809A - 一种开关电源 - Google Patents

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Abstract

一种开关电源，包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端。开关电源中的耦合电感可连接第一开关电路，因此耦合电感和第一开关电路之间实现信号传输，且该耦合电感在第一电感切换电路的控制下可以和第二开关电路实现信号传输，或者该耦合电感在第一电感切换电路的控制下断开和第二开关电路的信号传输。因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。

Description

一种开关电源
本申请要求于2020年2月5日提交的、申请号为202080001361.1、发明名称为“一种开关电源”的专利申请的分案申请。
技术领域
本申请实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种开关电源。
背景技术
开关电源广泛应用于各种电子产品，特别是手机、笔记本电脑等移动设备。这些移动设备对开关电源的小型化和大负载范围内的电源转换效率提升有非常强烈的需求。以手机上应用的开关电源为例，开关电源需要在很小的空间内给手机内的多种电子模块或元件供电，而开关电源的转换效率会影响散热性能，保持良好的散热性能和开关电源的器件小型化变得非常迫切。
目前的开关电源可以包括：芯片集成控制电路、功率管、电容和电感。其中，电感具有输入端和输出端，电感的输入端连接芯片集成控制电路，电感的输出端连接电容，在芯片集成控制电路的控制下，功率管输出的电能经过电感之后形成输出电压。若需要实现开关电源在轻负载区间的高转换效率，开关电源中需要使用一个大感值的电感，若需要实现开关电源在中重负载区间的高转换效率，开关电源中需要使用一个小感值的电感。因此开关电源中无论选用哪种感值的电感，开关电源都只能实现一段负载范围内的高转换效率，而无法实现大负载范围内的高转换效率。基于上述描述可知，如何实现大负载范围内的高转换效率，仍是目前未解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种开关电源，用于实现在大负载范围内的高转换效率。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种开关电源，包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端；其中，所述第一开关电路，与所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述电压输入端输入的电源电压和由所述开关控制电路输入的第一开关控制信号，并在所述第一开关控制信号的控制下对所述耦合电感注入第一电流；所述至少一个第二开关电路中的每个第二开关电路，与所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收所述电源电压和由所述开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在所述第二开关控制信号的控制下对所述耦合电感注入第二电流；所述第一电感切换电路，与所述每个第二开关电路连接，用于接收第一切换控制信号，并响应于所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输；所述开关控制电路，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据所述反馈信号向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号，所述反馈信号用于指示所述电压输出端的输出电压；所述耦合电感，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输出端连接，用于向所述电压输出端注入所述第一电流，或者向所述电压输出端注入所述第一电流和所述第二电流。在上述方案中，在开关电源中第一电感切换电路与每个第二开关电路连接，该第一电感切换电路可接收第一切换控制信号，并响应于第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。由于开关电源中的耦合电感可连接第一开关电路，因此耦合电感和第一开关电路之间实现信号传输，且该耦合电感在第一电感切换电路的控制下可以和第二开关电路实现信号传输，或者该耦合电感在第一电感切换电路的控制下断开和第二开关电路的信号传输。因此耦合电感在第一电感切换电路的控制下有两种信号传输，一种是只与第一开关电路的信号传输，另一种是与第一开关电路、第二开关电路的信号传输。因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第一开关电路包括：第一上功率管和第一下功率管；所述第一上功率管分别连接所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第一下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。在上述方案中，第一开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在开关电路中不同的位置，分别称为第一上功率管和第一下功率管，第一上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，例如第一上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一上功率管的漏极连接耦合电感，第一上功率管的源极连接电压输入端。第一下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第一下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一下功率管的源极连接接地端，第一下功率管的漏极连接耦合电感。通过第一开关电路中的第一上功率管和第一下功率管，可以实现向耦合电感注入第一电流，使得耦合电感可以存储电能。
在一种可能的实现方式中，所述每个第二开关电路包括：第二上功率管和第二下功率管；所述第二上功率管分别连接所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第二下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。在上述方案中，第二开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第二上功率管和第二下功率管，第二上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，例如第二上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二上功率管的漏极连接耦合电感，第二上功率管的源极连接电压输入端。第二下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第二下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二下功率管的源极连接接地端，第二下功率管的漏极连接耦合电感。通过第二开关电路中的第二上功率管和第二下功率管，可以实现向耦合电感注入第二电流，使得耦合电感可以存储电能。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第一控制开关；所述至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述电压输入端和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二上功率管之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第一控制开关，第一控制开关连接在电压输入端和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管之间，第一控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第一控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第二控制开关；所述至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二下功率管和所述接地端之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第二控制开关，第二控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二下功率管和接地端之间，第二控制开关可根据第一切换控制信号保持第二下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二下功率管与耦合电感的信号传输。通过第二控制开关可以实现第二下功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；所述至少两个电感中的第一电感的输入端连接在所述第一开关电路和所述电压输出端之间；所述至少两个电感中的第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在所述至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。在上述方案中，耦合电感包括具有耦合关系的至少两个电感，例如耦合电感可以包括第一电感和至少一个第二电感。至少两个电感中任意相邻的两个电感串联，串联是指一个电感的输入端和另一个相邻的电感的输出端之间相互连接，第一电感的输入端连接在第一开关电路和电压输出端之间，当耦合电感中只有一个第二电感时，该第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，当耦合电感中有两个或者更多的第二电感时，一个第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，其它的第二电感连接在至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。以耦合电感中包括第一电感和第二电感为例，第一电感的输入端和第二电感的输入端为同名端，第二电感的输入端分别连接第一开关电路和第二上功率管。本申请实施例中开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第三控制开关，所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路和所述耦合电感之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第一电感切换电路可以包括至少一个第三控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第三控制开关，第三控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管和耦合电感之间，第三控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第三控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；所述至少两个电感中的第一电感的输入端连接在所述第一开关电路和所述电压输出端之间；所述至少两个电感中的第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关之间，或连接在所述至少一个第三控制开关中的两个第三控制开关之间。在上述方案中，开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
在一种可能的实现方式中，所述开关控制电路包括：误差放大器，与所述电压输出端连接，用于收集所述反馈信号，根据所述反馈信号生成放大结果；比较器，与所述误差放大器连接，用于将所述放大结果与参考信号比较，以生成比较结果；脉冲宽度调制器，与所述比较器、所述第一开关电路和所述每个第二开关电路连接，用于根据所述比较结果向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号。在上述方案中，误差放大器可以从电压输出端获取到反馈信号，误差放大器生成放大结果并向比较器输出，比较器可从误差放大器获取到反馈信号的放大结果，比较器还可以获取到预设的参考信号，比较器生成比较结果并向脉冲宽度调制器发送，脉冲宽度调制器可以从比较器接收到比较结果，然后脉冲宽度调制器根据接收到的比较结果生成开关控制信号，例如脉冲宽度调制器与第一开关电路和每个第二开关电路连接，脉冲宽度调制器根据比较结果向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号。本申请实施例中通过上述结构的开关控制电路，可以实现对电压输出端的输出电压的精确控制。
