JP2017077163A

JP2017077163A - ５レベルインバータおよび同インバータの応用回路

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Publication number: JP2017077163A
Application number: JP2016197915A
Authority: JP
Inventors: 申潭; Tan Shen; 王▲鵬▼; Peng Wang; 耿▲後▼来; Houlai Geng; 胡兵; Bing Hu; 別▲偉▼; Wei Bie; 代尚方; Shangfang Dai
Original assignee: Sungrow Power Supply Co Ltd
Current assignee: Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: EP3154181B1; JP6543864B2; CA2942254A1; US20170104424A1; CN105226978A; AU2016234982A1; US10084392B2; AU2016234982B2; CN105226978B; CA2942254C; EP3154181A1

Abstract

【課題】5レベルインバータおよびその応用回路を提供すること。
【解決手段】5レベルインバータおよびその応用回路が提供される。5レベルインバータは、第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、および第8のスイッチトランジスタならびにクランプキャパシタの様々な導通の組合せを制御することにより、複数のレベルの電圧を出力することができる。正電圧を出力するために、2つの導通の組合せにおける電流がクランプキャパシタを反対方向に流れる2つの導通の組合せが選択されてよい。したがって、2つの導通の組合せを制御することにより、クランプキャパシタの電圧のバランスをとることができる。同様に、負電圧を出力するときには、他の2つの導通の組合せを制御することにより、クランプキャパシタの電圧のバランスをとることができる。したがって、特別なハードウェア回路を追加することなく、全出力および十分な変調において、パワーキャパシタ電圧のバランスが達成され得る。
【選択図】図２

Description

本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれている、中華人民共和国の知識産権局に対して2015年10月22日に出願した「５レベルインバータおよび同インバータの応用回路（FIVE-LEVEL INVERTER AND APPLICATION CIRCUIT OF THE SAME）」という名称の中国特許出願第201510690512.X号および中華人民共和国の知識産権局に対して2015年10月10日に出願した「５レベルインバータおよび同インバータの応用回路（FIVE-LEVEL INVERTER AND APPLICATION CIRCUIT OF THE SAME）」という名称の中国特許出願第201510662002.1号に対する優先権を主張するものである。

本開示は光起電力の新規エネルギーの技術分野に関し、具体的には5レベルインバータおよび同インバータの応用回路に関するものである。

最近、中間高電圧用の高出力周波数変換の分野においてマルチレベル出力の技術が普及している。マルチレベルインバータは、多くの出力電圧ステップのために、低い電圧変化率を有する電圧波形を出力することができる。また、出力電圧の高調波は、ますます多くの出力レベルを用いて低減されている。その上、マルチレベルインバータ技術は、システムのスイッチング損失および伝導損の低減ならびにトランジスタの耐電圧およびシステムの電磁障害の低減において優れた性能を有する。したがって、マルチレベルインバータは、現在一般的に採用されている。

従来技術では、3レベル以上を出力する一般的なダイオードクランプマルチレベルインバータは、図1に示されるように、直列接続された複数のパワーキャパシタを、光起電力インバータの直流側に対して並列に接続することによって実施される。インバータ内の様々なスイッチトランジスタは、それぞれのパワーキャパシタに対してパワーダイオードを介してそれぞれ接続される。パワーキャパシタは不均等な電力を出力するので、パワーキャパシタにわたる電圧は不均等であり、すなわち、いわゆる不均衡パワーキャパシタ電圧の現象が生じる。

したがって、従来技術のマルチレベルインバータにはパワーキャパシタ電圧の自己バランス機能がない。

本開示によれば、従来技術のマルチレベルインバータにはパワーキャパシタ電圧の自己バランス機能がないという問題を解決するために、5レベルインバータおよび同インバータの応用回路が提供される。

上記の目的を達成するために、本開示において、以下のように技術的解決策が提供される。

5レベルインバータが、直流電源の正端子と負端子の間に接続され、また、第1のキャパシタと第2のキャパシタが直列接続されている分岐に対して並列に接続される。

5レベルインバータは、6つのスイッチ分岐、第7のスイッチトランジスタ、第8のスイッチトランジスタおよびクランプキャパシタを含む。

6つのスイッチ分岐の第1のスイッチ分岐は、第1の単方向素子および第1のスイッチトランジスタを含む。第1の単方向素子と第1のスイッチトランジスタの共通端子が、第1のキャパシタの第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第2のスイッチ分岐は、第2の単方向素子および第2のスイッチトランジスタを含む。第2の単方向素子と第2のスイッチトランジスタの共通端子が、第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第3のスイッチ分岐は、第3の単方向素子および第3のスイッチトランジスタを含む。第3のスイッチ分岐の第1の端子は、第2のスイッチ分岐の第1の端子、第1のキャパシタの第2の端子および第2のキャパシタの第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第4のスイッチ分岐は、第4の単方向素子および第4のスイッチトランジスタを含む。第4のスイッチ分岐の第1の端子は、第3のスイッチ分岐の第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第5のスイッチ分岐は、第5の単方向素子および第5のスイッチトランジスタを含む。第5のスイッチ分岐の第1の端子は、第4のスイッチ分岐の第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第6のスイッチ分岐は、第6の単方向素子および第6のスイッチトランジスタを含む。第6のスイッチ分岐の第1の端子は、第5の単方向素子と第5のスイッチトランジスタの共通端子に接続されている。第6の単方向素子と第6のスイッチトランジスタの共通端子が、第2のキャパシタの第2の端子に接続されている。

クランプキャパシタの第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子、第2のスイッチ分岐の第2の端子、第3のスイッチ分岐の第2の端子および第7のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されている。クランプキャパシタの第2の端子は、第4のスイッチ分岐の第2の端子、第5のスイッチ分岐の第2の端子、第6のスイッチ分岐の第2の端子および第8のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されている。第8のスイッチトランジスタの第1の端子は、5レベルインバータの出力端子に接続された接続点において、第7のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されている。

第7のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタの各々が、双方向電力経路をもたらすスイッチトランジスタである。

好ましくは、第2の単方向素子の入力端子は、第2のスイッチ分岐の第1の端子である。第2のスイッチトランジスタの第2の端子は、第2のスイッチ分岐の第2の端子である。第2のスイッチトランジスタの第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第2の単方向素子の出力端子に接続されている。

第3のスイッチトランジスタの第2の端子は、第3のスイッチ分岐の第1の端子である。第3のスイッチトランジスタの第1の端子は、第3の単方向素子の出力端子に接続されている。第3の単方向素子の入力端子は、第3のスイッチ分岐の第2の端子である。

第4の単方向素子の入力端子は、第4のスイッチ分岐の第1の端子である。第4の単方向素子の出力端子は、第4のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されている。第4のスイッチトランジスタの第2の端子は、第4のスイッチ分岐の第2の端子である。

第5の単方向素子の出力端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第5のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されている。第5の単方向素子の入力端子は、第5のスイッチ分岐の第1の端子である。第5のスイッチトランジスタの第1の端子は、第5のスイッチ分岐の第2の端子である。

好ましくは、第2のスイッチトランジスタの第2の端子は、第2のスイッチ分岐の第1の端子である。第2の単方向素子の入力端子は、第2のスイッチ分岐の第2の端子である。第2のスイッチトランジスタの第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第2の単方向素子の出力端子に接続されている。

第3の単方向素子の入力端子は、第3のスイッチ分岐の第1の端子である。第3の単方向素子の出力端子は、第3のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されている。第3のスイッチトランジスタの第2の端子は、第3のスイッチ分岐の第2の端子である。

