WO2014000490A1 - 五电平功率变换器及其控制方法、控制装置 - Google Patents

五电平功率变换器及其控制方法、控制装置 Download PDF

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傅电波
吕艺行
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    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/487—Neutral point clamped inverters

Definitions

  • the present invention relates to power conversion technology, and in particular to a five-level power converter, a control method thereof, and a control device. Background technique
  • the Uninterruptible Power System is a constant voltage constant frequency power converter that contains energy storage devices and is mainly composed of a rectifier and an inverter. It is primarily used to provide uninterrupted power to a single computer, computer network system, or other power electronics.
  • UPS When the mains input is normal, the UPS supplies the mains voltage and supplies it to the load.
  • the UPS is equivalent to an AC mains regulator, and it also charges the internal energy storage device; when the mains is interrupted, The UPS immediately supplies the stored energy of the internal energy storage device to the load through the inverter conversion method to maintain the normal operation of the load.
  • the rectifier of the power converter achieves input power factor correction in the mains mode of operation
  • the (Power Factor Correction, PFC) function boosts the voltage to the DC BUS voltage in the discharge mode; the inverter converts the DC BUS voltage to an AC voltage and supplies it to the load.
  • the rectifier is generally implemented by a double boost type Boost circuit or a Vienna rectifier.
  • the inverter can be generally of a two-level half-bridge/full-bridge or three-level neutral point clamp.
  • embodiments of the present invention provide a five-level power converter and a control method thereof for implementing a five-level mode of operation.
  • An embodiment of the present invention provides a five-level power converter including an inverter, and at least one rectifier, the rectifier including a rectification control circuit, a first capacitor and a second capacitor connected in parallel, and a third capacitor connected in parallel And a fourth capacitor, the first end of the first capacitor, the first end of the second capacitor, the first end of the third capacitor, and the first end of the fourth capacitor are common;
  • the rectification control circuit is configured to input current to the second end of the first capacitor, the second end of the second capacitor, the second end of the third capacitor, and the second end of the fourth capacitor, respectively And the charge accumulated on the second end of the first capacitor and the second end of the second capacitor are the same, and the amount of charge accumulated on the second end of the first capacitor is greater than the second capacitor
  • the amount of charge accumulated on the second end of the third capacitor is the same as the charge accumulated on the second end of the fourth capacitor, and the amount of electricity accumulated on the second end of the fourth capacitor is greater than a charge accumulated on the second
  • the inverter includes a discharge control circuit, and a first inductor unit and a first load connected in series, the first end of the first inductor unit and the first end of the first load being connected, the first load The second end is grounded, and the discharge control circuit is configured to sequentially discharge from the second end of the second capacitor of the rectifier, the second end of the first capacitor, the second end of the third capacitor, and the second end of the fourth capacitor And discharging current through the first inductor unit and the first load connected in series, and staggering charging and discharging of any one of the first capacitor, the second capacitor, the third capacitor, and the fourth capacitor.
  • the rectification control circuit includes a second inductive unit, a first switching circuit, a first control circuit, and a second control circuit, and the first end of the second inductive unit is connected to an external input power source;
  • the first control circuit includes a third diode, a fourth diode, and a third switching transistor, the third diode being connected in series at the second end of the first capacitor and the second inductive unit On the circuit between the second ends, the anode of the third diode and the second end of the second inductor unit are connected, the cathode of the third diode and the second end of the first capacitor Connecting the fourth diode and the third switching transistor in series on a circuit between the second end of the second capacitor and the second end of the second inductive unit, and the fourth diode a positive pole is coupled to the second end of the second inductive unit;
  • the second control circuit includes a fifth diode, a sixth diode, and a fourth switch tube, wherein the fifth diode is connected in series at the second end of the fourth capacitor and the second inductor unit On the circuit between the second ends, the anode of the fifth diode and the second end of the second inductor unit are connected, the cathode of the fifth diode and the second end of the fourth capacitor Connecting the sixth diode and the fourth switching tube in series at the second end of the third capacitor and the second inductive unit a circuit between the two ends, and a positive pole of the sixth diode is connected to a second end of the second inductive unit;
  • the first switching circuit is configured to switch an energy storage current provided by an external input power source from a first end of the second inductive unit to a second end of the second inductive unit, or from a second inductive unit The two ends flow to the first end of the second inductive unit.
  • the first switching circuit includes a first switching transistor and a second switching transistor connected in series, and a first diode and a second diode connected in series, the first diode and the second diode
  • the polarities are oppositely disposed, and the first switch tube and the second switch tube are in communication with the first diode and the second diode.
  • the external input power source includes an external AC input power source and a battery pack, and the external AC input power source is connected to the first end of the second inductance unit through an AC switching element;
  • the rectifier includes a rectification control circuit
  • the battery pack includes a first battery unit and a second battery unit, and a first end of the first battery unit and a first end of the second inductance unit of the rectification control circuit are connected by a DC switching element, The anode of the battery unit is grounded, the cathode of the second battery unit is connected to the first end of the second inductor unit of the rectifier control circuit through a DC switching element, and the anode of the second battery unit is grounded;
  • the battery pack includes a third battery unit and a fourth battery unit, a positive pole of the third battery unit and a first end of the second inductance unit of the first rectifier Connected by the DC switching element, the negative pole of the third battery unit is grounded, the negative pole of the fourth battery unit and the first end of the second inductance unit of the second rectifier are connected by a DC switching element, the fourth battery The anode of the unit is grounded.
  • the rectification control circuit includes a third inductive unit, a fourth inductive unit, a second switching circuit, a third control circuit, and a fourth control circuit, a first end of the third inductive unit, and a fourth inductive unit The first end is connected to an external input power source;
  • the third control circuit includes a seventh diode, an eighth diode, and a fifth switching transistor, wherein the seventh diode is connected in series at the second end of the first capacitor and the third inductive unit On the circuit between the second ends, the anode of the seventh diode and the second end of the third inductor unit are connected, the cathode of the seventh diode and the second end of the first capacitor Connecting the eighth diode and the fifth switching transistor in series on a circuit between the second end of the second capacitor and the second end of the third inductive unit, and the eighth diode Positive electrode and second of the third inductance unit End connection
  • the fourth control circuit includes a ninth diode, a tenth diode, and a sixth switching tube, the ninth diode being connected in series at the second end of the fourth capacitor and the fourth inductive unit On the circuit between the second ends, the anode of the ninth diode and the second end of the fourth inductor unit are connected, the cathode of the ninth diode and the second end of the fourth capacitor Connecting the tenth diode and the sixth switching transistor in series on a circuit between the second end of the third capacitor and the second end of the fourth inductive unit, and the tenth diode a positive pole is coupled to the second end of the fourth inductive unit;
  • the second switching circuit is configured to switch an energy storage current provided by an external input power source from a first end of the third inductive unit to a second end of the third inductive unit, or from a fourth inductive unit The two ends flow to the first end of the fourth inductive unit.
  • the second switching circuit includes a seventh switching tube and an eighth switching tube, wherein one end of the seventh switching tube is connected to the second end of the third inductive unit, and the other end is grounded, and the eighth switching tube is One end is connected to the second end of the fourth inductive unit, and the other end is grounded.
  • the external input power source includes an external AC input power source or a battery pack, the external input power source and the first end of the third inductive unit, and the external AC input power source and the fourth inductive unit The first ends are connected by an alternating current switching element;
  • the battery pack includes a fifth battery unit and a sixth battery unit, a first end of the fifth battery unit and a first end of the third inductive unit are connected by a DC switching element, and a negative pole of the fifth battery unit is grounded, The negative electrode of the sixth battery unit and the first end of the fourth inductance unit are connected by a DC switching element, and the positive electrode of the sixth battery unit is grounded.
  • the first inductance unit, the second inductance unit, the third inductance unit or the fourth inductance unit is configured as follows:
  • a single inductive component consists of multiple inductive components in parallel or multiple inductive components in series.
  • the discharge control circuit in the above embodiment includes a ninth switch tube, a tenth switch tube, an eleventh switch tube, a twelfth switch tube, a thirteenth switch tube, a fourteenth switch tube and a third switching circuit;
  • the first end of the ninth switch tube is connected to the second end of the first capacitor, and the second end of the ninth switch tube is connected to the first end of the tenth switch tube, the tenth switch Second end of the tube Connected to the second end of the first inductive unit, the first end of the eleventh switch tube is connected to the second end of the second capacitor, and the second end of the eleventh switch tube is a first end of the fourth switch tube is connected; a first end of the fourteenth switch tube is connected to a second end of the fourth capacitor, and a second end of the fourteenth switch tube is opposite to the thirteenth a first end of the switch tube is connected, a second end of the thirteenth switch tube is connected to a second end of the first inductor unit, and a first end of the twelfth switch tube and a second end of the third capacitor The second end of the twelfth switch tube is connected to the second end of the fourteenth switch tube;
  • the first end of the third switching circuit is connected to the second end of the first inductive unit, the second end of the third switching circuit is grounded, and the second end of the third switching circuit is implemented in time sharing.
  • the terminal is forward-conducting to the first end, or is reverse-conducted from the first end to the second end of the third switching circuit.
  • Another aspect of the present invention provides a control method for the above five-level power converter, and the method for controlling the five-level power converter includes:
  • Controlling the discharge control circuit to sequentially discharge from the second end of the second capacitor of the rectifier, the second end of the first capacitor, the second end of the third capacitor, and the second end of the fourth capacitor, the discharge current passing through The first inductive unit and the first load are connected in series, and charging and discharging of any one of the first capacitor, the second capacitor, the third capacitor, and the fourth capacitor are staggered.
  • a still further aspect of the present invention provides a control device for the above five-level power converter, the device comprising:
  • a rectification control module configured to control the rectification control circuit to the second end of the first capacitor, the second end of the second capacitor, the second end of the third capacitor, and the fourth capacitor a second terminal input current, and the second end of the first capacitor and the second end of the second capacitor
  • the accumulated charge polarity is the same, the amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the second capacitor; the second end of the third capacitor and the fourth capacitor The charge accumulated on the second end is the same polarity, the amount of electricity accumulated on the second end of the fourth capacitor is greater than the amount of charge accumulated on the second end of the third capacitor, and the second end of the first capacitor
  • a charge polarity accumulated on a second end of the second capacitor is opposite to a charge accumulated on a second end of the third capacitor and a second end of the fourth capacitor;
  • An inverter control module configured to control the discharge control circuit from a second end of the second capacitor of the rectifier, a second end of the first capacitor, a second end of the third capacitor, and a second end of the fourth capacitor Discharging, discharge current passes through the first inductor unit and the first load connected in series, and charging and discharging of any one of the first capacitor, the second capacitor, the third capacitor, and the fourth capacitor are staggered.
  • the five-level power converter, the control method thereof and the control device provided by the embodiment of the invention wherein the five-level power converter comprises an inverter and at least one rectifier, the rectifier comprises a rectification control circuit, and the first capacitor connected in parallel And a second capacitor, and a third capacitor and a fourth capacitor connected in parallel, the first end of the first capacitor, the first end of the second capacitor, the first end of the third capacitor, and the first end of the fourth capacitor are co-located;
  • the rectifier control circuit is capable of charging the first capacitor, the second capacitor, the third capacitor, and the fourth capacitor such that the charge accumulated on the second end of the first capacitor and the second end of the second capacitor are the same
  • the amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the second capacitor; the second end of the third capacitor and the second end of the fourth capacitor accumulate The charge polarity is the same, the amount of charge accumulated on the second end of the fourth capacitor is greater than the amount of charge accumulated on
  • the discharge control circuit of the inverter is configured to sequentially discharge from the second end of the second capacitor of the rectifier, the second end of the first capacitor, the second end of the third capacitor, and the second end of the fourth capacitor, Thereby achieving a five-level mode of operation.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram of a first embodiment of a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of a second embodiment of a five-level power converter according to the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit block diagram of a third embodiment of a five-level power converter according to the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit block diagram of a fourth embodiment of a five-level power converter according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flow chart of a first embodiment of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 6 is a flow chart of a second embodiment of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 8 is a flowchart of a fourth embodiment of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 9 is a flowchart of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic structural view of a first embodiment of a control device for a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a second embodiment of a control device for a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 13 is a schematic structural diagram of Embodiment 4 of a control device for a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a second embodiment of a control device for a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 13 is a schematic structural diagram of Embodiment 4 of a control device for a five-level power converter according to the present invention
  • the five-level power converter and the control method thereof provided by the embodiments of the present invention can realize five-level operation and can be applied to a UPS system; when the system operates under alternating current, the rectifier of the five-level power converter can exchange The input is rectified into DC, and the input power factor correction PFC function is realized. When the AC power is interrupted, the five-level power converter immediately supplies the stored energy of the internal energy storage device to the load through the inverter conversion method to continue to provide AC power to maintain the load. normal work.
  • the power conversion topology of the five-level power converter provided by the embodiment of the invention is composed of a rectifier and an inverter.
  • the rectifier is used to rectify the AC input into DC, and implements a power factor correction function PFC; the inverter is used to The rectified DC voltage is inverted into an AC output voltage.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram of a first embodiment of a five-level power converter of the present invention
  • FIG. 2 is a circuit block diagram of a second embodiment of a five-level power converter of the present invention
  • FIG. 3 is a five-level power converter of the present invention.
  • the circuit architecture diagram of the third embodiment FIG. 4 is a circuit architecture diagram of the fourth embodiment of the five-level power converter of the present invention. As shown in FIG.
  • a five-level power converter provided by an embodiment of the present invention includes an inverter, and at least one rectifier.
  • the rectifier includes a rectification control circuit, and the first capacitor C1 and the second capacitor are connected in parallel.
  • a capacitor C2 and a third capacitor C3 and a fourth capacitor C4 connected in parallel, a first end of the first capacitor C1, a first end of the second capacitor C2, a first end of the third capacitor C3, and a first capacitor C4 Common ground
  • the rectifier control circuit is configured to input current to the second end of the first capacitor C1, the second end of the second capacitor C2, the second end of the third capacitor C3, and the second end of the fourth capacitor C4, respectively, and the first capacitor C1
  • the second terminal and the second terminal of the second capacitor C2 have the same polarity of charge, and the amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the second capacitor C2;
  • the charge accumulated on the second end of C3 and the second end of the fourth capacitor C4 are the same, the amount of charge accumulated on the second end of the fourth capacitor C4 is greater than the amount of charge accumulated on the second end of the third capacitor C3, and
  • the polarity of the charge accumulated on the second end of a capacitor C1 and the second end of the second capacitor C2 is opposite to the polarity of the charge accumulated on the second end of the third capacitor C3 and the second end of the fourth capacitor C4;
  • the inverter includes a discharge control circuit, and a first inductor unit L1 and a first load R1 connected in series, the first end of the first inductor unit L1 is connected to the first end of the first load R1, and the second end of the first load R1 Grounding, the fifth capacitor C5 is connected in parallel with the first load.