在一种可能的实现方式中，所述开关电源还包括：第三开关电路、至少一个第四开关电路和第二电感切换电路，其中，所述第三开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第三开关控制信号，并在所述第三开关控制信号的控制下将来自所述耦合电感的第三电流注入所述电压输出端；所述至少一个第四开关电路中的每个第四开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第四开关控制信号，并在所述第四开关控制信号的控制下将来自所述耦合电感的第四电流注入所述电压输出端；所述第二电感切换电路，与所述每个第四开关电路连接，用于接收第二切换控制信号，并响应于所述第二切换控制信号保持所述每个第四开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第四开关电路与所述耦合电感的信号传输；所述开关控制电路，与所述第三开关电路、所述每个第四开关电路和所述电压输出端连接，还用于根据所述反馈信号向所述第三开关电路输出所述第三开关控制信号和向所述每个第四开关电路输出所述第四开关控制信号；所述耦合电感，还与所述第三开关电路、所述每个第四开关电路和所述电压输出端连接，用于向所述电压输出端注入所述第三电流，或者向所述电压输出端注入所述第三电流和所述第四电流。在上述方案中，耦合电感在第二电感切换电路的控制下有两种信号传输的方式，一种是耦合电感只与第三开关电路的信号传输，另一种是耦合电感与第三开关电路、第四开关电路的信号传输。因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第三开关电路包括：第三上功率管和第三下功率管；所述第三上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第三下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。在上述方案中，第三开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在开关电路中不同的位置，分别称为第三上功率管和第三下功率管，第三上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，例如第三上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第三上功率管的漏极连接耦合电感，第三上功率管的源极连接电压输出端。第三下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第三下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第三下功率管的源极连接接地端，第三下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第三开关电路中的第三上功率管和第三下功率管，可以实现通过耦合电感向电压输出端注入第三电流。
在一种可能的实现方式中，所述每个第四开关电路包括：第四上功率管和第四下功率管；所述第四上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第四下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。在上述方案中，第四开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第四上功率管和第四下功率管，第四上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，例如第四上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第四上功率管的漏极连接耦合电感，第四上功率管的源极连接电压输出端。第四下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第四下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第四下功率管的源极连接接地端，第四下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第四开关电路中的第四上功率管和第四下功率管，可以实现通过耦合电感向电压输出端注入第四电流。
在一种可能的实现方式中，所述第二电感切换电路包括：至少一个第四控制开关；所述至少一个第四控制开关中的一个第四控制开关对应于所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在所述电压输出端和所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的所述第四上功率管之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述第四上功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第四上功率管与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第二电感切换电路可以包括控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第四控制开关中的一个第四控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，即对于每个第四开关电路，都可以连接一个第四控制开关，第四控制开关连接在电压输出端和至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四上功率管之间，第四控制开关可根据第二切换控制信号保持第四上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四上功率管与耦合电感的信号传输。通过第四控制开关可以实现第四上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第二电感切换电路包括：至少一个第五控制开关；所述至少一个第五控制开关中的一个第五控制开关对应于所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的所述第四下功率管和所述接地端之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述第四下功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第四下功率管与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第二电感切换电路可以包括控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第五控制开关中的一个第五控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，即对于每个第四开关电路，都可以连接一个第五控制开关，第五控制开关连接在至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四下功率管和接地端之间，第五控制开关可根据第二切换控制信号保持第四下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四下功率管与耦合电感的信号传输。通过第五控制开关可以实现第四下功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第六控制开关，所述至少一个第六控制开关中的一个第六控制开关对应于所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路和所述耦合电感之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述每个第四开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第四开关电路与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第二电感切换电路可以包括控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第六控制开关中的一个第六控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，即对于每个第四开关电路，都可以连接一个第六控制开关，第六控制开关连接在至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四上功率管和耦合电感之间，第六控制开关可根据第二切换控制信号保持第四上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四上功率管与耦合电感的信号传输。通过第六控制开关可以实现第四上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
第二方面，本申请实施例提供一种开关电源，包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端；其中，所述第一开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第一开关控制信号，并在所述第一开关控制信号的控制下将来自将所述耦合电感的第一电流注入所述电压输出端；所述至少一个第二开关电路中的每个第二开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在所述第二开关控制信号的控制下将来自将所述耦合电感的第二电流注入所述电压输出端；所述第一电感切换电路，与所述每个第二开关电路连接，用于接收第一切换控制信号，并响应于所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输；所述开关控制电路，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据所述反馈信号向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号，所述反馈信号用于指示所述电压输出端的输出电压；所述耦合电感，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输入端连接，用于向所述电压输出端注入所述第一电流，或者向所述电压输出端注入所述第一电流和所述第二电流。在上述方案中，在开关电源中第一电感切换电路与每个第二开关电路连接，该第一电感切换电路可接收第一切换控制信号，并响应于第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。由于开关电源中的耦合电感可连接第一开关电路，因此耦合电感和第一开关电路之间实现信号传输，且该耦合电感在第一电感切换电路的控制下可以和第二开关电路实现信号传输，或者该耦合电感在第一电感切换电路的控制下断开和第二开关电路的信号传输。因此耦合电感在第一电感切换电路的控制下有两种信号传输，一种是只与第一开关电路的信号传输，另一种是与第一开关电路、第二开关电路的信号传输。因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第一开关电路包括：第一上功率管和第一下功率管；所述第一上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第一下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。在上述方案中，第一开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第一上功率管和第一下功率管，第一上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，例如第一上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一上功率管的漏极连接耦合电感，第一上功率管的源极连接电压输出端。第一下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第一下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一下功率管的源极连接接地端，第一下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第一开关电路中的第一上功率管和第一下功率管，可以实现耦合电感向电压输出端注入第一电流。
在一种可能的实现方式中，所述每个第二开关电路包括：第二上功率管和第二下功率管；所述第二上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第二下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。在上述方案中，第二开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第二上功率管和第二下功率管，第二上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，例如第二上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二上功率管的漏极连接耦合电感，第二上功率管的源极连接电压输出端。第二下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第二下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二下功率管的源极连接接地端，第二下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第二开关电路中的第二上功率管和第二下功率管，可以实现通过耦合电感向电压输出端注入第二电流。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第一控制开关；所述至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述电压输出端和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二上功率管之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第一控制开关，第一控制开关连接在电压输出端和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管之间，第一控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第一控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第二控制开关；所述至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二下功率管和所述接地端之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第二控制开关，第二控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二下功率管和接地端之间，第二控制开关可根据第一切换控制信号保持第二下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二下功率管与耦合电感的信号传输。通过第二控制开关可以实现第二下功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；所述至少两个电感中的第一电感的输入端连接在所述电压输入端和所述第一开关电路之间；所述至少两个电感中第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在所述至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。在上述方案中，开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
