CN102142786B

CN102142786B - 电流型多电平逆变器拓扑结构

Info

Publication number: CN102142786B
Application number: CN 201110090807
Authority: CN
Inventors: 鲍建宇; 鲍卫兵
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: CN102142786A

Abstract

本发明公开了一种电流型多电平逆变器拓扑结构，包括上桥臂和下桥臂；电流型多电平逆变器拓扑结构有(2n+1)电平，n为大于等于1的正整数；所述的上桥臂包括1/2n(n+1)个最小分流单元I；所述的下桥臂包括1/2n(n+1)个最小分流单元II；所述的上桥臂包括a个不同电平的上桥臂分流单元，该a个不同电平的上桥臂分流单元按垂直方式呈倒立金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；所述的下桥臂与所述的上桥臂对称分布；所述的下桥臂包括a个不同电平的下桥臂分流单元，该a个不同电平的下桥臂分流单元按垂直方式呈金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；该发明开关器件电流应力一致、具有分流电感中间电平电流自平衡能力。

Description

电流型多电平逆变器拓扑结构

技术领域

本发明涉及一种多电平逆变器拓扑结构，更确切地说涉及一种电流型多电平逆变器拓扑结构。

背景技术

多电平逆变器具有输出功率大，器件开关频率低、等效开关频率高、输出谐波小、动态响应快、传输频带宽、电磁兼容性好等特点。目前，电压型多电平逆变器的拓扑结构已取得了丰硕的研究成果，而电流型多电平逆变器的拓扑结构还不够完善。最近几年，国内外学者陆续提出了一些新型的拓扑。其中一种是由8个开关管和2个分流电感所组成的5电平拓扑，并通过冗余开关状态的切换来实现分流电感的电流均衡，但一旦扩展到7电平或者更高电平数输出时，由于分流电感分布不对称，未得到期望的输出电平，所有分流电感并不具有相同的中间电平电流值，从而很难采用冗余开关状态切换来维持各分流电感中间电平电流平衡，制约了在高电平输出场合的应用。另一种拓扑在合成多电平电流的原理上基本相似，主要区别在于采用简化的电路结构，在相同电平输出时，减少了开关管和分流电感的数量，节约了电路成本，但存在的问题是开关器件的电流应力不一致，因此也不属于真正意义上的多电平结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种开关器件电流应力一致、具有分流电感中间电平电流自平衡能力的电流型多电平逆变器拓扑结构。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的电流型多电平逆变器拓扑结构，包括上桥臂和下桥臂；

电流型多电平逆变器拓扑结构有（2n+1）电平，n为大于等于1的正整数；所述的上桥臂包括

个最小分流单元Ⅰ；所述的下桥臂包括

个最小分流单元Ⅱ；

所述的上桥臂包括a个不同电平的上桥臂分流单元，该a个不同电平的上桥臂分流单元按垂直方式呈倒立金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；所述的下桥臂与所述的上桥臂对称分布；所述的下桥臂包括a个不同电平的下桥臂分流单元，该a个不同电平的下桥臂分流单元按垂直方式呈金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；

所述的上桥臂的下数上第一层的上桥臂分流单元包括一个最小分流单元Ⅰ；所述的上桥臂的下数上第二层的上桥臂分流单元包括两个最小分流单元Ⅰ，两个最小分流单元Ⅰ的其中一个输出端相连接且连接点与下数上第一层的上桥臂分流单元中的最小分流单元Ⅰ的输入端连接，左边的最小分流单元Ⅰ的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元中的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅰ的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元中的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接；所述的上桥臂的下数上第三层到第a-1层的上桥臂分流单元分别包括数量与该些层的上桥臂分流单元的层数相对应的最小分流单元Ⅰ，每层的最小分流单元Ⅰ均排成一行，每层的两个相邻的最小分流单元Ⅰ的相邻的两个输出端相互连接且连接点一一对应的与下一层的最小分流单元Ⅰ的输入端连接，每层的最左边的最小分流单元Ⅰ的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，每层的最右边的最小分流单元Ⅰ的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接；所述的上桥臂的下数上第a层的上桥臂分流单元包括a个最小分流单元Ⅰ，a个最小分流单元Ⅰ排成一行，两个相邻的最小分流单元Ⅰ的相邻的两个输出端相互连接且连接点一一对应的与下一层的最小分流单元Ⅰ的输入端连接，最左边的最小分流单元Ⅰ的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅰ的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接，a个最小分流单元Ⅰ的输入端相互连接；

