CN110829848A - 一种隔离式双全桥有源中点钳位型三电平dc/dc变换器 - Google Patents

一种隔离式双全桥有源中点钳位型三电平dc/dc变换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种隔离式双全桥ANPC三电平DC/DC变换器，包括：两个全桥ANPC、变压器以及电感；每个全桥ANPC由两个分压电容和两个半桥ANPC组成；分压电容串联接于Vdc，每个分压电容上的电压为Vdc/2，半桥ANPC将串联开关管桥臂的中点连接到两个直流分压电容的串联中点，使得每个半桥ANPC中的开关管承受的电压应力均为Vdc/2；每个半桥ANPC可以输出Vdc/2、0以及‑Vdc/2三个电平，每个全桥ANPC的输出电平由两个半桥ANPC输出电平的差值确定，可以输出Vdc、Vdc/2、0、‑Vdc/2以及‑Vdc五种电平，两个全桥ANPC有源桥均可输出五种电平使电感两端的电压有九种电平。本发明增加了交流电压级数，获得更高的控制自由度。

Description

一种隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器
技术领域
本发明涉及DC/DC变换器领域，更具体地，涉及一种隔离式双全桥有源中点钳位型(Active Neutral Point Clamped，ANPC)三电平DC/DC变换器。
背景技术
具有电流隔离和双向传输功率能力的DC/DC变换器能够实现不同电压等级电网间的功率传输和电压变送。双有源桥型(Dual Active Bridge，DAB)DC/DC变换器具有电气隔离、功率密度高、能量可以双向流动、和软开关易于实现等优点，已在可再生能源和直流输配电领域的得到了广泛的研究和应用。
常见的DAB拓扑为双H桥DAB，其中开关器件承受的电压应力为直流母线电压。由于全控型功率器件的耐压等级远小于中高压直流电网的电压等级，因此为满足高压大功率的DC/DC变换需求，将多个DAB模块串并联是一种常用的应用方案。通过多个小容量DAB模块串联来承受高直流母线电压，每个DAB模块可以实现软开关，整体装置效率高，其主要缺点是变压器的设计和实施难度极大。模块并联连接时，变压器必须达到相同水平的电气绝缘，其绕组效率低且漏电感大，增加整体系统的尺寸和制造成本；模块一侧串联连接时，绝缘电压要求高，变压器实现难度大，不利于系统的结构设计。提高单模块DAB的电压等级能够有效降低中高压电网接口整体系统中所需要的变压器数量，从而降低整体系统的成本、提高功率密度和可靠性，对各电压等级的直流配电系统都十分重要。
表1 4种三电平电路拓扑的对比
Figure BDA0002241397450000021
采用多电平电路拓扑可以利用较低电压等级的开关器件实现较高直流电压等级的变换电路，适用于直流母线电压高的应用场合。在多电平拓扑中，以三电平拓扑的应用最为广泛。相比于两电平电路，三电平电路拓扑具有功率器件电压应力低、电压变化率dv/dt小、等效开关频率高等优点。在DC/DC领域中，基于三电平变换电路拓扑的DAB研究较少。目前在DAB中采用的三电平电路主要有4种，分别是：飞跨电容型(Flying Capacitor，FC)三电平、T型(T-Type)三电平、二极管中点钳位型(Diode Neutral Point Clamped,DNPC)三电平、和二极管和电容混合箝位型的混合式NPC，其特性如表1所示，表中Vdc为对应电路的直流母线电压。
其中，混合式NPC型三电平和FC型三电平电路中都包含1个飞跨电容、没有中点电压平衡的问题。但是，在高直流母线电压下，所需飞跨电容的成本和体积都很高，导致了系统成本的大幅增加；并且需要对电路的启动过程进行控制，降低了系统的可靠性。T型三电平和DNPC三电平电路均为中点箝位型三电平电路，无需飞跨电容，但是存在中点电压平衡问题，需要对直流母线中点电位进行控制。T型三电平电路的器件数目少，但器件的最大电压应力大，开关损耗较高。DNPC的器件电压应力小，电路的整体成本较低，开关损耗较小。通常情况下，电路中开关器件都具有相同的额定电流。因此，三电平电路的功率器件损耗分布不均衡问题会引起部分开关器件的温升比其它开关器件高。功率器件损耗分布越不均衡，对器件和散热系统的要求就越高，会大大提高电路的成本、降低系统的功率密度。以上4种电路中都不具有冗余开关状态，功率损耗分布不均衡的问题无法改善。
综上所述，基于三电平电路的DAB能够有效提高电路的直流电压等级，综上所述，基于三电平电路的DAB能够有效提高电路的直流电压等级，但现有的电路拓扑都不能通过控制方法改善功率器件损耗分布，导致成本较高。并且，绝大多数基于三电平电路的DAB中开关器件的电压应力不一致，限制了直流母线电压的提升。同时，采用半桥三电平电路时，由于三电平电路的输出电压最大幅值为母线电压的一半，因此，输出相同功率时，需要的电流加倍，增加了器件所需要的额定电流值，增加了成本。现有技术中采用了全桥DNPC电路和整流电路实现直流变换但是功率不能双向流动。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决高电压等级下现有技术开关管电压等级高开关频率低、变压器设计困难、效率低，且控制自由度少，在功率控制、直流母线电容中点电压平衡、软开关控制等各项指标相互耦合的情况下难以实现高精度快速调节控制的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种隔离式双全桥有源中点钳位型ANPC三电平DC/DC变换器，包括：两个全桥ANPC有源桥、变压器以及电感；两个半桥ANPC分别连接于变压器的两侧，电感连接于变压器的一侧；