在一种可能的实现方式中，所述第一电感切换电路包括：至少一个第三控制开关，所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路和所述耦合电感之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输。在上述方案中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第三控制开关，第三控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管和耦合电感之间，第三控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第三控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在一种可能的实现方式中，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；所述至少两个电感中的第一电感连接在所述电压输入端和所述第一开关电路之间；所述至少两个电感中的第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在所述至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。在上述方案中，开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
在一种可能的实现方式中，所述开关控制电路包括：误差放大器，与所述电压输出端连接，用于收集所述反馈信号，根据所述反馈信号生成放大结果；比较器，与所述误差放大器连接，用于将所述放大结果与参考信号比较，以生成比较结果；脉冲宽度调制器，与所述比较器、所述第一开关电路和所述每个第二开关电路连接，用于根据所述比较结果向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号。在上述方案中，误差放大器可以从电压输出端获取到反馈信号，误差放大器生成放大结果并向比较器输出，比较器可从误差放大器获取到反馈信号的放大结果，比较器还可以获取到预设的参考信号，比较器生成比较结果并向脉冲宽度调制器发送，脉冲宽度调制器可以从比较器接收到比较结果，然后脉冲宽度调制器根据接收到的比较结果生成开关控制信号，例如脉冲宽度调制器与第一开关电路和每个第二开关电路连接，脉冲宽度调制器根据比较结果向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号。本申请实施例中通过上述结构的开关控制电路，可以实现对电压输出端的输出电压的精确控制。
第三方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括如上述第一方面或第二方面中任一种可能的设计中所述的开关电源。
第四方面，本申请实施例提供一种芯片，包括如上述第一方面或第二方面中任一种可能的设计中所述的开关电源。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种开关电源的组成结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种BUCK电路的组成结构示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种BUCK电路的组成结构示意图；
图8a为本申请实施例提供的BUCK电路中一种工作模式下功率管的电流和电压的变化示意图；
图8b为本申请实施例提供的BUCK电路中另一种工作模式下功率管的电流和电压的变化示意图；
图9为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图10为本申请实施例提供的另一种BUCK电路的组成结构示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种BUCK电路的组成结构示意图；
图12为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图13为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图14为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图15为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图16为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图17为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图18为本申请实施例提供的一种BUCK-BOOST电路的组成结构示意图；
图19为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图20为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图21为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图22为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图23为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图；
图24为本申请实施例提供的一种BOOST电路的组成结构示意图；
图25为本申请实施例提供的另一种开关电源的组成结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种开关电源，用于实现在大负载范围内的高转换效率。
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的模块或者装置部分。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。
本申请实施例的技术方案可以应用于各种开关电源，例如开关电源可以包括如下至少一种：降压式变换电路(称为BUCK电路)、降压-升压式变化电路(称为BUCK-BOOST电路)、升压式变化电路(称为BOOST电路)、单电感多输出(single inductor multipleoutput，SIMO)电路。不限定的是，该开关电源还可以是其它需要进行电源转换控制的电路。另外，本申请实施例提供的开关电源适用于各种通信设备，例如该开关电源适用于终端设备和网络设备，例如终端设备上的开关电源可以使用本申请实施例提供的开关电源，实现开关电源大负载范围的高转换效率。
如图1所示，本申请实施例提供一种开关电源，包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端；其中，第一开关电路，与电压输入端、开关控制电路和耦合电感连接，用于接收由电压输入端输入的电源电压和由开关控制电路输入的第一开关控制信号，并在第一开关控制信号的控制下对耦合电感注入第一电流；至少一个第二开关电路中的每个第二开关电路，与电压输入端、开关控制电路和耦合电感连接，用于接收电源电压和由开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在第二开关控制信号的控制下对耦合电感注入第二电流；第一电感切换电路，与每个第二开关电路连接，用于接收第一切换控制信号，并响应于第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输；开关控制电路，与第一开关电路、每个第二开关电路和电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据反馈信号向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号，反馈信号用于指示电压输出端的输出电压；耦合电感，与第一开关电路、每个第二开关电路和电压输出端连接，用于向电压输出端注入第一电流，或者向电压输出端注入第一电流和第二电流。
需要说明的是，上述图1中以开关电源中包括一个第二开关电路为例进行示例说明，不限定的是，本申请实施例中，开关电源中包括至少一个第二开关电路，例如开关电源中可以包括两个第二开关电路，或者包括三个第二开关电路，或者包括更多的第二开关电路。如图2所示，以开关电源中包括N个第二开关电路为例，N的取值可以为大于或等于2的正整数。对于每个第二开关电路，都可以连接开关控制电路、第一电感切换电路和耦合电感。不限定的是，本申请实施例中，开关电源可以包括至少一个第一电感切换电路，例如图2中以开关电源包括N个第一电感切换电路为例，即每个第二开关电路可以连接一个第一电感切换电路，通过一个第一电感切换电路控制一个第二开关电路是否与耦合电感进行信号传输。又如，N个第二开关电路还可以连接同一个第一电感切换电路，通过第一电感切换电路控制N个第二开关电路是否与耦合电感进行信号传输。
在本申请实施例中，开关电源中可以包括不同的开关电路，例如开关电源包括第一开关电路和至少一个第二开关电路，其中，对于不同的开关电路采用“第一”、“第二”进行区分。例如连接耦合电感和开关控制电路的开关电路称为“第一开关电路”，连接第一电感切换电路、电压输入端和开关控制电路的开关电路称为“第二开关电路”。开关电路可以包括功率管，例如每个开关电路包括上功率管和下功率管，其中，上功率管和下功率管是根据功率管在开关电路中的不同位置而定义的。
可以理解的是，本申请实施例中开关电源内的元件之间的连接可以是直接的通过传输线建立的物理连接，元件之间的连接还可以是指元件之间通过第三方器件实现的间接连接，例如第一元件和第二元件之间可以通过第三元件可以实现连接，也可以称为第一元件和第二元件之间存在连接。因此，本申请中各个实施例涉及连接表示的是广义上的电性连接或电性耦合。
在本申请实施例中，第一开关电路与电压输入端、开关控制电路和耦合电感连接，例如第一开关电路有多个端口，可以分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感。第一开关电路可以接收由电压输入端输入的电源电压和由开关控制电路输入的第一开关控制信号，该第一开关电路还可以在第一开关控制信号的控制下对耦合电感注入第一电流。其中，“注入”也可以称为“输入”，第一开关电路可以从电压输入端接收来自第一开关电路的电源电压，然后向耦合电感注入第一电流，从而耦合电感可以存储第一电流。
至少一个第二开关电路在开关电源中的连接方式与第一开关电路不相同，例如每个第二开关电路与电压输入端、开关控制电路和耦合电感连接，第二开关电路用于接收电源电压和由开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在第二开关控制信号的控制下对耦合电感注入第二电流。
可以理解的是，第一开关控制信号区别于本申请实施例中的第二开关控制信号，例如开关控制电路输入到第一开关电路中的开关控制信号称为“第一开关控制信号”，开关控制电路输入到第二开关电路中的开关控制信号称为“第二开关控制信号”。第一电流区别于本申请实施例中的第二电流，例如第一开关电路注入耦合电感的电流称为“第一电流”，第二开关电路注入耦合电感的电流称为“第二电流”。
在本申请实施例中，开关电源中包括开关控制电路，开关控制电路分别连接第一开关电路、至少一个第二开关电路，该开关控制电路可以用于对电压输出端的输出电压进行精确控制，例如开关控制电路可以向第一开关电路和至少一个第二开关电路输入开关控制信号，以实现对电压输出端的输出电压精确控制。开关控制电路与第一开关电路、每个第二开关电路和电压输出端连接，开关控制电路可以从电压输出端收集到反馈信号，根据反馈信号向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号，该反馈信号用于指示电压输出端的输出电压。其中，反馈信号可以是输出电压本身，反馈信号也可以是与反馈信号相关的或反映反馈信号的其他电压信号，例如也可以是反馈信号的分压信号，本实施例对此不限定。在实际应用中，开关控制电路可以包括：误差放大器(error amplifier，EA)、比较器(comparator，CMP)和脉冲宽度调制器(pulse widthmodulator，PWM)。其中，EA、CMP和PWM又可以称为功率管的驱动电路。详见后续实施例中对开关控制电路的举例说明。
在本申请实施例中，开关电源中可包括第一电感切换电路，该第一电感切换电路在开关电源中连接在第二开关电路和耦合电感之间，第一电感切换电路可以接收第一切换控制信号。根据接收到的第一切换控制信号的不同内容，第一电感切换电路可具有不同的功能，例如第一切换控制信号指示保持信号传输，第一电感切换电路响应于第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者第一切换控制信号指示断开信号传输，第一电感切换电路响应于该第一切换控制信号断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。具体的，第一电感切换电路可以是控制开关，根据第一切换控制信号的不同内容进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。又如第一电感切换电路可以包括功率管，根据第一切换控制信号的不同内容可以实现每个第二开关电路与耦合电感的隔离或者通路，从而达到控制每个第二开关电路是否与耦合电感进行信号传输的目的。具体的，第二开关电路与耦合电感的信号传输是指第二开关电路与耦合电感之间有电流信号或者控制信号的传输。
在本申请实施例中，开关电源中连接有电压输入端和电压输出端，其中，电压输入端可以由直流电源(PVDD)提供输入电压，例如，电压输入端可以表示为Vin，电压输出端可以由耦合电感注入电流，然后电压输出端可以输出电压，例如电压输出端可以表示为Vout。例如，开关电源是BUCK电路时，开关电源可以包括：多个电压输入端和一个电压输出端。又如，开关电源是BOOST电路时，开关电源可以包括：一个电压输入端和多个电压输出端。又如，开关电源是BUCK-BOOST电路时，开关电源可以包括：多个电压输入端和多个电压输出端。