第4のスイッチトランジスタの第2の端子は、第4のスイッチ分岐の第1の端子である。第4のスイッチトランジスタの第1の端子は、第4の単方向素子の出力端子に接続されている。第4の単方向素子の入力端子は、第4のスイッチ分岐の第2の端子である。

第5のスイッチトランジスタの第2の端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第5の単方向素子の入力端子に接続されている。第5のスイッチトランジスタの第1の端子は、第5のスイッチ分岐の第1の端子である。第5の単方向素子の出力端子は、第5のスイッチ分岐の第2の端子である。

好ましくは、第1の単方向素子の出力端子は、第1のキャパシタの第1の端子に接続された接続点において、第1のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されている。第1の単方向素子の入力端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子である。第1のスイッチトランジスタの第2の端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子である。

第6の単方向素子の入力端子は、第2のキャパシタの第2の端子に接続された接続点において、第6のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されている。第6の単方向素子の出力端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子である。第6のスイッチトランジスタの第1の端子は、第6のスイッチ分岐の第2の端子である。

第2のスイッチトランジスタ、第3のスイッチトランジスタ、第4のスイッチトランジスタおよび第5のスイッチトランジスタの各々が、ボディダイオードを含んでいるか、またはダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

好ましくは、第1の単方向素子の出力端子は、第1のキャパシタの第1の端子に接続された接続点において、第1のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されている。第1のスイッチトランジスタの第2の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子である。第1の単方向素子の入力端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子である。

第6の単方向素子の入力端子は、第2のキャパシタの第2の端子に接続された接続点において、第6のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されている。第6のスイッチトランジスタの第1の端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子である。第6の単方向素子の出力端子は、第6のスイッチ分岐の第2の端子である。

好ましくは、5レベルインバータは、以下の8つの動作モードのうちの1つで動作する。

第1のモードでは、第1のスイッチトランジスタおよび第7のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第2のモードでは、第1のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第3のモードでは、第4のスイッチトランジスタ、第5のスイッチトランジスタおよび第7のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第4のモードでは、第4のスイッチトランジスタ、第5のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第5のモードでは、第2のスイッチトランジスタ、第3のスイッチトランジスタおよび第7のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第6のモードでは、第2のスイッチトランジスタ、第3のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第7のモードでは、第6のスイッチトランジスタおよび第7のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第8のモードでは、第6のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第1のモードでは、第1のスイッチトランジスタ、第2のスイッチトランジスタおよび第7のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第2のモードでは、第1のスイッチトランジスタ、第2のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第7のモードでは、第5のスイッチトランジスタ、第6のスイッチトランジスタおよび第7のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第8のモードでは、第5のスイッチトランジスタ、第6のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタはオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

好ましくは、5レベルインバータは、第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第9のスイッチトランジスタと、第6の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第10のスイッチトランジスタとをさらに含む。

あるいは、5レベルインバータは、第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第11のスイッチトランジスタと、第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第12のスイッチトランジスタとをさらに含む。

あるいは、5レベルインバータは、第3の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第13のスイッチトランジスタと、第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第14のスイッチトランジスタとをさらに含む。

好ましくは、5レベルインバータは、第1のスイッチトランジスタおよび第6のスイッチトランジスタに対してそれぞれ逆向きに並列接続された2つのダイオードをさらに含む。あるいは、第1のスイッチトランジスタおよび第6のスイッチトランジスタの各々が、ボディダイオードをさらに含む。

好ましくは、5レベルインバータは、第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第15のスイッチトランジスタと、第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第16のスイッチトランジスタと、第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第17のスイッチトランジスタと、第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第18のスイッチトランジスタとをさらに含む。

好ましくは、5レベルインバータは、第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第19のスイッチトランジスタと、第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第20のスイッチトランジスタとをさらに含む。

あるいは、5レベルインバータは、第3の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第21のスイッチトランジスタと、第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第22のスイッチトランジスタとをさらに含む。

好ましくは、5レベルインバータは、第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第23のスイッチトランジスタと、第6の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第24のスイッチトランジスタとをさらに含む。

好ましくは、第1の単方向素子、第2の単方向素子、第3の単方向素子、第4の単方向素子、第5の単方向素子および第6の単方向素子の各々が、ダイオードまたは単方向サイリスタである。

好ましくは、第2のスイッチトランジスタ、第3のスイッチトランジスタ、第4のスイッチトランジスタおよび第5のスイッチトランジスタの各々が、ボディダイオードを含んでいるか、またはダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

5レベルインバータの応用回路は、上記のような第1の5レベルインバータおよび上記のような第2の5レベルインバータを含む。

第1の5レベルインバータおよび第2の5レベルインバータの各々の第1の入力端子は、直流電源の正端子に接続されている。

第1の5レベルインバータおよび第2の5レベルインバータの各々の第2の入力端子は、第1のキャパシタが第2のキャパシタに対して接続されている接続点に接続されている。

第1の5レベルインバータおよび第2の5レベルインバータの各々の第3の入力端子は、直流電源の負端子に接続されている。

第1の5レベルインバータの出力端子および第2の5レベルインバータの出力端子は、5レベルインバータの応用回路の2つの交流電流出力端子である。

5レベルインバータの応用回路は、上記のような第1の5レベルインバータ、上記のような第2の5レベルインバータおよび上記のような第3の5レベルインバータを含む。

第1の5レベルインバータ、第2の5レベルインバータおよび第3の5レベルインバータの各々の第1の入力端子は、直流電源の正端子に接続されている。

第1の5レベルインバータ、第2の5レベルインバータおよび第3の5レベルインバータの各々の第2の入力端子は、第1のキャパシタが第2のキャパシタに対して接続されている接続点に接続されている。

第1の5レベルインバータ、第2の5レベルインバータおよび第3の5レベルインバータの各々の第3の入力端子は、直流電源の負端子に接続されている。

第1の5レベルインバータの出力端子、第2の5レベルインバータの出力端子および第3の5レベルインバータの出力端子は、5レベルインバータの応用回路の3つの交流電流出力端子である。

好ましくは、5レベルインバータの応用回路は、第1のキャパシタが第2のキャパシタに対して接続されている接続点である第4の出力端子をさらに含む。

本開示による5レベルインバータは、第1のスイッチトランジスタと、第2のスイッチトランジスタと、第3のスイッチトランジスタと、第4のスイッチトランジスタと、第5のスイッチトランジスタと、第6のスイッチトランジスタと、第7のスイッチトランジスタと、第8のスイッチトランジスタと、クランプキャパシタとの、様々な導通の組合せを制御することによって複数のレベルの電圧を出力することができる。正電圧を出力するために、2つの導通の組合せにおける電流がクランプキャパシタを反対方向に流れる2つの導通の組合せが選択されてよい。したがって、2つの導通の組合せを制御することにより、クランプキャパシタの電圧のバランスをとることができる。同様に、負電圧を出力するときには、他の2つの導通の組合せを制御することにより、クランプキャパシタの電圧のバランスをとることができる。したがって、特別なハードウェア回路を追加することなく、全出力および十分な変調において、パワーキャパシタ電圧のバランスが達成され得る。

本実施形態の説明には添付図面を使用する必要があり、または従来技術が以下のように簡潔に説明され、その結果、本開示の実施形態による技術的解決策または従来技術による技術的解決策がより明らかになる。以下の説明における添付図面は、本開示のいくつかの実施形態でしかないことが明白である。当業者にとって、他の添付図面は、創造的な努力をすることなく、これらの添付図面によって得ることができる。