  • the discharge control circuit is configured to sequentially discharge from the second end of the second capacitor C2 of the rectifier, the second end of the first capacitor C1, the second end of the third capacitor C3, and the second end of the fourth capacitor C4, and the discharge current is passed through the series
  • the first inductor unit L1 and the first load R1 are staggered in charge and discharge of any one of the first capacitor C1, the second capacitor C2, the third capacitor C3, and the fourth capacitor C4.
  • the first embodiment of the five-level power converter of the present invention realizes five-level output through the rectifier control circuit of the rectifier and the discharge control circuit of the inverter, and realizes the input power factor correction PFC function.
  • the rectification control circuit includes a second inductive unit L2, a first switching circuit 1, a first control circuit K1, and a second control circuit K2, and the first end of the second inductive unit L2 is connected to an external input power source;
  • the first control circuit K1 includes a third diode D3, a fourth diode D4, and a third switching transistor Q3.
  • the third diode D3 is connected in series at the second end of the first capacitor C1 and the second inductor unit L2.
  • the anode of the third diode D3 is connected to the second end of the second inductor unit L2, and the cathode of the third diode D3 is connected to the second end of the first capacitor C1;
  • the pole tube D4 and the third switch tube Q3 are connected in series on the circuit between the second end of the second capacitor C2 and the second end of the second inductor unit L2, and the anode of the fourth diode D4 and the second inductor unit L2 Second end connection;
  • the second control circuit K2 includes a fifth diode D5, a sixth diode D6, and a fourth switching transistor Q4.
  • the fifth diode D5 is connected in series at the second end of the fourth capacitor C4 and the second inductor unit L2.
  • the anode of the fifth diode D5 is connected to the second end of the second inductor unit L2, and the cathode of the fifth diode D5 is connected to the second end of the fourth capacitor C4;
  • the pole tube D6 and the fourth switch tube Q4 are connected in series on the circuit between the second end of the third capacitor C3 and the second end of the second inductor unit L2, and the anode of the sixth diode D6 and the second inductor unit L2 Second end connection;
  • the first switching circuit 1 is configured to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the second inductive unit L2 to the second end of the second inductive unit L2, or from the second end of the second inductive unit L2 to the second end The first end of the second inductance unit L2.
  • the first switching circuit 1 includes a first switching transistor Q1 and a second switching transistor Q2 connected in series, and a first diode D1 and a second diode D2 connected in series, The polarity of a diode D1 and the second diode D2 are oppositely disposed, and the first switch Q1 and the second switch Q2 are connected to each other, and the first diode D1 and the second diode D2 are connected.
  • the five-level rectifier in the five-level power converter of the embodiment of the present invention is based on a conventional Vienna rectifier, and each of the positive and negative BUS voltages has a branch, and the third switching transistor Q3 and the fourth diode D4 form a positive
  • the branch of the BUS voltage, the fourth switch tube Q4, the sixth diode D6 form a branch of the negative BUS voltage
  • the five-level inverter is based on the conventional I type three-level neutral point clamp inverter , adding two branches, the eleventh switch tube Q11 corresponds to the output sine wave positive half cycle, and the twelfth switch tube Q12 corresponds to the output sine wave negative half cycle.
  • each of the switch tubes in the foregoing embodiment may be a metal-oxide-semiconductor-field effect transistor, referred to as a Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET), and an insulated gate bipolar type.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the number can be one, or can be multiple series, directly connected in parallel, or interleaved parallel on the circuit;
  • Each diode of the rectifier may be a conventional diode, or may be a synchronous rectification of a switching device such as a MOSFET or an IGBT; the number may be one, or may be multiple connected in series or in parallel; the second inductance unit of the rectifier may be one or more Inductive unit of parallel and series connection;
  • the five-level rectifier in the five-level power converter of the embodiment of the present invention is improved by a conventional Vienna rectifier, and the five-level mode operation is realized while maintaining the high efficiency of the Vienna rectifier. Due to the five-level operation, the inductance of the PFC inductor can be further reduced.
  • the external input power source includes an external AC input power source V and a battery pack, and the external AC input power source V and the first end of the second inductor unit L2 pass through.
  • the AC switching element TR1 is connected;
  • the rectifier of this embodiment comprises a rectification control circuit
  • the battery pack comprises a first battery unit VI and a second battery unit V2
  • the first end of the first battery unit VI and the first end of the second inductance unit L2 of the rectification control circuit pass through the DC switching element XI is connected
  • the negative pole of the first battery unit VI is grounded
  • the cathode of the second battery unit V2 is connected to the first end of the second inductance unit L2 of the rectification control circuit through the DC switching element X2, and the anode of the second battery unit V2 is grounded
  • the battery pack comprises a first battery unit VI and a second battery unit V2
  • the first end of the first battery unit VI and the first end of the second inductance unit L2 of the rectification control circuit pass through the DC switching element XI is connected
  • the negative pole of the first battery unit VI is grounded
  • the cathode of the second battery unit V2 is connected to the first end of the second inductance unit L2 of the
  • the circuit of FIG. 1 is modified to increase the input AC power, the AC switching element TR1 of the battery switching circuit, the DC switching element XI, and the DC switching element X2, and constitute a circuit of the power converter embodiment 2 shown in FIG. Schematic.
  • the fifth inductance unit L3 and the sixth inductance unit L4 connected in series with the two battery units function as a commutation smoothing.
  • the working principle of the circuit of this embodiment is similar to that of Fig. 1. The difference is that after adding the alternating current and battery switching circuits, a set of five-level rectifiers is shared. In the AC mode of operation, the five-level rectifier implements the PFC function; in the battery mode of operation, the five-level rectifier implements the DC boost function.
  • the first battery unit VI and the second battery unit V2 share a set of boosting circuit, and if there is parasitic circuit or abnormality of the control signal when switching, it is possible that The two sets of batteries are directly shorted. In order to avoid such risks, each battery unit can be added with an overcurrent protection fuse. In addition, it is also possible to further increase the fifth smoothing unit L5 and the sixth inductive unit L6 to perform commutation smoothing.
  • the external input power source includes an external AC input power source V and a battery pack, and the external AC input power source V and the first end of the second inductor unit L2 pass through.
  • the AC switching element TR1 is connected;
  • This embodiment comprises two rectifiers, namely a first rectifier and a second rectifier, the battery pack comprising a third battery unit V3 and a fourth battery unit V4, a positive pole of the third battery unit V3 and a second inductance unit L2 of the first rectifier
  • the first end is connected by the DC switching element X3
  • the negative pole of the third battery unit V3 is grounded
  • the negative end of the fourth battery unit V4 and the first end of the second inductance unit L2 of the second rectifier are connected by the DC switching element X4, fourth The positive electrode of battery unit V4 is grounded.
  • This embodiment is a further improvement of the above-mentioned Fig. 2, using two sets of rectifiers to form a circuit schematic of the third embodiment of the five-level power converter shown in Fig. 3.
  • the working principle of the circuit of this embodiment is similar to that of FIG. 2, except that in the battery operating mode, when the third battery unit V3 and the fourth battery unit V4 are operated, two independent five-level rectifiers are respectively used, and there is no battery. Any risk when switching. Moreover, in the AC working mode, the two sets of five-level rectifiers can work directly in parallel, and can also realize staggered parallel operation, which reduces the conduction loss of the power switch tube and improves the efficiency.
  • the above circuit rectifier is composed of a single-inductance two-output dual Boost, or a Vienna rectifier, and a diode and a power switch tube are used to form a switch branch: the main circuit outputs a higher voltage; the branch output is a relatively high voltage:
  • the rectification control circuit includes a third inductance unit L3, a fourth inductance unit L4, a second switching circuit 2, a third control circuit K3, and a fourth control.
  • the circuit K4, the first end of the third inductive unit L3, and the first end of the fourth inductive unit L4 are connected to an external input power source;
  • the third control circuit K3 includes a seventh diode D7, an eighth diode D8, and a fifth switching transistor Q5.
  • the seventh diode D7 is connected in series at the second end of the first capacitor C1 and the third inductor unit L3.
  • the anode of the seventh diode D7 is connected to the second end of the third inductor unit L3, and the cathode of the seventh diode D7 is connected to the second end of the first capacitor C1;
  • the pole tube D8 and the fifth switch tube Q5 are connected in series on the circuit between the second end of the second capacitor C2 and the second end of the third inductor unit L3, and the anode of the eighth diode D8 and the third inductor unit L3 Second end connection;
  • the fourth control circuit K4 includes a ninth diode D9, a tenth diode D10, and a sixth switching transistor Q6.
  • the ninth diode D9 is connected in series at the second end of the fourth capacitor C4 and the fourth inductor unit L4. On the circuit between the two ends, the anode of the ninth diode D9 is connected to the second end of the fourth inductor unit L4, and the cathode of the ninth diode D9 is connected to the second end of the fourth capacitor C4;
  • the pole tube D10 and the sixth switch tube Q6 are connected in series on a circuit between the second end of the third capacitor C3 and the second end of the fourth inductor unit L4, and the anode of the tenth diode D10 and the fourth inductor unit L4 Second end connection;
  • the second switching circuit 2 of the five-level power converter of the embodiment is configured to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the third inductive unit L3 to the second end of the third inductive unit L3, or from The second end of the fourth inductance unit L4 flows to the first end of the fourth inductance unit L4.
  • the second switching circuit 2 may include a seventh switching transistor Q7 and an eighth switching transistor Q8, and a thirteenth diode D13 and a fourteenth diode D14.
  • One end of the seventh switching transistor Q7 and the third inductor The second end of the unit L3 and the thirteenth diode D13 are connected to the negative pole, and the other end is grounded.
  • One end of the eighth switch tube Q8 is connected to the second end of the fourth inductive unit L4 and the fourth end of the fourteenth diode D14. One end is grounded, and the positive electrode of the thirteenth diode D13 and the negative electrode of the fourteenth diode D14 are grounded.
  • the external input power source includes an external AC input power source V or a battery pack, an external input power source and a first end of the third inductor unit L3, and an external AC input power source V and a fourth inductor.
  • the first end of the unit L4 is connected by an alternating current switching element;
  • the battery pack includes a fifth battery unit V5 and a sixth battery unit V6, and the first end of the fifth battery unit V5 and the first end of the third inductive unit L3 pass through the direct current switching element X5 is connected, the negative electrode of the fifth battery unit V5 is grounded, the negative electrode of the sixth battery unit V6 and the first end of the fourth inductance unit L4 are connected by the DC switching element X6, and the positive electrode of the sixth battery unit V6 is grounded.
  • This embodiment is to change the five-level rectifier in the power converter architecture of the first embodiment to a five-level dual Boost circuit, and to add an AC, battery input control relay, or a thyristor SCR, as shown in FIG.
  • the circuit schematic of the fourth embodiment of the five-level power converter is to change the five-level rectifier in the power converter architecture of the first embodiment to a five-level dual Boost circuit, and to add an AC, battery input control relay, or a thyristor SCR, as shown in FIG.
  • the five-level power converter in the above embodiments, the first inductive unit L1, the second inductive unit L2, the third inductive unit L3 or the fourth inductive unit L4 is in any of the following modes:
  • the circuit in the five-level power converter of the second to fourth embodiments may use two sets of batteries, and the input end is configured with a suitable switching device, and the five-level rectifier may have a DC boost function, and the output is positive. , negative BUS voltage and positive and negative Vin. Therefore, the battery operating mode is fully multiplexable in rectified mode power devices.
  • the above circuit can also operate under a single battery pack.
  • the input device of the battery input can use a unidirectional thyristor SCR, a relay, and a power switch tube; the AC input switching device can use a triac, a TRIAC, a relay, and a power switch tube.
  • the discharge control circuit includes a ninth switch tube Q9, a tenth switch tube Q10, an eleventh switch tube Ql l, a twelfth switch tube Q12, and a thirteenth switch. a tube Q13, a fourteenth switch tube Q14 and a third switching circuit 3;
  • the first end of the ninth switch tube Q9 is connected to the second end of the first capacitor C1, the second end of the ninth switch tube Q9 is connected to the first end of the tenth switch tube Q10, and the second end of the tenth switch tube Q10 is connected.
  • the first end of the eleventh switch Q11 is connected to the second end of the second capacitor C2 and the anode of the eleventh diode D11, and the eleventh switch Q11
  • the second end is connected to the first end of the tenth switch tube Q10 and the negative end of the eleventh diode D11;
  • the first end of the fourteenth switch tube Q14 is connected to the second end of the fourth capacitor C4, the fourteenth switch
  • the second end of the tube Q14 is connected to the first end of the thirteenth switch tube Q13, the second end of the thirteenth switch tube Q13 is connected to the second end of the first inductive unit L1, and the first end of the twelfth switch tube Q12
  • the terminal is connected to the second end of the third capacitor C3 and the cathode of the twelfth diode D12, the second end of the twelfth switch tube Q12 and the second end and the twelfth pole of the fourteenth switch tube Q14
  • the inverter of the discharge control circuit uses a five-level structure, and four inverter main switch tubes Q9, Q10, Q13, and Q14 are connected into a “ ⁇ , a shape structure; two inverter freewheeling switch tubes Ql 1 Q12 is connected to a " ⁇ "-shaped structure; the inverter external pipes Q9 and Q14 are connected to the positive and negative BUS voltages; the inverter internal pipes Q10 and Q13 are connected to the positive and negative Vin voltages.
  • the five-level power converter of each of the above embodiments rectifies the alternating current input into a direct current by a rectifying control circuit and a discharging control circuit composed of a rectifier and an inverter, and
  • the power factor correction function PFC is realized; the inverter converts the rectified DC voltage into an AC output voltage, thereby realizing a circuit that outputs five levels.
  • Embodiment 1 is a flowchart of Embodiment 1 of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention.
  • FIG. 5 referring to FIG. 1 to FIG. 4, an embodiment of a method for controlling a five-level power converter is as described above.
  • the control method of the five-level power converter includes:
  • Step 501 The control rectifier control circuit inputs current to the second end of the first capacitor C1, the second end of the second capacitor C2, the second end of the third capacitor C3, and the second end of the fourth capacitor C4, respectively.
  • the charge accumulated on the second end of the capacitor C1 and the second end of the second capacitor C2 are the same, and the amount of charge accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than the amount of charge accumulated on the second end of the second capacitor C2;
  • the charge accumulated on the second end of the third capacitor C3 and the second end of the fourth capacitor C4 are the same, and the amount of charge accumulated on the second end of the fourth capacitor C4 is greater than the amount of charge accumulated on the second end of the third capacitor C3.
