[发明专利]一种正负电压变换的直流电源及其控制方法

权利要求书

1.一种正负电压变换的直流电源，其特征在于，包括依次连接的输入去耦单元、输入旁路单元、PWM斩波单元和输出滤波单元；

输入去耦单元用于电容的解耦；

输入旁路单元用于为PWM斩波单元提供斩波所需的突变电流，且与输入去耦单元共同作用使得输入电流变换为直流；

PWM斩波单元用于生成PWM开关斩波信号；PWM斩波单元包括两个切换导通的支路，其中第一支路与输入去耦单元串联连接，第二支路与输入旁路单元并联连接；

在第一支路导通，第二支路断开瞬间：

输出滤波单元中的第二电感上的电流为最小值，并且从第二支路切换至第一支路；流经输入去耦单元中的第一电感的输入电流大小不变，但从流入输入旁路单元中的第一电容切换至流入第一支路；第一电感和第二电感中电流的差额部分由输入旁路单元中第一电容补齐，流出电容；输出滤波单元中的第二电容上的电流不变，流出电容；输出电流不变；

输出滤波单元用于对输出电压进行滤波，得到稳定的直流电压。

2.如权利要求1所述的正负电压变换的直流电源，其特征在于，所述输入去耦单元由第一电感构成，所述第一电感的输入端连接直流输入电源，输出端连接输入旁路单元和PWM斩波单元的连接点。

3.如权利要求1所述的正负电压变换的直流电源，其特征在于，所述输入旁路单元由第一电容构成，第一电容的一端与输入去耦单元的输出端相连，另一端连接输出电源的负极。

4.如权利要求1所述的正负电压变换的直流电源，其特征在于，所述PWM斩波单元包括功率开关管、续流二极管和控制器，所述功率开关管与控制器相连，功率开关管串接在第一支路上，续流二极管串接在第二支路上，功率开关管与续流二极管切换导通。

5.如权利要求1所述的正负电压变换的直流电源，其特征在于，所述PWM斩波单元包括第一功率开关管、第二功率开关管、第一控制器和第二控制器，所述第一功率开关管和第二功率开关管分别对应串接在第一支路和第二支路上，第一功率开关管和第二功率开关管分别与第一控制器和第二控制器相连；第一功率开关管和第二功率开关管切换导通。

6.如权利要求1所述的正负电压变换的直流电源，其特征在于，所述输出滤波单元为LC电路，由串联连接的第二电感和第二电容构成，第二电容的两端并联连接负载。

7.如权利要求1所述的正负电压变换的直流电源，其特征在于，所述输出滤波单元为LRC电路，由串联连接第二电感、第二电容和等效电阻构成，串联连接的第二电容和等效电阻的两端并联连接负载。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的正负电压变换的直流电源的控制方法，其特征在于，包括：

PWM斩波单元生成PWM开关斩波信号，以控制第一支路和第二支路切换导通；

利用输出滤波单元与前级电路配合，将断续的斩波电压变换成稳定的直流电压。

9.如权利要求8所述的正负电压变换的直流电源的控制方法，其特征在于，在第一支路导通，第二支路保持断开状态期间：

输出滤波单元中的第二电感两端的电压，左高右低，电流线性增大；输入去耦单元中的第一电感电流不变；输入旁路单元中的第一电容的电压不变，电流变化跟随第二电感的电流变化；输出滤波单元中的第二电容的电压不变，电流变化也跟随第二电感的电流变化；输出电流不变。

10.如权利要求8所述的正负电压变换的直流电源的控制方法，其特征在于，在第一支路断开、第二支路导通的瞬间：

输出滤波单元中的第二电感上的电流为最大值，并且从第一支路切换至第二支路；流经输入去耦单元中的第一电感的输入电流大小不变，但从流入第一支路切换至流入输入旁路单元中的第一电容；输出滤波单元中的第二电容上的电流不变，流入电容；输出电流不变。

11.如权利要求8所述的正负电压变换的直流电源的控制方法，其特征在于，在第一支路断开，第二支路保持导通期间：

第二支路上的电流减小；输出滤波单元中的第二电感两端的电压，左低右高，电流线性减小；输入去耦单元中的第一电感的电流不变；输入旁路单元中的第一电容的电压不变，电流不变；输出滤波单元中的第二电容的电压不变，电流变化也跟随第二电感的电流变化；输出电流不变。