WO2015000291A1 - 一种多电平逆变器及供电系统 - Google Patents

一种多电平逆变器及供电系统 Download PDF

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inductor
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胡炎申
托瑞克⋅格罗弗
傅电波
刘云峰
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华为技术有限公司
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Definitions

  • Multi-level inverter and power supply system The application is submitted to the Chinese Patent Office on July 5, 2013, and the application number is 2013 10282002. X, the invention name is "a multi-level inverter and power supply system" Priority of the Chinese Patent Application, the entire contents of which is incorporated herein by reference.
  • the present invention relates to the field of electronics, and in particular to a multilevel inverter and a power supply system. Background technique
  • An inverter is a device that converts direct current (DC) into alternating current (AC), that is, converts direct current electrical energy, such as a battery, a battery, etc. into alternating current, which is generally a 220 s, 50 Hz sine wave. Or square wave.
  • the multi-level inverter can convert the direct current into a stepped square wave of multiple levels, and then form a sine wave through the filter. The more the level realized by the multi-level inverter, the converted sine wave The closer the waveform is to the standard sinusoidal waveform.
  • the multilevel inverter may include two inverter units, a plurality of independent inductors or coupled inductors, an output filter capacitor, and a plurality of power switching devices, and the two inverter units are alternately connected in parallel for performing The conversion of current, that is, the conversion of direct current into alternating current, the plurality of independent inductors or coupled inductors and output filter capacitors are used to filter the input circuit and provide energy for the load.
  • the multilevel of the output voltage is achieved by different combinations of the plurality of power switching devices.
  • Embodiments of the present invention provide a multilevel inverter and power supply system capable of simplifying circuit configuration.
  • a multilevel inverter including:
  • N-level inverter units for converting direct current into alternating current, and pulse width modulated waves of two of the N-level inverter units are shifted by 180 degrees to make two
  • the output waveform of the alternating current generated by the N-level inverter unit is shifted by half a cycle, and the N is an integer greater than or equal to 3;
  • a DC power supply module configured to generate a direct current, wherein the output ends of the direct current power supply modules are respectively connected to the input ends of the two N-level inverter units, and are used to supply power to the two N-level inverter units;
  • the transformer comprising a primary side and a secondary side, wherein an inductance of the primary side and an inductance of a secondary side are coupled to each other, and one end of the inductance of the primary side and one end of the inductance of the secondary side are respectively associated with two of the N levels
  • the two N-level inverter units include a first N-level inverter unit and a second N-level inverter unit;
  • At least one of the at least one switching device of the first N-level inverter unit and the second N-level inverter unit is electrically connected to each other to make the first N-level inverter unit and the second N-electricity
  • the W levels are output at a junction between the two coupled inductors of the transformer.
  • the switching device is a diode or a power switch.
  • the third achievable manner of the first achievable manner the two N-level inverter units have the same structure.
  • each of the N-level inverter units is a T-type five-level topology circuit.
  • each of the N-level inverter units is an I-type five-level topology circuit.
  • each of the N-level inverter units is a T-type three-level topology circuit.
  • each of the N-level inverter units is an I-type three-level topology circuit.
  • the filter includes: a filter inductor and a filter output filter capacitor, one end of the filter inductor and the transformer 2 The connection between the coupled inductors is connected, the other end of the filter inductor is connected in series with one end of the output filter capacitor, and the other end of the output filter capacitor is grounded.
  • a power supply system including:
  • Embodiments of the present invention provide a multi-level inverter and a power supply system
  • the multi-level inverter includes: two N-level inverter units, and the N-level inverter unit is configured to convert DC power For alternating current, the pulse width modulated waves of the two N-level inverter units are shifted by 180 degrees to shift the output waveform of the alternating current generated by the two N-level inverter units by half a cycle, and the N is greater than Or an integer equal to 3; a DC power supply module, configured to generate a direct current, wherein the output ends of the direct current power supply modules are respectively connected to the input ends of the two N-level inverter units, and are used for two of the N levels.