  • Step 502 The control discharge control circuit sequentially discharges from the second end of the second capacitor C2 of the rectifier, the second end of the first capacitor C1, the second end of the third capacitor C3, and the second end of the fourth capacitor C4, and discharge current
  • the first inductor unit L1 and the first load R connected in series 1 , and charging and discharging of any one of the first capacitor Cl, the second capacitor C2, the third capacitor C3, and the fourth capacitor C4 are staggered.
  • the control method of the five-level power converter controls the input current of the rectifying control circuit to the first capacitor C1 to the fourth capacitor C4 respectively to realize the energy storage of the capacitor, and the control discharge control circuit sequentially from the rectifier
  • the first capacitor C1 to the fourth capacitor C4 are discharged, and the stored energy of the capacitor is released, thereby realizing a five-level output for use by the UPS system, and at the same time, an input power factor correction PFC function can be realized.
  • FIG. 6 is a flow chart of a second embodiment of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention.
  • control rectification control circuit in step 501 is respectively directed to the second end of the first capacitor C1 and the second end of the second capacitor C2.
  • the second terminal of the third capacitor C3 and the second terminal of the fourth capacitor C4 input currents include:
  • Step 601 Control the first switching circuit 1 to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the second inductive unit L2 to the second end of the second inductive unit L2, and the second inductive Yuan L2 energy storage;
  • Step 602 Turn off the first switching circuit 1, and charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2, respectively, and control the second end of the second capacitor C2 and the second end of the second inductor unit L2.
  • the duty ratio of the third switch tube Q3 is such that the amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the second capacitor C2;
  • Step 603 controlling the first switching circuit 1 to switch the storage current provided by the external input power source from the second end of the second inductive unit L2 to the first end of the second inductive unit L2, and storing energy to the second inductive unit L2;
  • Step 604 Turn off the first switching circuit 1, and charge the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4, respectively, and control the second end of the third capacitor C3 and the second end of the second inductor unit L2 in series.
  • the duty ratio between the fourth switch tube Q4 is such that the amount of charge accumulated on the second end of the fourth capacitor C4 is greater than the amount of charge accumulated on the second end of the third capacitor C3.
  • the third switch Q3 can only be turned on during the release of energy from the second inductor unit L2 to maintain normal operation.
  • the third diode D3 and the first capacitor C1 constitute a boosted Boost converter, and the first capacitor C1 realizes a positive BUS voltage output; the fourth diode D4, the third switch tube Q3, and the second capacitor C2
  • a buck Buck converter is constructed, and a positive Vin voltage output is implemented across the second capacitor C2.
  • the input voltage of the five-level rectifier is similar to the negative half cycle of the sine wave. It is the second switching transistor Q2 and the first diode D1 is turned on. The input current is opposite to that of the positive half cycle, that is, the current flowing through the second inductance unit L2. On the contrary, the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are turned off after the energy storage, and will not be repeated here.
  • the energy storage of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 or the energy storage of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 can be realized by the switching of the first switching circuit 1, and in the energy storage circuit.
  • the point between the first capacitor C1 and the fourth capacitor C4 constitutes a zero level, and therefore, the five-level rectifier circuit can realize positive and negative BUS voltages, positive and negative Vin voltages and zero level.
  • Embodiment 7 is a flowchart of Embodiment 3 of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention.
  • Embodiment 3 of the method for controlling a five-level power converter corresponds to Embodiment 4 of the above five-level power converter, as shown in FIG.
  • the control rectification control circuit controls the rectification control circuit to the second end of the first capacitor C1 and the second end of the second capacitor C2, respectively.
  • the second terminal of the third capacitor C3 and the second terminal of the fourth capacitor C4 input currents include:
  • Step 701 Control the second switching circuit 2 to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the third inductive unit L3 to the second end of the third inductive unit L3, and store energy to the third inductive unit L3;
  • Step 702 Turn off the second switching circuit 2, and charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2, respectively, and control the second end of the second capacitor C2 and the second end of the third inductor unit L3.
  • the duty ratio of the fifth switch tube Q5 is such that the amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the second capacitor C2;
  • Step 703 controlling the second switching circuit 2 to switch the storage current provided by the external input power source from the second end of the fourth inductive unit L4 to the first end of the fourth inductive unit L4;
  • Step 704 Turn off the second switching circuit 2, and the second inductance unit L2 respectively pairs the third capacitor
  • the control method of the five-level power converter is the same as the above method embodiment, except that two sets of Boost circuits are used to form a dual Boost circuit to realize output positive and negative BUS voltages.
  • the fifth switch tube Q5, the eighth diode D8, the sixth switch tube Q6, and the tenth diode D10 are used to form a positive and negative Vin voltage of the branch.
  • the control relay or the thyristor SCR DC switching component X5 and the DC switching component X6 form a switching switch for the battery operating mode
  • the AC switching component X7 and the AC switching component X8 constitute a switching switch of the alternating current operating mode for switching the first capacitor C1 And the storage of the second capacitor C2 or the third capacitor C3 and The energy storage of the fourth capacitor C4.
  • FIG. 8 is a flowchart of Embodiment 4 of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a working voltage waveform of a fourth embodiment of a method for controlling a five-level power converter according to the present invention, wherein T1 in FIG. -T6 is a time period; the fourth embodiment of the five-level power converter control method corresponds to the five-level power converter embodiment of FIGS. 1 to 4, as shown in FIG. 8 and FIG. 9, see also FIG.
  • the method for controlling the five-level power converter further includes: Step 801: Corresponding to the T1 time period, controlling the eleventh switch tube Q11 to be normally connected, and the tenth switch tube Q10 being in the switch state, Nine switch tube Q9 is in the off state, the second capacitor C2 is discharged, and the discharge current sequentially passes through the first inductor unit L1 and the first load R1;
  • Step 802 Corresponding to the T2 time period, controlling the tenth switch tube Q10 to be always open, the ninth switch tube Q9 is in a switch state, the eleventh switch tube Q1 1 is always open, the first capacitor C1 is discharged, and the discharge current sequentially passes through the first inductor unit L1 and the first load R1;
  • Step 803 Corresponding to the T3 time period, controlling the eleventh switch tube Q11 to be always open, the tenth switch tube Q10 is in the switch state, the ninth switch tube Q9 is in the off state, the second capacitor C2 is discharged, and the discharge current is sequentially passed through the first inductor.
  • Step 804 controlling the third switching circuit 3 to switch from the second end of the third switching circuit 3 to the first end of the forward conduction
  • Step 805 corresponding to the T4 time period, controlling the twelfth switch tube Q12 to be always open, the thirteenth switch tube Q13 is in the switch state, the fourteenth switch tube Q14 is in the off state, the third capacitor C3 is discharged, and the discharge current is sequentially passed through An inductance unit L1 and a first load R1;
  • Step 806 corresponding to the T5 time period, controlling the thirteenth switch tube Q13 is always open, the fourteenth switch tube Q14 is in a switch state, the twelfth switch tube Q12 is always on, the fourth capacitor C4 is discharged, and the discharge current is sequentially passed through the first inductor.
  • Step 807 corresponding to the T6 time period, controlling the twelfth switch tube Q12 to be always open, the thirteenth switch tube Q13 is in the switch state, the fourteenth switch tube Q14 is in the off state, the third capacitor C3 is discharged, and the discharge current is sequentially passed through An inductance unit L1 and a first load R1;
  • Step 808 Control the third switching circuit 3 to switch back from the first end to the second end of the third switching circuit 3.
  • this embodiment constructs two different positive and negative BUS voltages and positive and negative Vin
  • the voltage (Boost output voltage +BUS, -BUS, Buck output voltage +Vin, -Vin) and zero level can realize five levels of the inverter midpoint voltage.
  • the horizontal axis of the graph is time t
  • the vertical axis of the upper graph is the waveform of the output voltage Vout across the first load R1 in the above embodiment
  • the vertical axis of the lower graph is between the midpoint of the midpoint of the inverter.
  • Output voltage Vmid waveform diagram; output voltage Vout sine wave is the fifth capacitor C5, the voltage across the first load R1, the waveform Vmid between the two points of HB is filtered by the first inductance unit L1, the fifth capacitor C5, the high frequency The square wave is filtered into a sine wave output.
  • the voltage at the midpoint of the output voltage is divided into two cases: that is, the output sine wave voltage waveform is divided into two segments: the output voltage Vout is smaller than the voltage across the second capacitor C2 and the output voltage Vout is greater than the voltage across the second capacitor C2, so that there is Two working modes.
  • the working mode 1 is a T1 time period and a T3 time period, respectively corresponding to the above steps 801 and 803, wherein the output voltage Vout is smaller than the voltage across the second capacitor C2, and the eleventh switch tube Q11 is always open,
  • the ten switch tube Q10 operates in the switch state, and the fifteenth switch tube Q15 and the fifteenth diode D15 form a freewheeling path, and the +Vin voltage and the zero level of the output voltage between the inversion midpoint AB points are obtained.
  • Working mode 2 for the T2 time period, corresponding to the above step 802, the output voltage Vout is greater than the voltage across the second capacitor C2, at this time, the tenth switch tube Q10 is always open, and the ninth switch tube Q9 is operated in the switch state.
  • the tenth switch tube Q10 and the eleventh diode D11 constitute a freewheeling path, and the +Vin voltage and the +BUS voltage of the output voltage between the inversion midpoints AB are obtained.
  • the above-mentioned freewheeling path can provide a freewheeling path to the first inductor unit L1 in the vertical bridge arm, that is, when the ninth switch tube Q9 and the tenth switch tube Q10 are in the off state, and the output midpoint of the output is realized. Zero level.
  • the processes of obtaining the +BUS voltage and the +Vin voltage are respectively: when the T2 time period is reached, when the ninth switch tube Q9 and the tenth switch tube Q10 in the above step 802 are turned on, from the front Boost
  • the energy of the first capacitor C1 is transmitted to the first inductor unit L1 and the output, and the +BUS voltage between the AB points can also be called the +2 level.
  • the ninth switch tube Q9 in the above steps 801 and 803 is turned off, the eleventh diode D1 l and the tenth switch tube Q10 are turned on, and the second capacitor C2 from the front is turned on.
  • the energy is transmitted to the first inductor unit L1 and the output, and the +Vin voltage between the AB points can also be called +1 level; when the freewheeling path is operated, the ninth switch tube Q9, the above steps 801 and 803 Ten switch tubes Q10 are all turned off, and When the fifteenth switch transistor Q15 and the fifteenth diode D15 are turned on, the zero level between the AB points is obtained at the first inductance unit L1 and the output.
  • the output voltage midpoint gives three levels: +Vin, +BUS, and zero level.
  • the output voltage of the five-level inverter is similar to the negative half cycle of the sine wave. The same negative half cycle can get -Vin, -BUS, corresponding to -1, -2 level and ⁇ 4 time period, ⁇ 6 time period and ⁇ 5 time period respectively. . It will not be repeated here.
  • the switching loss of the inner tube of the switching tube can be reduced when constructing the lower half of the sine wave.
  • the BOOST circuit only processes part of the power, the conduction loss is small, multi-level is realized, and the switching loss can also be reduced.
  • the inverter midpoint voltage is five-level, the output inverter inductance can be reduced, and the output current harmonics can be improved, and the output voltage distortion rate THDv can be improved.
  • the fifteenth diode D15 and the sixteenth diode D16 use a fast recovery diode. To further improve the efficiency, the parallel connection can be used.
  • parallel switching transistor devices can also provide reactive power compensation current paths.
  • the inverter output current limit when the inverter output current limit, turn on the fifteenth switch tube Q15 and the fifteenth diode D15, or the sixteenth switch tube Q16 and the sixteenth diode D16,
  • the output current freewheeling path is provided to reduce the switching tube voltage stress.
  • the centralized placement of the power tube switches facilitates device utilization and is easily integrated into a single power module to reduce power consumption.
  • the control method of the five-level power converter of each of the above embodiments can realize five-level operation by controlling the circuit composed of the rectifier and the inverter, and can be applied to the UPS system; when the alternating current is interrupted, The UPS immediately supplies the stored energy of the internal energy storage device to the load through the inverter conversion method to maintain the normal operation of the load.
  • the present invention also provides a control device capable of controlling the five-level power converter shown in FIGS. 1 to 4, and FIG. 10 is a five-level power converter of the present invention.
  • FIG. 10 A schematic diagram of a first embodiment of the control device, as shown in FIG. 10, and referring to FIG. 1 to FIG. 4, the device embodiment is a device for controlling the above five-level power converter, and the device includes:
  • the rectification control module 1001 is configured to control the rectification control circuit to input current to the second end of the first capacitor C1, the second end of the second capacitor C2, the second end of the third capacitor C3, and the second end of the fourth capacitor C4, respectively.
  • the charge accumulated on the second end of the first capacitor C1 and the second end of the second capacitor C2 are the same, and the amount of charge accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than that of the second capacitor C2.
  • the amount of charge accumulated on the second end of the third capacitor C3 and the second end of the fourth capacitor C4 are the same, and the amount of charge accumulated on the second end of the fourth capacitor C4 is greater than that of the third capacitor C3.
  • the electric charge accumulated on the second end, and the charge polarity accumulated on the second end of the first capacitor C1 and the second end of the second capacitor C2 is opposite to the second end of the third capacitor C3 and the second end of the fourth capacitor C4 The accumulated charge on the opposite polarity;
  • the inverter control module 1002 is configured to control the discharge control circuit from the second end of the second capacitor C2 of the rectifier, the second end of the first capacitor C1, the second end of the third capacitor C3, and the second end of the fourth capacitor C4.
  • the terminal discharges the discharge current through the first inductance unit L1 and the first load R1 connected in series, and the charging and discharging of any one of the first capacitor C1, the second capacitor C2, the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are staggered.
  • Embodiment 1 of the control device for a five-level power converter of the present invention passes through its rectification control module
  • the inverter control module 1001 and the inverter control module 1002 respectively perform energy storage or discharge on the first capacitor C1 and the second capacitor C2, or implement energy storage and discharge on the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4, thereby achieving five levels.
  • a control device for a five-level power converter provided by an embodiment of the present invention wherein the rectification control module can be constructed in various forms.
  • it may be in the form of Fig. 11 as follows.
  • 11 is a schematic structural diagram of Embodiment 2 of a control apparatus for a five-level power converter according to the present invention.