每个全桥ANPC有源桥由两个直流分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成；两个直流分压电容串联接于对应全桥ANPC有源桥的直流母线电压Vdc，每个直流分压电容上的电压均为Vdc/2，半桥ANPC将串联开关管桥臂的中点通过有源开关器件连接到两个直流分压电容的串联中点，使得每个半桥ANPC有源桥中的每个开关管承受的电压应力均为Vdc/2；每个半桥ANPC有源桥可以输出Vdc/2、0以及-Vdc/2三个电平，每个全桥ANPC的输出电平由两个半桥ANPC输出电平的差值确定，可以输出Vdc、Vdc/2、0、-Vdc/2以及-Vdc五种电平，两个全桥ANPC有源桥均可输出五种电平使得所述电感两端的电压波形可以有九种电平。
其中，Vdc也可以理解为输入输出侧的直流电压变量Vi和Vo。
可选地，还包括：九电平电感电压控制器；
所述九电平电感电压控制器用于两个全桥电路的占空比和DC/DC变换器中的移相角；所述全桥电路的占空比：输入侧全桥ANPC有源桥电路内的占空比Di1、Di2、Di3，和输出侧全桥ANPC有源桥电路内的占空比Do1、Do2、Do3，；移相角包括：输入侧全桥ANPC有源桥电路与输出侧全桥ANPC有源桥电路间的移相角φ；当能量从DC/DC变换器变压器的初级侧流向次级侧时，所述移相角φ为正；当能量从DC/DC变换器变压器的次级侧流向初级侧时，所述移相角φ为负。两组全桥ANPC有源桥电路内的占空比包括第一个半桥ANPC有源桥臂的占空比D1，第二个半桥ANPC有源桥臂的占空比D2，及两个桥臂间的内移相比D3。其中，D1、D2和D3的下标加上i即表示输入侧的参数，下标加上o即表示输出侧的参数。
可选地，每个全桥ANPC有源桥包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第一直流分压电容以及第二直流分压电容；
所述第一直流分压电容和第二直流分压电容串联；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第五开关管和第六开关管正向串联，两端分别与所述第一开关管和第二开关管的串联中点及所述第三开关管和第四开关管的串联中点相连；第五开关管和第六开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第十一开关管和第十二开关管正向串联，两端分别与所述第七开关管和第八开关管的串联中点及所述第九开关管和第十开关管的串联中点相连；第十一开关管和第十二开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第二开关管和第三开关管的串联中点连接电感的一端，所述电感的另一端连接变压器一侧的一端；所述第八开关管和第九开关管的串联中点连接变压器一侧的另一端；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管组成第一个半桥ANPC有源桥臂，所述第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管以及第十二开关管组成第二个半桥ANPC有源桥臂。
可选地，当两个半桥ANPC有源桥臂的输出在正电平Vdc/2、零电平、负电平-Vdc/2以及零电平之间循环切换时，控制距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管均在没有承受电压的情况下进行开关状态切换，以使得距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的开关损耗为零，降低距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的总损耗，所述总损耗包括开关损耗和通态损耗；其中，距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的通态损耗相比半桥ANPC有源桥臂其他开关管的通态损耗高。
可选地，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第一开关管、第二开关管和第六开关管导通；第三开关管和第四开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第七开关管、第八开关管和第十二开关管导通；第九开关管和第十开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第三开关管、第四开关管和第五开关管导通；第一开关管和第二开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第九开关管、第十开关管和第十一开关管导通；第七开关管和第八开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第二开关管和第五开关管导通，和/或所述第三开关管和第六开关管导通；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第八开关管和第十一开关管导通，和/或所述第九开关管和第十二开关管导通。
可选地，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2时，全桥ANPC输出电压为Vdc；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为Vdc/2；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，全桥ANPC输出电压为Vdc/2；此时，所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为0；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为0。
