CN208424205U - 一种基于Boost正负输出的DC-DC电源结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电源供电技术领域,为一种基于Boost正负输出的DC‐DC电源结构,包括Boost变换结构,所述Boost变换结构包括输入直流电源Vin、电感L1、二极管D1、开关管Q1和蓄能滤波电容C2;在电感L1和二极管D1之间的开关节点插入相串联的电容C1和二极管D2,并在电容C1和二极管D2的串联节点接入相串联的二极管D3、电感L2以及蓄能滤波电容C3,从蓄能滤波电容C3的两端引出负电压的两个输出端;其中二极管D3阴极与电容C1连接,二极管D2阳极与电容C1连接,电容C1、电感L2和蓄能滤波电容C3组成LC滤波电路。本实用新型不需要额外增加开关管或者开关控制芯片,电路结构简单,成本低,具有比较强的电流输出能力,而且电流脉动还比较小,正负电压几乎对称。
Description
技术领域
本实用新型涉及电源供电技术领域,具体为一种基于Boost正负输出的DC-DC电源结构。
背景技术
在绝大部分的电子电路当中一般都是使用单电源供电,而且为了能更好的发挥放大电路的精准度,一般都需要用到正负升压电源供电系统,目前的解决方案一般都是采用Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic等电路变换结构。其中Boost是正升压变换结构,Sepic是正升降压结构,Cuk、Buck-Boost是负升压结构,而且这些变换结构至少要用到一个或者以上的开关管(或开关控制芯片)、电感L、二极管D和电容C。如果是正负电源的话就需要多用一个开关管(或开关控制芯片),或者增加多一个以上数量的电感L才可能实现变换要求,这样大大增加了变换电路的体积和成本。
发明内容
为了解决现有技术所存在的问题,本实用新型提出一种基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,不需要额外增加开关管或者开关控制芯片,电路结构简单,成本低,具有比较强的电流输出能力,而且电流脉动还比较小,正负电压几乎对称。
本实用新型采用如下技术方案来实现:一种基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,包括Boost变换结构,所述Boost变换结构包括输入直流电源Vin、电感L1、二极管D1、开关管Q1和蓄能滤波电容C2,直流电源Vin的正极经电感L1与开关管Q1的集电极连接,直流电源Vin的负极与开关管Q1的发射极连接,二极管D1串联在开关管Q1的集电极与正输出端之间,蓄能滤波电容C2并联在输出负载RL1两端;在电感L1和二极管D1之间的开关节点插入相串联的电容C1和二极管D2,并在电容C1和二极管D2的串联节点接入相串联的二极管D3、电感L2以及蓄能滤波电容C3,从蓄能滤波电容C3的两端引出负电压的两个输出端;其中二极管D3阴极与电容C1连接,二极管D2阳极与电容C1连接,电容C1、电感L2和蓄能滤波电容C3组成LC滤波电路。
优选地,在所述LC滤波电路中串联阻尼电阻R1。阻尼电阻R1的取值满足:
优选地,所述电感L2的取值小于电感L1的取值。电感L2的取值范围如下:
其中Vn为负电压输出端上负载的电压降,VC3(MAX)-VC3=Vn。
与现有技术相比,本实用新型所提出的基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,具有如下优点和有益效果:电路结构简单,在原有Boost升压电路基础上仅仅增加了一个小电感L2、一个电阻R1、两个二极管D2、D3和两个电容C1、C3就完成了负电源的升压过程;不仅有比较强的电流输出能力,而且电流脉动还比较小,正负电压几乎对称;最重要的是还节省了一个开关管(开关控制芯片),而且增加的电感L数值相对来说比较小,所以不仅仅节约了成本,还节省了不少宝贵的空间。
附图说明
图1是本实用新型的变换电路结构图;
图2是开关管导通(Ton)和关闭(Toff)的时间关系图;
图3是本实用新型在开关管导通期间的负升压等效电路图;
图4是本实用新型在开关管关闭期间的负升压等效电路图。
具体实施方式
本实用新型的变换电路结构如图1所示,典型的Boost变换结构包括输入直流电源Vin、电感L1、二极管D1、开关管Q1和蓄能滤波电容C2,直流电源Vin的正极经电感L1与开关管Q1的集电极连接,直流电源Vin的负极与开关管Q1的发射极连接,开关管Q1的基极输入方波信号,二极管D1串联在开关管Q1的集电极与正输出端之间,蓄能滤波电容C2并联在输出负载RL1两端。本实用新型在典型的Boost变换结构的电感L1和二极管D1之间的开关节点插入相串联的电容C1和二极管D2,并在电容C1和二极管D2的串联节点再接入相串联的二极管D3、电阻R1、电感L2以及蓄能滤波电容C3(也叫输出滤波电容),并从蓄能滤波电容C3的两端引出负电压的两个输出端,从而形成负升压的结构。
概括来说,本实用新型电路的负升压结构,在稳态的时候,主要是在开关管导通的时候把电容C1的能量传输到负输出进行负升压的;从结构上来说电容C1和正输出滤波电容C2的电压相等,都是来源于开关管关闭后电感L1的能量转化。本实用新型详细的工作过程如下:
