CN109768723A - 用于操作三电平有源中性点箝位变换器的相臂的方法和系统 - Google Patents

用于操作三电平有源中性点箝位变换器的相臂的方法和系统 Download PDF

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潘迪
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Abstract

本发明提出了用于操作三电平有源中性点箝位(3L‑ANPC)变换器的相臂的方法。所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关。所述方法包括使所述相臂在中性状态操作以生成具有中性电平的输出电压。所述方法还包括使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述方法包括使相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。本发明还提出了用于操作3L‑ANPC变换器的相臂的调制器。而且，本发明提出了包括所述调制器的3L‑ANPC变换器。

Description

用于操作三电平有源中性点箝位变换器的相臂的方法和系统
关于联邦资助研发的声明
本发明是根据由美国国家航空航天局(NASA)授予的合同号NNC15CA29C在政府的支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
背景技术
本说明书的实施例大体上涉及三电平有源中性点箝位变换器，并且更具体地涉及用于操作三电平有源中性点箝位变换器的相臂的调制器和方法。
通常，采用三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变换器将直流(DC)电力转换成具有三电平输出的交流(AC)电力。3L-ANPC变换器广泛用在AC驱动和柔性AC输电系统中。这些3L-ANPC变换器采用多个开关以帮助进行功率变换。此外，照惯例，在期望承受高压和/或高功率时，采用碳化硅(SiC)开关例如SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的3L-ANPC变换器被使用。
要认识到，与例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的其它开关相比，SiC MOSFET开关切换得更快，因此导致更低的开关损耗。然而，SiC MOSFET更快速的切换还导致由于换流回路电感造成的传统3L-ANPC变换器中的SiC MOSFET两端有更高的电压应力。通常，在采用SiCMOSFET的传统的3L-ANPC变换器中，形成大的换流回路或大换流回路和小换流回路两者。大换流回路的形成导致增大传统的3L-ANPC变换器中的回路电感。回路电感的这种增大导致SiC MOSFET两端的电压应力的增大，因此导致传统的3L-ANPC变换器中SiC MOSFET的寿命降低。
而且，SiC MOSFET通常利用MOSFET体二极管作为反并联二极管以降低成本和空间。此外，在传统的3L-ANPC变换器中，一些SiC MOSFET中的MOSFET体二极管被操作以在延长的时段内传导电流。然而，这些体二极管由于热约束和可靠性约束不能够在延长的时段内传导高电流，因此导致传统的3L-ANPC变换器的不可靠性。
发明内容
根据本说明书的某些方面，提出了一种用于操作三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变换器的相臂的方法。所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关。所述方法包括通过在传导状态操作所述多个开关的第二开关、第三开关、第五开关和第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的第一开关和第四开关，使所述相臂在中性状态操作，以生成具有中性电平的输出电压。所述方法还包括通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述方法包括通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
根据本说明书的另一方面，提出了一种用于操作3L-ANPC变换器的相臂的调制器。所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关。所述调制器包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述多个开关。所述控制器被配置成通过在传导状态操作所述多个开关的第二开关、第三开关、第五开关和第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的第一开关和第四开关，使所述相臂在中性状态操作，以生成具有中性电平的输出电压。所述控制器还被配置成通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述控制器被配置成通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
根据本说明书的另一方面，提出了一种3L-ANPC变换器。所述3L-ANPC变换器包括一个或多个相臂。所述一个或多个相臂的至少一个相臂包括输出端子以及多个输入端子，例如第一输入端子、第二输入端子和中性输入端子。而且，所述相臂包括设置在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关。所述多个开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，其中，所述多个开关的所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关可操作地串联耦合，并且其中，所述第一开关可操作地耦合到所述第一输入端子，所述第四开关可操作地耦合到所述第二输入端子，所述第二开关和所述第三开关的互连点可操作地耦合到所述中性输入端子，所述第五开关可操作地耦合在所述第一开关和所述第二开关的互连点和所述输出端子之间，所述第六开关可操作地耦合在所述第三开关和所述第四开关的互连点和所述输出端子之间。所述3L-ANPC变换器还包括调制器，所述调制器可操作地耦合到所述一个或多个相臂的所述多个开关。所述调制器被配置成通过在传导状态操作所述多个开关的所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的所述第一开关和所述第四开关，使所述相臂在中性状态操作以生成具有中性电平的输出电压。所述调制器还被配置成通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述调制器被配置成通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