  • the rectification control module in the second embodiment corresponds to the rectification control circuit shown in FIG. 1, as shown in FIG. Referring to FIG. 1, the rectification control module includes:
  • the first rectification control unit 1 101 is configured to control the first switching circuit 1 to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the second inductive unit L2 to the second end of the second inductive unit L2, to the second inductor Unit L2 stores energy;
  • a second rectification control unit 1 102 configured to turn off the first switching circuit 1 and the second inductive unit
  • L2 charges the first capacitor C1 and the second capacitor C2, respectively, and controls the duty ratio of the third switching transistor Q3 connected in series between the second end of the second capacitor C2 and the second end of the second inductor unit L2, so that The amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the second capacitor C2;
  • the third rectification control unit 1 103 is configured to control the first switching circuit 1 to switch the storage current provided by the external input power source from the second end of the second inductive unit L2 to the first end of the second inductive unit L2, to the second inductor Unit L2 stores energy;
  • the fourth rectification control unit 1 104 is configured to turn off the first switching circuit 1 , and the second inductive unit L2 charges the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 respectively, and controls the second end and the second end of the third capacitor C3 in series
  • the duty ratio of the fourth switching transistor Q4 between the second ends of the inductor units L2 is such that the amount of power accumulated on the second end of the fourth capacitor C4 is greater than the amount of power accumulated on the second terminal of the third capacitor C3.
  • the switching current of the first switching circuit 1 is used to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the second inductive unit L2 to the second end of the second inductive unit L2, or from the second inductive unit.
  • the second end of the L2 flows to the first end of the second inductive unit L2, and the second inductive unit L2 is stored, and then the first capacitor C1 and the second capacitor C2 or the third pair are implemented by turning off the first switching circuit 1.
  • Embodiment 3 is a schematic structural diagram of Embodiment 3 of a control apparatus for a five-level power converter according to the present invention.
  • the rectification control module in the third embodiment corresponds to the rectification control circuit shown in FIG. 4, as shown in FIG. Referring to FIG. 4, the rectification control module includes:
  • the fifth rectification control unit 1201 is configured to control the second switching circuit 2 to switch the storage current provided by the external input power source from the first end of the third inductive unit L3 to the second end of the third inductive unit L3, to the third inductive unit L3 energy storage;
  • the sixth rectification control unit 1202 is configured to turn off the second switching circuit 2, and the second inductance unit L2 charges the first capacitor C1 and the second capacitor C2, respectively, and controls the second end and the third inductor connected in series to the second capacitor C2.
  • the duty ratio of the fifth switching transistor Q5 between the second ends of the cells L3 is such that the amount of electricity accumulated on the second end of the first capacitor C1 is greater than the amount of electricity accumulated on the second terminal of the second capacitor C2;
  • a seventh rectifying control unit 1203, configured to control the second switching circuit 2 to switch the external input power supply to supply the stored current from the second end of the fourth inductive unit L4 to the first end of the fourth inductive unit L4;
  • An eighth rectification control unit 1204 configured to turn off the second switching circuit 2, the second inductive unit
  • L2 charges the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4, respectively, and controls the duty ratio of the sixth switching transistor Q6 connected in series between the second end of the third capacitor C3 and the second end of the third inductor unit L3, so that The amount of electricity accumulated on the second end of the fourth capacitor C4 is greater than the amount of electricity accumulated on the second end of the third capacitor C3.
  • This embodiment realizes switching of external input power supply by switching of the second switching circuit 2
  • the storage current flows from the first end of the third inductive unit L3 to the second end of the third inductive unit L3 to achieve energy storage for the third inductive unit L3; or from the second end of the fourth inductive unit L4 to the fourth inductor
  • the first end of the unit L4 realizes energy storage for the fourth inductor unit L4, and then charges the first capacitor C1 and the second capacitor C2 or the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 by turning off the second switching circuit 2 process.
  • Embodiment 13 is a schematic structural diagram of Embodiment 4 of a control device for a five-level power converter according to the present invention.
  • the inverter control module in the fourth embodiment corresponds to the inverter control circuit shown in FIG. 1 to FIG.
  • Each unit corresponds to the output voltage of each time period in FIG. 9 , as shown in FIG. 9 and FIG. 13 .
  • the inverter control module of each embodiment of the foregoing apparatus includes:
  • the first inverter control unit 1301 the output voltage corresponds to the T1 time period, and is used for controlling the eleventh switch tube Q11 to be normally connected, the tenth switch tube Q10 is in the switch state, the ninth switch tube Q9 is in the off state, and the second capacitor C2 is in the off state. Discharge, the discharge current sequentially passes through the first inductance unit L1 and the first load R1;
  • the second inverter control unit 1302 the output voltage corresponds to the T2 time period, and is used for controlling the tenth switch tube Q10 to be always open, the ninth switch tube Q9 is in the switch state, the eleventh switch tube Q1 1 is always open, and the first capacitor C1 is discharged.
  • the discharge current sequentially passes through the first inductance unit L1 and the first load R1;
  • the third inverter control unit 1303, the output voltage corresponds to the T3 time period, and is used for controlling the eleventh switch tube Q11 to be normally connected, and the tenth switch tube Q10 is at the switch State, the ninth switch tube Q9 is in an off state, the second capacitor C2 is discharged, and the discharge current sequentially passes through the first inductor unit L1 and the first load R1;
  • a fourth inverter control unit 1304, configured to control the third switching circuit 3 to switch from the second end of the third switching circuit 3 to the first end of the forward conduction;
  • the eighth inverter control unit 1308 is configured to control the third switching circuit 3 to switch back from the first end to the second end of the third switching circuit 3.
  • the control device of the five-level power converter of the above embodiments adopts a circuit composed of a rectification control module and an inverter control module, and the rectification control module control circuit rectifies the AC input into a direct current, and implements a power factor correction function PFC.
  • the inverter control circuit controls the rectified DC voltage to be an AC output voltage. Thereby, a circuit that outputs five levels is realized.
  • the controller of the above device embodiment circuit can use a digital signal processing chip, such as a Micro Control Unit (MCU), a Digital Signal Processing (DSP) device, or a Complex Programmable Logic Device (Complex Programmable Logic Device). , CPLD) and other implementations;
  • MCU Micro Control Unit
  • DSP Digital Signal Processing
  • CPLD Complex Programmable Logic Device
