CN118074623B

CN118074623B - 一种多电平光子电能变换器及其逆变方法

Info

Publication number: CN118074623B
Application number: CN202410153225.4A
Authority: CN
Inventors: 张桂东; 梁冰然; 黄灶明
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2024-02-04
Filing date: 2024-02-04
Publication date: 2024-07-23
Anticipated expiration: 2044-02-04
Also published as: CN118074623A

Abstract

本发明公开了一种多电平光子电能变换器及其逆变方法：变换器主要包括一个直流输入、一个RGB色彩模式的LED、五个开关管、三个电阻、两个光电二极管、一个负载；其逆变方法是通过控制LED的光通量实现多电平的逆变。针对传统开关逆变器结构复杂、输出电平数较低、输出波形畸变率较大等问题，一种多电平光子电能变换器及其逆变方法根据光电二极管在不同波长下的相对光谱灵敏度特性，通过拓扑设计和控制策略实现光子电能变换器DC‑AC电能变换，用五个开关管实现了理论上的N电平(N为任意正整数)；相比于传统开关变换器，该光子电能变换器结构简单、应用范围广、电气隔离性高，且具有低电磁干扰、低输出纹波和低元件功耗的优点。

Description

一种多电平光子电能变换器及其逆变方法

技术领域

本发明涉及新能源电能变换领域，特别是涉及一种多电平光子电能变换器及其逆变方法。

背景技术

随着发光二极管(LED)器件和光电热学(PET)理论不断优化和发展，光子变换器通过LED和光电二极管(PV)进行能量转换与传递，输出高质量电能，抑制谐波的畸变率，能够适用于医疗设备、现代通信技术等需要高隔离性电力变换的场合，解决传统开关变换器存在体积大、输出纹波大和电磁干扰等问题，在能源短缺的世界中，光子电能变换器将成为一种有潜力应用于各种领域的新型能量转换技术。

本发明公开了一种多电平光子电能变换器及其逆变方法，针对传统逆变器输出电压电平数较低导致器件损耗高、输出电压失真、电磁干扰等问题，一种多电平光子电能变换器结合光电材料特性和电气输出特性，根据PV在不同波长下的相对光谱灵敏度曲线，通过拓扑设计和控制策略实现光子电能变换器DC-AC的多电平输出，该电路结构简单、应用范围广、电气隔离性高，且具有低电磁干扰、低输出纹波和低元件功耗的优点。

发明内容

本发明公开了一种多电平光子电能变换器及其逆变方法，并提出相应的控制方法，通过控制开关管的相应占空比改变LED的输出光通量，应用于直流-交流变换的场合。变换器主要包括一个直流输入、一个RGB色彩模式的LED、五个开关管、三个电阻、两个光电二极管和一个负载。一种多电平光子电能变换器结合光电材料特性和电气输出特性，实现光子电能变换器DC-AC电能变换；不同于传统开关逆变器，一种多电平光子电能变换器通过光子进行能量转换与传输，具有结构简单、低电磁干扰、低输出纹波和低元件功耗的优点，旨在解决传统逆变器结构复杂、输出电平数较低、只能通过增加开关管实现多电平等问题，扩展光子电能变换器的应用领域。

一种多电平光子电能变换器包括：主电路单元和主控制单元；

所述主电路单元包括：直流电源DC、第一LED包括第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、输出侧PV₁、输出侧PV₂、负载Z；

所述主控制单元包括：电流传感器、电压传感器、运算放大器AMP、第一加法器SUM1、第二加法器SUM2、第四电阻R_f、控制单元、第一PWM1、第二PWM2、第三PWM3、第四PWM4、第一驱动电路1、第二驱动电路2、第三驱动电路3、第四驱动电路4、非门INV；

优选地，所述电压传感器为霍尔电压传感器；

优选地，所述电流传感器为霍尔电流传感器；

优选地，所述第一LED是灰度调节电路，能够实现256个不同的亮度级别；

优选地，所述第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃作为限流电阻使用；

优选地，所述第四开关管S₄、第五开关管S₅交替进行导通，对所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂进行选择。

一种多电平光子电能变换器的具体逆变方法为：

S1：所述直流电源DC为所述第一LED供电，包括第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B，所述电流传感器检测输入电流I_in，所述电压传感器检测输出电压U_o；

S2：输入电流I_in经过所述运算放大器AMP将电流转换为采样电压U_f，输出电压U_o与参考电压U_ref经过所述第一加法器SUM1比较输出第一误差电压U_e，第一误差电压U_e与采样电压U_f经过所述第二加法器SUM2比较输出第二误差电压U_ef作为所述控制单元的输入信号；