具体地，本申请技术方案1提供一种用于操作三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变换器的相臂的方法。所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关。所述方法包括通过在传导状态操作所述多个开关的第二开关、第三开关、第五开关和第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的第一开关和第四开关，使所述相臂在中性状态操作，以生成具有中性电平的输出电压。所述方法还包括通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述方法包括通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
本申请技术方案2涉及技术方案1所述的方法，其中，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子和中性输入端子，其中，所述多个开关的所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关可操作地串联耦合，并且其中，所述第一开关可操作地耦合到所述第一输入端子，所述第四开关可操作地耦合到所述第二输入端子，所述第二开关和所述第三开关的互连点可操作地耦合到所述中性输入端子，所述第五开关可操作地耦合在所述第一开关和所述第二开关的互连点和所述输出端子之间，所述第六开关可操作地耦合在所述第三开关和所述第四开关的互连点和所述输出端子之间。
本申请技术方案3涉及技术方案1所述的方法，其中，所述第一电平包括正电压电平。
本申请技术方案4涉及技术方案1所述的方法，其中，使所述相臂从所述中性状态过渡到所述第一中间中性状态包括使所述第三开关和所述第六开关过渡到非传导状态。
本申请技术方案5涉及技术方案1所述的方法，其中，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到所述第一状态包括使所述第一开关和所述第三开关过渡到传导状态，使所述第二开关过渡到非传导状态。
本申请技术方案6涉及技术方案1所述的方法，还包括使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态。
本申请技术方案7涉及技术方案6所述的方法，其中，使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态包括使所述相臂从所述第一状态过渡到所述第一中间中性状态以及使所述相臂从第一中间中性状态过渡到所述中性状态。
本申请技术方案8涉及技术方案6所述的方法，其中，使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态包括使所述相臂从所述第一状态直接过渡到所述中性状态。
本申请技术方案9涉及技术方案6所述的方法，还包括使所述相臂从所述中性状态过渡到第二中间中性状态，其中，使所述相臂从所述中性状态过渡到所述第二中间中性状态包括在传导状态操作所述第三开关和所述第六开关，在非传导状态操作所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关。
本申请技术方案10涉及技术方案9所述的方法，其中，使所述相臂从所述中性状态过渡到所述第二中间中性状态包括使所述第二开关和所述第五开关过渡到非传导状态。
本申请技术方案11涉及技术方案9所述的方法，还包括使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到第二状态以生成具有第二电平的输出电压，其中，使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到所述第二状态包括在传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关。
本申请技术方案12涉及技术方案11所述的方法，其中，使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到所述第二状态包括使所述第二开关和所述第四开关过渡到传导状态，使所述第三开关过渡到非传导状态。
本申请技术方案13涉及技术方案11所述的方法，其中，所述第二电平包括负电压电平。
本申请技术方案14涉及技术方案11所述的方法，还包括使所述相臂从所述第二状态过渡到所述中性状态。
本申请技术方案15涉及技术方案14所述的方法，其中，使所述相臂从所述第二状态过渡到所述中性状态包括：使所述相臂从所述第二状态过渡到所述第二中间中性状态以及使所述相臂从第二中间中性状态过渡到所述中性状态。
本申请技术方案16涉及技术方案14所述的方法，其中，使所述相臂从所述第二状态过渡到所述中性状态包括使所述相臂从所述第二状态直接过渡到所述中性状态。
本申请技术方案17涉及一种用于操作3L-ANPC变换器的相臂的调制器。所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关。所述调制器包括控制器，所述控制器可操作地耦合到所述多个开关。所述控制器被配置成通过在传导状态操作所述多个开关的第二开关、第三开关、第五开关和第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的第一开关和第四开关，使所述相臂在中性状态操作，以生成具有中性电平的输出电压。所述控制器还被配置成通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述控制器被配置成通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
本申请技术方案18涉及技术方案17所述的调制器，其中，所述控制器被进一步配置成使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态。所述控制器还被进一步配置成通过在传导状态操作所述第三开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关使所述相臂从所述中性状态过渡到第二中间中性状态。所述控制器还被进一步配置成通过在传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到第二状态以生成具有第二电平的输出电压，其中，所述第二电平包括负电压电平。所述控制器还被进一步配置成使所述相臂从所述第二状态过渡到所述中性状态。