  • the technical solution of the embodiment of the present invention is to realize the five-level operation of the rectifier and the inverter by increasing the branch form on the basis of the power converter.
  • the five-level inverter and rectifier are cascaded to form a high-performance online UPS system.
  • the UPS has the advantages of a five-level inverter and a rectifier, such as a lower power tube conduction loss. , switching loss, smaller inverter, sense of rectified inductor, better input, output total harmonic distortion THD, etc.
  • the circuit topology of the embodiment of the present invention can flexibly constitute a single-phase, three-phase UPS, and a neutral/wireless system in three phases. Interleaved parallel connection in AC mains mode can be realized, and staggered parallel connection in battery mode operation can be conveniently realized by input switching switch. And the overall circuit structure is simple and reliable.

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Abstract

本发明提供一种五电平功率变换器及其控制方法。其中，该五电平功率变换器包括逆变器，以及至少一个整流器；所述整流器包括至少一个整流控制电路，两两并联的四个电容，第一电容至第四电容的各第一端共地；所述整流控制电路用于分别向第一电容至第四电容的各第二端输入电流，且第一电容的第二端和第二电容的第二端上积累的电荷极性与第三电容的第二端和第四电容的第二端上积累的电荷极性相反；所述逆变器包括放电控制电路，以及串联的第一电感单元和第一负载，放电控制电路用于依次从整流器的四个电容的第二端放电，放电电流经过串联的第一电感单元和第一负载，且对第一电容至第四电容中任一电容的充电和放电错开。

Description

五电平功率变换器及其控制方法、 控制装置 技术领域
本发明涉及功率变换技术， 尤其涉及一种五电平功率变换器及其控制 方法、 控制装置。 背景技术
不间断电源系统（ Uninterruptible Power System, UPS )是一种含有储 能装置， 以整流器和逆变器为主要组成部分的恒压恒频的功率变换器。 其 主要用于给单台计算机、 计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断 的电力供应。 当市电输入正常时， UPS 将市电稳压后供应给负载使用， 此 时的 UPS相当于一台交流市电稳压器， 同时它还向内部储能装置充电； 当 市电中断时， UPS 立即将内部储能装置储存的电能， 通过逆变转换的方 法向负载继续提供交流电， 使负载维持正常工作。
功率变换器的整流器在市电工作模式下实现输入功率因数校正
( Power Factor Correction, PFC ) 功能， 在放电模式下提升电压至直流 BUS电压； 而逆变器把直流 BUS电压转换为交流电压， 然后提供给负载。 整流器一般由双升压型 Boost电路、或 Vienna整流器等来实现， 逆变器一 般可以为普通两电平半桥 /全桥、 或三电平中性点钳位等类型。
现有技术中的功率变换器， 通常只能进行四电平功率变换， 输出四电 平电压。 发明内容
针对现有技术的上述缺陷， 本发明实施例提供一种五电平功率变换器 及其控制方法， 用以实现五电平方式的工作模式。
本发明实施例一方面提供一种五电平功率变换器， 包括逆变器， 以及 至少一个整流器， 所述整流器包括整流控制电路， 并联的第一电容和第二 电容， 以及并联的第三电容和第四电容， 所述第一电容的第一端、 第二电 容的第一端、 第三电容的第一端和第四电容的第一端共地； 所述整流控制电路用于分别向所述第一电容的第二端、 所述第二电容 的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端输入电流， 且 所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二电容的第二端上积累 的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的电荷极 性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量大于所述第三电容的第二端 上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累 的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的 电荷极性相反；
所述逆变器包括放电控制电路， 以及串联的第一电感单元和第一负 载， 所述第一电感单元的第一端和所述第一负载的第一端连接， 所述第一 负载的第二端接地， 所述放电控制电路用于依次从所述整流器的第二电容 的第二端、 第一电容的第二端、 第三电容的第二端和第四电容的第二端放 电， 放电电流经过所述串联的第一电感单元和第一负载， 且对所述第一电 容、 第二电容、 第三电容和第四电容中任一电容的充电和放电错开。
可选的， 所述整流控制电路包括第二电感单元、 第一切换电路、 第一 控制电路和第二控制电路， 所述第二电感单元的第一端连接外部输入电 源；
所述第一控制电路包括第三二极管、 第四二极管和第三开关管， 所述 第三二极管串联在所述第一电容的第二端和所述第二电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第三二极管的正极和所述第二电感单元的第二端连 接， 所述第三二极管的负极与所述第一电容的第二端连接； 所述第四二极 管和第三开关管串联在所述第二电容的第二端和所述第二电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第四二极管的正极与所述第二电感单元的第二 端连接；
所述第二控制电路包括第五二极管、 第六二极管和第四开关管， 所述 第五二极管串联在所述第四电容的第二端和所述第二电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第五二极管的正极和所述第二电感单元的第二端连 接， 所述第五二极管的负极与所述第四电容的第二端连接； 所述第六二极 管和第四开关管串联在所述第三电容的第二端和所述第二电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第六二极管的正极与所述第二电感单元的第二 端连接；
所述第一切换电路用于切换外部输入电源提供的储能电流从所述第 二电感单元的第一端流向所述第二电感单元的第二端， 或从所述第二电感 单元的第二端流向所述第二电感单元的第一端。
或者， 所述第一切换电路包括串联的第一开关管和第二开关管， 以及 串联的第一二极管和第二二极管， 所述第一二极管和第二二极管的极性相 对设置， 且所述第一开关管和第二开关管之间， 与所述第一二极管和第二 二极管之间连通。
另外， 所述外部输入电源包括外部交流输入电源和电池组， 所述外部 交流输入电源与所述第二电感单元的第一端之间通过交流开关元件连接； 在所述整流器包括一个整流控制电路时， 所述电池组包括第一电池单 元和第二电池单元， 所述第 ―电池单元的正极与所述整流控制电路的第二 电感单元的第一端通过直流开关元件连接， 所述第 ―电池单元的负极接 地， 所述第二电池单元的负极与所述整流控制电路的第二电感单元的第一 端通过直流开关元件连接， 所述第二电池单元的正极接地；
或在包括第一整流器和第二整流器时， 所述电池组包括第三电池单元 和第四电池单元， 所述第三电池单元的正极与所述第一整流器的第二电感 单元的第一端通过直流开关元件连接， 所述第三电池单元的负极接地， 所 述第四电池单元的负极与所述第二整流器的第二电感单元的第一端通过 直流开关元件连接， 所述第四电池单元的正极接地。
所述整流控制电路包括第三电感单元、第四电感单元、第二切换电路、 第三控制电路和第四控制电路， 所述第三电感单元的第一端， 以及所述第 四电感单元的第一端连接外部输入电源；
所述第三控制电路包括第七二极管、 第八二极管和第五开关管， 所述 第七二极管串联在所述第一电容的第二端和所述第三电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第七二极管的正极和所述第三电感单元的第二端连 接， 所述第七二极管的负极与所述第一电容的第二端连接； 所述第八二极 管和第五开关管串联在所述第二电容的第二端和所述第三电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第八二极管的正极与所述第三电感单元的第二 端连接；
所述第四控制电路包括第九二极管、 第十二极管和第六开关管， 所述 第九二极管串联在所述第四电容的第二端和所述第四电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第九二极管的正极和所述第四电感单元的第二端连 接， 所述第九二极管的负极与所述第四电容的第二端连接； 所述第十二极 管和第六开关管串联在所述第三电容的第二端和所述第四电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第十二极管的正极与所述第四电感单元的第二 端连接；
所述第二切换电路用于切换外部输入电源提供的储能电流从所述第 三电感单元的第一端流向所述第三电感单元的第二端， 或从所述第四电感 单元的第二端流向所述第四电感单元的第一端。
或者， 所述第二切换电路包括第七开关管和第八开关管， 所述第七开 关管的一端与所述第三电感单元的第二端连接， 另一端接地， 所述第八开 关管的一端与所述第四电感单元的第二端连接， 另一端接地。
或者， 所述外部输入电源包括外部交流输入电源或电池组， 所述外部 输入电源与所述第三电感单元的第一端之间， 以及所述外部交流输入电源 与所述第四电感单元的第一端之间通过交流开关元件连接；
所述电池组包括第五电池单元和第六电池单元， 所述第五电池单元的 正极与第三电感单元的第一端通过直流开关元件连接， 所述第五电池单元 的负极接地， 所述第六电池单元的负极与第四电感单元的第一端通过直流 开关元件连接， 所述第六电池单元的正极接地。
或者， 所述第一电感单元、 第二电感单元、 第三电感单元或第四电感 单元为如下任一组成方式：
单一电感元件组成、 多个电感元件并联组成或多个电感元件串联组 成。
同时上述实施例中所述放电控制电路包括第九开关管、 第十开关管、 第十一开关管、 第十二开关管、 第十三开关管、 第十四开关管和第三切换 电路；
所述第九开关管的第一端与所述第一电容的第二端连接， 所述第九开 关管的第二端与所述第十开关管的第一端连接， 所述第十开关管的第二端 与所述第一电感单元的第二端连接， 所述第十一开关管的第一端与所述第 二电容的第二端连接， 所述第十一开关管的第二端与所述第十开关管的第 一端连接； 所述第十四开关管的第一端与所述第四电容的第二端连接， 所 述第十四开关管的第二端与所述第十三开关管的第一端连接， 所述第十三 开关管的第二端与所述第一电感单元的第二端连接， 所述第十二开关管的 第一端与第三电容的第二端连接， 所述第十二开关管的第二端与第十四开 关管的第二端连接；
所述第三切换电路的第一端与所述第一电感单元的第二端连接， 所述 第三切换电路的第二端接地， 用于分时实现从所述第三切换电路的第二端 到第一端正向导通， 或从第三切换电路的第一端到第二端反向导通。
本发明实施例另一方面提供一种针对上述五电平功率变换器的控制 方法， 该五电平功率变换器的控制方法包括：
控制所述整流控制电路分别向所述第一电容的第二端、 所述第二电容 的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端输入电流， 且 所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二电容的第二端上积累 的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的电荷极 性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量大于所述第三电容的第二端 上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累 的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的 电荷极性相反；
控制所述放电控制电路依次从所述整流器的第二电容的第二端、 第一 电容的第二端、 第三电容的第二端和第四电容的第二端放电， 放电电流经 过所述串联的第一电感单元和第一负载， 且对所述第一电容、 第二电容、 第三电容和第四电容中任一电容的充电和放电错开。
本发明实施例又一方面提供一种针对上述的五电平功率变换器的控 制装置， 该装置包括：
整流控制模块， 用于控制所述整流控制电路分别向所述第一电容的第 二端、 所述第二电容的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的 第二端输入电流， 且所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积 累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二电 容的第二端上积累的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二 端上积累的电荷极性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量大于所述 第三电容的第二端上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所述第二电 容的第二端上积累的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述第四电容 的第二端上积累的电荷极性相反；
逆变控制模块， 用于控制所述放电控制电路依次从所述整流器的第二 电容的第二端、 第一电容的第二端、 第三电容的第二端和第四电容的第二 端放电， 放电电流经过所述串联的第一电感单元和第一负载， 且对所述第 一电容、 第二电容、 第三电容和第四电容中任一电容的充电和放电错开。
本发明实施例提供的五电平功率变换器及其控制方法、 控制装置， 其 中的五电平功率变换器， 包括逆变器， 以及至少一个整流器， 整流器包括 整流控制电路， 并联的第一电容和第二电容， 以及并联的第三电容和第四 电容， 第一电容的第一端、 第二电容的第一端、 第三电容的第一端和第四 电容的第一端共地； 其中的整流控制电路能够对第一电容、 第二电容、 第 三电容和第四电容进行充电， 使得第一电容的第二端和所述第二电容的第 二端上积累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所 述第二电容的第二端上积累的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电 容的第二端上积累的电荷极性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量 大于所述第三电容的第二端上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所 述第二电容的第二端上积累的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述 第四电容的第二端上积累的电荷极性相反。 而逆变器的放电控制电路， 用 于依次从所述整流器的第二电容的第二端、 第一电容的第二端、 第三电容 的第二端和第四电容的第二端放电， 从而实现五电平的工作模式。 附图说明
实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍， 显而易见 地， 下面描述中的附图是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员 来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的 附图。
图 1为本发明五电平功率变换器实施例一的电路构架图；
图 2为本发明五电平功率变换器实施例二的电路构架图；
图 3为本发明五电平功率变换器实施例三的电路构架图；
图 4为本发明五电平功率变换器实施例四的电路构架图；
图 5为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例一的流程图； 图 6为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例二的流程图； 图 7为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例三的流程图； 图 8为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例四的流程图； 图 9为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例四的工作电压波形 示意图；
图 10为本发明五电平功率变换器的控制装置实施例一的结构示意图； 图 1 1为本发明五电平功率变换器的控制装置实施例二的结构示意图； 图 12为本发明五电平功率变换器的控制装置实施例三的结构示意图； 图 13为本发明五电平功率变换器的控制装置实施例四的结构示意图。 具体实施方式 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本 发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描 述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的五电平功率变换器及其控制方法， 能够实现五电 平工作， 可应用于 UPS系统中； 当系统在交流电下工作时， 五电平功率变 换器的整流器可将交流输入整流成直流，并实现输入功率因数校正 PFC功 能； 当交流电中断时，五电平功率变换器立即将内部储能装置储存的电能， 通过逆变转换的方法向负载继续提供交流电， 使负载维持正常工作。