  • the inverter unit supplies power;
  • the transformer includes a primary side and a secondary side, wherein the inductance of the primary side and the inductance of the secondary side are coupled to each other, and one end of the inductance of the primary side and the end of the secondary side are respectively 2
  • the output ends of the N-level inverter units are connected to invertively couple the two N-level inverter units, and the other ends of the inductances of the primary side and the inductance of the secondary side are connected to each other, thereby
  • the connection of the inductor outputs W levels, the W 2N-1 a filter, one end of the filter is connected to a connection between two coupled inductors of the transformer, and the other end is grounded for filtering electricity at a junction between two coupled inductors of the transformer Embossing wave.
  • the coupling inductances of the transformers are respectively connected to the two N-level inverter units, so that the output of the two coupled inductors is W levels, which is replaced by a transformer instead of the prior art.
  • a part of the power switching device located outside the inverter unit reduces the number of power switching devices, thereby simplifying the circuit structure.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of a multilevel inverter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a nine-level inverter according to an embodiment of the present invention
  • a voltage waveform diagram in a nine-level inverter
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of another nine-level inverter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic structural diagram of a five-level inverter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of another five-level inverter according to an embodiment of the present invention.
  • An embodiment of the present invention provides a multilevel inverter, as shown in FIG. 1, including:
  • Two N-level inverter units 101 and 102 for converting direct current into alternating current, and pulse width modulated waves of two of said N-level inverter units 101 and 102 The 180-degree phase is shifted to shift the output waveform of the alternating current generated by the two N-level inverter units by a half cycle, and the N is an integer greater than or equal to 3.
  • the power control chip can be used to control the power switching devices of the two N-level inverter units 101 and 102 in the multi-level inverter.
  • a pulse width modulation wave is generated to be turned on or off during the control process.
  • the power switching control device is PWM (Pulse Width Modulation), and in the embodiment of the present invention, the pulse width modulation wave is shifted for controlling the two N-level inverter units. 180 degree phase.
  • the two N-level inverter units 101 and 102 have the same structure.
  • the switching device is a diode or a power switch.
  • the DC power module 103, the output ends of the DC power modules 103 are respectively connected to the input points a and b of the two N-level inverter units 101 and 102, respectively, for the two N-level inverses. Variable unit power supply.
  • the transformer 104 includes a primary side and a secondary side, wherein the inductance P of the primary side and the inductance S of the secondary side are coupled to each other, and one end of the inductance P-end of the primary side and the inductance S of the secondary side are respectively.
  • the output terminals c and d of the N-level inverter units 101 and 102 are connected to inversely couple the two N-level inverter units 101 and 102 for realizing two of the N-level inverter units 101.
  • a filter 105 one end of the filter is connected to a connection e between the two coupled inductors of the transformer, and the other end is grounded, and the connection between the two coupled inductors of the transformer is filtered, The ripple of the voltage at the junction e, the two coupled inductors are the primary inductance P and the secondary inductance S.
  • the filter 105 is also connected to the load R, and the output voltage of the filter 105 provides power to the load R.
  • the coupling inductances of the transformers are respectively connected to the two N-level inverter units, so that the output of the two coupled inductors is W levels, which is replaced by a transformer instead of the prior art.
  • a part of the power switching device located outside the inverter unit reduces the number of power switching devices, thereby simplifying the circuit structure.
  • the two ⁇ level inverting units include a first ⁇ level inverting unit 101 and a second ⁇ level inverting unit 102, and at least one switching device in the first ⁇ level inverting unit 101 And the at least one switching device of the second ⁇ level inverting unit 102 is electrically connected to each other such that the first ⁇ level inverting unit 101, the second ⁇ level inverting unit 102, the DC power source module 103, and the transformer 104 When the loop is formed, the W levels are outputted at the junction e between the two coupled inductors of the transformer.
  • the N-level inverter unit may adopt various topologies.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a nine-level inverter.
  • Each of the N-level inverter units is a T-type five-level topology circuit.
  • the two N-level inverter units are respectively a first T-type five-level inverter unit and a second T-type five-level inverter unit, and the two N-level inverter units have the same structure and the same position.
  • the device plays the same role.
  • the DC power module is the power source V12.
  • the first T-type five-level inverter unit (not shown in FIG.
  • a power switch Q99 may include: a power switch Q99, a diode D 160, a power switch Q100, a diode D159, a power switch Q96, a diode D155, a diode D108, a power switch Q107, Diode D174, power switch Q 108, diode D175, power switch Q9, diode D154 and diode D163, diode D 164, power switch Q98, inductor L32, diode D 161, capacitor C62, diode D158 and capacitor C60.