本申请技术方案19涉及技术方案18所述的调制器，其中，所述控制器被配置成使所述第二开关和所述第五开关过渡到非传导状态，以使所述相臂从所述中性状态过渡到所述第二中间中性状态。所述控制器还被配置成使所述第二开关和所述第四开关过渡到传导状态，并且使所述第三开关过渡到非传导状态，以使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到所述第二状态。
本申请技术方案20涉及一种3L-ANPC变换器。所述3L-ANPC变换器包括一个或多个相臂。所述一个或多个相臂的至少一个相臂包括输出端子以及多个输入端子，例如第一输入端子、第二输入端子和中性输入端子。而且，所述相臂包括设置在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关。所述多个开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，其中，所述多个开关的所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关可操作地串联耦合，并且其中，所述第一开关可操作地耦合到所述第一输入端子，所述第四开关可操作地耦合到所述第二输入端子，所述第二开关和所述第三开关的互连点可操作地耦合到所述中性输入端子，所述第五开关可操作地耦合在所述第一开关和所述第二开关的互连点和所述输出端子之间，所述第六开关可操作地耦合在所述第三开关和所述第四开关的互连点和所述输出端子之间。所述3L-ANPC变换器还包括调制器，所述调制器可操作地耦合到所述一个或多个相臂的所述多个开关。所述调制器被配置成通过在传导状态操作所述多个开关的所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的所述第一开关和所述第四开关，使所述相臂在中性状态操作以生成具有中性电平的输出电压。所述调制器还被配置成通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态。而且，所述调制器被配置成通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，本说明书的实施例的这些和其他特征和方面将变得更好理解，其中在所有附图中相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是根据本说明书的各个方面的三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变换器的框图；
图2是根据本说明书的各个方面的图1的3L-ANPC变换器的相臂的示意图；
图3是根据本说明书的各个方面表示图2的相臂的输出电压的实例信号的图形表示；
图4是根据本说明书的各个方面描绘图2的相臂的操作状态过渡以生成图3的输出电压的状态图；
图5是根据本说明书的各个方面操作图2的相臂以生成与图3的输出电压的第一周期对应的信号的实例方法的流程图；
图6是根据本说明书的各个方面操作图2的相臂以生成与图3的输出电压的第二周期对应的信号的实例方法的流程图；以及
图7A,7B,7C,7D和7E分别表示根据本说明书的各个方面描绘在中性状态、第一中间状态、第一状态、第二中间状态和第二状态中图2相臂的开关的操作状态的示意图。
具体实施方式
如本文后面将详细描述的，展示了用于操作三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变换器的相臂的示范性系统和方法的各个实施例。这些系统和方法的使用使3L-ANPC变换器的寿命提高。具体讲，与传统的3L-ANPC变换器相比，所述系统和方法允许电流在减少的持续时间内通过3L-ANPC变换器的开关的体二极管流动，使得开关的寿命提高。而且，这些系统和方法导致在相臂内形成小的换流回路，从而降低3L-ANPC变换器的相臂的总回路电感。总回路电感的这种降低使3L-ANPC变换器的开关两端的电压应力降低。结果，可提高3L-ANPC变换器的寿命和可靠性。
在努力提供这些实施例的简明描述的过程中，实际实施方案的所有特征可能并不都在说明书中进行描述。应了解，在如任何工程或设计项目的任何此类实际实施方案的开发过程中，众多针对实施方案的决定必须实现开发者的具体目标，例如遵守相关系统约束和相关商业约束。
在介绍本说明书的各种实施例的元件时，冠词“一(a/an)”和“所述”意图表示存在这些元件中的一个或多个。术语“包括”和“具有”旨在为包括性的并且意味着可能存在除了所列元件之外的额外元件。
如本说明书中所使用，术语“可以”和“可以是”指示一组情形内的发生可能性；指定属性、特性或功能的拥有；和/或通过表达与认定的动词相关联的能力、技能或可能性中的一或多个来认定另一动词。因此，“可以”和“可以是”的使用指示修改后的术语明显适当、有能力或适合于所指示能力、功能或用途，同时考虑在一些情况下修改后的术语可能有时不适当、不能或不合适。
图1是根据本说明书的各个方面的三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)变换器100的框图。作为非限制性实例，3L-ANPC变换器100可以是逆变器，其促进将直流(DC)电力转换成交流(AC)电力。在目前考虑的配置中，3L-ANPC变换器100包括输入端口102、输出端口104和设置在输入端口102和输出端口104之间的一个或多个相臂106,108,110。另外，3L-ANPC变换器100还可包括调制器112，调制器112可操作地耦合到一个或多个相臂106,108,110。如本文中所使用，术语“功率/电力(power)”可以代表电压、电流或电压和电流两者。
可以注意到，在3L-ANPC变换器100中使用三个相臂106-110有助于在输出端口104处产生三相输出。尽管图1的3L-ANPC变换器100显示为具有三个相臂106-110，但也考虑了使用具有小于三个相臂或大于三个相臂的3L-ANPC变换器。例如，具有一个相臂的3L-ANPC变换器可产生单相输出电压。作为另一非限制性实例，具有两个相臂的3L-ANPC变换器可产生两相输出电压。
输入端口102包括正输入端子114、中性输入端子116和负输入端子118。这些端子114,116,118在本文后面可以总称为输入端子114-118。正输入端子114可以保持在正电压，负输入端子118可以保持在负电压，中性输入端子116可以保持在中性电压。在一些实施例中，正电压和负电压可以是非零电势，而中性电压可以是零电势或基本上接近零电势。在某些实施例中，中性电压可以是非零电势。输入端口102的输入端子114-118电耦合到相臂106-110的每一个的输入端子(见图2)。