従来技術による5レベルインバータの概略構造図である。本開示の一実施形態による5レベルインバータの概略構造図である。本開示の一実施形態による第1のタイプの5レベルインバータの概略構造図である。本開示の一実施形態による第2のタイプの5レベルインバータの概略構造図である。本開示の一実施形態による第3のタイプの5レベルインバータの概略構造図である。本開示の別の実施形態による5レベルインバータの概略構造図である。本開示の別の実施形態による5レベルインバータの概略構造図である。本開示の別の実施形態による5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の別の実施形態による5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の一実施形態による2相5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の一実施形態による2相5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の一実施形態による3相3線式5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の一実施形態による3相3線式5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の一実施形態による3相4線式5レベルインバータの概略の適用構造図である。本開示の一実施形態による3相4線式5レベルインバータの概略の適用構造図である。

上記の目的、特徴、および利点が、より明瞭になって理解され得るように、本開示の実施形態が、添付図面を参照しながら以下のように詳細に説明される。

本開示によれば、従来技術のインバータにはパワーキャパシタ電圧の自己バランス機能がないという問題を解決するために、5レベルインバータおよび5レベルインバータの応用回路が提供される。

図2を参照して、5レベルインバータが、直流電源PVの正端子と負端子の間に接続されており、また、第1のキャパシタC1と第2のキャパシタC2が直列接続されている分岐に対して並列に接続されている。

5レベルインバータは、6つのスイッチ分岐、第7のスイッチトランジスタQ7、第8のトランジスタQ8およびクランプキャパシタC3を含む。

6つのスイッチ分岐の第1のスイッチ分岐は、第1の単方向素子および第1のスイッチトランジスタを含む。第1の単方向素子と第1のスイッチトランジスタの共通端子が、第1のキャパシタC1の第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第3のスイッチ分岐は、第3の単方向素子および第3のスイッチトランジスタを含む。第3のスイッチ分岐の第1の端子は、第2のスイッチ分岐の第1の端子、第1のキャパシタC1の第2の端子および第2のキャパシタC2の第1の端子に接続されている。

6つのスイッチ分岐の第6のスイッチ分岐は、第6の単方向素子および第6のスイッチトランジスタを含む。第6のスイッチ分岐の第1の端子は、第5の単方向素子と第5のスイッチトランジスタの共通端子に接続されている。第6の単方向素子と第6のスイッチトランジスタの共通端子が、第2のキャパシタC2の第2の端子に接続されている。

クランプキャパシタC3の第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子、第2のスイッチ分岐の第2の端子、第3のスイッチ分岐の第2の端子および第7のスイッチトランジスタQ7の第1の端子に接続されている。クランプキャパシタC3の第2の端子は、第4のスイッチ分岐の第2の端子、第5のスイッチ分岐の第2の端子、第6のスイッチ分岐の第2の端子および第8のスイッチトランジスタQ8の第2の端子に接続されている。第8のスイッチトランジスタQ8の第1の端子は、5レベルインバータの出力端子に接続された接続点において、第7のスイッチトランジスタQ7の第2の端子に接続されている。

第7のスイッチトランジスタQ7および第8のスイッチトランジスタQ8の各々が、双方向電力経路をもたらすスイッチトランジスタである。

本実施形態による5レベルインバータは、第1のスイッチトランジスタと、第2のスイッチトランジスタと、第3のスイッチトランジスタと、第4のスイッチトランジスタと、第5のスイッチトランジスタと、第6のスイッチトランジスタと、第7のスイッチトランジスタと、第8のスイッチトランジスタと、クランプキャパシタC3との、様々な導通の組合せを制御することによってマルチレベル電圧を出力することができる。また、2つの導通の組合せにおいて電流がクランプキャパシタC3を反対方向に流れる正電圧を出力するように、2つの導通の組合せが選択されてよい。したがって、2つの導通の組合せを制御することにより、クランプキャパシタC3の電圧のバランスをとることができる。同様に、負電圧を出力するときには、他の2つの導通の組合せを制御することにより、クランプキャパシタC3の電圧のバランスをとることができる。第1のキャパシタC1の電圧と第2のキャパシタC2の電圧は、従来技術のようにダイオードクランプを用いて実施された5レベルインバータにおける不均衡キャパシタ電圧の問題をもたらすことなく、3レベルインバータにおけるのと同じやり方でバランスがとられる。したがって、本実施形態による5レベルインバータを用いると、特別なハードウェア回路を追加することなく、パワーキャパシタ電圧のバランスが、全出力および十分な変調において達成され得る。

好ましくは、図3に示されるように、第2の単方向素子の入力端子は第2のスイッチ分岐の第1の端子である。第2のスイッチトランジスタQ2の第2の端子は、第2のスイッチ分岐の第2の端子である。第2のスイッチトランジスタQ2の第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第2の単方向素子の出力端子に接続されている。

第3のスイッチトランジスタQ3の第2の端子は、第3のスイッチ分岐の第1の端子である。第3のスイッチトランジスタQ3の第1の端子は、第3の単方向素子の出力端子に接続されている。第3の単方向素子の入力端子は、第3のスイッチ分岐の第2の端子である。

第4の単方向素子の入力端子は、第4のスイッチ分岐の第1の端子である。第4の単方向素子の出力端子は、第4のスイッチトランジスタQ4の第1の端子に接続されている。第4のスイッチトランジスタQ4の第2の端子は、第4のスイッチ分岐の第2の端子である。

第5の単方向素子の出力端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第5のスイッチトランジスタQ5の第2の端子に接続されている。第5の単方向素子の入力端子は、第5のスイッチ分岐の第1の端子である。第5のスイッチトランジスタQ5の第1の端子は、第5のスイッチ分岐の第2の端子である。

第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3、第4のスイッチトランジスタQ4および第5のスイッチトランジスタQ5の各々が、ボディダイオードを含んでいるか、またはダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

特定の用途では、図3に示されるように、第7のスイッチトランジスタQ7および第8のスイッチトランジスタQ8の各々が、好ましくはボディダイオードを含んでいるか、またはダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

さらに、図3に示されるように、第1の単方向素子の出力端子は、第1のキャパシタC1の第1の端子に接続された接続点において、第1のスイッチトランジスタQ1の第1の端子に接続されている。第1の単方向素子の入力端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子である。第1のスイッチトランジスタQ1の第2の端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子である。

第6の単方向素子の入力端子は、第2のキャパシタC2の第2の端子に接続された接続点において、第6のスイッチトランジスタQ6の第2の端子に接続されている。第6の単方向素子の出力端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子である。第6のスイッチトランジスタQ6の第1の端子は、第6のスイッチ分岐の第2の端子である。

図3は、本開示による第1のタイプの5レベルインバータの特定の実装形態を示す。直流電源PVの正端子と負端子の間の電圧はUdcの値を有する。第1のキャパシタC1の電圧および第2のキャパシタC2の電圧は、それぞれUdc/2の値を有する。クランプキャパシタC3の電圧はUdc/4の値を有する。ノードRとノードNの間の電圧は、5レベルインバータの出力電圧V_RNである。5レベルインバータは、以下の8つの動作モードのうちの1つで動作する。

第1のモードでは、第1のスイッチトランジスタQ1および第7のスイッチトランジスタQ7はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第1のモードでは、有効電流経路が、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから、第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第2のスイッチトランジスタQ2のボディダイオードへ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。

第2のモードでは、第1のスイッチトランジスタQ1および第8のスイッチトランジスタQ8はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第2のモードでは、有効電流経路が、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第2のスイッチトランジスタQ2のボディダイオードへ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。