可选地，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，全桥ANPC输出电压为0；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为-Vdc/2；此时，所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为-Vdc/2；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为-Vdc；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半。
可选地，当第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时，若所述第二开关管、第三开关管、第五开关管和第六开关管导通；所述距离ANPC有源桥输出端最近的两个开关管为第二开关管和第三开关管；当第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时，若所述第十一开关管、第十二开关管、第八开关管和第九开关管导通；所述距离ANPC有源桥输出端最近的两个开关管为第八开关管和第九开关管；
则ANPC有源桥输出各个电平之间通过如下方式切换：
当第一个半桥ANPC有源桥臂的正电平切换为零电平时，先关断第一开关管，接着开通第五开关管，再开通第三开关管；
当第一个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为负电平时，先关断第二开关管，再关断第六开关管，接着开通第四开关管。
当第二个半桥ANPC有源桥臂的正电平切换为零电平时，先关断第七开关管，接着开通第十一开关管，再开通第九开关管；
当第二个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为负电平时，先关断第八开关管，再关断第十二开关管，接着开通第十开关管。
可选地，当第一个半桥ANPC有源桥臂的负电平切换为零电平时，先关断第四开关管，接着开通第六开关管，再开通第二开关管；当第一个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为正电平时，先关断第三开关管，再关断第五开关管，接着开通第一开关管；
当第二个半桥ANPC有源桥臂的负电平切换为零电平时，先关断第十开关管，接着开通第十二开关管，再开通第八开关管；当第二个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为正电平时，先关断第九开关管，再关断第十一开关管，接着开通第七开关管。
可选地，所述第二开关管和第三开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平和非零电平时都产生通态损耗；
所述第一开关管和第四开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出非零电平时产生通态损耗；
所述第五开关管和第六开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时产生通态损耗；
所述第十开关管和第十一开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平和非零电平时都产生通态损耗；
所述第七开关管和第十开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出非零电平时产生通态损耗；
所述第十一开关管和第十二开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时产生通态损耗；
所述第二开关管、第三开关管、第八开关管、第九开关管均在零电压下开通或者关断，开关损耗为零。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供隔离式双全桥ANPC三电平DC/DC变换器，通过采用全桥有源中点钳位型三电平电路提高了电压等级，增加了交流电压级数，获得了更高的(九个)控制自由度，可以将3个自由度用于功率控制，2个自由度用于两侧ANPC全桥电路直流电容的中点电压平衡，可以进行中点电位平衡控制，从而采用更小的直流母线电容，降低成本和变流器体积，另外2个自由度可以用来实现软开关、优化器件开关损耗；并且能够灵活地设计控制电流波形，降低变压器上的损耗，提高系统效率。
本发明提供隔离式双全桥ANPC三电平DC/DC变换器，利用冗余开关状态改善了输入侧功率器件损耗分布，在相同输出功率下降低开关管最大温升，减小所需散热器体积；通过九电平电感电压控制器，能够改善电流波形、降低磁性元件损耗，提高系统效率。
本发明可以极好地适配大电压变换比的应用场合，所需开关管电压等级不高，成本较低，具有高效率、高控制自由度的优势。该方法适用于高直流母线电压、大功率的直流功率变换领域。
附图说明
图1为本发明提供的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器的结构图；
图2为本发明提供的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器的主电路拓扑图；
图3为本发明提供的全桥ANPC三电平电路拓扑图；
图4为本发明提供的全桥ANPC电路中的半桥ANPC电路的拓扑图；
图5(a)为本发明提供的输出正电平时ANPC电路的开关状态图；