S3：所述控制单元接收第二误差电压U_ef并根据RGB表值输出占空比信号D₁、D₂、D₃、D₄，占空比信号D₁、D₂、D₃经过PWM模块和驱动电路模块分别对所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃进行控制，占空比信号D₄经过所述第四PWM4和所述驱动电路4控制所述第四开关管S₄并经过所述非门INV控制所述第五开关管S₅；

S4：所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃分别对所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B进行导通发光，所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B输出光通量分别为φ_R(t)、φ_G(t)、φ_B(t)；

S5：所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂接收所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射的光子能量产生光生电流I_ph(t)和交流开路电压U_oc(t)，所述负载Z通过内阻分压获得电压U_o(t)，所述第四开关管S₄、第五开关管S₅对所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂进行交替导通使得输出电压产生正弦变化。

从以上技术方法可以看出，本发明案例实施具有以下有益效果：

本发明公开的一种多电平光子电能变换器及其逆变方法，并提出相应的控制策略，通过控制开关管的对应占空比改变LED的输出光通量，应用于直流-交流变换的场合。光子电能变换器采用光子作为能量传输介质，与传统开关变换器相比，具有结构简单、低电磁干扰、低器件功耗等优点；一种多电平光子电能变换器结合光电材料特性和电气输出特性，用五个开关管实现光子电能变换器的DC-AC电能变换理论上的N电平输出，N为大于1的任意正整数，扩展了光子电能变换器的应用领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将简单介绍实施例中的附图，结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施例是本发明一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的一种多电平光子电能变换器结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种多电平光子电能变换器工作原理示意图；

图3为本发明实施例中的一种多电平光子电能变换器依据的光电二极管在不同波长下的相对光谱灵敏度曲线图；

图4为本发明实施例中的一种多电平光子电能变换器逆变流程图；

图5为本发明实施例中的一种多电平光子电能变换器七电平和N电平的输出波形示意图。

具体实施方式

为了清楚地说明使本发明实施例中的目的、技术方案和特点，下面将结合现有技术和本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行进一步地描述，显而易见地，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明的一种多电平光子电能变换器拓扑结构示意图，包括：主电路单元和主控制单元；

所述主电路单元包括：直流电源DC、第一LED包括第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B、第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃、第四开关管S₄、第五开关管S₅、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、输出侧PV₁、输出侧PV₂、负载Z，具体连接方式为：

所述直流电源DC的正极与所述第一电阻R₁的第一端、所述第二电阻R₂的第一端以及所述第三电阻R₃的第一端连接；

所述直流电源DC的负极与所述第一开关管S₁的第二端、所述第二开关管S₂的第二端以及所述第三开关管S₃的第二端连接；

所述第二LED_R的正极与所述第一电阻R₁的第二端连接；

所述第二LED_R的负极与所述第一开关管S₁的第一端连接；

所述第三LED_G的正极与所述第二电阻R₂的第二端连接；

所述第三LED_G的负极与所述第二开关管S₂的第一端连接；

所述第四LED_B的正极与所述第三电阻R₃的第二端连接；

所述第四LED_B的负极与所述第三开关管S₃的第一端连接；

所述输出侧PV₁与所述输出侧PV₂反接并联；

所述输出侧PV₁的正极与所述输出侧PV₂的负极、所述负载Z的第一端连接；

所述输出侧PV₁的负极与所述输出侧PV₂的正极、所述负载Z的第二端连接；

所述主控制单元包括：电流传感器、电压传感器、运算放大器AMP、第一加法器SUM1、第二加法器SUM2、第四电阻R_f、控制单元、第一PWM1、第二PWM2、第三PWM3、第四PWM4、第一驱动电路1、第二驱动电路2、第三驱动电路3、第四驱动电路4、非门INV，具体连接方式为：