第3のモードでは、第4のスイッチトランジスタQ4、第5のスイッチトランジスタQ5および第7のスイッチトランジスタQ7はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第3のモードでは、有効電流経路が、ノードNから第4の単方向素子へ、次いで第4のスイッチトランジスタQ4へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第5の単方向素子へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。

第4のモードでは、第4のスイッチトランジスタQ4、第5のスイッチトランジスタQ5および第8のスイッチトランジスタQ8はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第4のモードでは、有効電流経路が、ノードNから第4の単方向素子へ、次いで第4のスイッチトランジスタQ4へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第5の単方向素子へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。

第5のモードでは、第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3および第7のスイッチトランジスタQ7はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第5のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第3の単方向素子へ、次いで第3のスイッチトランジスタQ3へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2の単方向素子へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。

第6のモードでは、第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3および第8のスイッチトランジスタQ8はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第6のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第3の単方向素子へ、次いで第3のスイッチトランジスタQ3へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2の単方向素子へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第7のモードでは、第6のスイッチトランジスタQ6および第7のスイッチトランジスタQ7はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第7のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第5のスイッチトランジスタQ5のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第8のモードでは、第6のスイッチトランジスタQ6および第8のスイッチトランジスタQ8はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第8のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第5のスイッチトランジスタQ5のボディダイオードへ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。

あるいは、図4に示されるように、第2のスイッチトランジスタQ2の第2の端子は、第2のスイッチ分岐の第1の端子である。第2の単方向素子の入力端子は、第2のスイッチ分岐の第2の端子である。第2のスイッチトランジスタQ2の第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第2の単方向素子の出力端子に接続されている。

第3の単方向素子の入力端子は、第3のスイッチ分岐の第1の端子である。第3の単方向素子の出力端子は、第3のスイッチトランジスタQ3の第1の端子に接続されている。第3のスイッチトランジスタQ3の第2の端子は、第3のスイッチ分岐の第2の端子である。

第4のスイッチトランジスタQ4の第2の端子は、第4のスイッチ分岐の第1の端子である。第4のスイッチトランジスタQ4の第1の端子は、第4の単方向素子の出力端子に接続されている。第4の単方向素子の入力端子は、第4のスイッチ分岐の第2の端子である。

第5のスイッチトランジスタQ5の第2の端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第3の単方向素子の入力端子に接続されている。第5のスイッチトランジスタQ5の第1の端子は、第5のスイッチ分岐の第1の端子である。第5の単方向素子の出力端子は、第5のスイッチ分岐の第2の端子である。

さらに、第1の単方向素子の出力端子は、第1のキャパシタC1の第1の端子に接続された接続点において、第1のスイッチトランジスタQ1の第1の端子に接続されている。第1の単方向素子の入力端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子である。第1のスイッチトランジスタQ1の第2の端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子である。

特定の用途では、好ましくは、第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3、第4のスイッチトランジスタQ4、第5のスイッチトランジスタQ5、第7のスイッチトランジスタQ7および第8のスイッチトランジスタQ8の各々が、ボディダイオードを含んでいるか、または図4に示されるようにダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

図4は、本開示による第2のタイプの5レベルインバータの特定の実装形態を示す。

第2のタイプの5レベルインバータでは、図4に示されるように、直流電源PVの正端子と負端子の間の電圧はUdcの値を有する。第1のキャパシタC1の電圧および第2のキャパシタC2の電圧は、それぞれUdc/2の値を有する。クランプキャパシタC3の電圧はUdc/4の値を有する。ノードRとノードNの間の電圧は、5レベルインバータの出力電圧V_RNである。5レベルインバータは、以下の8つの動作モードのうちの1つで動作する。

第1のモードでは、有効電流経路が、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第2の単方向素子へ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。

第2のモードでは、有効電流経路が、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第2の単方向素子へ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。

第3のモードでは、有効電流経路が、ノードNから第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第5の単方向素子へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第4の単方向素子へ、次いで第4のスイッチトランジスタQ4へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。

第4のモードでは、有効電流経路が、ノードNから第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第5の単方向素子へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第4の単方向素子へ、次いで第4のスイッチトランジスタQ4へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。

第5のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第2の単方向素子へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第3の単方向素子へ、次いで第3のスイッチトランジスタQ3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。

第6のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第2の単方向素子へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第3の単方向素子へ、次いで第3のスイッチトランジスタQ3へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第7のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第5の単方向素子へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第8のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第5の単方向素子へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。

あるいは、図5に示されるように、第2の単方向素子の入力端子は第2のスイッチ分岐の第1の端子である。第2のスイッチトランジスタQ2の第2の端子は、第2のスイッチ分岐の第2の端子である。第2のスイッチトランジスタQ2の第1の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続された接続点において、第2の単方向素子の出力端子に接続されている。

第1の単方向素子の出力端子は、第1のキャパシタC1の第1の端子に接続された接続点において、第1のスイッチトランジスタQ1の第1の端子に接続されている。第1のスイッチトランジスタQ1の第2の端子は、第1のスイッチ分岐の第1の端子である。第1の単方向素子の入力端子は、第1のスイッチ分岐の第2の端子である。

第6の単方向素子の入力端子は、第2のキャパシタC2の第2の端子に接続された接続点において、第6のスイッチトランジスタQ6の第2の端子に接続されている。第6のスイッチトランジスタQ6の第1の端子は、第6のスイッチ分岐の第1の端子である。第6の単方向素子の出力端子は、第6のスイッチ分岐の第2の端子である。

特定の用途では、好ましくは、第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3、第4のスイッチトランジスタQ4、第5のスイッチトランジスタQ5、第7のスイッチトランジスタQ7および第8のスイッチトランジスタQ8の各々が、ボディダイオードを含んでいるか、または図5に示されるようにダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

図5は、本開示による第3のタイプの5レベルインバータの特定の実装形態を示す。直流電源PVの正端子と負端子の間の電圧はUdcの値を有する。第1のキャパシタC1の電圧および第2のキャパシタC2の電圧は、それぞれUdc/2の値を有する。クランプキャパシタC3の電圧はUdc/4の値を有する。ノードRとノードNの間の電圧は、5レベルインバータの出力電圧V_RNである。5レベルインバータは、以下の8つの動作モードのうちの1つで動作する。

第1のモードでは、第1のスイッチトランジスタQ1、第2のスイッチトランジスタQ2および第7のスイッチトランジスタQ7はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第1のモードでは、有効電流経路が、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。

第2のモードでは、第1のスイッチトランジスタQ1、第2のスイッチトランジスタQ2および第8のスイッチトランジスタQ8はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第2のモードでは、有効電流経路が、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。

第5のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第3のスイッチトランジスタQ3へ、次いで第3の単方向素子へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2の単方向素子へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは0の値を有する。

第6のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第3のスイッチトランジスタQ3へ、次いで第3の単方向素子へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2の単方向素子へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第7のモードでは、第5のスイッチトランジスタQ5、第6のスイッチトランジスタQ6および第7のスイッチトランジスタQ7はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第7のモードでは、有効電流経路は、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第8のモードでは、第5のスイッチトランジスタQ5、第6のスイッチトランジスタQ6および第8のスイッチトランジスタQ8はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第8のモードでは、有効電流経路が、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。