在图1的实例中，三相输出电压可以在3L-ANPC变换器100的输出端口104处可用。输出端口104包括输出端子120,122,124，以将三相输出电压供应至耦合到3L-ANPC变换器100的任何电力装置(未示出)。更具体讲，单相电压可以通过输出端子120,122,124的每一个供应。这些端子120,122,124在本文后面可以总称为输出端子120-124。在一些实施例中，输出端口104的输出端子120-124电耦合到相臂106-110的每一个的输出端子(见图2)。在输出端子120-124的每一个处的输出电压包括三个电平，例如第一电平、第二电平和中性电平。作为实例，第一电平可以是正电压电平，而第二电平可以是负电压电平。作为另一实例，第一电平可以是负电压电平，而第二电平可以是正电压电平。而且，中性电平可以是零电压或者基本上接近零电压。在某些实施例中，中性电平可以是非零电压。
相臂106,108,110电耦合到输入端口102和输出端口104。相臂106,108,110的每一个被配置成将从输入端口102接收的DC电力转换成AC电力，并将生成的AC电力作为相电压和相电流供应至输出端口104。更具体地，相臂106,108,110被配置成将生成的AC电力提供至对应的输出端子120,122,124。在一些实施例中，一个或多个相臂106-110可包括多个开关(见图2)以促进将DC电力转换成AC电力。将参照图2更加详细地描述相臂106-110。
调制器112可操作地耦合到相臂106-110。在图1的实施例中，调制器112显示为3L-ANPC变换器100的一部分。在某些实施例中，调制器112可以设置在3L-ANPC变换器100的外部。
在一些实施例中，调制器112可包括控制器126，控制器126被配置成控制相臂106-110的操作，以促进相臂106-110将DC电力转换成AC电力。控制器126可包括硬件元件，例如专门编程的通用计算机，电子处理器，例如微处理器、数字信号处理器，和/或微控制器。此外，控制器126可包括输入/输出端口和存储介质，例如电子存储器。微处理器的各种实例包括但不限于精简指令集计算(RISC)架构类型的微处理器或复杂指令集计算(CISC)架构类型的微处理器。此外，微处理器可以是单核类型或多核类型。替代性地，可使用硬件元件实现控制器126，所述硬件元件例如具有处理器、逻辑门的电路板，或者在例如个人计算机(PC)的处理器上运行的软件，或者微控制器。
控制器126可以可操作地耦合到相臂106-110。更具体讲，控制器126可以可操作地耦合到相臂106-110的开关(见图2)，并被配置成控制开关的开关操作，以促进将DC电力转换成AC电力。控制器126可以被配置成操作相臂106-110，使得相臂106-110的回路电感降低，相应地降低相臂106-110的开关上的电压应力。实现如本文上面描述的3L-ANPC变换器100的设计会提高3L-ANPC变换器100的寿命和可靠性。将参照图2-7更加详细地描述控制器126的操作。
现在参照图2，图2示出了根据本说明书的各个方面的相臂(例如图1的3L-ANPC变换器100的相臂106)的一个实施例的示意图200。在一些实施例中，其它相臂108、110还可具有与在图2中描绘的相臂200的配置类似的配置。同样，将参照图1的部件描述图2。
在一些实施例中，相臂200可包括多个输入端子，例如第一输入端子202、第二输入端子204和中性输入端子206。相臂200还可包括多个开关和输出端子208。多个开关包括第一开关210、第二开关212、第三开关214、第四开关216、第五开关218和第六开关220。第一开关210、第二开关212、第三开关214、第四开关216、第五开关218和第六开关220在本文后面总称为开关210-220。
尽管在图2中没有描绘，但相臂200的第一输入端子202、第二输入端子204和中性输入端子206可以相应地可操作地耦合到图1的3L-ANPC变换器100的正输入端子114、负输入端子118、中性输入端子116。同样，相臂200的输出端子208可以可操作地耦合到图1的3L-ANPC变换器100的输出端子124。而且，开关210-220的每一个的栅极端子可以可操作地耦合到3L-ANPC变换器100的调制器112。更具体讲，开关210-220的每一个的栅极端子可以可操作地耦合到调制器112的控制器126。
在图2中描绘了具有六个开关210-220的相臂200的一个实施例。不过，也考虑了具有多于或少于六个开关的相臂200。而且，图2中描绘的开关210-220是碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其中，每个开关可包括MOSFET元件和体二极管。可以注意到，也设想了具有其它类型的开关的相臂200。开关210-220的其它非限制性实例包括晶体管、门极换流晶闸管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、门极可关断晶闸管、静态感应晶体管、静态感应晶闸管或其组合。而且，用来形成开关210-220的材料可包括但不限于硅(Si)、锗(Ge)、SiC、氮化镓(GaN)或其组合。
将要认识到，SiC开关模块典型地包括两个开关。因此，在一些实施例中，可使用三个这种SiC模块形成图2的相臂200。作为实例，开关210、212可以属于第一SiC开关模块(未示出)，开关214、216可以属于第二SiC开关模块(未示出)，开关218、220可以属于第三SiC开关模块(未示出)。可以注意到，在不限制本说明书的范围下，也可以使用其它类型的SiC开关模块。
如图2中描绘的，第一开关210、第二开关212、第三开关214和第四开关216可操作地串联耦合。更具体讲，开关210-216串联耦合，使得第一开关210的源极端子连接至第二开关212的漏极端子，第二开关212的源极端子连接至第三开关214的漏极端子，第三开关214的源极端子连接至第四开关216的漏极端子。而且，第一开关210可操作地耦合到第一输入端子202，第四开关216可操作地耦合到第二输入端子204。更具体讲，如图2中描绘的，第一开关210的漏极端子连接至第一输入端子202，而第四开关216的源极端子连接至第二输入端子204。