所述的下桥臂的上数下第一层的下桥臂分流单元包括一个最小分流单元Ⅱ，该层的最小分流单元Ⅱ的左边的输入端与上桥臂的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，该层的最小分流单元Ⅱ的右边的输入端与上桥臂的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接；所述的下桥臂上数下第二层的下桥臂分流单元包括两个最小分流单元Ⅱ，两个最小分流单元Ⅱ的其中一个输入端相连接且连接点与上数下第一层的最小分流单元Ⅱ的输出端连接，左边的最小分流单元Ⅱ的另外一个输入端与上桥臂下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅱ的另外一个输入端与上桥臂下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接；所述的下桥臂的下数上第3层到第a-1层的下桥臂分流单元包括数量与该些层的下桥臂分流单元的层数相对应的最小分流单元Ⅱ，每层的最小分流单元Ⅱ均排成一行，每层的两个相邻的最小分流单元Ⅱ的相邻的两个输入端相互连接且连接点一一对应的与上一层的最小分流单元Ⅱ的输出端连接，每层的最左边的最小分流单元Ⅱ的另一个输入端与上桥臂下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，每层的最右边的最小分流单元Ⅱ的另外一个输入端与上桥臂下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接；所述的下桥臂的下数上第a层的下桥臂分流单元包括a个最小分流单元Ⅱ，a个最小分流单元Ⅱ排成一行，两个相邻的最小分流单元Ⅱ的相邻的两个输入端相互连接且连接点一一对应地与上一层的最小分流单元Ⅱ的输出端连接，最左边的最小分流单元Ⅱ的另一个输入端与上桥臂下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅱ的另外一个输入端与上桥臂下数上第一层的最小分流单元Ⅰ的右边的输出端连接，a个最小分流单元Ⅱ的输出端相互连接。

采用以上结构后，本发明电流型多电平逆变器拓扑结构与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的电流型多电平逆变器拓扑结构的上桥臂和下桥臂的等值分流电感会通过最小分流单元Ⅰ中的两个开关管Ⅰ之间的切换和最小分流单元Ⅱ中的两个开关管Ⅱ之间的切换来维持中间电平电流平衡，使本发明的电流型多电平逆变器拓扑结构具有分流电感中间电平电流自平衡能力；又由于分流电感具有电流自平衡能力，因此流过分流电感的电流都是连续的而且又是均匀一致的，而每个最小分流单元为工作状态互补的开关对，这说明在任何时刻，等值分流电感上的电流只能流过最小分流单元中的其中一个开关管，也就是说，流过任一开关管的电流就是等值分流电感的电流，从而保证所有开关管器件电流应力的一致性。

附图说明

图1是本发明的电流型多电平逆变器拓扑结构的上桥臂的电路图。

图2是本发明的电流型多电平逆变器拓扑结构的下桥臂的电路图。

图3是本发明的电流型多电平逆变器拓扑结构的实施例一的电路图。

图4是本发明的电流型多电平逆变器拓扑结构的实施例二的电路图。

图中所示：1、上桥臂，2、上桥臂分流单元，2.1、最小分流单元Ⅰ，2.2、等值分流电感Ⅰ，2.3、开关管Ⅰ，2.3.1、有源开关Ⅰ，2.3.2、快恢复二极管Ⅰ，3、下桥臂，4、下桥臂分流单元，4.1、最小分流单元Ⅱ，4.2、等值分流电感Ⅱ，4.3、开关管Ⅱ，4.3.1、有源开关Ⅱ，4.3.2、快恢复二极管Ⅱ，5、电源，6、负载。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参图1及图2所示，本发明电流型多电平逆变器拓扑结构包括上桥臂1和下桥臂3；