上記の実施形態から、2つの動作モードすなわち第2のモードおよび第3のモードは正電圧を出力するように選択され得、2つの動作モードにおいて、電流がクランプキャパシタC3を反対方向に流れることになる。したがって、2つの動作モードを柔軟に選択することにより、クランプキャパシタC3の電圧のバランスをとることができる。同様に、負電圧を出力するときには、クランプキャパシタC3の電圧は、他の2つの動作モードすなわち第6のモードと第7のモードを柔軟に選択することによってバランスをとることができる。キャパシタ電圧のバランスが、特別なハードウェア回路を追加することなく、全出力および十分な変調において達成され得る。

図1に示されるような従来技術の5レベルインバータは、より多くの電流整流経路を含み、電流経路の各々が複数のスイッチトランジスタを含んでいて、低効率であることに注目されたい。

しかしながら、上記の実施形態による第1のタイプの5レベルインバータ、第2のタイプの5レベルインバータ、および第3のタイプの5レベルインバータは、それぞれが、それぞれの8つの動作モードのうちのいくつかにおいてオン状態の2つのスイッチトランジスタを有し、システムの効率を改善する。

その上、力率1でない用途では、図1に示されるようなマルチレベルインバータのスイッチトランジスタの内部ダイオードは、電流経路をもたらす必要がある。したがって、力率1の用途と力率1でない用途の両方が必要とされる場合には、内部ダイオードとスイッチトランジスタの両方の性能を考慮に入れなければならず、素子の選択が難しくなる。多くの場合、外部ダイオードは、特定の用途の要件を満たすために逆向きに並列接続される必要があり得る。その上、スイッチトランジスタは、力率1の用途と力率1でない用途の両方で動作する必要があり、それによって、全体的な損失(over loss)、スイッチング周波数が制限されることによる素子の耐用年数の短縮、および回路の全体の変換効率の低下がもたらされる。

しかしながら、上記の実施形態による5レベルインバータを用いると、5レベルが出力され得、システムの電流高調波の含量率が減少され得、システムの交流電流をフィルタリングするインダクタンスが低減され得、システムの電圧階級が増加され得て、システムのコモンモード電圧が低下され得る。さらに、特別なハードウェア回路を追加することなく、全出力および十分な変調において、パワーキャパシタ電圧のバランスが達成され得る。加えて、力率1の用途と力率1でない用途の両方が必要とされる場合には、スイッチ素子が、大きい範囲の中で選択され得、しかもスイッチトランジスタの損失がさらに低減され、それによって素子の耐用年数が延び、回路の全体の変換効率が改善され、スイッチトランジスタの損失が大幅に低減される。

加えて、上記の動作モードでは、スイッチトランジスタおよび駆動信号源の選択は、本明細書では限定されず、実際の条件に依拠して決定され得る。

実際の用途では、5レベルインバータは、図3、図4または図5に示されるような実装形態に限定されない。5レベルインバータの第1のスイッチ分岐、第2のスイッチ分岐および第3のスイッチ分岐が図3に示されるような形態である場合、5レベルインバータの第4のスイッチ分岐、第5のスイッチ分岐および第6のスイッチ分岐は、図3に示されるような実装形態に限定されず、図4または図5に示されるような形態でもよい。5レベルインバータの第1のスイッチ分岐、第2のスイッチ分岐および第3のスイッチ分岐が図4に示されるような形態である場合、5レベルインバータの第4のスイッチ分岐、第5のスイッチ分岐および第6のスイッチ分岐は、図4に示されるような実装形態に限定されず、図3または図5に示されるような形態でもよい。5レベルインバータの第1のスイッチ分岐、第2のスイッチ分岐および第3のスイッチ分岐が図5に示されるような形態である場合、5レベルインバータの第4のスイッチ分岐、第5のスイッチ分岐および第6のスイッチ分岐は、図5に示されるような実装形態に限定されず、図3または図4に示されるような形態でもよい。上記の実装形態はすべて本開示の保護範囲内に入るものであり、本明細書では詳細には説明しない。

好ましくは、図3に示されるような実装形態に基づいて、5レベルインバータは、図6に示されるように、第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第9のスイッチトランジスタQ9と、第6の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第10のスイッチトランジスタQ10とをさらに含む。

この場合、5レベルインバータの8つの動作モードの中で、5レベルインバータの第3のモード、第4のモード、第5のモードおよび第6のモードは、図3に示されるような第1のタイプの5レベルインバータのものと同一であるが、一方、5レベルインバータの第1のモード、第2のモード、第7のモードおよび第8のモードは、それに応じて以下のように変化する。

第1のモードでは、第1のスイッチトランジスタQ1、第2のスイッチトランジスタQ2、第7のスイッチトランジスタQ7および第9のスイッチトランジスタQ9はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第1のモードでは、2つの有効電流経路が存在し、1つは、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへのものであり、もう1つは、直流電源PVの正端子から第9のスイッチトランジスタQ9へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへのものであり、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから、第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第2のスイッチトランジスタQ2のボディダイオードへ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/2の値を有する。

第2のモードでは、第1のスイッチトランジスタQ1、第2のスイッチトランジスタQ2、第8のスイッチトランジスタQ8および第9のスイッチトランジスタQ9はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第2のモードでは、2つの有効電流経路が存在し、1つは、直流電源PVの正端子から第1のスイッチトランジスタQ1へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへのものであり、もう1つは、直流電源PVの正端子から第9のスイッチトランジスタQ9へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへのものであり、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第2のスイッチトランジスタQ2に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第2のスイッチトランジスタQ2のボディダイオードへ、次いで第1の単方向素子へ、次いで直流電源PVの正端子へ、次いで第1のキャパシタC1へ、次いでノードNへ至り、出力電圧V_RNはUdc/4の値を有する。

第7のモードでは、第5のスイッチトランジスタQ5、第6のスイッチトランジスタQ6、第7のスイッチトランジスタQ7および第10のスイッチトランジスタQ10はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第7のモードでは、2つの有効電流経路が存在し、1つは、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへのものであり、もう1つは、ノードRから第7のスイッチトランジスタQ7に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第7のスイッチトランジスタQ7のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第10のスイッチトランジスタQ10へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへのものであり、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第5のスイッチトランジスタQ5のボディダイオードへ、次いでクランプキャパシタC3へ、次いで第7のスイッチトランジスタQ7へ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/4の値を有する。

第8のモードでは、第5のスイッチトランジスタQ5、第6のスイッチトランジスタQ6、第8のスイッチトランジスタQ8および第10のスイッチトランジスタQ10はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第8のモードでは、2つの有効電流経路が存在し、1つは、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第6のスイッチトランジスタQ6へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへのものであり、もう1つは、ノードRから第8のスイッチトランジスタQ8へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5へ、次いで第10のスイッチトランジスタQ10へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第2のキャパシタC2へ、次いでノードNへのものであり、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。無効出力については、無効電流経路が、対応して、ノードNから第2のキャパシタC2へ、次いで直流電源PVの負端子へ、次いで第6の単方向素子へ、次いで第5のスイッチトランジスタQ5に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第5のスイッチトランジスタQ5のボディダイオードへ、次いで第8のスイッチトランジスタQ8に対して逆向きに並列接続されたダイオードまたは第8のスイッチトランジスタQ8のボディダイオードへ、次いでノードRへ至り、出力電圧V_RNは-Udc/2の値を有する。

あるいは、図3に示されるような実装形態に基づいて、5レベルインバータは、図7に示されるように、第3の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第13のスイッチトランジスタQ13と、第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第14のスイッチトランジスタQ14とをさらに含む。