本发明实施例提供的五电平功率变换器的功率变换拓朴由整流器与 逆变器两部分构成， 整流器用来将交流输入整流成直流， 并实现功率因数 校正功能 PFC; 逆变器用来将整流后的直流电压逆变成交流输出电压。 图 1为本发明五电平功率变换器实施例一的电路构架图， 图 2为本发 明五电平功率变换器实施例二的电路构架图， 图 3为本发明五电平功率变 换器实施例三的电路构架图， 图 4为本发明五电平功率变换器实施例四的 电路构架图。 如图 1、 2、 3或 4所示， 本发明实施例提供的五电平功率变 换器， 包括逆变器， 以及至少一个整流器， 整流器包括整流控制电路， 并 联的第一电容 C1和第二电容 C2,以及并联的第三电容 C3和第四电容 C4 , 第一电容 C1的第一端、 第二电容 C2的第一端、 第三电容 C3的第一端和 第四电容 C4的第一端共地；
整流控制电路用于分别向第一电容 C1的第二端、第二电容 C2的第二 端、第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端输入电流，且第一电容 C1的第二端和第二电容 C2的第二端上积累的电荷极性相同， 第一电容 C1的第二端上积累的电量大于第二电容 C2的第二端上积累的电量； 第三 电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端上积累的电荷极性相同，第四电 容 C4的第二端上积累的电量大于第三电容 C3的第二端上积累的电量，且 第一电容 C1的第二端和第二电容 C2的第二端上积累的电荷极性与第三电 容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端上积累的电荷极性相反；
逆变器包括放电控制电路， 以及串联的第一电感单元 L1和第一负载 R1 , 第一电感单元 L1的第一端和第一负载 R1的第一端连接， 第一负载 R1的第二端接地， 第五电容 C5与第一负载并联。 放电控制电路用于依次 从整流器的第二电容 C2的第二端、 第一电容 C1的第二端、 第三电容 C3 的第二端和第四电容 C4的第二端放电， 放电电流经过串联的第一电感单 元 L1和第一负载 R1 , 且对第一电容 Cl、 第二电容 C2、 第三电容 C3和 第四电容 C4中任一电容的充电和放电错开。
本发明五电平功率变换器实施例一通过其整流器的整流控制电路和 逆变器的放电控制电路， 实现五电平输出， 并实现输入功率因数校正 PFC 功能。
本发明上述实施例提供的五电平功率变换器， 其中整流器的整流控制 电路可以由多种形式构成。 例如图 1所示， 其中的整流控制电路包括第二 电感单元 L2、 第一切换电路 1、 第一控制电路 K1和第二控制电路 K2 , 第 二电感单元 L2的第一端连接外部输入电源； 第一控制电路 Kl包括第三二极管 D3、 第四二极管 D4和第三开关管 Q3 ,第三二极管 D3串联在第一电容 C1的第二端和第二电感单元 L2的第 二端之间的电路上，第三二极管 D3的正极和第二电感单元 L2的第二端连 接， 第三二极管 D3的负极与第一电容 C1的第二端连接； 第四二极管 D4 和第三开关管 Q3串联在第二电容 C2的第二端和第二电感单元 L2的第二 端之间的电路上，且第四二极管 D4的正极与第二电感单元 L2的第二端连 接；
第二控制电路 K2包括第五二极管 D5、 第六二极管 D6和第四开关管 Q4,第五二极管 D5串联在第四电容 C4的第二端和第二电感单元 L2的第 二端之间的电路上，第五二极管 D5的正极和第二电感单元 L2的第二端连 接， 第五二极管 D5的负极与第四电容 C4的第二端连接； 第六二极管 D6 和第四开关管 Q4串联在第三电容 C3的第二端和第二电感单元 L2的第二 端之间的电路上，且第六二极管 D6的正极与第二电感单元 L2的第二端连 接；
第一切换电路 1用于切换外部输入电源提供的储能电流从第二电感单 元 L2的第一端流向第二电感单元 L2的第二端， 或从第二电感单元 L2的 第二端流向第二电感单元 L2的第一端。
本发明实施例的五电平功率变换器， 第一切换电路 1包括串联的第一 开关管 Q1和第二开关管 Q2, 以及串联的第一二极管 D1和第二二极管 D2, 第一二极管 D1和第二二极管 D2的极性相对设置， 且第一开关管 Q1 和第二开关管 Q2之间， 与第一二极管 D1和第二二极管 D2之间连通。
本发明实施例的五电平功率变换器中的五电平整流器在常规 Vienna 整流器的基础上， 正、 负 BUS电压各附加一个支路， 第三开关管 Q3、 第 四二极管 D4构成正 BUS电压的支路， 第四开关管 Q4、 第六二极管 D6 构成负 BUS电压的支路；五电平逆变器在常规 I型三电平中性点钳位逆变 器的基础上， 增加两个支路， 第十一开关管 Q11对应输出正弦波正半周， 第十二开关管 Q12对应输出正弦波负半周。
可选的， 上述实施例中各开关管可以是金属-氧化层 -半导体-场效晶体 管， 简称金氧半场效晶体管 （ Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET ) 、 绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT )或其他开关器件； 数量可以是一个，还可以是多个串联、 直接并联构成， 或电路上实现交错并联；
整流器各二极管可以是常规二极管， 还可以是 MOSFET、 IGBT等开 关器件构成同步整流； 数量可以是一个， 还可以是多个串联、 并联构成； 整流器第二电感单元可以是一个， 还可以是多个并联、 串联的电感单 元构成；
本发明实施例的五电平功率变换器中的五电平整流器由常规 Vienna 整流器改进而来， 在保持 Vienna整流器高效率优点的基础上， 实现五电 平方式工作。 由于实现五电平工作， 可进一步减小 PFC电感的感量。
如图 2所示， 本发明实施例二的五电平功率变换器， 外部输入电源包 括外部交流输入电源 V和电池组， 外部交流输入电源 V与第二电感单元 L2的第一端之间通过交流开关元件 TR1连接；
该实施例整流器包括一个整流控制电路， 电池组包括第一电池单元 VI和第二电池单元 V2, 第一电池单元 VI的正极与整流控制电路的第二 电感单元 L2的第一端通过直流开关元件 XI连接， 第一电池单元 VI的负 极接地，第二电池单元 V2的负极与整流控制电路的第二电感单元 L2的第 一端通过直流开关元件 X2连接， 第二电池单元 V2的正极接地；
该实施例是将图 1的电路进行改进， 增加输入交流电、 电池切换电路 的交流开关元件 TR1、 直流开关元件 XI、 直流开关元件 X2, 构成如图 2 所示的功率变换器实施例二的电路原理图。 其中与两组电池单元串联的第 五电感单元 L3、 第六电感单元 L4起换流平滑作用。
该实施例电路工作原理与图 1相似， 不同的地方在于加入交流电、 电 池切换电路后， 共用一套五电平整流器。 在交流电工作模式下， 五电平整 流器实现 PFC的功能； 在电池工作模式下， 五电平整流器实现直流升压的 功能。
本发明上述实施例中， 在电池工作模式下， 第一电池单元 VI和第二 电池单元 V2共用一套升压电路， 在其切换时如果电路存在寄生、 或控制 信号出现异常时， 有可能将两组电池直接短路。 为了避免这样的风险， 各 电池单元可以增加过流保护保险丝。 另外， 还可以进一步的增加第五电感 单元 L5和第六电感单元 L6起换流平滑作用。 如图 3所示， 本发明实施例三的五电平功率变换器， 外部输入电源包 括外部交流输入电源 V和电池组， 外部交流输入电源 V与第二电感单元 L2的第一端之间通过交流开关元件 TR1连接；
该实施例包括两个整流器， 即包括第一整流器和第二整流器， 电池组 包括第三电池单元 V3和第四电池单元 V4, 第三电池单元 V3的正极与第 一整流器的第二电感单元 L2的第一端通过直流开关元件 X3连接，第三电 池单元 V3的负极接地， 第四电池单元 V4的负极与第二整流器的第二电 感单元 L2的第一端通过直流开关元件 X4连接， 第四电池单元 V4的正极 接地。
该实施例是将上述图 2进一步改进， 使用两套整流器， 构成如图 3所 示的五电平功率变换器实施例三的电路原理图。
该实施例电路工作原理与图 2相似， 不同的地方在于， 在电池工作模 式下， 第三电池单元 V3和第四电池单元 V4工作时， 分别使用两套独立 的五电平整流器， 不存在电池切换时的任何风险。 并且， 在交流电工作模 式下，两套五电平整流器既可以直接并联工作，还可以实现交错并联工作， 降低了功率开关管的导通损耗， 提高了效率。
上述电路整流器由单电感两路输出双 Boost、 或 Vienna整流器构成， 使用二极管与功率开关管构成开关支路： 主路输出较高的电压； 支路输出 较氐的电压：
如图 4所示， 本发明实施例四的五电平功率变换器， 整流控制电路包 括第三电感单元 L3、 第四电感单元 L4、 第二切换电路 2、 第三控制电路 K3和第四控制电路 K4, 第三电感单元 L3的第一端， 以及第四电感单元 L4的第一端连接外部输入电源；
第三控制电路 K3包括第七二极管 D7、 第八二极管 D8和第五开关管 Q5 ,第七二极管 D7串联在第一电容 C1的第二端和第三电感单元 L3的第 二端之间的电路上，第七二极管 D7的正极和第三电感单元 L3的第二端连 接， 第七二极管 D7的负极与第一电容 C1的第二端连接； 第八二极管 D8 和第五开关管 Q5串联在第二电容 C2的第二端和第三电感单元 L3的第二 端之间的电路上，且第八二极管 D8的正极与第三电感单元 L3的第二端连 接； 第四控制电路 K4包括第九二极管 D9、 第十二极管 D10和第六开关 管 Q6, 第九二极管 D9串联在第四电容 C4的第二端和第四电感单元 L4 的第二端之间的电路上，第九二极管 D9的正极和第四电感单元 L4的第二 端连接， 第九二极管 D9的负极与第四电容 C4的第二端连接； 第十二极 管 D10和第六开关管 Q6串联在第三电容 C3的第二端和第四电感单元 L4 的第二端之间的电路上， 且第十二极管 D10的正极与第四电感单元 L4的 第二端连接；
本实施例的五电平功率变换器的第二切换电路 2用于切换外部输入电 源提供的储能电流从第三电感单元 L3的第一端流向第三电感单元 L3的第 二端， 或从第四电感单元 L4的第二端流向第四电感单元 L4的第一端。
具体的，该第二切换电路 2可以包括第七开关管 Q7和第八开关管 Q8 以及第十三二极管 D13和第十四二极管 D14, 第七开关管 Q7的一端与第 三电感单元 L3的第二端及第十三二极管 D13负极连接， 另一端接地， 第 八开关管 Q8的一端与第四电感单元 L4的第二端及第十四二极管 D14正 极连接， 另一端接地， 第十三二极管 D13正极与第十四二极管 D14负极 接地。
该实施例的五电平功率转换器， 外部输入电源包括外部交流输入电源 V或电池组 , 外部输入电源与第三电感单元 L3的第一端之间， 以及外部 交流输入电源 V与第四电感单元 L4的第一端之间通过交流开关元件连接； 电池组包括第五电池单元 V5和第六电池单元 V6, 第五电池单元 V5 的正极与第三电感单元 L3的第一端通过直流开关元件 X5连接，第五电池 单元 V5的负极接地， 第六电池单元 V6的负极与第四电感单元 L4的第一 端通过直流开关元件 X6连接， 第六电池单元 V6的正极接地。
该实施例是将实施例一的功率变换器构架中的五电平整流器改为五 电平双 Boost电路，并且增加交流、电池输入的控制继电器、或可控硅 SCR , 构成如图 4所示的五电平功率变换器实施例四的电路原理图。
进一步地， 上述各实施例中的五电平功率转换器， 第一电感单元 Ll、 第二电感单元 L2、 第三电感单元 L3或第四电感单元 L4为如下任一组成 方式：
单一电感元件组成、 多个电感元件并联组成或多个电感元件串联组 成。
可选的， 上述实施例二至四的五电平功率变换器中的电路可使用两组 电池， 输入端配置合适的开关器件， 五电平整流器就可以具有直流升压的 功能， 构成输出正、 负 BUS电压和正、 负 Vin。 因此， 电池工作模式完全 可复用整流模式的功率器件。 另外， 上述电路也可在单电池组下工作。 电 池输入的开关器件可以使用单向可控硅 SCR、 继电器、 及功率开关管等； 交流输入开关器件可以使用三端双向交流开关 TRIAC、 继电器、及功率开 关管等。
同时， 上述各实施例中的五电平功率变换器， 放电控制电路包括第九 开关管 Q9、 第十开关管 Q10、 第十一开关管 Ql l、 第十二开关管 Q12、 第十三开关管 Q13、 第十四开关管 Q14和第三切换电路 3;
第九开关管 Q9的第一端与第一电容 C1的第二端连接， 第九开关管 Q9的第二端与第十开关管 Q10的第一端连接， 第十开关管 Q10的第二端 与第一电感单元 L1的第二端连接， 第十一开关管 Q11的第一端与第二电 容 C2的第二端及第十一二极管 D11的正极连接， 第十一开关管 Q11的第 二端与第十开关管 Q10的第一端及第十一二极管 D11的负极连接； 第十 四开关管 Q14的第一端与第四电容 C4的第二端连接， 第十四开关管 Q14 的第二端与第十三开关管 Q13的第一端连接， 第十三开关管 Q13的第二 端与第一电感单元 L1的第二端连接， 第十二开关管 Q12的第一端与第三 电容 C3的第二端及及第十二二极管 D12的负极连接， 第十二开关管 Q12 的第二端与第十四开关管 Q14的第二端及第十二二极管 D12的正极连接； 第三切换电路 3的第一端与第一电感单元 L1的第二端连接， 第三切 换电路 3的第二端接地， 用于分时实现从第三切换电路 3的第二端到第一 端正向导通， 或从第三切换电路 3的第一端到第二端反向导通。
可选的， 上述放电控制电路的逆变器使用五电平结构， 四个逆变主开 关管 Q9、 Q10、 Q13、 Q14接成" Γ，形结构； 两个逆变续流开关管 Ql 1、 Q12 接成" Τ"形结构； 逆变器外接管 Q9、 Q14连接正、 负 BUS电压； 逆变器 内接管 Q10、 Q13连接正、 负 Vin电压。
上述各实施例的五电平功率变换器通过由整流器与逆变器两部分构 成的整流控制电路和放电控制电路， 由整流器将交流输入整流成直流， 并 实现功率因数校正功能 PFC; 由逆变器将整流后的直流电压逆变成交流输 出电压， 从而实现输出五电平的电路。
图 5为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例一的流程图， 如图 5所示， 同时参见图 1-图 4, 该五电平功率变换器的控制方法实施例是与 上述五电平功率变换器实施例一相对应， 是针对上述各实施例的五电平功 率变换器进行控制的方法， 该五电平功率变换器的控制方法包括：
步骤 501、 控制整流控制电路分别向第一电容 C1的第二端、 第二电 容 C2的第二端、第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端输入电流， 且第一电容 C1的第二端和第二电容 C2的第二端上积累的电荷极性相同， 第一电容 C1的第二端上积累的电量大于第二电容 C2的第二端上积累的电 量；第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端上积累的电荷极性相同， 第四电容 C4的第二端上积累的电量大于第三电容 C3的第二端上积累的电 量，且第一电容 C1的第二端和第二电容 C2的第二端上积累的电荷极性与 第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端上积累的电荷极性相反； 步骤 502、 控制放电控制电路依次从整流器的第二电容 C2的第二端、 第一电容 C1的第二端、 第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端放 电， 放电电流经过串联的第一电感单元 L1和第一负载 R1 , 且对第一电容 Cl、 第二电容 C2、 第三电容 C3和第四电容 C4中任一电容的充电和放电 错开。
本发明实施例提供的五电平功率变换器的控制方法通过控制整流控 制电路分别向第一电容 C1至第四电容 C4的输入电流，以实现电容的储能， 以及控制放电控制电路依次从整流器的第一电容 C1至第四电容 C4放电， 将电容储存的能量释放出来， 从而实现五电平输出， 以供 UPS系统使用， 同时可实现输入功率因数校正 PFC功能。
图 6为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例二的流程图， 如图
6所示， 同时参见图 1 , 可选的， 上述方法实施例一中， 步骤 501中所述 控制整流控制电路分别向第一电容 C1的第二端、 第二电容 C2的第二端、 第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端输入电流包括：
步骤 601、 控制第一切换电路 1切换外部输入电源提供的储能电流从 第二电感单元 L2的第一端流向第二电感单元 L2的第二端，对第二电感单 元 L2储能；
步骤 602、 关闭第一切换电路 1 , 第二电感单元 L2分别对第一电容 C1和第二电容 C2充电， 且控制串联在第二电容 C2的第二端和第二电感 单元 L2的第二端之间的第三开关管 Q3的占空比， 使第一电容 C1的第二 端上积累的电量大于第二电容 C2的第二端上积累的电量；
步骤 603、 控制第一切换电路 1切换外部输入电源提供的储能电流从 第二电感单元 L2的第二端流向第二电感单元 L2的第一端，对第二电感单 元 L2储能；
步骤 604、 关闭第一切换电路 1 , 第二电感单元 L2分别对第三电容 C3和第四电容 C4充电， 且控制串联在第三电容 C3的第二端和第二电感 单元 L2的第二端之间的第四开关管 Q4的占空比， 使第四电容 C4的第二 端上积累的电量大于第三电容 C3的第二端上积累的电量。
下面以输入电压正弦波正半周为例， 对于上述方法实施例一和实施二 中五电平整流器的工作原理简述如下：
第一开关管 Q1导通时，电流流过输入的电压线以及第二电感单元 L2、 第一开关管 Ql、 第二二极管 D2, 再返回至输出线， PFC的第二电感单元 L2储能； 第一开关管 Q1关断时， 第二电感单元 L2的释放能量存在两个 通路： 一是第二电感单元 L2通过第三二极管 D3给第一电容 C1充电， 第 一电容 C1两端形成正 BUS电压； 二是第二电感单元 L2通过开关状态的 第三开关管 Q3导通时给第二电容 C2充电， 第二电容 C2两端形成正 Vin 电压。 改变第三开关管 Q3的占空比， 可以控制提供给第二电容 C2充电 能量的多少， 第二电容 C2两端电压从而达到正 Vin电压的设定值。 第三 开关管 Q3只能在第二电感单元 L2释放能量期间导通， 以维持正常工作。 本质上， 第三二极管 D3、 第一电容 C1构成升压 Boost变换器， 第一电容 C1两端实现正 BUS电压输出； 第四二极管 D4、 第三开关管 Q3及第二电 容 C2构成降压 Buck变换器， 第二电容 C2两端实现正 Vin电压输出。