所述电流传感器的输入端与所述直流电源DC的正极连接，所述电流传感器的输出端与所述运算放大器AMP的反相输入端连接；所述电压传感器的输入端与所述负载Z的第一端连接，所述电压传感器的输出端与所述第一加法器SUM1的负输入端连接；所述第一加法器SUM1的输出端与所述第二加法器SUM2的第二正输入端连接；所述运算放大器AMP的反相输入端与所述第四电阻R_f的第一端连接，所述运算放大器AMP的同相输入端接地，所述运算放大器AMP的输出端与所述第四电阻R_f的第二端、所述第二加法器SUM2的第一正输入端连接；所述控制单元的输入端与所述第二加法器SUM2的输出端连接，所述控制单元的第一输出端与所述第一PWM1的输入端连接，所述第一PWM1的输出端与所述第一驱动电路1的输入端连接，所述第一驱动电路1的输出端与所述第一开关管S₁的栅极连接，所述控制单元的第二输出端与所述第二PWM2的输入端连接，所述第二PWM2的输出端与所述第二驱动电路2的输入端连接，所述第二驱动电路2的输出端与所述第二开关管S₂的栅极连接，所述控制单元的第三输出端与所述第三PWM3的输入端连接，所述第三PWM3的输出端与所述第三驱动电路3的输入端连接，所述第三驱动电路3的输出端与所述第三开关管S₃的栅极连接，所述控制单元的第四输出端与所述第四PWM4的输入端连接，所述第四PWM4的输出端与所述第四驱动电路4的输入端连接，所述第四驱动电路4的输出端与所述第四开关管S₄的栅极、所述非门INV的输入端连接，所述非门INV的输出端与所述第五开关管S₅的栅极连接。

优选地，所述电压传感器为霍尔电压传感器；

优选地，所述电流传感器为霍尔电流传感器；

优选地，所述第四开关管S₄、第五开关管S₅交替进行导通，对所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂进行选择；

所述第一LED采用RGB色彩模式由第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B分别产生红光、绿光、蓝光三色。所述光子变换器输出电压由第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃对上述所对应的LED进行斩波叠加获得。

请参照图2，图2为本发明的一种多电平光子电能变换器工作原理示意图，并结合图4的流程图和图5的工作波形分析本文所述DC-AC光子电能变换器，具体逆变方法为：

S1：所述直流电源DC输出恒定电压，对所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B进行供电，所述电流传感器对输入端电流I_in进行采样，所述电压传感器对输出负载侧电压U_o进行采样；

S2：所述运算放大器AMP将采样到的输入电流I_in转换为采样电压U_f，输出电压U_o与参考电压U_ref经过所述第一加法器SUM1比较输出第一误差电压U_e，第一误差电压U_e与采样电压U_f经过所述第二加法器SUM2比较输出第二误差电压U_ef作为所述控制单元的输入信号；

S4：所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃由所述控制单元按所选取的RGB表值输出对应的占空比进行导通。所述第二LED_R输出红光，所述第三LED_G输出绿光，所述第四LED_B输出蓝光，通过所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃分别对所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B进行导通输出所需的电平电压，并且满足公式如下：

式中D₁、D₂和D₃分别为第一开关管S₁、第二开关管S₂和第三开关管S₃的占空比，φ_{R_max}、φ_{G_max}和φ_{B_max}分别为第二LED_R、第三LED_G和第四LED_B的最大光通量。

所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B产生的光通量分别为φ_R(t)、φ_G(t)、φ_B(t)：

如图3所示，光电二极管在不同波长下的相对光谱灵敏度S_λ(t)曲线公式为：

式中k_ph为光照度E_v(t)与光生电流I_ph(t)的比例系数，φ_v(t)为光通量，h为普朗克常数，c为光速，S为光照表面积，η为PV接收LED光的效率，t为时间，单位是秒。

所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃分别对所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B导通发光，输出光通量可由相对光谱灵敏度S_λ(t)曲线得到，即：

式中λ_R、λ_G和λ_B分别为红光、绿光和蓝光对应的波长，S_λR、S_λG和S_λB分别为光电二极管接收红光、绿光和蓝光对应的相对光谱灵敏度。

每个电平持续时间ΔT为：

式中T为输出电压周期，N为每个周期T选取的电平数目。

所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃的开关周期T_S为：

式中M为每个电平持续时间ΔT与开关周期T_S之比。

所述第一开关管S₁、第二开关管S₂、第三开关管S₃导通时间分别为：

举例说明：

在RGB值表上选取3个颜色值，红(255,0,0)，绿(0,255,0)，蓝(0,0,255),那么DC-AC光子变换器的输出结果如图5所示为七电平近似正弦的阶梯状的交流电压。

则每个电平持续时间ΔT为：

蓝(0,0,255)第三开关管S₃开通：

D₃＝1,D₁＝D₂＝0

绿(0,255,0)第二开关管S₂开通：

D₂＝1,D₁＝D₃＝0

红(255,0,0)第一开关管S₁开通：

D₁＝1,D₂＝D₃＝0

如图3所示，由于光电二极管对于红光、绿光和蓝光三种不同波长颜色的光接收程度不一致，输出结果如图5所示，光子变换器将实现七电平逆变器，输出七个不同电压，选取无穷多电平，光子变换器将理论上输出近似连续的电压波形。