而且，参考数字226代表第二开关212和第三开关214的互连点。互连点226可操作地耦合到中性输入端子206。同样，参考数字228代表第一开关210和第二开关212的互连点。第五开关218可操作地耦合在互连点228和输出端子208之间。更具体讲，在图2的实例中，第五开关218的漏极端子连接至互连点228，第五开关218的源极端子连接至输出端子208。而且，参考数字230代表第三开关214和第四开关216的互连点。第六开关220可操作地耦合在互连点230和输出端子208之间。具体讲，第六开关220的源极端子连接至互连点230，第六开关220的漏极端子连接至输出端子208。
而且，在一些实施例中，相臂200还可包括电容器222和电容器224。电容器222连接在第一输入端子202和中性输入端子206之间。同样，电容器224连接在第二输入端子204和中性输入端子206之间。
控制器126可以被配置成在一个或多个操作状态操作相臂200，所述操作状态包括但不限于中性状态、第一中间中性状态、第一状态、第二中间中性状态或第二状态(见图4)。在一些实施例中，当相臂200在中性状态、第一中间中性状态或第二中间中性状态的任何一个操作时，可以被配置成在输出端子208处生成具有中性电平的输出电压。而且，相臂200在第一状态操作时可以被配置成在输出端子208处生成具有第一电平的输出电压。以类似方式，相臂200在第二状态操作时可以被配置成在输出端子208处生成具有第二电平的输出电压。在图3中描绘了代表相臂200的实例输出电压的信号。
为了使相臂200在中性状态、第一中间中性状态、第一状态、第二中间中性状态和第二状态之间过渡，控制器126可以被配置成在传导状态选择性操作一个或多个开关210-220，在非传导状态操作剩余开关。要认识到，在传导状态操作的开关允许电流通过，而在非传导状态操作的开关阻止电流从其流过。控制器126被配置成通过将控制信号施加到开关210-220的栅极端子，在传导状态或非传导状态操作任何开关。
在图2的实施例中，开关210-220是N沟道SiC MOSFET。因此，为了在传导状态操作任何开关210-220，期望将具有较高幅值(H)的控制信号供应至对应的栅极端子。可以注意到，具有较高幅值的控制信号代表具有比提供至对应的源极端子的信号的幅值更大的幅值的控制信号。类似地，为了在非传导状态操作任何开关210-220，期望将具有较低幅值(L)的控制信号供应至对应的栅极端子。可以注意到，具有较低幅值的控制信号代表具有比提供至对应的源极端子的信号的幅值更低的幅值的控制信号。而且，可以注意到，如果P沟道SiCMOSFET被用作开关210-220，则控制信号的电平可以被互换。
因此，为了在传导状态操作任何开关210-220，控制器126可以被配置成将具有较高幅值的控制信号供应至相应开关的栅极端子。类似地，为了在非传导状态操作任何开关210-220，控制器126可以被配置成将具有较低幅值(L)的控制信号供应至相应开关的栅极端子。
在相臂200的操作期间，当一个或多个开关210-220从传导状态过渡到非传导状态或者从非传导状态过渡到传导状态时，产生换流回路。此换流回路的电感称作回路电感。
通常，在传统的3L-ANPC变换器中，在任一相臂中形成大换流回路或大换流回路和小换流回路两者。要认识到，回路电感随着换流回路的长度的增大而增大。结果，传统的3L-ANPC变换器表现出增大的回路电感。不利的是，增大的回路电感不利地影响传统的3L-ANPC变换器的开关的开关速度，还增大传统的3L-ANPC变换器的开关上的电压应力。
调制器112的控制器126可以被配置成操作相臂200，使得在相臂200中形成小换流回路。结果，与由传统的3L-ANPC变换器经历的回路电感相比，降低在一个或多个操作状态下相臂200的回路电感。回路电感的降低又降低了相臂200的开关210-220上的电压应力。而且，控制器126可以被配置成操作开关210-220，使得在延长的时段中，开关210-220的体二极管不传导电流。例如，在图2的配置中，开关210-220的一些的体二极管只传导电流几微秒的时间。结果，保护这些开关210-220的体二极管不受到从其通过的电流的不利影响。有利的是，相臂200的这种操作提高了相臂200和3L-ANPC变换器100的寿命和可靠性。
而且，根据本说明书的各个方面，与传统的3L-ANPC变换器的相臂相比，另外在第一中间状态和第二中间状态操作相臂200。同样，可以注意到，相臂200被配置成在第一中间状态和第二中间状态操作短的持续时间，例如几微秒。通常，开关210-220中的体二极管不设计成在长持续时间内承载电流。在传统的3L-ANPC变换器中，特别是在由传统的3L-ANPC变换器生成具有中性电平的输出电压时，一些开关的体二极管在长持续时间内传导电流。根据本说明书的各个方面，当在短持续时间内在第一中间状态或第二中间状态操作相臂200时，开关218,220还在短持续时段内在非传导状态操作。有利的是，在短持续时间内，在第一中间状态和第二中间状态操作相臂200有助于减少开关218,220的体二极管传导电流的时间。因此，保护开关218,220的体二极管不受到从其流过的电流的不利影响。结果，与传统的3L-ANPC变换器的可靠性和可用寿命相比，提高了3L-ANPC变换器100的可靠性和可用寿命。
图3是根据本说明书的各个方面描绘实例信号的图形表示300，所述信号代表例如相臂200的相臂的输出电压302。参照图2的部件描述图3。
可以在相臂200的输出端子208处获得输出电压302。参考数字304代表X轴线，参考数字306代表Y轴线。X轴线304和Y轴线306分别代表输出电压302的时间和幅值。此外，参考数字308,310和312分别代表输出电压302的第一电平、第二电平和中性电平。而且，参考数字314、316分别代表输出电压302的第一周期和第二周期。为了图示方便，在图3中表现了输出电压302的两个周期314,316。可以注意到，输出电压302可包括超过两个周期。此外，在图3的实例中，第一周期314显示为正周期，而第二周期316显示为负周期。也设想了使用相臂200生成具有任何数目的第一周期314、任何数目的第二周期316或第一周期314和第二周期316的任何组合或模式的输出电压302。而且，也设想了使用相臂200生成只具有第一周期314或只具有第二周期316的输出电压302。
在图3中，T0表示与相臂200的中性状态对应的总时间。同样，Tmin表示与输出电压302的第一电平308、第二电平310和第三电平312的任何一个对应的最小脉冲持续时间，Ts表示单个周期，例如相臂200的输出电压302的第一周期314或第二周期316的时间段。
图4是根据本说明书的各个方面描绘图2的相臂200的操作状态过渡以生成图3的输出电压302的状态图400。结合图2和图3描述图4。操作状态，例如中性状态、第一中间中性状态、第一状态、第二中间中性状态和第二状态分别由参考数字402,404,406,408和410表示。使用箭头大致指示与给定的操作状态对应的后续操作状态。