图5(b)为本发明提供的输出负电平时ANPC电路的开关状态图；
图6为本发明提供的移相角φ>0时的九电平电感电压控制波形图；
图7为本发明提供的全桥ANPC电路输出五电平以及电感上九电平的电压波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所要解决的技术问题是基于双H桥的双有源桥隔离型双向DC/DC变换器的直流母线电压、开关频率严重受限于器件性能的问题。
本发明提供了一种双全桥ANPC构成的隔离式双有源桥DC/DC变换器。该变换器可应用于高直流母线电压、大功率的直流功率传输系统中。
按照本发明，提供了一种双一种全桥有源中点钳位型(Active Neutral PointClamped，ANPC)三电平电路构成的隔离式双有源桥DC/DC变换器。该变换器包括九电平电感电压控制器和由电感、中高频变压器、及变压器两侧的全桥ANPC电路构成的变换器主电路。
在本发明隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器中，九电平电感电压控制器输出3组控制信号，分别是输入侧全桥有源中点钳位型三电平电路的占空比控制信号，及输出侧全桥有源中点钳位型三电平电路的占空比控制信号，两个全桥有源中点钳位型三电平电路间的移相角控制信号φ，使得电感两端电压波形为九电平。
每个全桥ANPC有源桥由两个直流分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成；两个直流分压电容串联接于直流母线电压Vdc，每个直流分压电容上的电压均为Vdc/2，半桥ANPC将串联开关管桥臂的中点通过有源开关器件连接到两个直流分压电容的串联中点，使得每个半桥ANPC有源桥中的每个开关管承受的电压应力均为Vdc/2；每个半桥ANPC有源桥可以输出Vdc/2、0以及-Vdc/2三个电平，每个全桥ANPC的输出电平由两个半桥ANPC输出电平的差值确定，可以输出Vdc、Vdc/2、0、-Vdc/2以及-Vdc五种电平，两个全桥ANPC有源桥均可输出五种电平使得所述电感两端的电压波形可以有九种电平。
可选地，还包括：九电平电感电压控制器；所述九电平电感电压控制器用于两个全桥电路的占空比和DC/DC变换器中的移相角；所述全桥电路的占空比：输入侧全桥ANPC有源桥电路内的占空比Di1、Di2、Di3，和输出侧全桥ANPC有源桥电路内的占空比Do1、Do2、Do3，；移相角包括：输入侧全桥ANPC有源桥电路与输出侧全桥ANPC有源桥电路间的移相角φ；当能量从DC/DC变换器变压器的初级侧流向次级侧时，所述移相角φ为正；当能量从DC/DC变换器变压器的次级侧流向初级侧时，所述移相角φ为负。两组全桥ANPC有源桥电路内的占空比包括第一个半桥ANPC有源桥臂的占空比D1，第二个半桥ANPC有源桥臂的占空比D2，及两个桥臂间的内移相比D3。其中，D1、D2和D3的下标加上i即表示输入侧的参数，下标加上o即表示输出侧的参数。
可选地，每个全桥ANPC有源桥包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第一直流分压电容以及第二直流分压电容；
所述第一直流分压电容和第二直流分压电容串联；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第五开关管和第六开关管正向串联，两端分别与所述第一开关管和第二开关管的串联中点及所述第三开关管和第四开关管的串联中点相连；第五开关管和第六开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第十一开关管和第十二开关管正向串联，两端分别与所述第七开关管和第八开关管的串联中点及所述第九开关管和第十开关管的串联中点相连；第十一开关管和第十二开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第二开关管和第三开关管的串联中点连接电感的一端，所述电感的另一端连接变压器一侧的一端；所述第八开关管和第九开关管的串联中点连接变压器一侧的另一端；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管组成第一个半桥ANPC有源桥臂，所述第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管以及第十二开关管组成第二个半桥ANPC有源桥臂。
可选地，当两个半桥ANPC有源桥臂的输出在正电平Vdc/2、零电平、负电平-Vdc/2以及零电平之间循环切换时，控制距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管均在没有承受电压的情况下进行开关状态切换，以使得距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的开关损耗为零，降低距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的总损耗，所述总损耗包括开关损耗和通态损耗；其中，距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的通态损耗相比半桥ANPC有源桥臂其他开关管的通态损耗高。