この場合、5レベルインバータの8つの動作モードの中で、5レベルインバータの第1のモード、第2のモード、第7のモードおよび第8のモードは、図3に示されるような第1のタイプの5レベルインバータのものと同一であるが、一方、5レベルインバータの第3のモード、第4のモード、第5のモードおよび第6のモードは、それに応じて以下のように変化する。

第3のモードでは、第4のスイッチトランジスタQ4、第5のスイッチトランジスタQ5、第7のスイッチトランジスタQ7および第14のスイッチトランジスタQ14はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

この場合、無効電流経路は、互いに並列に接続された2つの無効電流経路を含むように変更されるが、有効電流経路およびそれぞれの出力電圧は変わらない。

第4のモードでは、第4のスイッチトランジスタQ4、第5のスイッチトランジスタQ5、第8のスイッチトランジスタQ8および第14のスイッチトランジスタQ14はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第5のモードでは、第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3、第7のスイッチトランジスタQ7および第13のスイッチトランジスタQ13はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

第6のモードでは、第2のスイッチトランジスタQ2、第3のスイッチトランジスタQ3、第8のスイッチトランジスタQ8および第13のスイッチトランジスタQ13はオン状態であり、他のスイッチトランジスタはオフ状態である。

その場合、電流経路は、スイッチトランジスタの制御下で、5レベルインバータの8つの動作モードにおいてそれに応じて変化するが、本明細書では詳細には説明されない。

好ましくは、第1のタイプの5レベルインバータ、第2のタイプの5レベルインバータおよび第3のタイプの5レベルインバータの各々が、第1のスイッチトランジスタおよび第6のスイッチトランジスタに対してそれぞれ逆向きに並列接続された2つのダイオードを含む。あるいは、第1のタイプの5レベルインバータ、第2のタイプの5レベルインバータおよび第3のタイプの5レベルインバータの各々の、第1のスイッチトランジスタおよび第6のスイッチトランジスタの各々が、ボディダイオードをさらに含む。

上記の実施形態では、第1のスイッチトランジスタおよび第6のスイッチトランジスタのそれぞれが、ボディダイオードのないスイッチトランジスタまたは逆阻止スイッチトランジスタなどの単方向素子でよく、一方、第2のスイッチトランジスタ、第3のスイッチトランジスタ、第4のスイッチトランジスタ、第5のスイッチトランジスタ、第7のスイッチトランジスタおよび第8のスイッチトランジスタのそれぞれが、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)またはMOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)などのスイッチトランジスタでよく、ボディダイオードを有するかまたはダイオードに対して逆向きに並列接続されている。また、第1のスイッチトランジスタおよび第6のスイッチトランジスタは、それぞれが、たとえばIGBTまたはMOSFETなどのスイッチトランジスタといった双方向素子でよく、ボディダイオードを有するかまたはダイオードに対して逆向きに並列接続されている。

スイッチトランジスタは、本明細書では限定されない実際条件に依拠して選択され得る。すべての選択は本開示の保護範囲内に入る。

好ましくは、図4に示されるような実装形態に基づいて、5レベルインバータは、第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第15のスイッチトランジスタと、第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第16のスイッチトランジスタと、第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第17のスイッチトランジスタと、第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第18のスイッチトランジスタとをさらに含む。

この場合、電流経路は、スイッチトランジスタの制御下で、5レベルインバータの8つの動作モードにおいてそれに応じて変化するが、本明細書では詳細には説明されない。

好ましくは、図4および図5に示されるような実装形態に基づいて、5レベルインバータは、第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第19のスイッチトランジスタと、第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第20のスイッチトランジスタとをさらに含む。

あるいは、図4および図5に示されるような実装形態に基づいて、5レベルインバータは、第3の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第21のスイッチトランジスタと、第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第22のスイッチトランジスタとをさらに含む。

好ましくは、図5に示されるような実装形態に基づいて、5レベルインバータは、第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第23のスイッチトランジスタと、第6の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第24のスイッチトランジスタとをさらに含む。

好ましくは、上記の実施形態では、第1の単方向素子、第2の単方向素子、第3の単方向素子、第4の単方向素子、第5の単方向素子および第6の単方向素子の各々が、ダイオードまたは単方向サイリスタである。

第1の単方向素子、第2の単方向素子、第3の単方向素子、第4の単方向素子、第5の単方向素子および第6の単方向素子の各々がダイオードである場合、ダイオードのアノードがそれぞれの単方向素子の入力端子であり、ダイオードのカソードがそれぞれの単方向素子の出力端子である。

実際の用途では、単方向素子は単方向サイリスタなどとして選択されてよく、実際条件に依拠して判断され得る。いかなるタイプの単方向素子も本開示の保護範囲内に入る。

実際の用途では、第3のスイッチ分岐における第3のスイッチトランジスタと第3の単方向素子の間の結合関係ならびに第4のスイッチ分岐における第4のスイッチトランジスタと第4の単方向素子の間の結合関係は、上記の実施形態におけるものに限定されないことに注目されたい。スイッチトランジスタと単方向素子の位置を交換したものも、本開示の保護範囲内に入る。あるいは、第3のスイッチ分岐および第4のスイッチ分岐の各々が逆阻止スイッチトランジスタによって置換されてよく、これは実際条件に依拠して判断され得、やはり本開示の保護範囲内に入るものである。

図8aに示されるような実際の用途では、5レベルインバータの第2の入力端子および出力端子は、それぞれが、インダクタ(および/またはキャパシタ)などの素子を介して送電網に接続されてよい。5レベルインバータの入力電圧の範囲を広くするために、電圧を変化させるように、5レベルインバータの前方端にDC/DCコンバータが追加されてよい。あるいは、図8bに示されるように、電圧を変化させるようにDC/DCコンバータが5レベルインバータの前方端に追加されるばかりでなく、5レベルインバータの第2の入力端子および出力端子のそれぞれも、インダクタ(および/またはキャパシタ)などの素子を介して送電網に接続される。

本開示の一実施形態によって、5レベルインバータの応用回路がさらに提供される。図9aは、本実施形態による2相の5レベルインバータのトポロジ図であり、上記の実施形態による2つの5レベルインバータすなわち第1の5レベルインバータ101および第2の5レベルインバータ102を含む。

第1の5レベルインバータ101および第2の5レベルインバータ102の各々の第1の入力端子は、直流電源PVの正端子に接続されている。

第1の5レベルインバータ101および第2の5レベルインバータ102の各々の第2の入力端子は、第1のキャパシタC1が第2のキャパシタC2に対して接続されている接続点に接続されている。

第1の5レベルインバータ101および第2の5レベルインバータ102の各々の第3の入力端子は、直流電源の負端子に接続されている。

第1の5レベルインバータ101の出力端子および第2の5レベルインバータ102の出力端子は、5レベルインバータの応用回路の2つの交流電流出力端子である。

具体的には、第1の5レベルインバータ101は第1の正弦波によって変調され、第2の5レベルインバータ102は第2の正弦波によって変調される。

第1の正弦波と第2の正弦波の位相差は180度または0度である。

本開示の別の実施形態によって、5レベルインバータの応用回路がさらに提供される。図10aは、本実施形態による3相3線式5レベルインバータのトポロジ図であり、上記の実施形態による3つの5レベルインバータすなわち第1の5レベルインバータ201、第2の5レベルインバータ202および第3の5レベルインバータ203を含む。

第1の5レベルインバータ201、第2の5レベルインバータ202および第3の5レベルインバータ203の各々の第1の入力端子は、直流電源PVの正端子に接続されている。