电流型多电平逆变器拓扑结构有（2n+1）电平，n为大于等于1的正整数；所述的上桥臂1包括个最小分流单元Ⅰ2.1；所述的下桥臂3包括

个最小分流单元Ⅱ4.1；

所述的上桥臂1包括a个不同电平的上桥臂分流单元2，该a个不同电平的上桥臂分流单元2按垂直方式呈倒立金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；所述的下桥臂3与所述的上桥臂1对称分布；所述的下桥臂3包括a个不同电平的下桥臂分流单元4，该a个不同电平的下桥臂分流单元4按垂直方式呈金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；

所述的上桥臂1的下数上第一层的上桥臂分流单元2包括一个最小分流单元Ⅰ2.1；所述的上桥臂1的下数上第二层的上桥臂分流单元2包括两个最小分流单元Ⅰ2.1，两个最小分流单元Ⅰ2.1的其中一个输出端相连接且连接点与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的最小分流单元Ⅰ2.1的输入端连接，左边的最小分流单元Ⅰ2.1的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅰ2.1的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；所述的上桥臂1的下数上第三层到第a-1层的上桥臂分流单元2分别包括数量与该上桥臂分流单元2的层数相对应的最小分流单元Ⅰ2.1，每层的最小分流单元Ⅰ2.1均排成一行，每层的两个相邻的最小分流单元Ⅰ2.1的相邻的两个输出端相互连接且连接点一一对应的与下一层的最小分流单元Ⅰ2.1的输入端连接，每层的最左边的最小分流单元Ⅰ2.1的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，每层的最右边的最小分流单元Ⅰ2.1的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；所述的上桥臂1的下数上第a层的上桥臂分流单元2包括a个最小分流单元Ⅰ2.1，a个最小分流单元Ⅰ2.1排成一行，两个相邻的最小分流单元Ⅰ2.1的相邻的两个输出端相互连接且连接点一一对应的与下一层的最小分流单元Ⅰ2.1的输入端连接，最左边的最小分流单元Ⅰ2.1的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅰ2.1的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接，a个最小分流单元Ⅰ2.1的输入端相互连接；

所述的下桥臂3的上数下第一层的下桥臂分流单元4包括一个最小分流单元Ⅱ4.1，该层的最小分流单元Ⅱ4.1的左边的输入端与上桥臂1的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，该层的最小分流单元Ⅱ4.1的右边的输入端与上桥臂1的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；所述的下桥臂3上数下第二层的下桥臂分流单元4包括两个最小分流单元Ⅱ4.1，两个最小分流单元Ⅱ4.1的其中一个输入端相连接且连接点与上数下第一层的最小分流单元Ⅱ4.1的输出端连接，左边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；所述的下桥臂3的下数上第3层到第a-1层的下桥臂分流单元4包括数量与该下桥臂分流单元4的层数相对应的最小分流单元Ⅱ4.1，每层的最小分流单元Ⅱ4.1均排成一行，每层的两个相邻的最小分流单元Ⅱ4.1的相邻的两个输入端相互连接且连接点一一对应的与上一层的最小分流单元Ⅱ4.1的输出端连接，每层的最左边的最小分流单元Ⅱ4.1的另一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，每层的最右边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；所述的下桥臂3的下数上第a层的下桥臂分流单元4包括a个最小分流单元Ⅱ4.1，a个最小分流单元Ⅱ4.1排成一行，两个相邻的最小分流单元Ⅱ4.1的相邻的两个输入端相互连接且连接点一一对应地与上一层的最小分流单元Ⅱ4.1的输出端连接，最左边的最小分流单元Ⅱ4.1的另一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接，a个最小分流单元Ⅱ4.1的输出端相互连接。

所述的最小分流单元Ⅰ2.1包括一个等值分流电感Ⅰ2.2和两个开关管Ⅰ2.3；所述的两个开关管Ⅰ2.3均包括一个有源开关Ⅰ2.3.1和一个快恢复二极管Ⅰ2.3.2，两个有源开关Ⅰ2.3.1的漏极相连接且连接点与等值分流电感Ⅰ2.2的一端连接，两个有源开关Ⅰ2.3.1的发射极均与一个快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阳极连接；所述的等值分流电感Ⅰ2.2的自由端为最小分流单元Ⅰ2.1的输入端，所述的两个快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极为最小分流单元Ⅰ2.1的两个输出端。