可选地，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第一开关管、第二开关管和第六开关管导通；第三开关管和第四开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第七开关管、第八开关管和第十二开关管导通；第九开关管和第十开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第三开关管、第四开关管和第五开关管导通；第一开关管和第二开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第九开关管、第十开关管和第十一开关管导通；第七开关管和第八开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第二开关管和第五开关管导通，和/或所述第三开关管和第六开关管导通；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第八开关管和第十一开关管导通，和/或所述第九开关管和第十二开关管导通。
可选地，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2时，全桥ANPC输出电压为Vdc；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为Vdc/2；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，全桥ANPC输出电压为Vdc/2；此时，所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为0；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为0。
可选地，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，全桥ANPC输出电压为0；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为-Vdc/2；此时，所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为-Vdc/2；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为-Vdc；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半。
可选地，当第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时，若所述第二开关管、第三开关管、第五开关管和第六开关管导通；所述距离ANPC有源桥输出端最近的两个开关管为第二开关管和第三开关管；当第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时，若所述第十一开关管、第十二开关管、第八开关管和第九开关管导通；所述距离ANPC有源桥输出端最近的两个开关管为第八开关管和第九开关管；
则ANPC有源桥输出各个电平之间通过如下方式切换：
当第一个半桥ANPC有源桥臂的正电平切换为零电平时，先关断第一开关管，接着开通第五开关管，再开通第三开关管；
当第一个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为负电平时，先关断第二开关管，再关断第六开关管，接着开通第四开关管。
当第二个半桥ANPC有源桥臂的正电平切换为零电平时，先关断第七开关管，接着开通第十一开关管，再开通第九开关管；
当第二个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为负电平时，先关断第八开关管，再关断第十二开关管，接着开通第十开关管。
可选地，当第一个半桥ANPC有源桥臂的负电平切换为零电平时，先关断第四开关管，接着开通第六开关管，再开通第二开关管；当第一个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为正电平时，先关断第三开关管，再关断第五开关管，接着开通第一开关管；
当第二个半桥ANPC有源桥臂的负电平切换为零电平时，先关断第十开关管，接着开通第十二开关管，再开通第八开关管；当第二个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为正电平时，先关断第九开关管，再关断第十一开关管，接着开通第七开关管。
可选地，所述第二开关管和第三开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平和非零电平时都产生通态损耗；
所述第一开关管和第四开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出非零电平时产生通态损耗；
所述第五开关管和第六开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时产生通态损耗；
所述第十开关管和第十一开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平和非零电平时都产生通态损耗；
所述第七开关管和第十开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出非零电平时产生通态损耗；
所述第十一开关管和第十二开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时产生通态损耗；
所述第二开关管、第三开关管、第八开关管、第九开关管均在零电压下开通或者关断，开关损耗为零。
具体地，本发明中的开关管可为IGBT、MOSFET等任意全控开关器件。以下附图中以开关管为IGBT管进行示例说明，本领域技术人员可以理解的是，开关管不限于IGBT，还可以采用其他全控型开关器件。