图2示意了开关管导通(Ton)和关闭(Toff)的时间关系。开关管Q1导通(Ton)期间(见图2的t0-t1阶段),二极管D1和电感L1之间的节点电位等于输入直流电源的负极电位,二极管D1的正极电位(即阳极电位)是输入直流电源的负极,二极管D1的负极电位(即阴极电位)是输出电压+Vo,二极管D1反偏;输入电压Vin全部加在电感L1上,电流从输入直流电源Vin的正极通过电感L1回到输入直流电源负极,并且电流慢慢增大。在开关管Q1导通期间,电容C1正极的电位和输入直流电源的负极一致:当输出电压|-Vo|=Vc3=Vc1-VD3时,其中VD3是二极管D3的导通压降,电容C1的电荷不会通过输入直流电源负极、输出滤波电容C3、负载RL2、电感L2、电阻R1和二极管D3所形成的电流回路,电感L2电流为0,负电压输出处于空载状态,负输出电压VC3(MAX)=VC2-0.6达到最大值。当输出电压|-Vo|=Vc3,Vc3<Vc1-VD3时,电容C1的电荷通过输入直流电源负极、输出滤波电容C3、负载RL2、电感L2、电阻R1及二极管D3所形成的电流回路,如图3所示。
在开关管关闭(Toff)期间(见图2的t1-t2阶段),电感L1的电流从输入直流电源的正极沿着二极管D1、输出滤波电容C2及输出负载RL1流回到输入直流电源的负极,电容C1和电容C2的两端电压相等VC1=VC2。如果在t0-t1阶段(开关管Q1导通时),输出电压|-Vo|=Vc3,Vc3<Vc1-VD3,电容C1的电荷通过输入直流电源负极、输出滤波电容C3、负载RL2、电感L2、电阻R1及二极管D3所形成的电流回路,那么在t1-t2阶段(开关管Q1关闭时)电感L2的电流通过阻尼电阻R1、二极管D3、二极管D2、输入直流电源负极、输出电容C3和负载RL2进行续流,如图4所示。如果在t0-t1阶段(开关管Q1导通时),输出电压|-Vo|=Vc3=Vc1-VD3,电容C1的电荷不会通过输入直流电源负极、输出电容C3、负载RL2、电感L2、电阻R1和二极管D3所形成的电流回路,电感L2电流为0,那么在t1-t2阶段(开关管Q1关闭时)电感L2的电流也为0。
二极管D3在本实用新型中所起的作用:开关管Q1关闭期间,电感L1的电流从输入直流电源的正极沿着电容C1、二极管D2流回到输入直流电源的负极,电容C1和电容C2的两端电压相等VC1=VC2,二极管D2的正极(即阳极)比输入电源负极的电位高0.6V;而且在开关管Q1导通时,如果电感L2电流为0,而且二极管D3的负极(即阴极)和二极管D2的正极相连,电位是0.6V,二极管D3正极(即阳极)的电位是-Vo,那么二极管D3反偏,二极管D3阻止了二极管D2的正极电位0.6V向电位更低的-Vo产生电流,二极管D3起到整流的作用。
电阻R1在本实用新型中所起的作用:由于负电压输出结构是不带闭环控制的,所以为了防止电容C1、电感L2、电容C3所组成的LC滤波电路结构产生振荡,而接入阻尼电阻R1。R1的计算公式如下:
电感L2的电感量和体积估算如下:在开关管Q1导通期间,如果输出电压|-Vo|=Vc3,Vc3<Vc1-VD3,电容C1的电荷通过输入直流电源负极、输出滤波电容C3、负载RL2、电感L2、电阻R1及二极管D3所形成的电流回路。在接上负载后,负输出的电压会比空载的时候低一些,这也是传输能量的必要条件。假设负电压输出端接上负载后,电压下降为Vn,即:VC3(MAX)-VC3=Vn;电感L2的取值范围如下:
由于电感L2比电感L1小得多,所以在同等电流情况下,电感L2的体积会比较小,节省空间。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,包括Boost变换结构,所述Boost变换结构包括输入直流电源Vin、电感L1、二极管D1、开关管Q1和蓄能滤波电容C2,直流电源Vin的正极经电感L1与开关管Q1的集电极连接,直流电源Vin的负极与开关管Q1的发射极连接,二极管D1串联在开关管Q1的集电极与正输出端之间,蓄能滤波电容C2并联在输出负载RL1两端,其特征在于,在电感L1和二极管D1之间的开关节点插入相串联的电容C1和二极管D2,并在电容C1和二极管D2的串联节点接入相串联的二极管D3、电感L2以及蓄能滤波电容C3,从蓄能滤波电容C3的两端引出负电压的两个输出端;其中二极管D3阴极与电容C1连接,二极管D2阳极与电容C1连接,电容C1、电感L2和蓄能滤波电容C3组成LC滤波电路。
2.根据权利要求1所述的基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,其特征在于,在所述LC滤波电路中串联阻尼电阻R1。
3.根据权利要求2所述的基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,其特征在于,所述阻尼电阻R1的取值满足:
4.根据权利要求1所述的基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,其特征在于,所述电感L2的取值小于电感L1的取值。
5.根据权利要求4所述的基于Boost正负输出的DC-DC电源结构,其特征在于,所述电感L2的取值范围如下:
其中Vn为负电压输出端上负载的电压降,VC3(MAX)-VC3=Vn。
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CN201820930379.XU CN208424205U (zh) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | 一种基于Boost正负输出的DC-DC电源结构 |
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