所述的最小分流单元Ⅱ4.1包括一个等值分流电感Ⅱ4.2和两个开关管Ⅱ4.3；所述的两个开关管Ⅱ4.3均包括一个有源开关Ⅱ4.3.1和一个快恢复二极管Ⅱ4.3.2，两个有源开关Ⅱ4.3.1的发射极均与一个快恢复二极管Ⅱ4.3.2的阳极连接，两个快恢复二极管Ⅱ4.3.2的阴极相连接且连接点与等值分流电感Ⅱ4.1的一端相连接；所述的两个有源开关Ⅱ4.3.1的漏极为最小分流单元Ⅱ4.1的输入端，所述的等值分流电感Ⅱ4.2的自由端为最小分流单元Ⅱ4.1的输出端。

实施例一

请一并参阅图3所示，本具体实施例中为电流型五电平逆变器拓扑结构，所述的上桥臂1包括3个最小分流单元Ⅰ，所述的下桥臂3包括3个最小分流单元Ⅱ。

所述的上桥臂1包括2个不同电平的上桥臂分流单元2，该2个不同电平的上桥臂分流单元2按垂直方式呈倒立金字塔形状依次排列。所述的下桥臂3包括2个不同电平的下桥臂分流单元4，该2个不同电平的下桥臂分流单元4按垂直方式呈金字塔形状依次排列。

所述的上桥臂1的下数上第一层的上桥臂分流单元2包括一个最小分流单元Ⅰ2.1。所述的上桥臂1的下数上第二层的上桥臂分流单元2包括两个最小分流单元Ⅰ2.1，两个最小分流单元Ⅰ2.1的相邻的两个开关管Ⅰ2.3的输出端相连接，即阳极与有源开关ⅠSc1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极与阳极与有源开关ⅠSc2相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极相连接且连接点与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的输入端，即该最小分流单元Ⅰ2.1的等值分流电感ⅠL1的自由端；左边的最小分流单元Ⅰ2.1的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅰ2.1的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；两个最小分流单元Ⅰ2.1的输入端相连接，即两个等值分流电感Ⅰ（L2，L3）的自由端相连接；等值分流电感ⅠL2的自由端和等值分流电感ⅠL3的自由端的连接点与电源5的正极连接。

所述的下桥臂3的上数下第一层的下桥臂分流单元4包括一个最小分流单元Ⅱ4.1；该层的最小分流单元Ⅱ4.1的左边的输入端与上桥臂1的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端A连接，即最小分流单元Ⅱ4.1的开关管Ⅱ4.3的有源开关ⅡSp1’的漏极（集电极）与上桥臂1的最小分流单元Ⅰ2.1的阳极与有源开关ⅠSp1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极连接；该层的最小分流单元Ⅱ4.1的右边的输入端与上桥臂1的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端B连接，即最小分流单元Ⅱ4.1的开关管Ⅱ4.3的有源开关ⅡSn1’的漏极（集电极）与上桥臂1的最小分流单元Ⅰ2.1的阳极与有源开关ⅠSn1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极连接。所述的下桥臂3上数下第二层的下桥臂分流单元4包括两个最小分流单元Ⅱ4.1；两个最小分流单元Ⅱ4.1相邻的两个输入端相连接且连接点与上数下第一层的最小分流单元Ⅱ4.1的输出端连接，即有源开关ⅡSc1’的漏极（集电极）与有源开关ⅡSc2’的漏极（集电极）相连接且连接点与上数下第一层的最小分流单元Ⅱ4.1的等值分流电感ⅡL1’的自由端连接；左边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端A连接，即开关管Ⅱ4.3的有源开关ⅡSp2’的漏极（集电极）与开关管Ⅰ2.3中阳极与有源开关ⅠSp1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极连接。右边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端B连接，即开关管Ⅱ4.3的有源开关ⅡSn2’的漏极（集电极）与开关管Ⅰ2.3中阳极与有源开关ⅠSn1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极连接；两个最小分流单元Ⅱ4.1的输出端相连接，即两个等值分流电感Ⅱ（L2’，L3’）的自由端相连接；等值分流电感ⅡL2’的自由端和等值分流电感ⅡL3’的自由端的连接点与电源5的负极连接。使用时，负载6连接在阳极与有源开关ⅠSp1连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极和阳极与有源开关ⅠSn1连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极之间。