在本申请实施例中，耦合电感是指具有耦合关系的多个电感，多个电感中属于同名端的两个端口可以分别连接第一开关电路和第一电感切换电路。耦合电感可以与第一开关电路、每个第二开关电路和电压输出端连接，通过前述对第一电感切换电路的说明可知，第一电感切换电路可以保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。当第一电感切换电路保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输时，耦合电感可以接收到第一电流和第二电流，当第一电感切换电路断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输时，耦合电感可以接收到第一电流。因此耦合电感可以有两种不同的电流注入方式，例如耦合电感可以向电压输出端注入第一电流，或者耦合电感可以向电压输出端注入第一电流和第二电流。
本申请实施例中，耦合电感在第一电感切换电路的控制下有两种信号传输的方式，一种是耦合电感只与第一开关电路的信号传输，另一种是耦合电感与第一开关电路、第二开关电路的信号传输。因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
本申请实施例中，耦合电感在连接第一开关电路，或者连接第一开关电路和第二开工电路时，耦合电感具有不同的电感参数。其中，电感参数可以包括电感的多种参数类型，例如该电感参数可以是电感值，又如，该电感参数除了包括电感值，还可以包括电感的饱和电流、温升电流等至少一种参数，具体可以根据不同负载需求来确定所使用的电感参数，后续实施例中以电感值进行示例说明，但不作为对本申请实施例的限定。
在本申请的一些实施例中，如图3所示，第一开关电路包括：第一上功率管和第一下功率管；第一上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，第一下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端。
其中，第一开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极(gate、G极)、源极(source，S极)和漏极(drain，D极)。根据两个功率管在开关电路中不同的位置，分别称为第一上功率管和第一下功率管，第一上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，例如第一上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一上功率管的漏极连接耦合电感，第一上功率管的源极连接电压输入端。第一下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第一下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一下功率管的源极连接接地端，第一下功率管的漏极连接耦合电感。通过第一开关电路中的第一上功率管和第一下功率管，可以实现向耦合电感注入第一电流，使得耦合电感可以存储电能。
在本申请的一些实施例中，如图4所示，每个第二开关电路包括：第二上功率管和第二下功率管；第二上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，第二下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端。
其中，第二开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第二上功率管和第二下功率管，第二上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，例如第二上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二上功率管的漏极连接耦合电感，第二上功率管的源极连接电压输入端。第二下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第二下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二下功率管的源极连接接地端，第二下功率管的漏极连接耦合电感。通过第二开关电路中的第二上功率管和第二下功率管，可以实现向耦合电感注入第二电流，使得耦合电感可以存储电能。
举例说明如下，开关电源具体可以是BUCK电路，图3所示的第一上功率管和图4所示的第二上功率管具体可以是BUCK电路中的上功率管，BUCK电路可以从上功率管向耦合电感充电，即通过第一上功率管和第二上功率管向耦合电感注入电流，实现耦合电感的充电功能。BUCK电路还可以由下功率管从耦合电感获取电流，即通过第一下功率管和第二下功率管从耦合电感获取电流，实现耦合电感的放电功能。
在本申请的一些实施例中，如图5所示，第一电感切换电路包括：至少一个第一控制开关；至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在电压输入端和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管之间，用于根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。
其中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第一控制开关，第一控制开关连接在电压输入端和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管之间，第一控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第一控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，如图5所示，第一电感切换电路包括：至少一个第二控制开关；至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二下功率管和接地端之间，用于根据第一切换控制信号保持第二下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二下功率管与耦合电感的信号传输。
其中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第二控制开关，第二控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二下功率管和接地端之间，第二控制开关可根据第一切换控制信号保持第二下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二下功率管与耦合电感的信号传输。通过第二控制开关可以实现第二下功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；至少两个电感中的第一电感的输入端连接在第一开关电路和电压输出端之间；至少两个电感中的第二电感，连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。耦合电感包括2个电感的实施例如图5所示，耦合电感可以包括第一电感和第二电感，其中，第一电感的输入端和第二电感的输入端为同名端，第二电感的输入端用于连接第二开关电路，第二开关电路可包括第二上功率管和第二下功率管，第二电感的输出端连接第一电感的输入端，实现了第一电感和第二电感的串联。
其中，耦合电感包括具有耦合关系的至少两个电感，例如耦合电感可以包括第一电感和至少一个第二电感。至少两个电感中任意相邻的两个电感串联，串联是指一个电感的输入端和另一个相邻的电感的输出端之间相互连接，第一电感的输入端连接在第一开关电路和电压输出端之间，当耦合电感中只有一个第二电感时，该第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，当耦合电感中有两个或者更多的第二电感时，一个第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，其它的第二电感连接在至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。以耦合电感中包括第一电感和第二电感为例，第一电感的输入端和第二电感的输入端为同名端，第二电感的输入端分别连接第一开关电路和第二上功率管。本申请实施例中开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
举例说明如下，第二开关电路中包括有两个功率管，分别为第二上功率管和第二下功率管，第一电感切换电路中也包括两个功率管，分别为上功率管S1和下功率管S2。上功率管S1设置在第二上功率管和电压输入端之间，下功率管S2设置在第二下功率管和接地端(简称为地端)之间。另外，图5所示的开关电源中仅示意了耦合电感、第一开关电路、第二开关电路中的第二上功率管和第二下功率管、第一电感切换电路中的第一控制开关和第二控制开关，对于开关电源中的开关控制电路没有示意。另外，上功率管S1和下功率管S2，还可以与第二上功率管和第二下功率管耦合在一起，形成单独的开关电路。本申请实施例中，电压输入端产生的第一电流可以从第一开关电路进入第一电感，然后该第一电流到达电压输出端，电压输入端产生的第二电流还可以通过第一控制开关和第二上功率管进入第二电感，然后该第二电流到达电源输出端，另外电压输入端产生的第二电流还可以被第一控制开关隔离，此时第二电流无法进入第二电感，此时第二电感中没有电流经过。本申请实施例中，第一电感切换电路可以通过第一控制开关和第二控制开关实现对第二上功率管和第二电感之间是否进行信号传输的控制功能。举例说明如下，开关电源具体可以是BUCK电路，BUCK电路可以通过第一上功率管和第二上功率管向耦合电感注入电流，实现耦合电感的充电功能。BUCK电路还可以通过第一下功率管和第二下功率管从耦合电感获取电流，实现耦合电感的放电功能。
如图6所示，为本申请实施例提供的开关电源应用于BUCK电路的组成结构，接下来对耦合电感与BUCK电路中其它器件的连接关系进行说明。该BUCK电路可以包括：开关控制电路、第一开关电路、第二开关电路、第一电感切换电路、耦合电感和电容。PVDD表示直流电源，Vout表示电压输出端，LX0_EN表示LX0支路的切换控制信号，LX1_EN表示LX1支路的切换控制信号。
其中，开关控制电路可以包括：EA、CMP和PWM。EA的输入是Vref和Vfb，从Vout形成反馈回路(FeedBack，FB)到Vfb，CMP的输入是Vramp，PWM连接上功率管PO_HS、下功率管PO_LS、上功率管P1_HS和下功率管P1_LS，上功率管PO_HS和下功率管PO_LS的控制信号为LX0_EN，上功率管P1_HS和下功率管P1_LS的控制信号为LX1_EN。第一开关电路包括上功率管(也可以称为功率管上管)P1_HS和下功率管(也可以称为功率管下管)P1_LS，第二开关电路包括上功率管PO_HS和下功率管PO_LS，耦合电感包括电感L01和电感L02。第一电感切换电路中包括上功率管S1和下功率管S2。LX0支路连接一电压输入端，电压输入端由直流电源提供输入电压，LX1支路连接另一电压输入端。电感L01和电感L02串联，且电感L01的输入端连接LX0支路，电感L02的输入端连接LX1支路。电感L02的输出端连接电压输出端Vout。
上功率管PO_HS和上功率管P1_HS连接直流电源PVDD，电感L01和电感L02串联，PO_HS连接上功率管S1，下功率管PO_LS连接下功率管S2，下功率管P1_LS连接接地端。上功率管S1导通时，从电压输入端到电压输出端之间串联有电感L01和电感L02。当上功率管S1阻塞上功率管PO_HS时，从电压输入端到电压输出端之间仅连接电感L02。因此通过第一电感控制电路的切换控制功能可以实现耦合电感中电感L01和电感L02串联之后的信号传输，或者实现耦合电感中电感L02的信号传输。
举例说明如下，本申请实施例中可以将耦合电感内的多个电感串联使用。假定耦合电感内部两相自感分别为L01和L02，耦合系数为-k，则LX0支路浮空时，LX1支路至Vout通路的等效电感值为L02；LX0支路至Vout的通路等效电感值为
Figure BDA0003650787380000181
从而实现LX0导通时大电感(即电感L01和电感L02串联)的效果，LX1导通且LX0断开时小电感(仅电感L02)的效果。
例如图6所示，第一电感切换电路可以包括上功率管S1和下功率管S2。LX1正常工作情况下，根据变压器的电压输出关系可知，由于磁芯耦合，内部两个电感各自压降与耦合系数强相关，因此在LX0会形成感应电压，导致LX1管脚实际电压范围大于LX0电压；若P0_HS和P0_LS直接连接，由于存在体二极管，当LX0电压范围超出0～Vin时，会出现倒灌，为避免耦合影响LX1的工作参数，需要增加对管实现彻底关断，例如增加上功率管S1和下功率管S2，通过S1和P0_HS实现LX0与电压输入端的隔断，通过S2和P0_LS实现LX0与接地端(GND)隔断，需要使LX0浮空，即要求LX0支路断开，因此对于LX0支路，可以在使能该支路工作时断开，不使能该支路时将其关闭，以图6所示的BUCK电路为例，在LX0支路上增加第一电感切换电路，该第一电感切换电路包括上功率管S1和下功率管S2，可以实现开关隔离效果。不限定的是，上述第一电感切换电路可以包括上功率管S1和下功率管S2的实现方式，同样可以适用于其他电源变换拓扑，如BOOST电路和BUCK-BOOST电路等，详见后续实施例中的举例说明。
图7所示的开关电源和图6所示的开关电源的区别在于，图7中第一电感切换电路包括上功率管S1，而图6中的第一电感切换电路包括上功率管S1和下功率管S2。图7中不需要接入下功率管S2，只保留上功率管S1即可，即BUCK电路的下功率管驱动保持不动，BUCK电路的上功率管驱动增加S1实现对管。即两个功率管串联，且保持两个体二极管方向相反，可以使得P0_LS始终是软开关，其中，软开关是指零电流开关，且只需要一个上功率管S1作为开关，并且能避免下功率管的寄生电容充放电损耗。
基于图7可知，LX1支路中包括电感L02(即小电感)，可以提供重负载范围内的电压转换，LX0支路中包括电感L01和电感L02(即L01加L02的大电感)，可以提供轻负载范围内的电压转换，通过LX0_EN、LX1_EN进行LX1支路和LX0支路的灵活切换。当LX0支路工作，LX1管脚耦合的电压范围是0～PVDD，所以无需特殊处理；当LX1支路工作，LX1的工作电压范围为0～PVDD，LX0的耦合电压范围为
Figure BDA0003650787380000191
LX0耦合的电压范围将大于LX1。为避免LX0耦合正负压造成额外功率损耗，因此LX0采用双管反向串联的方式阻断电流环路，因此在LX0支路中引入上功率管S1，可以实现开关隔离效果。