如图1所示，本发明所提出的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器由主电路及九电平电感电压控制器构成。其中，主电路从输入侧到电压侧依次有输入侧电源或负载、全桥有源中点钳位型三电平电路、电感、中高频变压器、全桥有源中点钳位型三电平电路、输出侧电源或负载，以上分电路顺次相连。其主电路拓扑图如图2所示。其中，高压侧全桥ANPC中的第一开关管、第二开关管…第十二开关管分别对应图2中的Qi1、Qi2…Qi12；Qi1、Qi2…Qi6组成高压侧第一半桥ANPC，Qi7、Qi8…Qi12组成高压侧第二半桥ANPC。低压侧全桥ANPC中的第一开关管、第二开关管…第十二开关管分别对应图2中的Qo1、Qo2…Qo12；Qo1、Qo2…Qo6组成低压侧第一半桥ANPC，Qo7、Qo8…Qo12组成低压侧第二半桥ANPC。上述开关管均反向并联二极管。以下电路中，为简化说明，全桥ANPC开关管的下标“i”和“o”均省去，本发明将不再对此做特别说明。Ci1和Ci2为高压侧的两个直流电容，Co1和Co2为低压侧的两个直流电容。
其中，全桥ANPC三电平电路由2个直流分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成，如图3所示，可以输出五电平电压(Vdc，Vdc/2，0，-Vdc/2，-Vdc)。图3中Vac_5表示全桥ANPC三电平电路输出的PWM电压信号。
其中，高压侧或低压侧中第一半桥ANPC的输出电路与第二半桥ANPC的输出电路对应，以下以第一半桥的输出电路为例进行说明。每个半桥ANPC三电平电路拓扑(如图4所示)中包括6个有源开关器件及其反并联二极管。
半桥ANPC三电平电路通过如图5(a)和图5(b)所示的开关状态，可以保证所有开关器件承受的电压应力都为直流母线电压的一半，具体阐述如下：
如图5(a)，输出正电平时，开关管Q1、Q2开通、开关管Q3、Q4关断。此时，为避免发生短路，开关管Q5关断，其承受的电压应力为直流母线电压的一半Vdc/2。同时，为了更好地稳定开关管Q3和Q4两端的电压，通常使开关管Q6导通，将Q3和Q4两端的电压钳位到Vdc/2。
如图5(b)，输出负电平时，开关管Q3、Q4开通、开关管Q1、Q2关断。此时，开关管Q6关断，其承受的电压应力为Vdc/2。为了更好地稳定开关管Q1和Q2两端的电压，通常导通开关管Q5，将Q1和Q2两端的电压钳位为Vdc/2。
因此，采用ANPC三电平电路构成DC/DC变换器可以采用较低耐压等级、性能更好的开关器件来实现高直流母线电压下的DC/DC变换器，能够有效提高变换器性能。
同时，ANPC三电平电路输出零电平时，由于Q2、Q3、Q5和Q6都可用于实现零电平的输出，因此，ANPC三电平电路具有更多的零状态。通过选择不同的零状态，可以控制输出零电平时电流流经的路径，从而控制通态损耗的分布。同时，设计不同开关状态间的切换过程，可以控制开关损耗的分布。因此，ANPC三电平的冗余开关状态，使基于调制方法及控制方法来改善功率器件的损耗分布成为了可能。
九电平电感电压控制器输出3组控制信号，分别是输入侧全桥有源中点钳位型三电平电路的占空比控制信号，及输出侧全桥有源中点钳位型三电平电路的占空比控制信号，两个全桥有源中点钳位型三电平电路间的移相角控制信号φ，使得电感两端电压波形为九电平。下面说明本发明隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器九电平电感电压控制器的工作原理。
本发明隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器中以输入侧直流电源为系统的能量来源，但允许能量双向流动。能量从输入侧传递到输出测时，输入侧全桥ANPC电路处于逆变状态，输出侧全桥有源中点钳位型三电平电路处于整流状态,输入侧全桥ANPC电路与输出侧全桥有源中点钳位型三电平电路间的移相角φ为正；参照图6，给出了在φ>0时的移相工作波形图。其中，图6中Di1-Di3分别为输入侧全桥ANPC电路输出电平波形的3个占空比，Do1-Do3分别为输出侧全桥ANPC电路输出电平波形的3个占空比，Vi为高压侧全桥ANPC电路的输出电压，Vo为低压侧全桥ANPC电路的输出电压，VL为电感上的电压，iL为电感电流。
通过控制高压侧或低压侧全桥ANPC三电平电路的占空比控制信号D1、D2、D3可以使全桥ANPC三电平电路输出如图7所示的五电平电压波形。其中，Va为全桥ANPC三电平电路第一桥臂输出电压，Vb为全桥ANPC三电平电路第二桥臂输出电压，Vac_5为全桥ANPC三电平电路输出电压，输出电压的峰值为Vdc，器件电压应力为Vdc/2，相比于半桥ANPC电路可以有效提高输出功率，相比于H桥电路可以采用更低耐压的开关器件适配高直流母线电压。
同时，九电平电感电压控制器共有7个控制量，分别是用于控制输出输出全桥ANPC三电平电路的2组三路占空比信号Di1～Di3和Do1～Do3，及两个全桥ANPC输出五电平电压信号间的移相角。这7个控制信号都可以自由调节，因此，对于控制实现过程，九电平电感电压控制器有7个自由度，可以有效地控制输出功率、优化电压电流波形、调节分压电路中点电压、降低电流应力及有效值、改善波形、降低磁性元件损耗。
本发明隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器的移相控制在不同的输入/输出电压和负载变化的情况下，通过调节3组控制信号，使系统能够传输最大功率，拓宽了开关管的软开关实现的范围，减小了的电压和电流应力及器件的损耗，减小了高频变压器的体积和相对的损耗，减少了无功和环流的存在，也提高了系统的效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离式双全桥有源中点钳位型ANPC三电平DC/DC变换器，其特征在于，包括：两个全桥ANPC有源桥、变压器以及电感；两个半桥ANPC分别连接于变压器的两侧，电感连接于变压器的一侧；