第1の5レベルインバータ201、第2の5レベルインバータ202および第3の5レベルインバータ203の各々の第2の入力端子は、第1のキャパシタC1が第2のキャパシタC2に対して接続されている接続点に接続されている。

第1の5レベルインバータ201、第2の5レベルインバータ202および第3の5レベルインバータ203の各々の第3の入力端子は、直流電源の負端子に接続されている。

第1の5レベルインバータ201の出力端子、第2の5レベルインバータ202の出力端子および第3の5レベルインバータ203の出力端子は、5レベルインバータの応用回路の3つの交流電流出力端子である。

具体的には、第1の5レベルインバータ201は第1の正弦波によって変調され、第2の5レベルインバータ202は第2の正弦波によって変調され、第3の5レベルインバータ203は第3の正弦波によって変調される。

第1の正弦波、第2の正弦波および第3の正弦波のうち任意の2つの位相差は120度である。

本開示の別の実施形態によって、5レベルインバータの応用回路がさらに提供される。図11aは、本実施形態による3相4線式5レベルインバータのトポロジ図であり、上記の実施形態による3つの5レベルインバータすなわち第1の5レベルインバータ201、第2の5レベルインバータ202および第3の5レベルインバータ203を含む。

第1のキャパシタC1が第2のキャパシタC2に対して接続されている接続点は、5レベルインバータの応用回路の第4の出力端子であり、同回路は、送電網と、たとえばインダクタおよび/またはキャパシタなどの素子とを介して、3つの交流電流出力端子に接続される。

実際の用途では、5レベルインバータの応用回路の入力電圧の範囲を広くするために、電圧を変化させるように、5レベルインバータの応用回路の前方端にDC/DCコンバータが追加されてよい。5レベルインバータの応用回路の交流電流出力端子のそれぞれが、インダクタ(たとえば、および/またはキャパシタ)などの素子を介して送電網に接続され得る。あるいは、図9b、図10bおよび図11bに示されるように、電圧を変化させるために5レベルインバータの応用回路の前方端においてDC/DCコンバータが追加されるばかりでなく、5レベルインバータの応用回路の交流電流出力端子のそれぞれが、インダクタなどの素子を介して送電網に接続される。

上記の5レベルインバータの応用回路のそれぞれが適用され得る太陽光発電システムでは、それに応じて直流電源は太陽光発電バッテリー組立体である。あるいは、上記の5レベルインバータの応用回路は、本明細書では限定されない他の発電システムにも適用され得る。

本開示の実施形態のうちのいずれかによる5レベルインバータは、パワーキャパシタ電圧の自己バランス機能を有することに注目されたい。この5レベルインバータによって構成された、2相の5レベルインバータ、3相3線式5レベルインバータおよび3相4線式5レベルインバータも、その機能を有することが理解され得る。

前述の実施形態は好ましい実施形態でしかなく、限定することを意図するものではない。本開示による好ましい実施形態が上記に開示されているが、本開示を限定するように意図されたものではない。当業者なら、開示された方法および技術的内容に基づいて、本開示の技術的解決策の範囲から逸脱することなく、その技術的解決策のいくつかの変形形態および改良、または実施形態に対するいくつかの等価な変形形態を作製することができる。その技術的要素に基づいてなされるすべての小改変、等価な変形形態および改良は、本開示の技術的解決策の範囲に入る。

101 第1の5レベルインバータ
102 第2の5レベルインバータ
201 第1の5レベルインバータ
202 第2の5レベルインバータ
203 第3の5レベルインバータ