本申请实施例中，因为LX0支路主要应用于小负载场景下，芯片内部功率管面积较小。最终实现在开关电源中两个电感串联的情况下，使用较小功率管面积可实现大负载范围高转换效率，达到双相和双电感能实现的高转换效率，芯片内集成面积很小的S1和S2，板级元件和芯片面积都减小到最优。
具体的，LX0支路和LX1支路具有如下两种工作模式：
工作模式1：LX0支路工作时，LX1支路的两个功率管(即P1_HS和P1_LS)关断不工作，此时上功率管S1一直处于导通状态，P1_HS和P1_LS一直处于关断状态，P0_HS和P0_LS由PWM控制，电感L01和电感L02串联，电感L02连接电压输出端，LX1支路管脚耦合的电压小于LX0支路的电压范围，LX0支路可以正常工作。
工作模式2：LX1支路工作时，LX1支路的工作电压范围为0～PVDD，LX0支路的上功率管S1始终处于关断状态，以阻断高于PVDD的正向电压，此时P0_LS有如下两种控制方式：
控制方式一、P0_LS和P1_LS采取相同驱动信号，由于P0_LS、P1_LS分别为PMOS和NMOS，所以其驱动信号相同，如图8a中所示的时序图，示意了S1和P0_HS的时序、P0_LS、P1_HS和P1_LS的时序、L01的电流(即iL01)、LX0支路的电压(即VLX0)、L02的电流(即iL02)、LX1支路的电压(即VLX1)，虚线为流过L01和L02的电流。当P0_LS和P1_LS导通时，为抵消L02耦合作用产生的电压，L01电流线性增加，电感L01蓄能。当P1_HS导通时，L02耦合作用产生的电压使L01电流线性减小，此时电感L01续流为负载供能，直至降低至0，而后二极管S1反向阻断，由图8b可知，在该过程中L02电流斜率增大。
其中，VLX0的最大值为
Figure BDA0003650787380000192
Figure BDA0003650787380000201
与图8a中所示的
Figure BDA0003650787380000202
表示相同含义。
控制方式二、如图8b所示，P0_LS与P1_LS同时开通，通过检测LX0电流，在其下降至0前关断P0_LS，以减小二极管压降损耗，其余过程与控制方式一类似。若LX0电流始终未降至0，则保持P0_LS常开。
在本申请的一些实施例中，如图9所示，第一电感切换电路包括：至少一个第三控制开关，至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路和耦合电感之间，用于根据第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。
其中，第一电感切换电路可以包括至少一个第三控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第三控制开关，第三控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管和耦合电感之间，第三控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第三控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；至少两个电感中的第一电感的输入端连接在第一开关电路和电压输出端之间；至少两个电感中的第二电感，连接在第一开关电路和至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关之间，或连接在至少一个第三控制开关中的两个第三控制开关之间。例如，请参见图9，耦合电感可以包括第一电感和第二电感，其中，第一电感的输入端和第二电感的输入端为同名端，第二电感的输入端用于连接第三控制开关，第三控制开关连接第二开关电路，第二开关电路可包括第二上功率管和第二下功率管，第二电感的输出端连接第一电感的输入端，实现了第一电感和第二电感的串联。
其中，耦合电感包括具有耦合关系的至少两个电感，例如耦合电感可以包括第一电感和至少一个第二电感。至少两个电感中任意相邻的两个电感串联，串联是指一个电感的输入端和另一个相邻的电感的输出端之间相互连接，第一电感的输入端连接在第一开关电路和电压输出端之间，当耦合电感中只有一个第二电感时，该第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，当耦合电感中有两个或者更多的第二电感时，一个第二电感连接在第二电感连接在第一开关电路和至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关之间，其它的第二电感连接在至少一个第三控制开关中的两个第三控制开关之间。以耦合电感中包括第一电感和第二电感为例，第一电感和第二电感的同名端分别连接第一开关电路和第三控制开关。
本申请实施例中开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
举例说明如下，如图10所示，BUCK电路可以包括：第一开关电路、第二开关电路、第一电感切换电路、耦合电感和电容。Vin表示电压输入端，Vout表示电压输出端，LX0_EN表示LX0支路的切换控制信号，LX1_EN表示LX1支路的切换控制信号。
第一开关电路包括上功率管(也可以称为功率管上管)P1_HS和下功率管(也可以称为功率管下管)P1_LS，第二开关电路包括上功率管PO_HS和下功率管PO_LS。第一电感切换电路具体为第三控制开关。第三控制开关分别连接上功率管PO_HS和耦合电感，耦合电感包括：电感L01和电感L02。
其中，LX0端口用于连接电压输入端，电压输入端由直流电源(PVDD)提供输入电压，LX1端口用于连接电压输入端。当第三控制开关闭合时，电感L01和电感L02串联，且电感L01的输入端连接LX0，电感L02的输入端连接LX1，电感L01的输入端和电感L02的输入端为同名端，电感L01的输出端连接电感L02的输入端。电感L02的输出端连接Vout，耦合电感中的电感L01和电感L02都从电压输入端接收电流，并向电压输出端输出电流。当第三控制开关断开时，耦合电感中只有电感L02从电压输入端接收电流，并向电压输出端输出电流。
本申请实施例中，第一电感切换电路包括：第三控制开关，第三控制开关处于电感L01和电压输入端之间，其中，第三控制开关断开时，电感L01和电压输入端之间的连接断开；第三控制开关闭合时，电感L01和电压输入端之间的连接导通。不限定的是，本申请实施例中，第一电感切换电路除了通过开关实现，还可以通过其它电子器件来实现导通控制功能，例如第一电感切换电路还可以通过功率管实现导通控制功能，详见前述实施例的说明。
如图11所示，BUCK电路可以包括：第一开关电路、两个第二开关电路、第一电感切换电路、耦合电感和电容。Vin表示电压输入端，Vout表示电压输出端，LX0_EN表示LX0支路的切换控制信号，LX1_EN表示LX1支路的切换控制信号。
第一开关电路包括上功率管P2_HS和下功率管P2_LS，两个第二开关电路包括上功率管PO_HS、下功率管PO_LS、上功率管P1_HS和下功率管P1_LS，耦合电感包括电感L01、电感L02和电感L03。第一电感切换电路具体包括第三控制开关1和第三控制开关2。第三控制开关1分别连接上功率管PO_HS和耦合电感，第三控制开关2分别连接上功率管P1_HS和耦合电感。
其中，LX0端口用于连接电压输入端，电压输入端由直流电源(PVDD)提供输入电压，LX2端口用于连接电压输入端。当第三控制开关1闭合、第三控制开关2闭合时，电感L01、电感L02和电感L03串联，耦合电感中的电感L01、电感L02和电感L03都从电压输入端接收电流，并向电压输出端输出电流。当第三控制开关1断开、第三控制开关2闭合时，电感L02和电感L03串联，耦合电感中的电感L02和电感L03都从电压输入端接收电流，并向电压输出端输出电流。当第三控制开关1断开、第三控制开关2断开时，电感L03连接电压输出端和P2_HS，耦合电感中只有L03从电压输入端接收电流，并向电压输出端输出电流。电感L01的输入端连接LX0，电感L02的输入端连接LX1，电感L03的输入端连接LX2。电感L03的输出端连接Vout。
图11与图10的区别在于，图11中有两个第二开关电路，图11中耦合电感包括三个电感，即图11所示的开关电源中可以采用三耦合电感串联电路。Vin2提供重载通道，等效电感最小，Vin1、Vin0分别提供中、轻载通道，等效电感依次增大；考虑到耦合电压影响，Vin1、Vin0分别增加第三控制开关，如图11中的虚线框所示。需要说明的是，图11中的第三控制开关仅为示意，具体实现方式可以参阅前述实施例中对电感切换电路的说明。在一个第三控制开关所在的支路工作时断开，支路不工作时关断该支路中的第三控制开关，已达到耦合电感中的一段电感浮空的目的。以此类推，BUCK电路还可以采用四耦合、五耦合电感的方式，进行相应功率级和电感设计优化，达成大负载范围效率和电感带载能力最优。
本申请实施例可以利用耦合电感，通过连接关系改变以及电路结构改进，实现全负载效率提升，即本申请实施例中通过单颗双相耦合电感的占板面积，实现两个或多个电感(多相并联)才能达成的全负载高转换效率，可以扩展应用于各种类型开关电源拓扑中。
如图12所示，开关控制电路包括：误差放大器、比较器和脉冲宽度调制器，图12中的误差放大器对应图7中的EA，图12中的比较器对应图12中的CMP，图12中的脉冲宽度调制器对应图7中的PWM。其中，误差放大器，与电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据反馈信号生成放大结果；比较器，与误差放大器连接，用于将放大结果与参考信号比较，以生成比较结果；脉冲宽度调制器，与比较器、第一开关电路和每个第二开关电路连接，用于根据比较结果向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号。
其中，误差放大器可以从电压输出端获取到反馈信号，误差放大器生成放大结果并向比较器输出，比较器可从误差放大器获取到反馈信号的放大结果，比较器还可以获取到预设的参考信号，比较器生成比较结果并向脉冲宽度调制器发送，脉冲宽度调制器可以从比较器接收到比较结果，然后脉冲宽度调制器根据接收到的比较结果生成开关控制信号，例如脉冲宽度调制器与第一开关电路和每个第二开关电路连接，脉冲宽度调制器根据比较结果向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号。本申请实施例中通过上述结构的开关控制电路，可以实现对电压输出端的输出电压的精确控制。
在本申请的一些实施例中，如图1所示的开关电源可实现基于BUCK电路的开关电源，不限定的是，本申请实施例提供的开关电源除了包括BUCK电路，还可以包括BOOST电路，即本申请实施例提供的开关电源可以是基于BUCK-BOOST电路的开关电源。具体的，如图13所示，开关电源还包括：第三开关电路、至少一个第四开关电路和第二电感切换电路，其中，第三开关电路，与电压输出端、开关控制电路和耦合电感连接，用于接收由开关控制电路输入的第三开关控制信号，并在第三开关控制信号的控制下将来自耦合电感的第三电流注入电压输出端；至少一个第四开关电路中的每个第四开关电路，与电压输出端、开关控制电路和耦合电感连接，用于接收由开关控制电路输入的第四开关控制信号，并在第四开关控制信号的控制下将来自耦合电感的第四电流注入电压输出端；第二电感切换电路，与每个第四开关电路连接，用于接收第二切换控制信号，并响应于第二切换控制信号保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开第四开关电路与耦合电感的信号传输；开关控制电路，与第三开关电路、每个第四开关电路和电压输出端连接，还用于根据反馈信号向第三开关电路输出第三开关控制信号和向每个第四开关电路输出第四开关控制信号；耦合电感，还与第三开关电路、每个第四开关电路和电压输出端连接，用于向电压输出端注入第三电流，或者向电压输出端注入第三电流和第四电流。
需要说明的是，上述图13中以开关电源中包括一个第四开关电路为例进行示例说明，不限定的是，本申请实施例中，开关电源中包括至少一个第四开关电路，例如开关电源中可以包括两个第四开关电路，或者包括三个第四开关电路，或者包括更多的第四开关电路。
在本申请实施例中，开关电源中可以包括不同的开关电路，例如开关电源包括第三开关电路和至少一个第四开关电路，其中，对于不同的开关电路而采用“第三”、“第四”进行区分。例如连接耦合电感和电压输出端的开关电路称为“第三开关电路”，连接第二电感切换电路、电压输出端和开关控制电路的开关电路称为“第四开关电路”。开关电路可以包括功率管，例如每个开关电路包括上功率管和下功率管，其中，上功率管和下功率管是根据功率管在电路中的不同位置而定义的。
在本申请实施例中，第三开关电路与电压输出端、开关控制电路和耦合电感连接，例如第三开关电路有多个端口，可以分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感。第三开关电路可以接收由开关控制电路输入的第三开关控制信号，并在第三开关控制信号的控制下将来自耦合电感的第三电流注入电压输出端。
至少一个第四开关电路在开关电源中的连接方式与第三开关电路不相同，例如每个第四开关电路与电压输出端、开关控制电路和耦合电感连接，第四开关电路接收由开关控制电路输入的第四开关控制信号，并在第四开关控制信号的控制下将来自耦合电感的第四电流注入电压输出端。
可以理解的是，第三开关控制信号区别于后续实施例中的第四开关控制信号，例如开关控制电路输入到第三开关电路中的开关控制信号称为“第三开关控制信号”，开关控制电路输入到第四开关电路中的开关控制信号称为“第四开关控制信号”。第三电流区别于后续实施例中的第四电流，例如耦合电感向第三开关电路输出的电流称为“第三电流”，耦合电感向第四开关电路输出的电流称为“第四电流”。
在本申请实施例中，开关电源中包括开关控制电路，开关控制电路分别连接第三开关电路、至少一个第四开关电路，该开关控制电路可以用于对电压输出端的电压精确控制，例如开关控制电路可以向第三开关电路和至少一个第四开关电路输入开关控制信号，以实现对电压输出端的电压精确控制。开关控制电路与第三开关电路、每个第四开关电路和电压输出端连接，开关控制电路可以从电压输出端收集到反馈信号，根据反馈信号向第三开关电路输出第三开关控制信号和向每个第四开关电路输出第四开关控制信号，该反馈信号用于指示电压输出端的输出电压。
在本申请实施例中，开关电源中可包括第二电感切换电路，该第二电感切换电路在开关电源中连接在第四开关电路和耦合电感之间，第二电感切换电路可以接收第一切换控制信号，并根据第一切换控制信号的不同内容，第二电感切换电路具有不同的功能，例如第二电感切换电路接收第二切换控制信号，并响应于第二切换控制信号保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。其中，第二电感切换电路可以是控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。又如第二电感切换电路可以包括功率管，根据第二切换控制信号的不同可以实现第四开关电路与耦合电感的隔离或者通路，从而达到控制每个第四开关电路是否与耦合电感进行信号传输的目的。具体的，第四开关电路与耦合电感的信号传输是指第四开关电路与耦合电感之间有电流信号或者控制信号的传输。
