本发明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。
技术实现要素：
为了解决现有技术所存在的问题，本发明提出一种基于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。
本发明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，本发明所提出的基于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是本发明的变换电路结构图；
图2是开关管导通(ton)和关闭(toff)的时间关系图；
图3是本发明在开关管导通期间的负升压等效电路图；
图4是本发明在开关管关闭期间的负升压等效电路图。
具体实施方式
本发明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。本发明在典型的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，本发明电路的负升压结构，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。本发明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在本发明中所起的作用：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在本发明中所起的作用：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。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明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发明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，都包含在本发明的保护范围之内。