上述的电流型五电平逆变器拓扑结构五电平电流的产生机理为：该拓扑输出的多个电平电流是通过开关状态的组合来实现的，具体的组合规律如表1所示。表1中，开关状态“1”表示导通，“0”表示关断。为了能在输出端获得五电平电流，所有12个开关管的开关状态必须满足以下规律：与分流电感连接于同一端点的所有开关器件都工作在互补状态，因此一共可以产生8对互补开关组合，分别为（Sp2，Sc1），（Sn2，Sc2），（Sc1，Sc2），（Sp1，Sn1）,（Sp2′，Sc1）,（Sn2，Sc2）,（Sc1′，Sc2）和（Sp1，Sn1′）。

分流电感中间电平电流自平衡功能的实现：上述的电流型五电平逆变器拓扑结构分流电感电流自平衡功能是通过辅助开关Sc1~Sc2和分流电感L1~L3来实现的。辅助开关Sc1~Sc2的开关状态切换时，就有两组不同的分流电感通过辅助开关串联连接。例如，开关Sc1导通，Sc2关断时，电感L1与L2串联连接，这样串联连接的两个电感会通过充放电来使它们的电流趋向相等，即iL1=iL2；对于下一个开关状态即Sc1关断，Sc2导通，此时电感L1与L3串联连接，串联连接的这两个电感会通过充放电来使它们的电流趋向相等，即iL1=iL3；这样，所有的分流电感L1~L3会通过辅助开关的状态切换来维持中间电平电流平衡，即iL1=iL2=iL3。同理，下桥臂的分流电感L1’~L3’具有相同的电流自平衡功能。

开关器件的电流应力一致性机理：上述的电流型五电平逆变器拓扑结构中，由于分流电感具有电流自平衡功能，因此流过分流电感的电流都是连续的而且又是均匀一致的，单桥臂最顶层分流单元的分流电感个数为2，两个分流电感对电流值为Idc的电流源进行均分，流过的电流为Idc/2。分流电感L1~L3上的电流必须是连续的，而（Sp2，Sc1），（Sn2，Sc2）和（Sp1，Sn1）为工作状态互补的开关对，这说明在任何时刻，分流电感L1~L3上的电流只能流过任一开关对中的其中一个开关，也就是说，流过任一开关的电流就是分流电感电流Idc/2，从而保证所有开关器件电流应力的一致性。

表1开关状态表

实施例二

请一并参阅图4所示，本具体实施例中为电流型七电平逆变器拓扑结构，所述的上桥臂1包括6个最小分流单元Ⅰ2.1，所述的下桥臂3包括6个最小分流单元Ⅱ4.1。

所述的上桥臂1是在五电平逆变器拓扑结构的上桥臂的基础上加上下数上第三层上桥臂分流单元2。所述的下数上第三层的上桥臂分流单元2包括三个最小分流单元Ⅰ2.1，相邻的两个最小分流单元Ⅰ2.1的相邻的两个开关管Ⅰ2.3的输出端相连接，即相邻的两个阳极与有源开关Ⅰ2.3.1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极相连接且连接点一一对应地与上桥臂1下数上第二层的最小分流单元Ⅰ2.1的输入端，即下数上第二层的最小分流单元Ⅰ2.1的等值分流电感Ⅰ2.2的自由端；最左边的最小分流单元Ⅰ2.1的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅰ2.1的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元2中的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接；三个最小分流单元Ⅰ2.1的输入端相连接，即三个等值分流电感Ⅰ2.2的自由端相连接；三个等值分流电感Ⅰ2.2的自由端的连接点与电源5的正极连接。