五电平整流器的输入电压正弦波负半周与此相似， 其是第二开关管 Q2、 第一二极管 D1导通， 输入电流与正半周时相反， 即流经第二电感单 元 L2的电流相反， 在储能后关断对第三电容 C3和第四电容 C4充电， 在 此不再复述。 该实施例通过第一切换电路 1的切换， 可以实现对第一电容 C1和第 二电容 C2的储能或是对第三电容 C3和第四电容 C4的储能， 同时在储能 电路的中点即第一电容 C1和第四电容 C4之间的点构成零电平， 因此，五 电平整流器电路可实现正、 负 BUS电压， 正、 负 Vin电压和零电平。
图 7为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例三的流程图， 该五 电平功率变换器的控制方法实施例三与上述五电平功率变换器实施例四 相对应， 如图 7所示， 同时参见图 4, 或者， 上述方法实施例一中， 步骤 501中所述控制整流控制电路控制整流控制电路分别向第一电容 C1的第 二端、 第二电容 C2的第二端、 第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第 二端输入电流包括：
步骤 701、 控制第二切换电路 2切换外部输入电源提供的储能电流从 第三电感单元 L3的第一端流向第三电感单元 L3的第二端，对第三电感单 元 L3储能；
步骤 702、 关闭第二切换电路 2, 第二电感单元 L2分别对第一电容 C1和第二电容 C2充电， 且控制串联在第二电容 C2的第二端和第三电感 单元 L3的第二端之间的第五开关管 Q5的占空比， 使第一电容 C1的第二 端上积累的电量大于第二电容 C2的第二端上积累的电量；
步骤 703、 控制第二切换电路 2切换外部输入电源提供的储能电流从 第四电感单元 L4的第二端流向第四电感单元 L4的第一端；
步骤 704、 关闭第二切换电路 2, 第二电感单元 L2分别对第三电容
C3和第四电容 C4充电， 且控制串联在第三电容 C3的第二端和第三电感 单元 L3的第二端之间的第六开关管 Q6的占空比， 使第四电容 C4的第二 端上积累的电量大于第三电容 C3的第二端上积累的电量。
该五电平功率变换器的控制方法实施例三电路工作原理与上述方法 实施例相似， 只是使用两套 Boost电路， 构成双 Boost电路， 实现输出正、 负 BUS电压。同时使用第五开关管 Q5、第八二极管 D8与第六开关管 Q6、 第十二极管 D10两个支路， 构成支路正、 负 Vin电压。 控制继电器或可控 硅 SCR 直流开关元件 X5与直流开关元件 X6构成电池工作模式的切换开 关， 而交流开关元件 X7、 交流开关元件 X8构成交流电工作模式的切换开 关， 用于切换对第一电容 C1和第二电容 C2的储能或是对第三电容 C3和 第四电容 C4的储能。 以适应 UPS的系统应用。 可选的， 即使使用单组电 池， 系统也可正常工作。
图 8为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例四的流程图， 图 9 为本发明五电平功率变换器的控制方法实施例四的工作电压波形示意图， 其中图 9中的 T1-T6为时间段； 该五电平功率变换器的控制方法实施例四 与图 1-图 4的五电平功率变换器实施例相对应， 如图 8和图 9所示， 同时 参见图 1-图 4,进一步的，该五电平功率变换器的控制方法实施例还包括： 步骤 801、 对应 T1时间段， 控制第十一开关管 Q11常通， 第十开关 管 Q10处于开关状态， 第九开关管 Q9处于关断状态， 第二电容 C2放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ;
步骤 802、 对应 T2时间段， 控制第十开关管 Q10常通， 第九开关管 Q9处于开关状态， 第十一开关管 Q1 1常通， 第一电容 C1放电， 放电电流 依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ;
步骤 803、 对应 T3时间段， 控制第十一开关管 Q11常通， 第十开关 管 Q10处于开关状态， 第九开关管 Q9处于关断状态， 第二电容 C2放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ;
步骤 804、 控制第三切换电路 3切换至从第三切换电路 3的第二端到 第一端正向导通；
步骤 805、 对应 T4时间段， 控制第十二开关管 Q12常通， 第十三开 关管 Q13处于开关状态， 第十四开关管 Q14处于关断状态， 第三电容 C3 放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ;
步骤 806、 对应 T5时间段， 控制第十三开关管 Q13常通， 第十四开 关管 Q14处于开关状态， 第十二开关管 Q12常通， 第四电容 C4放电， 放 电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ;
步骤 807、 对应 T6时间段， 控制第十二开关管 Q12常通， 第十三开 关管 Q13处于开关状态， 第十四开关管 Q14处于关断状态， 第三电容 C3 放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ;
步骤 808、 控制第三切换电路 3切换至从第三切换电路 3的第一端到 第二端反向导通。
如图 9所示， 该实施例构造两种不同的正、 负 BUS电压和正、 负 Vin 电压 （Boost输出电压 +BUS、 -BUS , Buck输出电压 +Vin、 -Vin)以及零电 平， 可实现逆变中点电压的五电平。 如图 9所示， 图中坐标横轴为时间 t, 上图纵轴为上述实施例中的第一负载 R1两端的输出电压 Vout波形，下图 纵轴为逆变中点 AB点之间的输出电压 Vmid波形图；输出电压 Vout正弦 波是第五电容 C5、 第一负载 R1两端电压， H B两点之间的波形 Vmid 经过第一电感单元 Ll、第五电容 C5滤波后，把高频方波滤成正弦波输出。
下面以输入电压正弦波正半周为例， 将该实施例中五电平逆变器的工 作原理， 参照图 9进行说明如下：
输出电压中点的电压分两种情况： 即输出正弦波电压波形分为两段： 输出电压 Vout小于第二电容 C2两端的电压和输出电压 Vout大于第二电 容 C2两端的电压的情况， 从而存在两种工作模态。 其中工作模态 1 : 为 T1时间段和 T3时间段， 分别对应上述步骤 801和 803 , 为输出电压 Vout 小于第二电容 C2两端的电压的情况， 此时第十一开关管 Q11常通， 第十 开关管 Q10工作在开关状态， 第十五开关管 Q15、 第十五二极管 D15构 成续流通路， 得到逆变中点 AB点之间的输出电压的 +Vin电压和零电平。 工作模态 2: 为 T2时间段， 对应上述步骤 802, 为输出电压 Vout大于第 二电容 C2两端的电压的情况，此时第十开关管 Q10常通， 第九开关管 Q9 工作在开关状态， 第十开关管 Q10、 第十一二极管 D11构成续流通路， 得 到逆变中点 AB点之间的输出电压的 +Vin电压和 +BUS电压。 上述续流通 路在竖桥臂， 也就是在第九开关管 Q9、 第十开关管 Q10处于关断状态时， 可以给第一电感单元 L1提供一个续流通路， 实现输出的逆变中点的零电 平。
具体的， 在正半周时， 得到 +BUS电压、 +Vin电压的过程分别为： T2 时间段时， 当上述步骤 802中的第九开关管 Q9、 第十开关管 Q10导通时， 来自前面 Boost上第一电容 C1的能量传给第一电感单元 L1及输出， AB 点之间的这个 +BUS电压也可叫 +2电平。 T 1时间段和 T3时间段时， 当上 述步骤 801和 803中的第九开关管 Q9关断时， 第十一二极管 Dl l、 第十 开关管 Q10导通， 来自前方第二电容 C2的能量传给第一电感单元 L1及 输出， AB点之间的这个 +Vin电压也可叫 +1电平； 上述续流通路工作时， 上述步骤 801和 803中的第九开关管 Q9、 第十开关管 Q10全部关断、 而 第十五开关管 Q15、 第十五二极管 D15导通时， AB点之间的零电平在第 一电感单元 L1及输出得到。
因此， 输出电压中点可得到三种电平： +Vin, +BUS, 及零电平。 五电平逆变器的输出电压正弦波负半周与此相似， 负半周同样道理可 得到 -Vin , -BUS , 分别对应 - 1、 -2电平以及 Τ4时间段、 Τ6时间段和 Τ5 时间段。 在此不再复述。
该实施例由于直流输入电压较低， 构造正弦波下半段时可降低开关管 内管的开关损耗。 同时， BOOST电路只处理部分功率， 导通损耗小， 实 现多电平， 开关损耗也可以减小。 由于逆变中点电压为五电平， 还可降低 输出逆变电感大小， 同时改进输出电流谐波， 改进输出电压畸变率 THDv。 另外， 与一般三电平逆变器一样， 第十五二极管 D15、 第十六二极管 D16 使用快恢复二极管， 为了进一步提高效率， 可使用釆用并联的
MOSFET/IGBT的形式，并联的开关管器件还可以提供无功补偿电流通路。 同时， 釆用合适的控制逻辑， 逆变器输出限流时， 导通第十五开关管 Q15 和第十五二极管 D15、 或第十六开关管 Q16和第十六二极管 D16, 提供输 出电流续流通路， 可降低开关管电压应力。 另外， 功率管开关管集中放置， 有利于提高器件利用率， 便于集成在单个功率模块内以降低功耗。
上述各实施例的五电平功率变换器的控制方法， 通过对由整流器与逆 变器两部分构成的电路的控制， 能够实现五电平工作，可应用于 UPS系统 中； 当交流电中断时， UPS 立即将内部储能装置储存的电能， 通过逆变转 换的方法向负载继续提供交流电， 使负载维持正常工作。
与上述的控制方法实施例对应的，本发明还提供了一种能够针对图 1- 图 4所示的五电平功率变换器进行控制的控制装置， 图 10为本发明五电 平功率变换器的控制装置实施例一的结构示意图， 如图 10所示， 同时参 见图 1-图 4, 该装置实施例是针对上述的五电平功率变换器进行控制的装 置， 该装置包括：
整流控制模块 1001 , 用于控制整流控制电路分别向第一电容 C1的第 二端、 第二电容 C2的第二端、 第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第 二端输入电流，且第一电容 C1的第二端和第二电容 C2的第二端上积累的 电荷极性相同，第一电容 C1的第二端上积累的电量大于第二电容 C2的第 二端上积累的电量；第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端上积累 的电荷极性相同， 第四电容 C4的第二端上积累的电量大于第三电容 C3 的第二端上积累的电量，且第一电容 C1的第二端和第二电容 C2的第二端 上积累的电荷极性与第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端上积累 的电荷极性相反；
逆变控制模块 1002 ,用于控制放电控制电路依次从整流器的第二电容 C2的第二端、 第一电容 C1的第二端、 第三电容 C3的第二端和第四电容 C4的第二端放电， 放电电流经过串联的第一电感单元 L1和第一负载 R1 , 且对第一电容 Cl、 第二电容 C2、 第三电容 C3和第四电容 C4中任一电容 的充电和放电错开。
本发明五电平功率变换器的控制装置实施例一通过其整流控制模块
1001和逆变控制模块 1002 , 分别实现对第一电容 C1和第二电容 C2的储 能或放电，或是实现对第三电容 C3和第四电容 C4的储能和放电，从而实 现五电平输出， 并实现输入功率因数校正 PFC功能。
本发明实施例提供的五电平功率变换器的控制装置， 其中整流控制模 块是可以由多种形式构成。 例如， 可以为如下图 11的形式。 图 11为本发 明五电平功率变换器的控制装置实施例二的结构示意图， 该实施例二中的 整流控制模块和图 1中所示的整流控制电路相对应， 如图 11所示， 同时 参见图 1 , 该整流控制模块包括：
第一整流控制单元 1 101 ,用于控制第一切换电路 1切换外部输入电源 提供的储能电流从第二电感单元 L2的第一端流向第二电感单元 L2的第二 端， 对第二电感单元 L2储能；
第二整流控制单元 1 102, 用于关闭第一切换电路 1 , 第二电感单元
L2分别对第一电容 C1和第二电容 C2充电， 且控制串联在第二电容 C2 的第二端和第二电感单元 L2的第二端之间的第三开关管 Q3的占空比，使 第一电容 C1的第二端上积累的电量大于第二电容 C2的第二端上积累的电 量；
第三整流控制单元 1 103 ,用于控制第一切换电路 1切换外部输入电源 提供的储能电流从第二电感单元 L2的第二端流向第二电感单元 L2的第一 端， 对第二电感单元 L2储能； 第四整流控制单元 1 104, 用于关闭第一切换电路 1 , 第二电感单元 L2分别对第三电容 C3和第四电容 C4充电， 且控制串联在第三电容 C3 的第二端和第二电感单元 L2的第二端之间的第四开关管 Q4的占空比，使 第四电容 C4的第二端上积累的电量大于第三电容 C3的第二端上积累的电 量。
该实施例通过第一切换电路 1的切换， 实现切换外部输入电源提供的 储能电流从第二电感单元 L2的第一端流向第二电感单元 L2的第二端，或 是从第二电感单元 L2的第二端流向第二电感单元 L2的第一端，实现对第 二电感单元 L2储能， 然后通过关闭第一切换电路 1实现对第一电容 C1 和第二电容 C2或是对第三电容 C3和第四电容 C4的充电过程。
图 12为本发明五电平功率变换器的控制装置实施例三的结构示意图， 该实施例三中的整流控制模块和图 4中所示的整流控制电路相对应， 如图 12所示， 同时参见图 4 , 该整流控制模块包括：
第五整流控制单元 1201 ,用于控制第二切换电路 2切换外部输入电源 提供的储能电流从第三电感单元 L3的第一端流向第三电感单元 L3的第二 端， 对第三电感单元 L3储能；
第六整流控制单元 1202, 用于关闭第二切换电路 2, 第二电感单元 L2分别对第一电容 C1和第二电容 C2充电， 且控制串联在第二电容 C2 的第二端和第三电感单元 L3的第二端之间的第五开关管 Q5的占空比，使 第一电容 C1的第二端上积累的电量大于第二电容 C2的第二端上积累的电 量；
第七整流控制单元 1203 ,用于控制第二切换电路 2切换外部输入电源 提供的储能电流从第四电感单元 L4的第二端流向第四电感单元 L4的第一 端；
第八整流控制单元 1204, 用于关闭第二切换电路 2, 第二电感单元
L2分别对第三电容 C3和第四电容 C4充电， 且控制串联在第三电容 C3 的第二端和第三电感单元 L3的第二端之间的第六开关管 Q6的占空比，使 第四电容 C4的第二端上积累的电量大于第三电容 C3的第二端上积累的电 量。
该实施例通过第二切换电路 2的切换， 实现切换外部输入电源提供的 储能电流从第三电感单元 L3的第一端流向第三电感单元 L3的第二端，实 现对第三电感单元 L3储能；或是从第四电感单元 L4的第二端流向第四电 感单元 L4的第一端， 实现对第四电感单元 L4储能， 然后通过关闭第二切 换电路 2实现对第一电容 C1和第二电容 C2或是对第三电容 C3和第四电 容 C4的充电过程。
图 13为本发明五电平功率变换器的控制装置实施例四的结构示意图， 该实施例四中的逆变控制模块和图 1-图 4中所示的逆变控制电路相对应， 同时下述各单元对应完成图 9中各时间段的输出电压， 如图图 9和 13所 示， 同时参见图 1-图 4, 上述装置各实施例的逆变控制模块包括：
第一逆变控制单元 1301 , 输出电压对应 T1时间段， 用于控制第十一 开关管 Q11常通， 第十开关管 Q10处于开关状态， 第九开关管 Q9处于关 断状态， 第二电容 C2放电，放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负 载 R1 ;
第二逆变控制单元 1302, 输出电压对应 T2时间段， 用于控制第十开 关管 Q10常通， 第九开关管 Q9处于开关状态， 第十一开关管 Q1 1常通， 第一电容 C1放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ; 第三逆变控制单元 1303 , 输出电压对应 T3时间段， 用于控制第十一 开关管 Q11常通， 第十开关管 Q10处于开关状态， 第九开关管 Q9处于关 断状态， 第二电容 C2放电，放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负 载 R1 ;
第四逆变控制单元 1304,用于控制第三切换电路 3切换至从第三切换 电路 3的第二端到第一端正向导通；
第五逆变控制单元 1305 , 输出电压对应 T4时间段， 用于控制第十二 开关管 Q12常通， 第十三开关管 Q13处于开关状态， 第十四开关管 Q14 处于关断状态， 第三电容 C3放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1 和第一负载 R1 ;
第六逆变控制单元 1306, 输出电压对应 T5时间段， 用于控制第十三 开关管 Q13常通， 第十四开关管 Q14处于开关状态， 第十二开关管 Q12 常通， 第四电容 C4放电，放电电流依次经过第一电感单元 L1和第一负载 R1 ; 第七逆变控制单元 1307, 输出电压对应 T6时间段， 用于控制第十二 开关管 Q12常通， 第十三开关管 Q13处于开关状态， 第十四开关管 Q14 处于关断状态， 第三电容 C3放电， 放电电流依次经过第一电感单元 L1 和第一负载 R1 ;
第八逆变控制单元 1308,用于控制第三切换电路 3切换至从第三切换 电路 3的第一端到第二端反向导通。
上述各实施例的五电平功率变换器的控制装置通过由整流控制模块 与逆变控制模块两部分构成的电路， 由整流控制模块控制电路将交流输入 整流成直流， 并实现功率因数校正功能 PFC; 由逆变控制模块控制电路将 整流后的直流电压逆变成交流输出电压。 从而实现输出五电平的电路。
上述装置实施例电路的控制器可使用数字信号处理芯片， 如微控制单 元 (Micro Control Unit , MCU)、数字信号处理（Digital Signal Processing , DSP)器、 或复杂可编程逻辑器件 （Complex Programmable Logic Device , CPLD)等实现；
综上所述， 本发明实施例技术方案是在功率变换器的基础上， 通过增 加支路的形式， 实现整流器、 逆变器的五电平工作。 具体的， 将五电平逆 变器、 整流器进行级联组合， 可构成高性能在线式 UPS系统， 这种 UPS 具有五电平逆变器、整流器的优点， 如较低的功率管导通损耗、开关损耗、 较小的逆变、 整流电感的感量、 更好的输入、 输出总谐波失真 THD等。 本发明实施例电路拓朴可以灵活地构成单相、 及三相 UPS, 及三相中的有 /无中性线系统等。可以实现交流市电模式下的交错并联， 同时可以方便地 通过输入切换开关实现电池模式工作时的交错并联。 并且整体电路结构简 单、 工作可靠。