每个全桥ANPC有源桥由两个直流分压电容和两个半桥ANPC三电平电路组成；两个直流分压电容串联接于对应全桥ANPC有源桥的直流母线电压Vdc，每个直流分压电容上的电压均为Vdc/2，半桥ANPC将串联开关管桥臂的中点通过有源开关器件连接到两个直流分压电容的串联中点，使得每个半桥ANPC有源桥中的每个开关管承受的电压应力均为Vdc/2；每个半桥ANPC有源桥可以输出Vdc/2、0以及-Vdc/2三个电平，每个全桥ANPC的输出电平由两个半桥ANPC输出电平的差值确定，可以输出Vdc、Vdc/2、0、-Vdc/2以及-Vdc五种电平，两个全桥ANPC有源桥均可输出五种电平使得所述电感两端的电压波形可以有九种电平。
2.根据权利要求1所述的隔离式双全桥有源中点钳位型ANPC三电平DC/DC变换器，其特征在于，还包括：九电平电感电压控制器；
所述九电平电感电压控制器用于两个全桥电路的占空比和DC/DC变换器中的移相角；所述全桥电路的占空比：输入侧全桥ANPC有源桥电路内的占空比Di1、Di2、Di3，和输出侧全桥ANPC有源桥电路内的占空比Do1、Do2、Do3，；移相角包括：输入侧全桥ANPC有源桥电路与输出侧全桥ANPC有源桥电路间的移相角φ；当能量从DC/DC变换器变压器的初级侧流向次级侧时，所述移相角φ为正；当能量从DC/DC变换器变压器的次级侧流向初级侧时，所述移相角φ为负。
3.根据权利要求1所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，每个全桥ANPC有源桥包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第一直流分压电容以及第二直流分压电容；
所述第一直流分压电容和第二直流分压电容串联；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第五开关管和第六开关管正向串联，两端分别与所述第一开关管和第二开关管的串联中点及所述第三开关管和第四开关管的串联中点相连；第五开关管和第六开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第七开关管、第八开关管、第九开关管以及第十开关管依次正向串联，两端分别连接直流母线电压；所述第十一开关管和第十二开关管正向串联，两端分别与所述第七开关管和第八开关管的串联中点及所述第九开关管和第十开关管的串联中点相连；第十一开关管和第十二开关管的串联中点与第一直流分压电容和第二直流分压电容的串联中点相连；
所述第二开关管和第三开关管的串联中点连接电感的一端，所述电感的另一端连接变压器一侧的一端；所述第八开关管和第九开关管的串联中点连接变压器一侧的另一端；
所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管组成第一个半桥ANPC有源桥臂，所述第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第十一开关管以及第十二开关管组成第二个半桥ANPC有源桥臂。
4.根据权利要求3所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，当两个半桥ANPC有源桥臂的输出在正电平Vdc/2、零电平、负电平-Vdc/2以及零电平之间循环切换时，控制距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管均在没有承受电压的情况下进行开关状态切换，以使得距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的开关损耗为零，降低距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的总损耗，所述总损耗包括开关损耗和通态损耗；其中，距离半桥ANPC有源桥臂输出端最近的两个开关管的通态损耗相比半桥ANPC有源桥臂其他开关管的通态损耗高。
5.根据权利要求4所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第一开关管、第二开关管和第六开关管导通；第三开关管和第四开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出正电平时，第七开关管、第八开关管和第十二开关管导通；第九开关管和第十开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第三开关管、第四开关管和第五开关管导通；第一开关管和第二开关管关断；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出负电平时，第九开关管、第十开关管和第十一开关管导通；第七开关管和第八开关管关断；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第二开关管和第五开关管导通，和/或所述第三开关管和第六开关管导通；
当第二个半桥ANPC桥臂电路输出零电平时，第八开关管和第十一开关管导通，和/或所述第九开关管和第十二开关管导通。