S5：所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂接收所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射的光子能量产生光生电流I_{ph_R}(t)、I_{ph_G}(t)和I_{ph_B}(t)，光子变换器交流开路电压U_oc(t)由U_{oc_R}(t)、U_{oc_G}(t)和U_{oc_B}(t)三个电压叠加而成，所述负载Z通过DC-AC光子电能变换器的内阻分压获得电压U_o(t)，所述第四开关管S₄、第五开关管S₅对所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂进行交替导通使得输出电压产生正弦变化。

式中I_{ph_R}(t)、I_{ph_G}(t)和I_{ph_B}(t)分别为第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射光子能量产生的光生电流，U_{oc_R}(t)、U_{oc_G}(t)和U_{oc_B}(t)分别为第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射光子能量产生的电压。

所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂的光生电流I_ph(t)和交流开路电压U_oc(t)同时满足以下公式：

式中T_k为绝对温度，q为基本电荷，k_B为玻尔兹曼常数，I_a为输出侧PV₁和输出侧PV₂的反向饱和电流。结合上述分析可以得到光子变换器DC-AC输出开路电压U_oc(t)由所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B分别产生的电压构成：

将直流电源DC和该光子电能变换器的内阻定义为Z_n，则负载Z与内阻Z_n分压获得电压U_o(t)，通过阻抗匹配可以实现光子电能变换器的最大功率传输，得到U_o(t)为：

综上，本发明公开了一种多电平光子电能变换器及其逆变方法，根据光电二极管在不同波长下的相对光谱灵敏度特性，通过对五个开关管的控制即可实现光子电能变换器DC-AC电能变换理论上的N电平输出，N为大于1的任意正整数，解决传统逆变器开关损耗大、输出电压畸变率高以及隔离性能差等技术问题，提升电能质量，并能显著降低电路的电磁干扰，扩展光子电能变换器的应用领域。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制；对本发明所公开的实施例的说明，使本领域的专业技术人员能够使用或实现本发明，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些替换或者修改，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种多电平光子电能变换器，其特征在于，包括：主电路单元和主控制单元；

所述主电路单元包括：直流电源DC、第一LED包括第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B、第一开关管S ₁、第二开关管S ₂、第三开关管S ₃、第四开关管S ₄、第五开关管S ₅、第一电阻R ₁、第二电阻R ₂、第三电阻R ₃、输出侧PV₁、输出侧PV₂、负载Z；

所述直流电源DC的正极与所述第一电阻R ₁的第一端、所述第二电阻R ₂的第一端以及所述第三电阻R ₃的第一端连接；

所述直流电源DC的负极与所述第一开关管S ₁的第二端、所述第二开关管S ₂的第二端以及所述第三开关管S ₃的第二端连接；

所述第二LED_R的正极与所述第一电阻R ₁的第二端连接；

所述第二LED_R的负极与所述第一开关管S ₁的第一端连接；

所述第三LED_G的正极与所述第二电阻R ₂的第二端连接；

所述第三LED_G的负极与所述第二开关管S ₂的第一端连接；

所述第四LED_B的正极与所述第三电阻R ₃的第二端连接；

所述第四LED_B的负极与所述第三开关管S ₃的第一端连接；

所述输出侧PV₁与所述输出侧PV₂反接并联；

所述输出侧PV₁的负极与所述输出侧PV₂的正极、所述负载Z的第二端连接;

所述主控制单元包括：电流传感器、电压传感器、运算放大器AMP、第一加法器SUM1、第二加法器SUM2、第四电阻R _f、控制单元、第一PWM1、第二PWM2、第三PWM3、第四PWM4、第一驱动电路1、第二驱动电路2、第三驱动电路3、第四驱动电路4、非门INV；

所述电流传感器的输入端与所述直流电源DC的正极连接，所述电流传感器的输出端与所述运算放大器AMP的反相输入端连接；所述电压传感器的输入端与所述负载Z的第一端连接，所述电压传感器的输出端与所述第一加法器SUM1的负输入端连接；所述第一加法器SUM1的输出端与所述第二加法器SUM2的第二正输入端连接；所述运算放大器AMP的反相输入端与所述第四电阻R _f的第一端连接，所述运算放大器AMP的同相输入端接地，所述运算放大器AMP的输出端与所述第四电阻R _f的第二端、所述第二加法器SUM2的第一正输入端连接；所述控制单元的输入端与所述第二加法器SUM2的输出端连接，所述控制单元的第一输出端与所述第一PWM1的输入端连接，所述第一PWM1的输出端与所述第一驱动电路1的输入端连接，所述第一驱动电路1的输出端与所述第一开关管S ₁的栅极连接，所述控制单元的第二输出端与所述第二PWM2的输入端连接，所述第二PWM2的输出端与所述第二驱动电路2的输入端连接，所述第二驱动电路2的输出端与所述第二开关管S ₂的栅极连接，所述控制单元的第三输出端与所述第三PWM3的输入端连接，所述第三PWM3的输出端与所述第三驱动电路3的输入端连接，所述第三驱动电路3的输出端与所述第三开关管S ₃的栅极连接，所述控制单元的第四输出端与所述第四PWM4的输入端连接，所述第四PWM4的输出端与所述第四驱动电路4的输入端连接，所述第四驱动电路4的输出端与所述第四开关管S ₄的栅极、所述非门INV的输入端连接，所述非门INV的输出端与所述第五开关管S ₅的栅极连接。