  • the second T-type five-level inverter unit (not shown in FIG.
  • a power switch Q 104 may include: a power switch Q 104, a diode D171, a power switch Q101, a diode D166, a power switch Q 103, a diode D 169, a diode D168, and a power switch.
  • Q106 diode D 170, power switch Q 105, diode D172, power switch Q102, diode D 170 and diode D 167, diode D165, power switch Q95, diode D157, inductor L31, capacitor C61, diode D 156 and capacitor C59.
  • the diode D165 and the power switch Q95 are connected in parallel, the cathode of the diode D165 is grounded, one end of the inductor L31 is connected to the anode of the diode D165, and the other end of the inductor L31 is connected to the power source V12.
  • the negative pole is connected, the negative pole of the capacitor C61 is connected to the negative pole of the power supply V12, the positive pole is grounded, and the cathode of the diode D165 is connected to the cathode of the diode D157, the cathode of the power supply V12 is also connected to the cathode of the diode D 156, and the anode of the diode D 157 is The anode of diode D 156 is connected, and the cathode of capacitor C59 is connected to the second The connection between the pole D157 and the diode D156 is connected, and the positive pole is grounded.
  • the voltage of the power source V12 is 2V
  • the electromotive force of the positive electrode is +1V
  • the electromotive force of the negative electrode is -IV.
  • the boost voltage can be discharged when the circuit forms a loop, providing -2V to the first T-type five-level inverter unit or the second T-type five-level inverter unit.
  • the capacitor C61 can discharge when the circuit forms a loop, and supplies a voltage of -IV to the first T-type five-level inverter unit or the second T-type five-level inverter unit.
  • the first T-type five-level inverter unit or the second T-type five-level inverter unit may have five levels of +2V, +1V, OV, -1V, -2V.
  • the circuit structure of the second T-type five-level inverter unit and the second T-type five-level inverter unit may be adjusted according to specific conditions, such as increasing or decreasing the number of capacitors, and the specific structure may be The present invention is not limited to the prior art.
  • the PWM controls the opening of the corresponding power switches and diodes in the first T-type five-level inverter unit and the second T-type five-level inverter unit by using a pulse width modulation wave shifted by 180 degrees in phase.
  • the output e level is realized at the junction e between the two coupled inductors P1 and S1 of the transformer TX1.
  • the PWM turns on the power switch Q99 of the first T-type five-level inverter unit and the power switch Q101 of the second T-type five-level inverter unit, and simultaneously turns off the two T-type five-level inverters.
  • the current flows through the capacitor C60, the power switch Q99, the coupled inductor P1, the coupled inductor S l , the power switch Q101 and the capacitor C59 to form a loop, and the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the positive pole of the capacitor C60.
  • the current forms a loop through the capacitor C60, the power switch Q99, the coupled inductor P1, the coupled inductor S l , the diode D172, the power switch Q106 and the capacitor C61, and the electromotive force at the coupled inductor P1 and the positive pole of the capacitor C60.
  • the power switch Q96 and the diode D108 of the first T-type five-level inverter unit and the diode D172 and the power switch Q106 of the second T-type five-level inverter unit are turned on, two of the T-type and five-electricity are turned off at the same time.
  • the current flows through the capacitor C62, the power switch Q96 and the diode D108, the coupled inductor P1, the coupled inductor S l , the diode D172 and the power switch Q106 to form a loop, and the electromotive force at the coupled inductor P1 is
  • the positive pole of the capacitor C62 is equal to +1V
  • the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to ground, which is 0V, so the electromotive force at the junction e between the two coupling inductors P1 and S 1 is (+1-0).
  • the junction e between the two coupled inductors P1 and S 1 of the transformer TX1 outputs a + level.
  • the power switch Q107 and the power switch Q108 of the first T-type five-level inverter unit and the diode D172 and the power switch Q106 of the second T-type five-level inverter unit are turned on, two of the T-type five are turned off simultaneously
  • the coupled inductor P1 is grounded through the power switch Q107 and the power switch Q108
  • the coupled inductor S 1 is grounded through the diode D172 and the power switch Q106, so the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the ground.