所述的下桥臂3是在五电平逆变器拓扑结构的下桥臂的基础上加上上数下第三层下桥臂分流单元4。所述的下桥臂3上数下第三层的下桥臂分流单元4包括三个最小分流单元Ⅱ4.1；相邻的两个最小分流单元Ⅱ4.1的相邻的两个输入端相连接且连接点一一对应地与上数下第二层的最小分流单元Ⅱ4.1的输出端连接，即相邻的有源开关Ⅱ4.3.1的漏极（集电极）与有源开关Ⅱ4.3.1的漏极（集电极）相连接且连接点一一对应地与上数下第二层的最小分流单元Ⅱ4.1的等值分流电感Ⅱ4.2的自由端连接；最左边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的左边的输出端连接，即开关管Ⅱ4.3的有源开关Ⅱ4.3.1的漏极（集电极）与开关管Ⅰ2.3中阳极与有源开关Ⅰ2.3.1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极连接。最右边的最小分流单元Ⅱ4.1的另外一个输入端与上桥臂1下数上第一层的最小分流单元Ⅰ2.1的右边的输出端连接，即开关管Ⅱ4.3的有源开关Ⅱ4.3.1的漏极（集电极）与开关管Ⅰ2.3中阳极与有源开关Ⅰ2.3.1相连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极连接；三个最小分流单元Ⅱ4.1的输出端相连接，即三个等值分流电感Ⅱ4.2的自由端相连接；三个等值分流电感Ⅱ4.2的自由端的连接点与电源5的负极连接。使用时，负载6连接在阳极与有源开关ⅠSp1连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极和阳极与有源开关ⅠSn1连接的快恢复二极管Ⅰ2.3.2的阴极之间。

本发明的电流型七电平逆变器拓扑结构分流电感分布对称，能得到期望的输出电平，所有的分流电感具有相同的中间电平电流值。

Claims

1.一种电流型多电平逆变器拓扑结构，其特征在于：包括上桥臂（1）和下桥臂（3）；

电流型多电平逆变器拓扑结构有（2n+1）电平，n为大于等于1的正整数；所述的上桥臂（1）包括个最小分流单元Ⅰ（2.1）；所述的下桥臂（3）包括

个最小分流单元Ⅱ（4.1）；

所述的上桥臂（1）包括a个不同电平的上桥臂分流单元（2），该a个不同电平的上桥臂分流单元（2）按垂直方式呈倒立金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；所述的下桥臂（3）与所述的上桥臂（1）对称分布；所述的下桥臂（3）包括a个不同电平的下桥臂分流单元（4），该a个不同电平的下桥臂分流单元（4）按垂直方式呈金字塔形状依次排列，a为大于等于2的正整数；

所述的上桥臂（1）的下数上第一层的上桥臂分流单元（2）包括一个最小分流单元Ⅰ（2.1）；所述的上桥臂（1）的下数上第二层的上桥臂分流单元（2）包括两个最小分流单元Ⅰ（2.1），两个最小分流单元Ⅰ（2.1）的其中一个输出端相连接且连接点与下数上第一层的上桥臂分流单元（2）中的最小分流单元Ⅰ（2.1）的输入端连接，左边的最小分流单元Ⅰ（2.1）的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元（2）中的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅰ（2.1）的另外一个输出端与下数上第一层的上桥臂分流单元（2）中的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接；所述的上桥臂（1）的下数上第三层到第a-1层的上桥臂分流单元（2）分别包括数量与该些层的上桥臂分流单元（2）的层数相对应的最小分流单元Ⅰ（2.1），每层的最小分流单元Ⅰ（2.1）均排成一行，每层的两个相邻的最小分流单元Ⅰ（2.1）的相邻的两个输出端相互连接且连接点一一对应的与下一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的输入端连接，每层的最左边的最小分流单元Ⅰ（2.1）的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，每层的最右边的最小分流单元Ⅰ（2.1）的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接；所述的上桥臂（1）的下数上第a层的上桥臂分流单元（2）包括a个最小分流单元Ⅰ（2.1），a个最小分流单元Ⅰ（2.1）排成一行，两个相邻的最小分流单元Ⅰ（2.1）的相邻的两个输出端相互连接且连接点一一对应的与下一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的输入端连接，最左边的最小分流单元Ⅰ（2.1）的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅰ（2.1）的另一个输出端与下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接，a个最小分流单元Ⅰ（2.1）的输入端相互连接；

