[发明专利]一种基于减法运算的多种输出波形功率变换装置

权利要求书

1.一种基于减法运算的多种输出波形功率变换装置，其特征在于，包括Boost升压电路A、Boost升压电路B和负载R_o；

所述Boost升压电路A包括直流输入电源V_d，开关管S₁、S₂，电感L₁和有极电容C₁；

所述Boost升压电路B包括直流输入电源V_d，开关管S₃、S₄，电感L₂和有极电容C₂；

直流输入电源V_d的正极分别接电感L₁的一端和电感L₂的一端,电感L₁的另一端分别接开关管S₁的漏极和开关管S₂的源极，开关管S₁的源极分别接开关管S₃的源极、直流输入电源V_d的负极、有极电容C₁的负极和有极电容C₂的负极，有极电容C₂的正极分别接开关管S₄的漏极和负载R_o的一端，负载R_o的另一端分别与有极电容C₁的正极和开关管S₂的漏极相连。

2.根据权利要求1所述的基于减法运算的多种输出波形功率变换装置，其特征在于，所述多种输出波形功率变换装置包括四种工作模态，分别为：

第一工作模态：在一个开关周期T中，t₀～t₁期间，开关管S₁、开关管S₄均开通，开关管S₂、开关管S₃均关断，直流输入电源V_d与电感L₁形成回路，并向电感L₁充电，电感L₁的电流i_L1线性增加；有极电容C₁为负载R_o提供能量；同时直流输入电源V_d与电感L₂、有极电容C₂形成回路，并对有极电容C₂进行充电，为负载R_o提供能量，电感L₂的电流i_L2线性减少；

第二工作模态：在一个开关周期T中，t₁～t₂期间，开关管S₁、开关管S₃均开通，开关管S₂、开关管S₄均关断，直流输入电源V_d分别与电感L₁、L₂形成回路，并向电感L₁、L₂充电，电感L₁的电流i_L1和电感L₂的电流i_L2线性增加；有极电容C₁和有极电容C₂分别为负载R_o提供能量；

第三工作模态：在一个开关周期T中，t₂～t₃期间，开关管S₂、开关管S₃均开通，开关管S₁、开关管S₄均关断，直流输入电源V_d分别与电感L₂形成回路，并向电感L₂充电，电感L₂的电流i_L2线性增加；有极电容C₂为负载Ro提供能量；同时直流输入电源V_d与电感L₁、有极电容C₁形成回路，对有极电容C₁进行充电，并为负载R_o提供能量，电感L₁的电流i_L1线性减少，有极电容C₁和有极电容C₂分别为负载R_o提供能量；

第四工作模态：在一个开关周期T中，t₃～t₄期间，开关管S₂、开关管S₄均开通，开关管S₁、开关管S₃均关断，直流输入电源V_d与电感L₁、有极电容C₁形成回路，对有极电容C₁进行充电，并为负载R_o提供能量，电感L₁的电流i_L1线性减少，同时直流输入电源V_d与电感L₂、有极电容C₂形成回路，对有极电容C₂进行充电，也为负载R_o提供能量，电感L₂的电流i_L2线性减少。

3.根据权利要求2所述的基于减法运算的多种输出波形功率变换装置，其特征在于，所述开关管S₁、S₂、S₃、S₄均采用NMOS管；其中，开关管S₁和S₂、开关管S₃和S₄导通占空比互补。v_gs1、v_gs2、v_gs3、v_gs4为所述开关管S₁、S₂、S₃、S₄栅极电压，当栅极电压为高电平，开关管导通，当栅极电压为低电平，开关管关断；

所述功率变换装置输出电压V_o为两个输出电容C₁、C₂之间的电压差：V_o＝V₁-V₂，其中V₁为有极电容C₁电压，V₂为有极电容C₂电压；在一个开关周期T中，开关管S₁开通时间为D₁T，开关管S₂开通时间为(1-D₁)T，开关管S3开通时间为D₃T，开关管S₄开通时间为(1-D₃)T，其中D₁为开关管S₁的占空比，D₃为开关管S₃的占空比；

对所述四种模态下的电感进行分析，得出电感L₁的电压V_L1和电感L₂的电压V_L2分别为：

根据电感的伏秒平衡定理，对电感L₁、L₂列写伏秒平衡方程式：

进一步可得：

进一步可得：所述功率变换装置输出电压为

输出电压由V_d、D₁、D₃共同决定，改变D₁、D₃即可得到所需的正弦交流、正负直流、三角波、矩形波输出电压。