  • the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to ground and is 0V, so it is located at 2 of the coupled inductors.
  • the electromotive force at the junction between PI and SI is 0V, so the output of the transformer TX1 outputs a 0V level.
  • the implementation of the 0V level may also have various methods, such as simultaneously turning on the power switch Q99 of the first T-type five-level inverter unit and the power switch Q104 of the second T-type five-level inverter unit.
  • the power switch Q100 of the first T-type five-level inverter unit and the power switch Q101 of the second T-type five-level inverter unit are turned on at the same time, and the like, and the details are not described herein.
  • the PWM turns on the power switch Q100 of the first T-type five-level inverter unit and the power switch Q104 of the second T-type five-level inverter unit, and simultaneously turns off the other of the two T-type five-level inverter units.
  • the current forms a loop through the capacitor C60, the power switch Q104, the coupled inductor S l , the coupled inductor P1, the power switch Q100 and the capacitor C59, and the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to the positive pole of the capacitor C60, which is +2V.
  • the power switch Q104 of the second T-type five-level inverter unit and the diode D168 and the power switch Q107 of the first T-type five-level inverter unit are turned on, two T-type five-level inverters are turned off at the same time.
  • the connection e outputs -IV level.
  • the current forms a loop through the capacitor C60, the power switch Q104, the coupled inductor Sl, the coupled inductor P1, the diode D163, the power switch Q97 and the capacitor C61, and the electromotive force at the coupled inductor S 1 and the positive pole of the capacitor C60
  • the filter may be an LC filter.
  • the filter 20 specifically includes: a filter inductor L33 and an output filter capacitor C63, one end of the inductor L33 and the transformer The connection point e between the two coupled inductors P1 and S1 is connected, the other end of the inductor L33 is connected in series with one end of the output filter capacitor C63, and the other end of the output filter capacitor C63 is grounded.
  • a load R4 is added across the output filter capacitor C63.
  • each N-level inverter unit is an I-type five-level topology circuit, as shown in FIG. 4, two I-type five-levels
  • the inverter units are respectively a first type I five-level inverter unit and a second type I five-level inverter unit, and two of the type I five-level inverter units have the same structure, and the devices of the same position The same effect.
  • the first type I five-level inverter unit and the second type I five-level inverter unit are used for realizing direct current to alternating current In this embodiment, it is assumed that the DC power module is the power source V15.
  • the first type I five-level inverter unit comprises: a power switch Q134, a diode D227, a power switch Q131, a diode D222, a power switch Q130, a diode D221, a power switch Q125, a diode D210, a diode D219, a power switch Q128, a diode D214, diode D228, power switch Q127, diode D220 and diode D213, diode D212, power switch Q126, inductor L43, diode D215, capacitor C74, diode D216 and capacitor C76.
  • the second type I five-level inverter unit (not shown in FIG.
  • 4) includes: power switch Q135, diode D232, power switch Q136, diode D233, power switch Q137, diode D234, power switch Q138, diode D210, power switch Q132, diode D224, diode D225, diode D230, power switch Q133, diode D223, diode D231 and diode D226, diode D211, power switch Q129, diode D211, inductor L44, capacitor C75, diode D218 and capacitor C77.
  • the voltage of the power supply V12 is 2V
  • the electromotive force of the positive electrode is +1V
  • the electromotive force of the negative electrode is -IV.
  • the working principle of the circuit of the two I-type electronic supply units can be referred to FIG.
  • the working principle of the electron-donating unit in the T-type five-level topology circuit, the two type I electron-donating units can provide +2V, +1V to the first type I supply unit and the second type I supply unit, respectively.
  • the PWM controls the opening of the corresponding power switches and diodes in the first I-type five-level inverter unit and the second I-type five-level inverter unit by using a pulse width modulation wave shifted by 180 degrees in phase, in the transformer TX1
  • the junction e between the coupled inductors P1 and S1 achieves an output of W levels.
  • the PWM turns on the power switch Q134 of the first I-type five-level inverter unit, the power switch Q131, and the power switch Q137 of the second I-type five-level inverter unit, and the power switch.
  • Capacitor C77 forms a loop.
  • the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the positive pole of the capacitor C76, which is +2V.