在本申请实施例中，耦合电感是指具有耦合关系的多个电感，多个电感中属于同名端的两个端口可以分别连接电压输入端和第四开关电路。耦合电感可以与第三开关电路、每个第四开关电路和电压输入端连接，通过前述对第二电感切换电路的说明可知，第二电感切换电路可以保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。当第二电感切换电路保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输时，耦合电感向电压输出端输出第三电流和第四电流，当第二电感切换电路断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输时，耦合电感可以向电压输出端输出第三电流。因此耦合电感可以有两种不同的电流输出方式，例如耦合电感可以向电压输出端注入第三电流，或者耦合电感可以向电压输出端注入第三电流和第四电流。
本申请实施例中，耦合电感在第二电感切换电路的控制下有两种信号传输的方式，一种是耦合电感只与第三开关电路的信号传输，另一种是耦合电感与第三开关电路、第四开关电路的信号传输。因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，如图14所示，第三开关电路包括：第三上功率管和第三下功率管；第三上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，第三下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端。
其中，第三开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极(gate、G极)、源极(source，S极)和漏极(drain，D极)。根据两个功率管在开关电路中不同的位置，分别称为第三上功率管和第三下功率管，第三上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，例如第三上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第三上功率管的漏极连接耦合电感，第三上功率管的源极连接电压输出端。第三下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第三下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第三下功率管的源极连接接地端，第三下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第三开关电路中的第三上功率管和第三下功率管，可以实现通过耦合电感向电压输出端注入第三电流。
在本申请的一些实施例中，如图15所示，每个第四开关电路包括：第四上功率管和第四下功率管；第四上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，第四下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端。
其中，第四开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第四上功率管和第四下功率管，第四上功率管分别连接电压输入端、开关控制电路和耦合电感，例如第四上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第四上功率管的漏极连接耦合电感，第四上功率管的源极连接电压输出端。第四下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第四下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第四下功率管的源极连接接地端，第四下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第四开关电路中的第四上功率管和第四下功率管，可以实现通过耦合电感向电压输出端注入第四电流。
举例说明如下，开关电源除了包括BUCK电路，还可以包括BOOST电路，图14所示的第三上功率管和图15所示的第四上功率管具体可以是BOOST电路中的上功率管，BOOST电路可以从上功率管向耦合电感充电，即通过第三上功率管和第四上功率管向耦合电感注入电流，实现耦合电感的充电功能。BOOST电路还可以由下功率管实现截断充电通路的功能，即通过第三下功率管和第四下功率管截断流向耦合电感的电流，实现防止电流流向耦合电感的功能。可以理解的是，BOOST电路中的下功率管和BUCK电路中的下功率管的作用是不相同的，在BUCK电路中可以由下功率管从耦合电感获取电流，而BOOST电路由下功率管实现截断充电通路的功能，BOOST电路的下功率管无法实现放电功能，BOOST电路的下功率管相比于BUCK电路的下功率管是更靠近电压输入端，BOOST电路的下功率管不能直接起到对耦合电感泄放电流的作用。
在本申请的一些实施例中，如图16所示，第二电感切换电路包括：至少一个第四控制开关；至少一个第四控制开关中的一个第四控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在电压输出端和至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四上功率管之间，用于根据第二切换控制信号保持第四上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四上功率管与耦合电感的信号传输。
其中，第二电感切换电路可以包括控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第四控制开关中的一个第四控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，即对于每个第四开关电路，都可以连接一个第四控制开关，第四控制开关连接在电压输出端和至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四上功率管之间，第四控制开关可根据第二切换控制信号保持第四上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四上功率管与耦合电感的信号传输。通过第四控制开关可以实现第四上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，如图16所示，第二电感切换电路包括：至少一个第五控制开关；至少一个第五控制开关中的一个第五控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四下功率管和接地端之间，用于根据第二切换控制信号保持第四下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四下功率管与耦合电感的信号传输。
其中，第二电感切换电路可以包括控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第五控制开关中的一个第五控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，即对于每个第四开关电路，都可以连接一个第五控制开关，第五控制开关连接在至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四下功率管和接地端之间，第五控制开关可根据第二切换控制信号保持第四下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四下功率管与耦合电感的信号传输。通过第五控制开关可以实现第四下功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，如图17所示，第一电感切换电路包括：至少一个第六控制开关，至少一个第六控制开关中的一个第六控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路和耦合电感之间，用于根据第二切换控制信号保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。
其中，第二电感切换电路可以包括控制开关，根据第二切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第二电感切换电路闭合时保持每个第四开关电路与耦合电感的信号传输，在第二电感切换电路断开时断开每个第四开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第六控制开关中的一个第六控制开关对应于至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，即对于每个第四开关电路，都可以连接一个第六控制开关，第六控制开关连接在至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的第四上功率管和耦合电感之间，第六控制开关可根据第二切换控制信号保持第四上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第四上功率管与耦合电感的信号传输。通过第六控制开关可以实现第四上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第二电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
如图18所示，BUCK-BOOST电路可以包括：第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路、第四开关电路、第一电感切换电路、第二电感切换电路、耦合电感和电容。Vin表示电压输入端，Vout表示电压输出端。第一开关电路包括上功率管P0_HS1和下功率管P0_LS1，第二开关电路包括上功率管PO_HS2、下功率管PO_LS2，第三电感包括上功率管P0_HS4和下功率管P0_LS4，第四电感包括上功率管P0_HS3和下功率管P0_LS3，耦合电感包括电感L01、电感L02和电感L03，电感L01的输入端、电感L02的输入端和电感L03的输入端为同名端，电感L01的输出端连接电感L02的输入端，以实现电感L01和电感L02的串联，电感L02的输出端连接电感L03的输入端，以实现电感L02和电感L03的串联。第一电感切换电路具体包括第三控制开关，第二电感切换电路具体包括第六控制开关。第三控制开关分别连接上功率管PO_HS2和耦合电感，第六控制开关分别连接上功率管P0_HS3和耦合电感。
如图18所示的应用于BUCK-BOOST电路，图18区别于前述图10所示的BUCK电路，区别在于图10所示的BUCK电路中增加了BOOST电路，图18构成包括三耦合电感的BUCK-BOOST电路。本申请实施例中，针对串联的三个电感之间存在耦合关系，该BUCK-BOOST电路可以包括：上功率管(也可以称为功率管上管)PO_HS1、下功率管(也可以称为功率管下管)PO_LS1、上功率管P0_HS2、下功率管P0_LS2、上功率管P0_HS3、下功率管P0_LS3、上功率管P0_HS4、下功率管P0_LS4、电感L01、电感L02、电感L03和电容。其中，上功率管PO_HS0和P0_HS1连接电压输入端Vin，上功率管PO_HS3和P0_HS4连接电压输出端Vout，电感L01、电感L02和电感L03串联，且L01连接第三控制开关，L03连接第六控制开关。主功率电感为L02，L01为工作于BUCK模式时辅助轻载通道电感，L03为工作于BOOST模式时辅助轻载通道电感。第三控制开关和第六控制开关可以形成通道隔离的效果，具体如图18所示的虚线圆圈，重载仅用L02通道，BUCK轻载和BOOST轻载分别用L01+L02通道、L02+L03通道。
通过前述实施例的举例说明可知，本申请实施例中通过多个电感的串联使用，得到大小电感的效果，该方案可以推广应用到所有使用电感的开关电源及其它功能电路的产品，只要用到电感结构以及电路方案，都可以基于本申请实施例提供的开关电源来实现。本申请实施例相对单相开关电源输出能做到大负载范围高转换效率。另外，还可以将耦合电感用于轻载效率提升，取得大小电感的效果，电感体积缩减，有益于板级供电小型化。
前述图1至图12为基于BUCK电路的开关电源结构，接下来介绍基于BOOST电路的开关电源结构，例如在基于BUCK电路的开关电源结构中，具有多个电压输入端和一个电压输出端，且耦合电感连接的是电压输出端，每个开关电路连接电压输入端。而在基于BOOST电路的开关电源结构中，具有一个电压输入端和多个电压输出端，且耦合电感连接的是电压输入端，每个开关电路连接电压输出端。接下来对基于BOOST电路的开关电源的详细结构进行说明，对于基于BOOST电路的开关电源中各个组成器件的功能与基于BUCK电路的开关电源中各个组成器件的功能相类似，接下来所介绍的基于BOOST电路的开关电源与前述图13至图18中由第三开关电路、至少一个第四开关电路、第二电感切换电路组成的BOOST电路的功能相类似。对于相同之处不再详细说明，接下来仅对BOOST电路区别于BUCK电路的部分进行说明。
请参阅图19所示，本申请实施例提供一种开关电源，开关电源包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端；其中，第一开关电路，与电压输出端、开关控制电路和耦合电感连接，用于接收由开关控制电路输入的第一开关控制信号，并在第一开关控制信号的控制下将来自将耦合电感的第一电流注入电压输出端；至少一个第二开关电路中的每个第二开关电路，与电压输出端、开关控制电路和耦合电感连接，用于接收由开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在第二开关控制信号的控制下将来自将耦合电感的第二电流注入电压输出端；第一电感切换电路，与每个第二开关电路连接，用于接收第一切换控制信号，并响应于第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输；开关控制电路，与第一开关电路、每个第二开关电路和电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据反馈信号向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号，反馈信号用于指示电压输出端的输出电压；耦合电感，与第一开关电路、每个第二开关电路和电压输入端连接，用于向电压输出端注入第一电流，或者向电压输出端注入第一电流和第二电流。