在相臂200的操作期间，在时间t＝0，如果假设相臂200在中性状态402操作，且期望如在第一周期314描绘的具有第一电平308的输出电压302，则控制器126被配置成使相臂200过渡到第一中间中性状态404并随后过渡到第一状态406。此外，控制器126被配置成在第一确定的持续时间内将相臂200保持在第一状态406(见表-2)。可以由控制器126基于输出电压302的期望频率和占空比计算第一确定的持续时间。在第一确定的持续时间过去之后，控制器126被配置成使相臂200过渡返回中性状态402。在一个实施例中，如图4中描绘的，控制器126可以被配置成使相臂200从第一状态406直接过渡到中性状态402。在一个替代性实施例中，控制器126可以被配置成使相臂200从第一状态406经由第一中间中性状态404过渡到中性状态402。
而且，为了生成具有第二电平310的输出电压302，控制器126被配置成使相臂200过渡到第二中间中性状态408并随后过渡到第二状态410。此外，控制器126可以被配置成在第二确定的持续时间内使相臂200保持在第二状态410。可以由控制器126基于输出电压302的期望频率和占空比计算第二确定的持续时间。在第二确定的持续时间过去之后，控制器126可以被配置成使相臂200过渡返回中性状态402。在一个实施例中，如图4中描绘的，控制器126可以被配置成使相臂200从第二状态410直接过渡到中性状态402。替代性地，控制器126可以被配置成使相臂200从第二状态410经由第二中间中性状态408过渡到中性状态402。
表1图示了与操作状态402-410对应的输出电压302的电平。同样，表2图示了与操作状态402-410对应的确定的持续时间的非限制性实例。
表1
相臂200的操作状态 输出电压302的电平
中性状态402 中性电平312
第一中间中性状态404 中性电平312
第一状态406 第一电平308
第二中间中性状态408 中性电平312
第二状态410 第二电平310
表2
表2的第1列代表这样的实例情形，其指示与中性状态402对应的总时间T0的不同范围。表2的第2-4列代表与第1列中的T0值对应的操作状态402-410的持续时间。如本文上面描述的，最小脉冲持续时间Tmin代表电平308,310,312的任何一个所需的最小持续时间。因此，如果中性状态402的总时间T0小于最小脉冲持续时间Tmin(见,表2的第1行)，则与第一电平308对应因此与第一状态406对应或者与第二电平310对应因此与第二状态410对应的持续时间可以被调节到值(Ts-Tmin)。可执行这种调节，原因是需要最小脉冲持续时间Tmin来促进生成中性电平312。可通过在中性状态402、第一中间中性状态404和第二中间中性状态408操作相臂200，生成中性电平312。
有利的是，在从中性状态402过渡到第一状态406或者从第一状态406过渡到中性状态402时在第一中间中性状态404操作相臂200，以及在从中性状态402过渡到第二状态410或者从第二状态410过渡到中性状态402时在第二中间中性状态404操作相臂200，导致由于如本文上面描述的开关210-220的对应开关造成的相臂200中的小的换流回路。由于以这种小换流回路操作相臂200，所以降低在任何给定时间点相臂200的总回路电感。总回路电感的这种降低使相臂200的开关210-220上的电压应力降低。结果，可以提高开关210-220和3L-ANPC变换器100的寿命和可靠性。
图5是根据本说明书的各个方面操作相臂200以在相臂200的输出端子处生成例如输出电压的第一周期的信号的实例方法的流程图500。具体讲，图5表示操作相臂200(见图2)以在相臂200的输出端子208(见图2)处生成输出电压302(见图3)的第一周期314(见图3)的方法。参照相臂200的操作描述图5。可以注意到，也可以具有适当的相位差的类似方式操作图1的相臂106,108,110。结合图1-4描述图5。
在步骤502处，在中性状态402操作相臂200以生成具有中性电平312的输出电压302。为了在中性状态402操作相臂200，控制器126被配置成在传导状态操作第二开关212、第三开关214、第五开关218和第六开关220，在非传导状态操作第一开关210和第四开关216(见图7A)。在中性状态402，相臂200生成具有中性电平312的输出电压。可以注意到，在中性状态402中，由于在传导状态操作开关212,214,220和218，所以这些开关212,214,220和218的体二极管不传导任何电流。因此，可以提高开关212,214,220和218的寿命和可靠性，因此可提高3L-ANPC变换器100的寿命和可靠性。
此外，在步骤504处，相臂200从中性状态402过渡到第一中间中性状态404。因此，控制器126被配置成使第三开关214和第六开关220过渡到非传导状态。因此，在第一中间中性状态404，第二开关212和第五开关218在传导状态操作，第一开关210、第三开关214、第四开关216和第六开关220在非传导状态操作(见图7B)。在第一中间中性状态404，相臂200继续生成具有中性电平312的输出电压。
而且，在步骤506处，相臂200从第一中间中性状态404过渡到第一状态406以生成具有第一电平308的输出电压302。为了实现相臂200的这种过渡，控制器126被配置成使第一开关210和第三开关214过渡到传导状态，使第二开关212过渡到非传导状态。因此，在第一状态406，第一开关210、第三开关214和第五开关218在传导状态操作，第二开关212、第四开关216和第六开关220在非传导状态操作(见图7C)。
如参照步骤504在本文上面指出的，为了使相臂200从中性状态402过渡到第一中间中性状态404，在传导状态操作开关212、218，开关214、220过渡到非传导状态。与由传统的3L-ANPC变换器中的开关经历的电压应力相比，开关214,220的这种过渡导致开关214、220两端降低的电压应力。而且，可以在短时段内例如几微秒在第一中间中性状态404操作相臂200，在此之后，开关214、220过渡到传导状态，以使相臂200过渡到第一状态406。因此，开关214,220的体二极管在与第一中间中性状态404对应的短持续时间内需要传导电流，从而导致与传统的3L-ANPC变换器的开关相比，提高开关214,220的寿命。
而且，在步骤508处，相臂200从第一状态406过渡到中性状态402，以生成具有中性电平312的输出电压302。如前面指出的，在中性状态402，控制器126被配置成在传导状态操作第二开关212、第三开关214、第五开关218和第六开关220，在非传导状态操作第一开关210和第四开关216。