  • the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to the cathode of the capacitor C77, which is -2V, so it is located at the two coupled inductors P1 and
  • the current passes through the capacitor C76, the power switch Q134, the power switch Q131, the coupled inductor P1, the coupled inductor Sl, the power switch Q137, the diode D226, and the power switch Q133 and the capacitor.
  • C75 forms a loop.
  • the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the positive pole of the capacitor C76, which is +2V.
  • the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to the negative pole of the capacitor C75, which is -IV, so it is located at the two coupled inductors P1 and S.
  • the diode D214 and the power switch Q131 of the first type I five-level inverter unit and the power switch Q137 and the diode D231 of the second type I five-level inverter unit are turned on, the two are turned off simultaneously
  • the current flows through the power switch Q128 of the capacitor C74, the diode D214, the power switch Q131, the coupled inductor P1, the coupled inductor S l , the power switch Q137, and the diode D231 to form a loop.
  • the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the positive pole of the capacitor C74, which is +1V, and the coupled inductor S 1
  • the junction e between the coupled inductors P1 and S 1 outputs an output level.
  • the coupled inductor P1 is grounded through the diode D230 and the power switch Q136, and the coupled inductor S1 is grounded through the diode D137 and the power switch Q231, so the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to ground, which is 0V.
  • the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to ground and is 0V, so the electromotive force at the junction e between the two coupled inductors P1 and S 1 is 0V, so the output of the transformer TX1 outputs a 0V level.
  • the implementation of the 0V level may also have various methods, such as power switch Q134, power switch Q131, and second I-type five-level inverter unit that simultaneously turn on the first I-type five-level inverter unit.
  • the filter may be an LC filter. As shown in FIG. 4, the filter 30 specifically includes: an inductor L41 and an output filter capacitor C73.
  • connection point e between the coupled inductors P1 and S1 is connected, the other end of the inductor L41 is connected in series with one end of the output filter capacitor C73, and the other end of the output filter capacitor C73 is grounded. At the same time, a load R7 is added across the output filter capacitor C73.
  • the waveform of the DC power supply module V12 is converted into a stepped waveform as shown in Figure 3-a.
  • the filter is finally sinusoidal as shown in Figure 3-b, loaded on load R4.
  • the level inverting units are respectively a first T-type three-level inverter unit and a second T-type three-level inverter unit, and the two N-level inverter units have the same structure, and the devices in the same position The same effect.
  • the first T-type three-level inverter unit (not shown in FIG. 5) includes: a first electron-donating unit and a first T-type three-level inverter unit, and a second T-type three-level inverter unit (FIG.
  • a second electron donating unit and a second T-type three-level inverter unit comprising: a second electron donating unit and a second T-type three-level inverter unit, wherein the first electron-donating unit and the second electron-donating unit are used for the first T-type three-level inverter unit Or the second T-type three-level inverter unit provides a plurality of levels, and the first T-type three-level inverter unit and the second T-type three-level inverter unit are used to implement direct current to alternating current conversion.
  • the DC power module is the power source V17.
  • the first T-type three-level inverter unit includes: a power switch Q144, a diode D247, a power switch Q139, a diode D236, a power switch Q150, a diode D255, a power switch Q149, a diode D254, a capacitor C79, and a capacitor C81.
  • the second T-type three-level inverter unit (not shown in FIG. 5) includes: a power switch Q145, a diode D248, a power switch Q148, a diode D253, a power switch Q151, a diode D256, a power switch Q152, a diode D257, and a capacitor C80. And capacitor C82.
  • the voltage of the power source V17 is 2V
  • the electromotive force of the positive electrode is +1V
  • the electromotive force of the negative electrode is -IV.
  • the capacitor C79 and the capacitor C80 are connected in series
  • the capacitor C81 and the capacitor C82 are connected in series.
  • the anode of the capacitor C79 and the anode of the capacitor C81 are connected to the anode of the power source V17.
  • the anode of the capacitor C80 and the cathode of the capacitor C82 are connected to the cathode of the power source V17.
  • the junction between C79 and capacitor C80 is grounded, and the junction between capacitor C81 and capacitor C82 is grounded.