其中，图19中所示的第一开关电路与图13所示的第三开关电路的功能相类似，详见图13中所示的第三开关电路的说明。图19中所示的第二开关电路与图13所示的第四开关电路的功能相类似，详见图13中所示的第四开关电路的说明。图19中所示的第一电感切换电路与图13所示的第二电感切换电路的功能相类似，详见图13中所示的第二电感切换电路的说明。
本申请实施例中，耦合电感在第一电感切换电路的控制下有两种信号传输的方式，一种是耦合电感只与第一开关电路的信号传输，另一种是耦合电感与第一开关电路、第二开关电路的信号传输。因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，如图20所示，第一开关电路包括：第一上功率管和第一下功率管；第一上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，第一下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端。
其中，第一开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第一上功率管和第一下功率管，第一上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，例如第一上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一上功率管的漏极连接耦合电感，第一上功率管的源极连接电压输出端。第一下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第一下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第一下功率管的源极连接接地端，第一下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第一开关电路中的第一上功率管和第一下功率管，可以实现耦合电感向电压输出端注入第一电流。
图20中所示的第一开关电路与图14所示的第三开关电路的功能相类似，详见图14中所示的第三开关电路的说明。
在本申请的一些实施例中，如图21所示，每个第二开关电路包括：第二上功率管和第二下功率管；第二上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，第二下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端。
其中，第二开关电路中可以包括两个功率管，每个功率管都可以包括：栅极、源极和漏极。根据两个功率管在电路中不同的位置，分别称为第二上功率管和第二下功率管，第二上功率管分别连接电压输出端、开关控制电路和耦合电感，例如第二上功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二上功率管的漏极连接耦合电感，第二上功率管的源极连接电压输出端。第二下功率管分别连接耦合电感、开关控制电路和接地端，例如第二下功率管的栅极可以连接开关控制电路，第二下功率管的源极连接接地端，第二下功率管的漏极连接耦合电感。通过上述第二开关电路中的第二上功率管和第二下功率管，可以实现通过耦合电感向电压输出端注入第二电流。
图21中所示的第二开关电路与图15所示的第四开关电路的功能相类似，详见图15中所示的第四开关电路的说明。
举例说明如下，开关电源可以包括BOOST电路，图20所示的第一上功率管和图21所示的第二上功率管具体可以是BOOST电路中的上功率管，BOOST电路可以从上功率管向耦合电感充电，即通过第一上功率管和第二上功率管向耦合电感注入电流，实现耦合电感的充电功能。BOOST电路还可以由下功率管实现截断充电通路的功能，即通过第一下功率管和第二下功率管截断流向耦合电感的电流，实现防止电流流向耦合电感的功能。可以理解的是，BOOST电路中的下功率管和BUCK电路中的下功率管的作用是不相同的，在BUCK电路中可以由下功率管从耦合电感获取电流，而BOOST电路由下功率管实现截断充电通路的功能，BOOST电路的下功率管无法实现放电功能，BOOST电路的下功率管相比于BUCK电路的下功率管是更靠近电压输入端，BOOST电路的下功率管不能直接起到对耦合电感泄放电流的作用。
在本申请的一些实施例中，如图22所示，第一电感切换电路包括：至少一个第一控制开关；至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在电压输出端和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管之间，用于根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。
其中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第一控制开关，第一控制开关连接在电压输出端和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管之间，第一控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第一控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，如图22所示，第一电感切换电路包括：至少一个第二控制开关；至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二下功率管和接地端之间，用于根据第二切换控制信号保持第二下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二下功率管与耦合电感的信号传输。
其中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第二控制开关，第二控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二下功率管和接地端之间，第二控制开关可根据第一切换控制信号保持第二下功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二下功率管与耦合电感的信号传输。通过第二控制开关可以实现第二下功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；至少两个电感中的第一电感的输入端连接在电压输入端和第一开关电路之间；至少两个电感中第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。示例性地，图22中耦合电感包括两个电感，分别为第一电感和第二电感，其中，第一电感的输入端和第二电感的输入端为同名端，第一电感的输出端连接第二电感的输入端，实现了第一电感和第二电感的串联，第二电感的输入端用于连接第一开关电路，第二电感的输出端连接第二开关电路，第二开关电路可包括第二上功率管和第二下功率管。本申请实施例中开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
在本申请的一些实施例中，如图23所示，第一电感切换电路包括：至少一个第三控制开关，至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路和耦合电感之间，用于根据第一切换控制信号保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，或者断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。
其中，第一电感切换电路可以包括控制开关，根据第一切换控制信号的不同进行断开或者闭合，在第一电感切换电路闭合时保持每个第二开关电路与耦合电感的信号传输，在第一电感切换电路断开时断开每个第二开关电路与耦合电感的信号传输。至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，即对于每个第二开关电路，都可以连接一个第三控制开关，第三控制开关连接在至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的第二上功率管和耦合电感之间，第三控制开关可根据第一切换控制信号保持第二上功率管与耦合电感的信号传输，或者断开第二上功率管与耦合电感的信号传输。通过第三控制开关可以实现第二上功率管是否与耦合电感进行信号传输，因此根据第一电感切换电路的不同控制方式，耦合电感可根据连接的不同开关电路形成不同的电感参数，耦合电感向电压输出端注入的电流也不同，因此可以根据不同的负载需求分别进行不同电感性能的配置，从而可以实现不同的负载需求，例如可以实现大负载范围内的高转换效率。
在本申请的一些实施例中，耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；至少两个电感中的第一电感连接在电压输入端和第一开关电路之间；至少两个电感中的第二电感连接在第一开关电路和至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。示例性地，图23所示，耦合电感包括2个电感，分别为第一电感和第二电感，其中，第一电感的输入端和第二电感的输入端为同名端，第一电感的输出端连接第二电感的输入端，实现了第一电感和第二电感的串联，第二电感的输入端用于连接第一开关电路，第二电感的输出端连接第三控制开关，第三控制开关连接第二开关电路，第二开关电路可包括第二上功率管和第二下功率管。本申请实施例中开关电源中通过串联在一起的多个电感，可以实现大负载范围内的高转换效率。本申请实施例使用具有耦合关系的至少两个电感实现开关电源大负载范围的高转换效率，具有耦合关系的至少两个电感的占板面积远小于两个或多个电感(多相并联)的占板面积，可以应用于各种类型开关电源拓扑中，实现了开关电源的小型化设计。
举例说明如下，如图24所示，为基于BOOST电路的开关电源架构。电压输入端为Vin，电压输入端由直流电源(PVDD)提供输入电压，LX0支路用于连接一电压输出端，LX1支路用于连接电压输出端。耦合电感包括电感L01和电感L02，电压输出端为Vout，电感L01和电感L02串联，且电感L01的输出端连接LX1，电感L02的输出端连接LX0。电感L01的输入端连接Vin。需要说明的是，图24为本申请实施例提供的开关电源应用于BOOST电路的组成结构，根据BUCK和BOOST对称性原理，在前述图10中介绍了BUCK电路，在图10中的电路反向即是图24中所示的BOOST电路架构，本申请实施例中，针对串联的两个电感之间存在耦合关系，也同样适用于BOOST电路的架构。接下来对耦合电感与BOOST电路中其它器件的连接关系进行说明。该BOOST电路可以包括：上功率管(也可以称为功率管上管)PO_HS、下功率管(也可以称为功率管下管)PO_LS、上功率管P1_HS、下功率管P1_LS、电感L01、电感L02和电容。
其中，第一电感切换电路的导通控制功能具有多种实现方式，例如第一电感切换电路可以是第三控制开关，该第三控制开关处于电感L01和电压输出端之间。第三控制开关具有断开和闭合两种状态，第三控制开关断开时，电感L01和电压输出端之间的连接断开；第三控制开关闭合时，电感L01和电压输出端之间的连接导通。因此通过第三控制开关的断开和闭合可以实现第一电感切换电路的导通控制功能。不限定的是，本申请实施例中，第一电感切换电路除了通过控制开关实现，还可以通过其它电子器件来实现导通控制功能，例如第一电感切换电路还可以通过功率管实现导通控制功能，详见前述实施例中针对电感切换电路的说明。
在本申请的一些实施例中，如图25所示，开关控制电路包括：误差放大器，与电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据反馈信号生成放大结果；比较器，与误差放大器连接，用于将放大结果与参考信号比较，以生成比较结果；脉冲宽度调制器，与比较器、第一开关电路和每个第二开关电路连接，用于根据比较结果向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号。
其中，误差放大器可以从电压输出端获取到反馈信号，误差放大器生成放大结果并向比较器输出，比较器可从误差放大器获取到反馈信号的放大结果，比较器还可以获取到预设的参考信号，比较器生成比较结果并向脉冲宽度调制器发送，脉冲宽度调制器可以从比较器接收到比较结果，然后脉冲宽度调制器根据接收到的比较结果生成开关控制信号，例如脉冲宽度调制器与第一开关电路和每个第二开关电路连接，脉冲宽度调制器根据比较结果向第一开关电路输出第一开关控制信号和向每个第二开关电路输出第二开关控制信号。本申请实施例中通过上述结构的开关控制电路，可以实现对电压输出端的输出电压的精确控制。
需要说明的是，对于前述的各装置实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的单元组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的单元的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他单元或者模块来实现。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的模块并不一定是本申请所必须的。
另外需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本申请提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有连接。

Claims (24)

1.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端；其中，
所述第一开关电路，与所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，所述第一开关电路用于接收由所述电压输入端输入的电源电压和由所述开关控制电路输入的第一开关控制信号，并在所述第一开关控制信号的控制下对所述耦合电感注入第一电流；
所述至少一个第二开关电路中的每个第二开关电路，与所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，所述至少一个第二开关电路用于接收所述电源电压和由所述开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在所述第二开关控制信号的控制下对所述耦合电感注入第二电流；