在一些实施例中，控制器126可以被配置成使相臂200从第一状态406直接过渡到中性状态402。为了使相臂200从第一状态406直接过渡到中性状态402，控制器126被配置成使第二开关212和第六开关220过渡到传导状态，使第一开关210过渡到非传导状态。
在某些其它实施例中，控制器126可以被配置成使相臂200从第一状态406经过第一中间中性状态404过渡到中性状态402。在此实例中，控制器126被配置成首先使相臂200从第一状态406过渡到第一中间中性状态404，随后使相臂200从第一中间中性状态404过渡到中性状态402。因此，控制器126被配置成首先使第二开关212过渡到传导状态，使第一开关210和第三开关214过渡到非传导状态，以促进相臂200从第一状态406过渡到第一中间中性状态404。此外，控制器126被配置成使第三开关214和第六开关220过渡到传导状态，以使相臂200从第一中间中性状态404过渡到中性状态402。
图6是根据本说明书的各个方面操作相臂200以在相臂200的输出端子处生成例如输出电压的第二周期的信号的实例方法的流程图600。具体讲，图6表示操作相臂200(见图2)以在相臂200的输出端子208(见图2)处生成输出电压302(见图3)的第二周期316(见图3)的方法。参照相臂200的操作描述图6。可以注意到，也可以具有适当的相位差的类似方式操作图1的相臂106,108,110。结合图1-4描述图5。
在步骤602处，在中性状态402操作相臂200，以生成具有中性电平312的输出电压302。此外，在步骤604处，可以使相臂200从中性状态402过渡到第二中间中性状态408。为了使相臂200从中性状态402过渡到第二中间中性状态408，控制器126可以被配置成使第二开关212和第五开关218过渡到非传导状态。因此，在第二中间中性状态408，第三开关214和第六开关220在传导状态操作，而第一开关210、第二开关212、第四开关216和第五开关218在非传导状态操作(见图7D)。结果，在第二中间中性状态408，相臂200生成具有中性电平312的输出电压。
而且，在步骤606处，使相臂200从第二中间中性状态408过渡到第二状态410，以生成具有第二电平310的输出电压。因此，控制器126可以被配置成使第二开关212和第四开关216过渡到传导状态，并使第三开关214过渡到非传导状态。因此，在第二状态410，第二开关212、第四开关216和第六开关220在传导状态操作，而第一开关210、第三开关214和第五开关218在非传导状态操作(见图7E)。
如参照步骤604在本文上面指出的，为了使相臂200从中性状态402过渡到第二中间中性状态408，开关214、220在传导状态操作，同时开关212、218过渡到非传导状态。与由传统的3L-ANPC变换器中的开关经历的电压应力相比，开关212,218的这种过渡导致开关212,218两端降低的电压应力。另外，可以在短时段内例如几微秒在第二中间中性状态408操作相臂200，在此之后，开关212、218过渡到传导状态，以使相臂200过渡到第二状态410。因此，开关212,218的体二极管在与第二中间中性状态408对应的该短持续时间内需要传导电流，从而导致与传统的3L-ANPC变换器的开关相比，提高开关212,218的寿命。
另外，在步骤608处，使相臂200从第二状态410过渡到中性状态402。如前面提到的，在中性状态402中，控制器126被配置成在传导状态操作第二开关212、第三开关214、第五开关218和第六开关220，在非传导状态操作第一开关210和第四开关216(见图7A)。
在一些实施例中，控制器126可以被配置成使相臂200从第二状态410直接过渡到过中性状态402。为了使相臂200从第二状态410过渡到中性状态402，控制器126被配置成使第三开关214和第五开关218过渡到传导状态，使第四开关216过渡到非传导状态。
在某些其它实施例中，控制器126可以被配置成使相臂200从第二状态410经过第二中间中性状态408过渡到中性状态402。在此实例中，控制器126被配置成首先使相臂200从第二状态410过渡到第二中间中性状态408，随后使相臂200从第二中间中性状态408过渡到中性状态402。因此，控制器126被配置成首先使第二开关212和第四开关216过渡到非传导状态，使第三开关214过渡到传导状态，以促进相臂200从第二状态410过渡到第二中间中性状态408。此外，控制器126被配置成使第二开关212和第五开关218过渡到传导状态，以使相臂200从第二中间中性状态408过渡到中性状态402。
而且，在一些实施例中，可以在执行图5的方法以生成如图3描绘的输出电压302之后执行图6的方法。同样，在某些实施例中，图5和图6的方法可以被替代性地重复以生成包括替代的第一周期314和第二周期316的输出电压。另外，在某些其它实施例中，可以以预定的模式执行图5和图6的方法以生成具有第一周期314和第二周期316的预定模式的输出电压。
图7A,7B,7C,7D和7E分别代表描绘图2的相臂200的开关210-220的操作状态的示意图702,704,706,708,710。具体讲，图7A-7E分别代表根据本说明书的各个方面在相臂200的中性状态402、第一中间状态404、第一状态406、第二中间状态408和第二状态410(见图4)中开关210-222的操作状态。可以注意到，在图7A-7E中，只有在传导状态操作的开关被标记为包括方形。表3总结了与操作状态402-408对应的开关210-220的操作状态。
表3
与传统的3L-ANPC变换器相比，用于操作本文上面描述的3L-ANPC变换器的相臂106-110的系统和方法促进以降低的回路电感操作3L-ANPC变换器。而且，在本说明书的3L-ANPC变换器中，一些开关被操作使得对应的体二极管在长时间段内并不传导电流，从而保护体二极管。结果，开关损耗、电压应力和通过与一个或多个开关对应的体二极管的电流的效应被大大降低，从而导致3L-ANPC变换器的高可靠操作。而且，与传统的3L-ANPC变换器相比，总开关损耗的降低导致本说明书的3L-ANPC变换器的效率提高。
应该了解，根据任何特定实施例，不一定可以实现上述所有这些目的或优点。因此，例如，所属领域的技术人员将认识到，本文中描述的系统和技术可以以实现或改进本文所教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现本文可能教导或建议的其它目标或优点。
虽然已结合有限数量的实施例详细描述了技术，但应容易理解，说明书不限于此类公开的实施例。而是，可修改技术以合并此前未描述但与权利要求书的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替代或等效布置。另外，虽然已描述了技术的各种实施例，但应理解，说明书的方面可包括所描述实施例中的仅一些。因此，说明书不受前文描述限制，而仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于操作三电平有源中性点箝位变换器的相臂的方法，所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关，所述方法包括：