6.根据权利要求5所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2时，全桥ANPC输出电压为Vdc；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为Vdc/2；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，全桥ANPC输出电压为Vdc/2；此时，所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为0；此时，所述第六开关管导通使得第三开关管和第四开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第三开关管和第四开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为0。
7.根据权利要求5所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，全桥ANPC输出电压为0；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出0，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为-Vdc/2；此时，所述第十二开关管导通使得第九开关管和第十开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第九开关管和第十开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出0，全桥ANPC输出电压为-Vdc/2；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；
当第一个半桥ANPC桥臂电路输出-Vdc/2，第二个半桥ANPC桥臂电路输出Vdc/2，全桥ANPC输出电压为-Vdc；此时，所述第五开关管导通使得第一开关管和第二开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第一开关管和第二开关管承受的电压均为直流母线电压的一半；所述第十一开关管导通使得第七开关管和第八开关管的串联中点和两个直流分压电容的串联中点相连，从而在任意电流方向下可以保证第七开关管和第八开关管承受的电压均为直流母线电压的一半。
8.根据权利要求6或7所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，当第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时，若所述第二开关管、第三开关管、第五开关管和第六开关管导通；所述距离ANPC有源桥输出端最近的两个开关管为第二开关管和第三开关管；当第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时，若所述第十一开关管、第十二开关管、第八开关管和第九开关管导通；所述距离ANPC有源桥输出端最近的两个开关管为第八开关管和第九开关管；
则ANPC有源桥输出各个电平之间通过如下方式切换：
当第一个半桥ANPC有源桥臂的正电平切换为零电平时，先关断第一开关管，接着开通第五开关管，再开通第三开关管；
当第一个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为负电平时，先关断第二开关管，再关断第六开关管，接着开通第四开关管。
当第二个半桥ANPC有源桥臂的正电平切换为零电平时，先关断第七开关管，接着开通第十一开关管，再开通第九开关管；
当第二个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为负电平时，先关断第八开关管，再关断第十二开关管，接着开通第十开关管。
9.根据权利要求8所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，当第一个半桥ANPC有源桥臂的负电平切换为零电平时，先关断第四开关管，接着开通第六开关管，再开通第二开关管；当第一个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为正电平时，先关断第三开关管，再关断第五开关管，接着开通第一开关管；
当第二个半桥ANPC有源桥臂的负电平切换为零电平时，先关断第十开关管，接着开通第十二开关管，再开通第八开关管；当第二个半桥ANPC有源桥臂的零电平切换为正电平时，先关断第九开关管，再关断第十一开关管，接着开通第七开关管。
10.根据权利要求9所述的隔离式双全桥有源中点钳位型三电平DC/DC变换器，其特征在于，所述第二开关管和第三开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平和非零电平时都产生通态损耗；
所述第一开关管和第四开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出非零电平时产生通态损耗；
所述第五开关管和第六开关管在第一个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时产生通态损耗；
所述第十开关管和第十一开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平和非零电平时都产生通态损耗；
所述第七开关管和第十开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出非零电平时产生通态损耗；
所述第十一开关管和第十二开关管在第二个半桥ANPC有源桥臂输出零电平时产生通态损耗；
所述第二开关管、第三开关管、第八开关管、第九开关管均在零电压下开通或者关断，开关损耗为零。
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