Claims

直流電源の正端子と負端子の間に接続され、また、第1のキャパシタと第2のキャパシタが直列接続されている分岐に対して並列に接続された5レベルインバータであって、
第1の単方向素子および第1のスイッチトランジスタを備える第1のスイッチ分岐であって、前記第1の単方向素子と前記第1のスイッチトランジスタの共通端子が前記第1のキャパシタの第1の端子に接続されている第1のスイッチ分岐と、
第2の単方向素子および第2のスイッチトランジスタを備える第2のスイッチ分岐であって、前記第2の単方向素子と前記第2のスイッチトランジスタの共通端子が前記第1のスイッチ分岐の第1の端子に接続されている第2のスイッチ分岐と、
第3の単方向素子および第3のスイッチトランジスタを備える第3のスイッチ分岐であって、前記第3のスイッチ分岐の第1の端子が、前記第2のスイッチ分岐の第1の端子、前記第1のキャパシタの第2の端子および前記第2のキャパシタの第1の端子に接続されている第3のスイッチ分岐と、
第4の単方向素子および第4のスイッチトランジスタを備える第4のスイッチ分岐であって、前記第4のスイッチ分岐の第1の端子が前記第3のスイッチ分岐の前記第1の端子に接続されている第4のスイッチ分岐と、
第5の単方向素子および第5のスイッチトランジスタを備える第5のスイッチ分岐であって、前記第5のスイッチ分岐の第1の端子が前記第4のスイッチ分岐の前記第1の端子に接続されている第5のスイッチ分岐と、
第6の単方向素子および第6のスイッチトランジスタを備える第6のスイッチ分岐であって、前記第6のスイッチ分岐の第1の端子が、前記第5の単方向素子と前記第5のスイッチトランジスタの共通端子に接続されており、前記第6の単方向素子と前記第6のスイッチトランジスタの共通端子が前記第2のキャパシタの第2の端子に接続されている第6のスイッチ分岐と、
第7のスイッチトランジスタと、
第8のスイッチトランジスタと、
クランプキャパシタとを備える5レベルインバータにおいて、
前記クランプキャパシタの第1の端子が、前記第1のスイッチ分岐の第2の端子、前記第2のスイッチ分岐の第2の端子、前記第3のスイッチ分岐の第2の端子および前記第7のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されており、
前記クランプキャパシタの第2の端子が、前記第4のスイッチ分岐の第2の端子、前記第5のスイッチ分岐の第2の端子、前記第6のスイッチ分岐の第2の端子および前記第8のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されており、
前記第8のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記5レベルインバータの出力端子に接続された接続点において、前記第7のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されており、
前記第7のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタの各々が、双方向電力経路をもたらすスイッチトランジスタである5レベルインバータ。
前記第2の単方向素子の入力端子が、前記第2のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第2のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第2のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第2のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第1の端子に接続された接続点において、前記第2の単方向素子の出力端子に接続されており、
前記第3のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第3のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第3のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第3の単方向素子の出力端子に接続されており、
前記第3の単方向素子の入力端子が、前記第3のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第4の単方向素子の入力端子が、前記第4のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第4の単方向素子の出力端子が、前記第4のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されており、
前記第4のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第4のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第5の単方向素子の出力端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第1の端子に接続された接続点において、前記第5のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されており、
前記第5の単方向素子の入力端子が、前記第5のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第5のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第5のスイッチ分岐の前記第2の端子である請求項1に記載の5レベルインバータ。
前記第2のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第2のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第2の単方向素子の入力端子が、前記第2のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第2のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第1の端子に接続された接続点において、前記第2の単方向素子の出力端子に接続されており、
前記第3の単方向素子の入力端子が、前記第3のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第3の単方向素子の出力端子が、前記第3のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されており、
前記第3のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第3のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第4のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第4のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第4のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第4の単方向素子の出力端子に接続されており、
前記第4の単方向素子の入力端子が、前記第4のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第5のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第1の端子に接続された接続点において、前記第5の単方向素子の入力端子に接続されており、
前記第5のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第5のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第5の単方向素子の出力端子が、前記第5のスイッチ分岐の前記第2の端子である請求項1に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子の出力端子が、前記第1のキャパシタの前記第1の端子に接続された接続点において、前記第1のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されており、
前記第1の単方向素子の入力端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第1のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第6の単方向素子の入力端子が、前記第2のキャパシタの前記第2の端子に接続された接続点において、前記第6のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されており、
前記第6の単方向素子の出力端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第6のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタ、前記第4のスイッチトランジスタおよび前記第5のスイッチトランジスタの各々が、ボディダイオードを備えているか、またはダイオードに対して逆向きに並列接続されている請求項2に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子の出力端子が、前記第1のキャパシタの前記第1の端子に接続された接続点において、前記第1のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されており、
前記第1の単方向素子の入力端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第1のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第6の単方向素子の入力端子が、前記第2のキャパシタの前記第2の端子に接続された接続点において、前記第6のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されており、
前記第6の単方向素子の出力端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第6のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第2の端子である請求項3に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子の出力端子が、前記第1のキャパシタの前記第1の端子に接続された接続点において、前記第1のスイッチトランジスタの第1の端子に接続されており、
前記第1のスイッチトランジスタの第2の端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第1の単方向素子の入力端子が、前記第1のスイッチ分岐の前記第2の端子であり、
前記第6の単方向素子の入力端子が、前記第2のキャパシタの前記第2の端子に接続された接続点において、前記第6のスイッチトランジスタの第2の端子に接続されており、
前記第6のスイッチトランジスタの第1の端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第1の端子であり、
前記第6の単方向素子の出力端子が、前記第6のスイッチ分岐の前記第2の端子である請求項2に記載の5レベルインバータ。
前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第1のモードと、
前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第2のモードと、
前記第4のスイッチトランジスタ、前記第5のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第3のモードと、
前記第4のスイッチトランジスタ、前記第5のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第4のモードと、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第5のモードと、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第6のモードと、
前記第6のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第7のモードと、
前記第6のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第8のモードとの、8つの動作モードのうちの1つで動作する請求項4に記載の5レベルインバータ。
前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第1のモードと、
前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第2のモードと、
前記第4のスイッチトランジスタ、前記第5のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第3のモードと、
前記第4のスイッチトランジスタ、前記第5のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第4のモードと、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第5のモードと、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第6のモードと、
前記第6のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第7のモードと、
前記第6のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第8のモードとの、8つの動作モードのうちの1つで動作する請求項5に記載の5レベルインバータ。
前記第1のスイッチトランジスタ、前記第2のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第1のモードと、
前記第1のスイッチトランジスタ、前記第2のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第2のモードと、
前記第4のスイッチトランジスタ、前記第5のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第3のモードと、
前記第4のスイッチトランジスタ、前記第5のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第4のモードと、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第5のモードと、
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第6のモードと、
前記第5のスイッチトランジスタ、前記第6のスイッチトランジスタおよび前記第7のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第7のモードと、
前記第5のスイッチトランジスタ、前記第6のスイッチトランジスタおよび前記第8のスイッチトランジスタがオン状態であり、他のスイッチトランジスタがオフ状態である第8のモードとの、8つの動作モードのうちの1つで動作する請求項6に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第9のスイッチトランジスタと
前記第6の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第10のスイッチトランジスタとをさらに備え、あるいは
前記第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第11のスイッチトランジスタと
前記第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第12のスイッチトランジスタとをさらに備え、あるいは
前記第3の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第13のスイッチトランジスタと
前記第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第14のスイッチトランジスタとをさらに備える請求項4に記載の5レベルインバータ。
前記5レベルインバータが、前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第6のスイッチトランジスタに対してそれぞれ逆向きに並列接続された2つのダイオードをさらに備えるか、あるいは、
前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第6のスイッチトランジスタの各々がボディダイオードをさらに備える請求項4に記載の5レベルインバータ。
前記5レベルインバータが、前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第6のスイッチトランジスタに対してそれぞれ逆向きに並列接続された2つのダイオードをさらに備えるか、あるいは、
前記第1のスイッチトランジスタおよび前記第6のスイッチトランジスタの各々がボディダイオードをさらに備える請求項5または6に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第15のスイッチトランジスタと、
前記第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第16のスイッチトランジスタと、
前記第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第17のスイッチトランジスタと、
前記第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第18のスイッチトランジスタとをさらに備える請求項5に記載の5レベルインバータ。
前記第2の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第19のスイッチトランジスタと
前記第5の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第20のスイッチトランジスタとをさらに備え、あるいは、
前記第3の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第21のスイッチトランジスタと
前記第4の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第22のスイッチトランジスタとをさらに備える請求項5または6に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第23のスイッチトランジスタと、
前記第6の単方向素子に対して逆向きに並列接続された第24のスイッチトランジスタとをさらに備える請求項6に記載の5レベルインバータ。
前記第1の単方向素子、前記第2の単方向素子、前記第3の単方向素子、前記第4の単方向素子、前記第5の単方向素子および前記第6の単方向素子の各々が、ダイオードまたは単方向サイリスタである請求項1から13のいずれか一項に記載の5レベルインバータ。
前記第2のスイッチトランジスタ、前記第3のスイッチトランジスタ、前記第4のスイッチトランジスタおよび前記第5のスイッチトランジスタの各々が、ボディダイオードを備えているか、またはダイオードに対して逆向きに並列接続されている請求項1、2、3、5、6、8、9、12および13のいずれか一項に記載の5レベルインバータ。
請求項1から17のいずれか一項に記載の第1の5レベルインバータおよび第2の5レベルインバータを備える、5レベルインバータの応用回路であって、
前記第1の5レベルインバータおよび前記第2の5レベルインバータの各々の第1の入力端子が、前記直流電源の前記正端子に接続されており、
前記第1の5レベルインバータおよび前記第2の5レベルインバータの各々の第2の入力端子が、前記第1のキャパシタが前記第2のキャパシタに対して接続されている接続点に接続されており、
前記第1の5レベルインバータおよび前記第2の5レベルインバータの各々の第3の入力端子が、前記直流電源の前記負端子に接続されており、
前記第1の5レベルインバータの前記出力端子および前記第2の5レベルインバータの前記出力端子が、前記5レベルインバータの応用回路の2つの交流電流出力端子である、5レベルインバータの応用回路。
請求項1から17のいずれか一項に記載の第1の5レベルインバータ、第2の5レベルインバータおよび第3の5レベルインバータを備える、5レベルインバータの応用回路であって、
前記第1の5レベルインバータ、前記第2の5レベルインバータおよび前記第3の5レベルインバータの各々の第1の入力端子が、前記直流電源の前記正端子に接続されており、
前記第1の5レベルインバータ、前記第2の5レベルインバータおよび前記第3の5レベルインバータの各々の第2の入力端子が、前記第1のキャパシタが前記第2のキャパシタに対して接続されている接続点に接続されており、
前記第1の5レベルインバータ、前記第2の5レベルインバータおよび前記第3の5レベルインバータの各々の第3の入力端子が、前記直流電源の前記負端子に接続されており、
前記第1の5レベルインバータの前記出力端子、前記第2の5レベルインバータの前記出力端子および前記第3の5レベルインバータの前記出力端子が、前記5レベルインバータの応用回路の3つの交流電流出力端子である、5レベルインバータの応用回路。
前記第1のキャパシタが前記第2のキャパシタに対して接続されている接続点である第4の出力端子をさらに備える、請求項19に記載の、5レベルインバータの応用回路。