所述第一电感切换电路，与所述每个第二开关电路连接，所述第一电感切换电路用于接收第一切换控制信号，并响应于所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输；
所述开关控制电路，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输出端连接，所述开关控制电路用于收集反馈信号，根据所述反馈信号向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号；
所述耦合电感，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输出端连接，所述耦合电感用于向所述电压输出端注入所述第一电流，或者向所述电压输出端注入所述第一电流和所述第二电流。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一上功率管和第一下功率管；
所述第一上功率管分别连接所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第一下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。
3.根据权利要求1或2所述的开关电源，其特征在于，所述每个第二开关电路包括：第二上功率管和第二下功率管；
所述第二上功率管分别连接所述电压输入端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第二下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。
4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述第一电感切换电路包括：至少一个第一控制开关；所述至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述电压输入端和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二上功率管之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输。
5.根据权利要求3或4所述的开关电源，其特征在于，所述第一电感切换电路包括：至少一个第二控制开关；所述至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二下功率管和所述接地端之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输。
6.根据权利要求4或5所述的开关电源，其特征在于，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；
所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；
所述至少两个电感中的第一电感连接在所述第一开关电路和所述电压输出端之间；
所述至少两个电感中的第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在所述至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述第一电感切换电路包括：至少一个第三控制开关，所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路和所述耦合电感之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输。
8.根据权利要求7所述的开关电源，其特征在于，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；
所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；
所述至少两个电感中的第一电感连接在所述第一开关电路和所述电压输出端之间；
所述至少两个电感中的第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关之间，或连接在所述至少一个第三控制开关中的两个第三控制开关之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述开关控制电路包括：
误差放大器，与所述电压输出端连接，用于收集所述反馈信号，根据所述反馈信号生成放大结果；
比较器，与所述误差放大器连接，用于将所述放大结果与参考信号比较，以生成比较结果；
脉冲宽度调制器，与所述比较器、所述第一开关电路和所述每个第二开关电路连接，用于根据所述比较结果向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括：第三开关电路、至少一个第四开关电路和第二电感切换电路，其中，
所述第三开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第三开关控制信号，并在所述第三开关控制信号的控制下将来自所述耦合电感的第三电流注入所述电压输出端；
所述至少一个第四开关电路中的每个第四开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第四开关控制信号，并在所述第四开关控制信号的控制下将来自所述耦合电感的第四电流注入所述电压输出端；
所述第二电感切换电路，与所述每个第四开关电路连接，用于接收第二切换控制信号，并响应于所述第二切换控制信号保持所述每个第四开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第四开关电路与所述耦合电感的信号传输；
所述开关控制电路，与所述第三开关电路、所述每个第四开关电路和所述电压输出端连接，还用于根据所述反馈信号向所述第三开关电路输出所述第三开关控制信号和向所述每个第四开关电路输出所述第四开关控制信号；
所述耦合电感，还与所述第三开关电路、所述每个第四开关电路和所述电压输出端连接，用于向所述电压输出端注入所述第三电流，或者向所述电压输出端注入所述第三电流和所述第四电流。
11.根据权利要求10所述的开关电源，其特征在于，所述第三开关电路包括：第三上功率管和第三下功率管；
所述第三上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第三下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。
12.根据权利要求10或11所述的开关电源，其特征在于，所述每个第四开关电路包括：第四上功率管和第四下功率管；
所述第四上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第四下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。
13.根据权利要求12所述的开关电源，其特征在于，所述第二电感切换电路包括：至少一个第四控制开关；所述至少一个第四控制开关中的一个第四控制开关对应于所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在所述电压输出端和所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的所述第四上功率管之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述第四上功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第四上功率管与所述耦合电感的信号传输。
14.根据权利要求12或13所述的开关电源，其特征在于，所述第二电感切换电路包括：至少一个第五控制开关；所述至少一个第五控制开关中的一个第五控制开关对应于所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路的所述第四下功率管和所述接地端之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述第四下功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第四下功率管与所述耦合电感的信号传输。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述第二电感切换电路包括：至少一个第六控制开关，所述至少一个第六控制开关中的一个第六控制开关对应于所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路，连接在所述至少一个第四开关电路中的一个第四开关电路和所述耦合电感之间，用于根据所述第二切换控制信号保持所述每个第四开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第四开关电路与所述耦合电感的信号传输。
16.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：第一开关电路、至少一个第二开关电路、开关控制电路、第一电感切换电路、耦合电感、电压输入端和电压输出端；其中，
所述第一开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第一开关控制信号，并在所述第一开关控制信号的控制下将来自将所述耦合电感的第一电流注入所述电压输出端；
所述至少一个第二开关电路中的每个第二开关电路，与所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感连接，用于接收由所述开关控制电路输入的第二开关控制信号，并在所述第二开关控制信号的控制下将来自将所述耦合电感的第二电流注入所述电压输出端；
所述第一电感切换电路，与所述每个第二开关电路连接，用于接收第一切换控制信号，并响应于所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输；
所述开关控制电路，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输出端连接，用于收集反馈信号，根据所述反馈信号向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号；
所述耦合电感，与所述第一开关电路、所述每个第二开关电路和所述电压输入端连接，用于向所述电压输出端注入所述第一电流，或者向所述电压输出端注入所述第一电流和所述第二电流。
17.根据权利要求16所述的开关电源，其特征在于，所述第一开关电路包括：第一上功率管和第一下功率管；
所述第一上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第一下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。
18.根据权利要求16或17所述的开关电源，其特征在于，所述每个第二开关电路包括：第二上功率管和第二下功率管；
所述第二上功率管分别连接所述电压输出端、所述开关控制电路和所述耦合电感，所述第二下功率管分别连接所述耦合电感、所述开关控制电路和接地端。
19.根据权利要求18所述的开关电源，其特征在于，所述第一电感切换电路包括：至少一个第一控制开关；所述至少一个第一控制开关中的一个第一控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述电压输出端和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二上功率管之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二上功率管与所述耦合电感的信号传输。
20.根据权利要求18或19所述的开关电源，其特征在于，所述第一电感切换电路包括：至少一个第二控制开关；所述至少一个第二控制开关中的一个第二控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路的所述第二下功率管和所述接地端之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述第二下功率管与所述耦合电感的信号传输。
21.根据权利要求19或20所述的开关电源，其特征在于，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；
所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；
所述至少两个电感中的第一电感连接在所述电压输入端和所述第一开关电路之间；
所述至少两个电感中第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路之间，或连接在所述至少一个第二开关电路中的两个第二开关电路之间。
22.根据权利要求16至18中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述第一电感切换电路包括：至少一个第三控制开关，所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关对应于所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路，连接在所述至少一个第二开关电路中的一个第二开关电路和所述耦合电感之间，用于根据所述第一切换控制信号保持所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输，或者断开所述每个第二开关电路与所述耦合电感的信号传输。
23.根据权利要求22所述的开关电源，其特征在于，所述耦合电感包括：具有耦合关系的至少两个电感；
所述至少两个电感中任意相邻的两个电感串联；
所述至少两个电感中的第一电感连接在所述电压输入端和所述第一开关电路之间；
所述至少两个电感中的第二电感，连接在所述第一开关电路和所述至少一个第三控制开关中的一个第三控制开关之间，或连接在所述至少一个第三控制开关中的两个第三控制开关之间。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述开关控制电路包括：
误差放大器，与所述电压输出端连接，用于收集所述反馈信号，根据所述反馈信号生成放大结果；
比较器，与所述误差放大器连接，用于将所述放大结果与参考信号比较，以生成比较结果；
脉冲宽度调制器，与所述比较器、所述第一开关电路和所述每个第二开关电路连接，用于根据所述比较结果向所述第一开关电路输出所述第一开关控制信号和向所述每个第二开关电路输出所述第二开关控制信号。
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