最后应说明的是： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非 对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的 普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进 行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换； 而这些修改或 者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范 围。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种五电平功率变换器， 包括逆变器， 以及至少一个整流器， 其 特征在于， 所述整流器包括整流控制电路， 并联的第一电容和第二电容， 以及并联的第三电容和第四电容， 所述第一电容的第一端、 第二电容的第 一端、 第三电容的第一端和第四电容的第一端共地；
所述整流控制电路用于分别向所述第一电容的第二端、 所述第二电容 的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端输入电流， 且 所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二电容的第二端上积累 的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的电荷极 性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量大于所述第三电容的第二端 上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累 的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的 电荷极性相反；
所述逆变器包括放电控制电路， 以及串联的第一电感单元和第一负 载， 所述第一电感单元的第一端和所述第一负载的第一端连接， 所述第一 负载的第二端接地， 所述放电控制电路用于依次从所述整流器的第二电容 的第二端、 第一电容的第二端、 第三电容的第二端和第四电容的第二端放 电， 放电电流经过所述串联的第一电感单元和第一负载， 且对所述第一电 容、 第二电容、 第三电容和第四电容中任一电容的充电和放电错开。
2、 根据权利要求 1所述的五电平功率变换器， 其特征在于， 所述整 流控制电路包括第二电感单元、 第一切换电路、 第一控制电路和第二控制 电路， 所述第二电感单元的第一端连接外部输入电源；
所述第一控制电路包括第三二极管、 第四二极管和第三开关管， 所述 第三二极管串联在所述第一电容的第二端和所述第二电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第三二极管的正极和所述第二电感单元的第二端连 接， 所述第三二极管的负极与所述第一电容的第二端连接； 所述第四二极 管和第三开关管串联在所述第二电容的第二端和所述第二电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第四二极管的正极与所述第二电感单元的第二 端连接； 所述第二控制电路包括第五二极管、 第六二极管和第四开关管， 所述 第五二极管串联在所述第四电容的第二端和所述第二电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第五二极管的正极和所述第二电感单元的第二端连 接， 所述第五二极管的负极与所述第四电容的第二端连接； 所述第六二极 管和第四开关管串联在所述第三电容的第二端和所述第二电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第六二极管的正极与所述第二电感单元的第二 端连接；
所述第一切换电路用于切换外部输入电源提供的储能电流从所述第 二电感单元的第一端流向所述第二电感单元的第二端， 或从所述第二电感 单元的第二端流向所述第二电感单元的第一端。
3、 根据权利要求 2所述的五电平功率变换器， 其特征在于， 所述第 一切换电路包括串联的第一开关管和第二开关管， 以及串联的第一二极管 和第二二极管， 所述第一二极管和第二二极管的极性相对设置， 且所述第 一开关管和第二开关管之间， 与所述第一二极管和第二二极管之间连通。
4、 根据权利要求 2所述的五电平功率变换器， 其特征在于， 所述外 部输入电源包括外部交流输入电源和电池组， 所述外部交流输入电源与所 述第二电感单元的第一端之间通过交流开关元件连接；
在所述整流器包括一个整流控制电路时， 所述电池组包括第一电池单 元和第二电池单元， 所述第 ―电池单元的正极与所述整流控制电路的第二 电感单元的第一端通过直流开关元件连接， 所述第一电池单元的负极接 地， 所述第二电池单元的负极与所述整流控制电路的第二电感单元的第一 端通过直流开关元件连接， 所述第二电池单元的正极接地；
或在包括第一整流器和第二整流器时， 所述电池组包括第三电池单元 和第四电池单元， 所述第三电池单元的正极与所述第一整流器的第二电感 单元的第一端通过直流开关元件连接， 所述第三电池单元的负极接地， 所 述第四电池单元的负极与所述第二整流器的第二电感单元的第一端通过 直流开关元件连接， 所述第四电池单元的正极接地。
5、 根据权利要求 1所述的五电平功率变换器， 其特征在于， 所述整 流控制电路包括第三电感单元、 第四电感单元、 第二切换电路、 第三控制 电路和第四控制电路， 所述第三电感单元的第一端， 以及所述第四电感单 元的第一端连接外部输入电源；
所述第三控制电路包括第七二极管、 第八二极管和第五开关管， 所述 第七二极管串联在所述第一电容的第二端和所述第三电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第七二极管的正极和所述第三电感单元的第二端连 接， 所述第七二极管的负极与所述第一电容的第二端连接； 所述第八二极 管和第五开关管串联在所述第二电容的第二端和所述第三电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第八二极管的正极与所述第三电感单元的第二 端连接；
所述第四控制电路包括第九二极管、 第十二极管和第六开关管， 所述 第九二极管串联在所述第四电容的第二端和所述第四电感单元的第二端 之间的电路上， 所述第九二极管的正极和所述第四电感单元的第二端连 接， 所述第九二极管的负极与所述第四电容的第二端连接； 所述第十二极 管和第六开关管串联在所述第三电容的第二端和所述第四电感单元的第 二端之间的电路上， 且所述第十二极管的正极与所述第四电感单元的第二 端连接；
所述第二切换电路用于切换外部输入电源提供的储能电流从所述第 三电感单元的第一端流向所述第三电感单元的第二端， 或从所述第四电感 单元的第二端流向所述第四电感单元的第一端。
6、 根据权利要求 5所述的五电平功率变换器， 其特征在于， 所述第 二切换电路包括第七开关管和第八开关管， 所述第七开关管的一端与所述 第三电感单元的第二端连接， 另一端接地， 所述第八开关管的一端与所述 第四电感单元的第二端连接， 另一端接地。
7、 根据权利要求 5所述的五电平功率转换器， 其特征在于， 所述外 部输入电源包括外部交流输入电源或电池组， 所述外部输入电源与所述第 三电感单元的第一端之间， 以及所述外部交流输入电源与所述第四电感单 元的第一端之间通过交流开关元件连接；
所述电池组包括第五电池单元和第六电池单元， 所述第五电池单元的 正极与第三电感单元的第一端通过直流开关元件连接， 所述第五电池单元 的负极接地， 所述第六电池单元的负极与第四电感单元的第一端通过直流 开关元件连接， 所述第六电池单元的正极接地。
8、 根据权利要求 2或 5所述的五电平功率转换器， 其特征在于， 所 述第一电感单元、 第二电感单元、 第三电感单元或第四电感单元为如下任 一组成方式：
单一电感元件组成、 多个电感元件并联组成或多个电感元件串联组 成。
9、 根据权利要求 1-8任一所述的五电平功率变换器， 其特征在于， 所 述放电控制电路包括第九开关管、 第十开关管、 第十一开关管、 第十二开 关管、 第十三开关管、 第十四开关管和第三切换电路；
所述第九开关管的第一端与所述第一电容的第二端连接， 所述第九开 关管的第二端与所述第十开关管的第一端连接， 所述第十开关管的第二端 与所述第一电感单元的第二端连接， 所述第十一开关管的第一端与所述第 二电容的第二端连接， 所述第十一开关管的第二端与所述第十开关管的第 一端连接； 所述第十四开关管的第一端与所述第四电容的第二端连接， 所 述第十四开关管的第二端与所述第十三开关管的第一端连接， 所述第十三 开关管的第二端与所述第一电感单元的第二端连接， 所述第十二开关管的 第一端与第三电容的第二端连接， 所述第十二开关管的第二端与第十四开 关管的第二端连接；
所述第三切换电路的第一端与所述第一电感单元的第二端连接， 所述 第三切换电路的第二端接地， 用于分时实现从所述第三切换电路的第二端 到第一端正向导通， 或从第三切换电路的第一端到第二端反向导通。
10、一种针对权利要求 1-9任一所述的五电平功率变换器的控制方法， 其特征在于， 该五电平功率变换器的控制方法包括：
控制所述整流控制电路分别向所述第一电容的第二端、 所述第二电容 的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端输入电流， 且 所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二电容的第二端上积累 的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的电荷极 性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量大于所述第三电容的第二端 上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积累 的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端上积累的 电荷极性相反；
控制所述放电控制电路依次从所述整流器的第二电容的第二端、 第一 电容的第二端、 第三电容的第二端和第四电容的第二端放电， 放电电流经 过所述串联的第一电感单元和第一负载， 且对所述第一电容、 第二电容、 第三电容和第四电容中任一电容的充电和放电错开。
1 1、 根据权利要求 10所述的五电平功率变换器的控制方法， 其特征 在于， 所述控制所述整流控制电路分别向所述第一电容的第二端、 所述第 二电容的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端输入电 流包括：
控制第一切换电路切换外部输入电源提供的储能电流从所述第二电 感单元的第一端流向所述第二电感单元的第二端， 对第二电感单元储能； 关闭第一切换电路， 第二电感单元分别对第一电容和第二电容充电， 且控制串联在所述第二电容的第二端和所述第二电感单元的第二端之间 的第三开关管的占空比， 使第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二 电容的第二端上积累的电量；
控制第一切换电路切换外部输入电源提供的储能电流从所述第二电 感单元的第二端流向所述第二电感单元的第一端， 对第二电感单元储能； 关闭第一切换电路， 第二电感单元分别对第三电容和第四电容充电， 且控制串联在所述第三电容的第二端和所述第二电感单元的第二端之间 的第四开关管的占空比， 使第四电容的第二端上积累的电量大于所述第三 电容的第二端上积累的电量。
12、 根据权利要求 10所述的五电平功率变换器的控制方法， 其特征 在于， 所述控制所述整流控制电路分别向所述第一电容的第二端、 所述第 二电容的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二端输入电 流包括：
控制第二切换电路切换外部输入电源提供的储能电流从所述第三电 感单元的第一端流向所述第三电感单元的第二端， 对第三电感单元储能； 关闭第二切换电路， 第二电感单元分别对第一电容和第二电容充电， 且控制串联在所述第二电容的第二端和所述第三电感单元的第二端之间 的第五开关管的占空比， 使第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二 电容的第二端上积累的电量；
控制第二切换电路切换外部输入电源提供的储能电流从所述第四电 感单元的第二端流向所述第四电感单元的第一端；
关闭第二切换电路， 第二电感单元分别对第三电容和第四电容充电， 且控制串联在所述第三电容的第二端和所述第三电感单元的第二端之间 的第六开关管的占空比， 使第四电容的第二端上积累的电量大于所述第三 电容的第二端上积累的电量。
13、 根据权利要求 10-12任一所述的五电平功率变换器的控制方法， 其特征在于， 所述控制方法包括：
控制第十一开关管常通， 第十开关管处于开关状态， 第九开关管处于 关断状态， 第二电容放电， 放电电流依次经过第一电感单元和第一负载； 控制第十开关管常通，第九开关管处于开关状态，第十一开关管常通, 第一电容放电， 放电电流依次经过第一电感单元和第一负载；
控制第十一开关管常通， 第十开关管处于开关状态， 第九开关管 Q9 处于关断状态， 第二电容放电， 放电电流依次经过第一电感单元和第一负 载；
控制第三切换电路切换至从所述第三切换电路的第二端到第一端正 向导通；
控制第十二开关管常通， 第十三开关管处于开关状态， 第十四开关管 处于关断状态， 第三电容放电， 放电电流依次经过第一电感单元和第一负 载；
控制第十三开关管常通， 第十四开关管处于开关状态， 第十二开关管 常通， 第四电容放电， 放电电流依次经过第一电感单元和第一负载；
控制第十二开关管常通， 第十三开关管处于开关状态， 第十四开关管 处于关断状态， 第三电容放电， 放电电流依次经过第一电感单元和第一负 载；
控制第三切换电路切换至从所述第三切换电路的第一端到第二端反 向导通。
14、一种针对权利要求 1-9任一所述的五电平功率变换器的控制装置， 其特征在于， 包括： 整流控制模块， 用于控制所述整流控制电路分别向所述第一电容的第 二端、 所述第二电容的第二端、 所述第三电容的第二端和所述第四电容的 第二端输入电流， 且所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端上积 累的电荷极性相同， 所述第一电容的第二端上积累的电量大于所述第二电 容的第二端上积累的电量； 所述第三电容的第二端和所述第四电容的第二 端上积累的电荷极性相同， 所述第四电容的第二端上积累的电量大于所述 第三电容的第二端上积累的电量， 且所述第一电容的第二端和所述第二电 容的第二端上积累的电荷极性与所述第三电容的第二端和所述第四电容 的第二端上积累的电荷极性相反；
逆变控制模块， 用于控制所述放电控制电路依次从所述整流器的第二 电容的第二端、 第一电容的第二端、 第三电容的第二端和第四电容的第二 端放电， 放电电流经过所述串联的第一电感单元和第一负载， 且对所述第 一电容、 第二电容、 第三电容和第四电容中任一电容的充电和放电错开。
15、 根据权利要求 14所述的装置， 其特征在于， 所述整流控制模块 包括：
第一整流控制单元， 用于控制第一切换电路切换外部输入电源提供的 储能电流从所述第二电感单元的第一端流向所述第二电感单元的第二端， 对第二电感单元储能；
第二整流控制单元， 用于关闭第一切换电路， 第二电感单元分别对第 一电容和第二电容充电， 且控制串联在所述第二电容的第二端和所述第二 电感单元的第二端之间的第三开关管的占空比， 使第一电容的第二端上积 累的电量大于所述第二电容的第二端上积累的电量；
第三整流控制单元， 用于控制第一切换电路切换外部输入电源提供的 储能电流从所述第二电感单元的第二端流向所述第二电感单元的第一端， 对第二电感单元储能；
第四整流控制单元， 用于关闭第一切换电路， 第二电感单元分别对第 三电容和第四电容充电， 且控制串联在所述第三电容的第二端和所述第二 电感单元的第二端之间的第四开关管的占空比， 使第四电容的第二端上积 累的电量大于所述第三电容的第二端上积累的电量。
16、 根据权利要求 14所述的装置， 其特征在于， 所述整流控制模块 包括：
第五整流控制单元， 用于控制第二切换电路切换外部输入电源提供的 储能电流从所述第三电感单元的第一端流向所述第三电感单元的第二端， 对第三电感单元储能；
第六整流控制单元， 用于关闭第二切换电路， 第二电感单元分别对第 一电容和第二电容充电， 且控制串联在所述第二电容的第二端和所述第三 电感单元的第二端之间的第五开关管的占空比， 使第一电容的第二端上积 累的电量大于所述第二电容的第二端上积累的电量；
第七整流控制单元， 用于控制第二切换电路切换外部输入电源提供的 储能电流从所述第四电感单元的第二端流向所述第四电感单元的第一端； 第八整流控制单元， 用于关闭第二切换电路， 第二电感单元分别对第 三电容和第四电容充电， 且控制串联在所述第三电容的第二端和所述第三 电感单元的第二端之间的第六开关管的占空比， 使第四电容的第二端上积 累的电量大于所述第三电容的第二端上积累的电量。
17、 根据权利要求 14所述的装置， 其特征在于， 所述逆变控制模块 包括：
第一逆变控制单元， 用于控制第十一开关管常通， 第十开关管处于开 关状态， 第九开关管处于关断状态， 第二电容放电， 放电电流依次经过第 一电感单元和第一负载；
第二逆变控制单元， 用于控制第十开关管常通， 第九开关管处于开关 状态， 第十一开关管常通， 第一电容放电， 放电电流依次经过第一电感单 元和第一负载；
第三逆变控制单元， 用于控制第十一开关管常通， 第十开关管处于开 关状态， 第九开关管处于关断状态， 第二电容放电， 放电电流依次经过第 一电感单元和第一负载；
第四逆变控制单元， 用于控制第三切换电路切换至从所述第三切换电 路的第二端到第一端正向导通；
第五逆变控制单元， 用于控制第十二开关管常通， 第十三开关管处于 开关状态， 第十四开关管 Q14处于关断状态， 第三电容放电， 放电电流依 次经过第一电感单元和第一负载； 第六逆变控制单元， 用于控制第十三开关管常通， 第十四开关管处于 开关状态， 第十二开关管常通， 第四电容放电， 放电电流依次经过第一电 感单元和第一负载；
第七逆变控制单元， 用于控制第十二开关管常通， 第十三开关管处于 开关状态， 第十四开关管处于关断状态， 第三电容放电， 放电电流依次经 过第一电感单元和第一负载；
第八逆变控制单元， 用于控制第三切换电路切换至从所述第三切换电 路的第一端到第二端反向导通。
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