2.一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，用于权利要求1所述的多电平光子电能变换器，具体逆变方法为：

S1：所述直流电源DC为所述第一LED供电，包括第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B，所述电流传感器检测输入电流I _in，所述电压传感器检测输出电压U _o；

S2：输入电流I _in经过所述运算放大器AMP将电流转换为采样电压U _f，输出电压U _o与参考电压U _ref经过所述第一加法器SUM1比较输出第一误差电压U _e，第一误差电压U _e与采样电压U _f经过所述第二加法器SUM2比较输出第二误差电压U _ef作为所述控制单元的输入信号；

S3：所述控制单元接收第二误差电压U _ef并根据RGB表值输出占空比信号D ₁、D ₂、D ₃、D ₄，占空比信号D ₁、D ₂、D ₃经过PWM模块和驱动电路模块分别对所述第一开关管S ₁、第二开关管S ₂、第三开关管S ₃进行控制，占空比信号D ₄经过所述第四PWM4和所述第四驱动电路4控制所述第四开关管S ₄并经过所述非门INV控制所述第五开关管S ₅；

S4：所述第一开关管S ₁、第二开关管S ₂、第三开关管S ₃分别对所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B进行导通发光，所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B输出光通量分别为ϕ _R(t)、ϕ _G(t)、ϕ _B(t)；

S5：所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂接收所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射的光子能量产生光生电流I _ph(t)和交流开路电压U _oc(t)，所述负载Z通过内阻分压获得电压U _o(t)，所述第四开关管S ₄、第五开关管S ₅对所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂进行交替导通使得输出电压产生正弦变化。

3.根据权利要求2所述的一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，通过红光、绿光和蓝光三种不同波长及五个开关管的控制实现光子电能变换器DC-AC电能变换，光电二极管（PV）在不同波长下的相对光谱灵敏度S _λ(t)为：

式中k _ph为光照度E _v(t)与光生电流I _ph(t)的比例系数，ϕ _v(t)为光通量，h为普朗克常数，c为光速，S为光照表面积，η为PV接收LED光的效率，t为时间，单位是秒。

4.根据权利要求3所述的一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B输出光通量通过公式得到：

式中D ₁、D ₂和D ₃分别为所述第一开关管S ₁、第二开关管S ₂、第三开关管S ₃的占空比，λ _R、λ _G和λ _B分别为红光、绿光和蓝光对应的波长，S _λR、S _λG和S _λB分别为光电二极管接收红光、绿光和蓝光对应的相对光谱灵敏度。

5.根据权利要求2所述的一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，所述第一开关管S ₁、第二开关管S ₂、第三开关管S ₃导通时间分别为：

式中T为输出电压周期，N为每个周期T选取的电平数目，M为每个电平持续时间ΔT与开关周期T _S之比。

6.根据权利要求2所述的一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，所述输出侧PV₁和所述输出侧PV₂的光生电流I _ph(t)和交流开路电压U _oc(t)为：

式中I _{ph_R}(t)、I _{ph_G}(t)和I _{ph_B}(t)分别为第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射光子能量产生的光生电流，U _{oc_R}(t)、U _{oc_G}(t)和U _{oc_B}(t)分别为第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B发射光子能量产生的电压。

7.根据权利要求4所述的一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，DC-AC光子电能变换器的交流开路电压由所述第二LED_R、第三LED_G、第四LED_B分别产生的电压构成：

式中T _k为绝对温度，q为基本电荷，k _B为玻尔兹曼常数，I _a为输出侧PV₁和输出侧PV₂的反向饱和电流；所述负载Z的电压U _o(t)由电阻分压得到：

式中Z _n为DC-AC光子电能变换器的内阻。

8.根据权利要求5所述的一种多电平光子电能变换器的逆变方法，其特征在于，选取电平数为N，N是大于1的任意正整数。