  • first T-type three-level inverter unit and the second T-type three-level inverter unit can be supplied to the first T-type three-level inverter unit and the second T-type three-level inverter unit, respectively.
  • circuit structures of the first T-type three-level inverter unit and the second T-type three-level inverter unit can be adjusted according to specific conditions, such as increasing or decreasing the number of capacitors, and The present invention is not limited thereto.
  • the PWM controls the opening of the corresponding power switch and diode in the first T-type three-level inverter unit and the second-type three-level inverter unit by using a pulse width modulation wave shifted by 180 degrees in phase, in the transformer TX1 2
  • the junction e between the coupled inductors P1 and S1 can output W levels.
  • the PWM turns on the power switch Q144 of the first T-type three-level inverter unit and the power switch Q148 of the second T-type three-level inverter unit, and simultaneously turns off the other of the two T-type three-level inverter units.
  • the current forms a loop through the capacitor C81, the power switch Q144, the coupled inductor P1, the coupled inductor Sl, the power switch Q148, and the capacitor C82, and the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the positive pole of the capacitor C81, which is + 1V, coupled.
  • the power switch Q144 of the first T-type three-level inverter unit and the diode D257 of the second T-type three-level inverter unit and the power switch Q151 are turned on, two T-type three-level inverters are turned off at the same time.
  • the current flows through the capacitor C81, the power switch Q144, the coupled inductor Pl, the coupled inductor Sl, the diode D257, and the power switch Q151 to form a loop, and the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the positive pole of the capacitor C81.
  • the diode D255 and the power switch Q149 of the first T-type three-level inverter unit and the diode D257 and the power switch Q151 of the second T-type three-level inverter unit are turned on, two of the T-type three-electricity are turned off at the same time.
  • the coupled inductor P1 is grounded through the diode D255 and the power switch Q149, and the coupled inductor S1 is grounded through the diode D257 and the power switch Q151, so the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the ground, which is 0V.
  • the electromotive force at the coupled inductor S1 is equal to ground, which is 0V, so the electromotive force at the junction e between the two coupled inductors P1 and S1 is 0V, so the connection between the two coupled inductors P1 and S1 of the transformer TX1 At the e output 0V level.
  • the PWM turns on the power switch Q145 of the second T-type three-level inverter unit and the power switch Q139 of the first T-type three-level inverter unit, and simultaneously turns off the other of the two T-type three-level inverter units.
  • the current forms a loop through the capacitor C81, the power switch Q145, the coupled inductor S l , the coupled inductor P1, the power switch Q139 and the capacitor C82, and the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to the positive pole of the capacitor C81, which is + 1V.
  • the power switch Q145 of the second T-type three-level inverter unit and the diode D254 of the first T-type three-level inverter unit and the power switch Q150 are turned on, the T-type two three-level inverters are turned off at the same time.
  • the current flows through the capacitor C81, the power switch Q145, the coupled inductor S l , the coupled inductor Pl, the diode D254, and the power switch Q150 to form a loop, and the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to the positive pole of the capacitor C81.
  • the filter 40 specifically includes: an inductor L34 and an output filter capacitor C78. One end of the inductor L34 and two of the transformers The junction e between the coupled inductors P1 and S1 is connected, the other end of the inductor L34 is connected in series with one end of the output filter capacitor C78, and the other end of the output filter capacitor C78 is grounded. At the same time, a load R8 is added across the output filter capacitor C78.
  • each of the N-level inverter units is an I-type three-level topology circuit, as shown in FIG. 6, two of the N
  • the level inverting unit is a first type I three-level inverter unit and a second type I three-level inverter unit, respectively, and the two N-level inverses
  • the structure of the variable cells is the same, and the devices in the same position function the same.
  • the first type I three-level inverter unit and the second type I three-level inverter unit are used to implement direct current to alternating current conversion. In this embodiment, it is assumed that the DC power module is the power source V17.
  • the first type I three-level inverter unit comprises: a power switch Q141, a diode D238, a power switch Q155, a diode D245, a power switch Q157, a diode D249, a power switch Q140, a diode D237, a diode D241, a diode D242, and a capacitor C84.
  • the second I-type three-level inverter unit (not shown in FIG. 6) includes: a power switch Q142, a diode D239, a power switch Q156, a diode D246, a power switch Q158, a diode D250, a power switch Q143, a diode D240, and a diode D244.