通过在传导状态操作所述多个开关的第二开关、第三开关、第五开关和第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的第一开关和第四开关，使所述相臂在中性状态操作，以生成具有中性电平的输出电压；
通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态；以及
通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态，以生成具有第一电平的输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子和中性输入端子，其中，所述多个开关的所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关可操作地串联耦合，并且其中，所述第一开关可操作地耦合到所述第一输入端子，所述第四开关可操作地耦合到所述第二输入端子，所述第二开关和所述第三开关的互连点可操作地耦合到所述中性输入端子，所述第五开关可操作地耦合在所述第一开关和所述第二开关的互连点和所述输出端子之间，所述第六开关可操作地耦合在所述第三开关和所述第四开关的互连点和所述输出端子之间。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态包括：
使所述相臂从所述第一状态过渡到所述第一中间中性状态；以及使所述相臂从第一中间中性状态过渡到所述中性状态。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括使所述相臂从所述中性状态过渡到第二中间中性状态，其中，使所述相臂从所述中性状态过渡到所述第二中间中性状态包括在传导状态操作所述第三开关和所述第六开关，在非传导状态操作所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到第二状态以生成具有第二电平的输出电压，其中，使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到所述第二状态包括在传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关。
7.一种用于操作三电平有源中性点箝位变换器的相臂的调制器，所述相臂包括输出端子、多个输入端子和设置在其间的多个开关，所述调制器包括：
控制器，所述控制器可操作地耦合到所述多个开关并被配置成：
通过在传导状态操作所述多个开关的第二开关、第三开关、第五开关和第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的第一开关和第四开关，使所述相臂在中性状态操作以生成具有中性电平的输出电压；
通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态；以及
通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
8.根据权利要求7所述的调制器，其中，所述控制器被进一步配置成：
使所述相臂从所述第一状态过渡到所述中性状态；
通过在传导状态操作所述第三开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关使所述相臂从所述中性状态过渡到第二中间中性状态；
通过在传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到第二状态以生成具有第二电平的输出电压，其中，所述第二电平包括负电压电平；以及使所述相臂从所述第二状态过渡到所述中性状态。
9.根据权利要求8所述的调制器，其中，所述控制器被配置成：
使所述第二开关和所述第五开关过渡到非传导状态，以使所述相臂从所述中性状态过渡到所述第二中间中性状态；以及
使所述第二开关和所述第四开关过渡到传导状态，并且使所述第三开关过渡到非传导状态，以使所述相臂从所述第二中间中性状态过渡到所述第二状态。
10.一种三电平有源中性点箝位变换器，包括：
一个或多个相臂，其中，所述一个或多个相臂的至少一个相臂包括：
输出端子；
多个输入端子，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子和中性输入端子；
设置在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，其中，所述多个开关包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关，其中，所述多个开关的所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关可操作地串联耦合，并且其中，所述第一开关可操作地耦合到所述第一输入端子，所述第四开关可操作地耦合到所述第二输入端子，所述第二开关和所述第三开关的互连点可操作地耦合到所述中性输入端子，所述第五开关可操作地耦合在所述第一开关和所述第二开关的互连点和所述输出端子之间，所述第六开关可操作地耦合在所述第三开关和所述第四开关的互连点和所述输出端子之间；
调制器，所述调制器可操作地耦合到所述一个或多个相臂的所述多个开关并被配置成：
通过在传导状态操作所述多个开关的所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第六开关，并且在非传导状态操作所述多个开关的所述第一开关和所述第四开关，使所述相臂在中性状态操作以生成具有中性电平的输出电压；
通过在传导状态操作所述第二开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第一开关、所述第三开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述中性状态过渡到第一中间中性状态；以及
通过在传导状态操作所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关，并且在非传导状态操作所述第二开关、所述第四开关和所述第六开关，使所述相臂从所述第一中间中性状态过渡到第一状态以生成具有第一电平的输出电压。
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