所述的下桥臂（3）的上数下第一层的下桥臂分流单元（4）包括一个最小分流单元Ⅱ（4.1），该层的最小分流单元Ⅱ（4.1）的左边的输入端与上桥臂（1）的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，该层的最小分流单元Ⅱ（4.1）的右边的输入端与上桥臂（1）的下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接；所述的下桥臂（3）上数下第二层的下桥臂分流单元（4）包括两个最小分流单元Ⅱ（4.1），两个最小分流单元Ⅱ（4.1）的其中一个输入端相连接且连接点与上数下第一层的最小分流单元Ⅱ（4.1）的输出端连接，左边的最小分流单元Ⅱ（4.1）的另外一个输入端与上桥臂（1）下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，右边的最小分流单元Ⅱ（4.1）的另外一个输入端与上桥臂（1）下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接；所述的下桥臂（3）的下数上第3层到第a-1层的下桥臂分流单元（4）包括数量与该些层的下桥臂分流单元（4）的层数相对应的最小分流单元Ⅱ（4.1），每层的最小分流单元Ⅱ（4.1）均排成一行，每层的两个相邻的最小分流单元Ⅱ（4.1）的相邻的两个输入端相互连接且连接点一一对应的与上一层的最小分流单元Ⅱ（4.1）的输出端连接，每层的最左边的最小分流单元Ⅱ（4.1）的另一个输入端与上桥臂（1）下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，每层的最右边的最小分流单元Ⅱ（4.1）的另外一个输入端与上桥臂（1）下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接；所述的下桥臂（3）的下数上第a层的下桥臂分流单元（4）包括a个最小分流单元Ⅱ（4.1），a个最小分流单元Ⅱ（4.1）排成一行，两个相邻的最小分流单元Ⅱ（4.1）的相邻的两个输入端相互连接且连接点一一对应地与上一层的最小分流单元Ⅱ（4.1）的输出端连接，最左边的最小分流单元Ⅱ（4.1）的另一个输入端与上桥臂（1）下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的左边的输出端连接，最右边的最小分流单元Ⅱ（4.1）的另外一个输入端与上桥臂（1）下数上第一层的最小分流单元Ⅰ（2.1）的右边的输出端连接，a个最小分流单元Ⅱ（4.1）的输出端相互连接。

2.根据权利要求1所述的电流型多电平逆变器拓扑结构，其特征在于：所述的最小分流单元Ⅰ（2.1）包括一个等值分流电感Ⅰ（2.2）和两个开关管Ⅰ（2.3）；所述的两个开关管Ⅰ（2.3）均包括一个有源开关Ⅰ（2.3.1）和一个快恢复二极管Ⅰ（2.3.2），两个有源开关Ⅰ（2.3.1）的漏极相连接且连接点与等值分流电感Ⅰ（2.2）的一端连接，两个有源开关Ⅰ（2.3.1）的发射极均与一个快恢复二极管Ⅰ（2.3.2）的阳极连接；所述的等值分流电感Ⅰ（2.2）的自由端为最小分流单元Ⅰ（2.1）的输入端，所述的两个快恢复二极管Ⅰ（2.3.2）的阴极为最小分流单元Ⅰ（2.1）的两个输出端。

3.根据权利要求1或2所述的电流型多电平逆变器拓扑结构，其特征在于：所述的最小分流单元Ⅱ（4.1）包括一个等值分流电感Ⅱ（4.2）和两个开关管Ⅱ（4.3）；所述的两个开关管Ⅱ（4.3）均包括一个有源开关Ⅱ（4.3.1）和一个快恢复二极管Ⅱ（4.3.2），两个有源开关Ⅱ（4.3.1）的发射极均与一个快恢复二极管Ⅱ（4.3.2）的阳极连接，两个快恢复二极管Ⅱ（4.3.2）的阴极相连接且连接点与等值分流电感Ⅱ（4.1）的一端相连接；所述的两个有源开关Ⅱ（4.3.1）的漏极为最小分流单元Ⅱ（4.1）的输入端，所述的等值分流电感Ⅱ（4.2）的自由端为最小分流单元Ⅱ（4.1）的输出端。