  • the voltage of the power source V18 is 2V
  • the electromotive force of the positive electrode is +1V
  • the electromotive force of the negative electrode is -IV.
  • the anode of the capacitor C84 and the power source V18 The anode is connected
  • the cathode of the capacitor C85 is connected to the cathode of the power source V18
  • the capacitor C84 is connected in series with the capacitor C85
  • the junction between the capacitor C84 and the capacitor C85 is grounded. Therefore, three levels of +1V, 0V, and -IV can be supplied to the first I-type three-level inverter unit and the second I-type three-level inverter unit.
  • the PWM controls the opening of the corresponding power switches and diodes in the first I-type three-level inverter unit and the second I-type three-level inverter unit by using a pulse width modulation wave shifted by 180 degrees in phase to make the first type I
  • the output waveform of the alternating current generated by the three-level inverter unit and the second type I three-level inverter unit is shifted by half a cycle, and the output is realized at the junction e between the two coupled inductors P1 and S1 of the transformer TX1. Level.
  • the PWM turns on the power switch Q141 of the first I-type three-level inverter unit, the power switch Q155, and the power switch Q158 of the second I-type three-level inverter unit, and the power switch Q143, and simultaneously turns off the two types I.
  • the current forms a loop through the capacitor C84, the power switch Q141, the power switch Q155, the coupled inductor P1, the coupled inductor S l , the power switch Q158, and the power switch Q143, and the coupled inductor P1
  • the electromotive force is equal to the positive pole of the capacitor C84, which is +1V
  • the electromotive force at the coupled inductor S 1 is equal to the negative pole of the capacitor C85, which is -IV, and thus is located at the junction e between the two coupled inductors P1 and S 1 Electric
  • the PWM turns on the power switch Q141 of the first I-type three-level inverter unit, the power switch Q155, and the power switch Q158 of the second I-type three-level inverter unit, the diode D243, and simultaneously turns off the two types I
  • the current flows through the capacitor C84, the power switch Q141, the power switch Q155, the coupled inductor P1, the coupled inductor Sl, the power switch Q158, and the diode D243 to form a loop, and the coupled inductor P1
  • the electromotive force is equal to the positive pole of the capacitor C84, which is +1V
  • the electromotive force at the coupled inductor S1 is equal to ground, which is 0V, so the electromotive force at the junction e between the two coupling inductors P1 and S1 is (+1-0).
  • the coupled inductor P1 is grounded through the diode D241 and the power switch Q155, and the coupled inductor S1 is grounded through the power switch Q158 and the diode D243, so the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to ground, which is 0V.
  • the electromotive force at the coupled inductor S1 is equal to ground, which is 0V, so the electromotive force at the junction e between the two coupled inductors P1 and S1 is 0V, so the connection between the two coupled inductors P1 and S1 of the transformer TX1 At the e output 0V level.
  • the PWM turns on the power switch Q142 of the second I-type three-level inverter unit, the power switch Q156, and the power switch Q157 of the first I-type three-level inverter unit, and the power switch Q140, and simultaneously turns off the two types I
  • the current forms a loop through the capacitor C84, the power switch Q142, the power switch Q156, the coupled inductor Sl, the coupled inductor P1, the power switch Q157, the power switch Q140, and the capacitor C85, and the coupled inductor
  • the electromotive force at S1 is equal to the positive pole of the capacitor C84, which is +1V
  • the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to the negative pole of the capacitor C85, which is -IV, and thus is located at the junction e between the two coupled inductors P1 and S1.
  • the current is looped through the capacitor C84, the power switch Q142, the power switch Q156, the coupled inductor S l , the coupled inductor P1, the power switch Q158, and the diode D243, and the coupled inductor S 1
  • the electromotive force is equal to the positive pole of the capacitor C84, which is +1V
  • the electromotive force at the coupled inductor P1 is equal to ground, which is 0V
  • the filter 50 specifically includes: an inductor L42 and an output filter capacitor C83. One end of the inductor L42 and two of the transformers The connection point e between the coupled inductors P1 and S1 is connected, the other end of the inductor L42 is connected in series with one end of the output filter capacitor C83, and the other end of the output filter capacitor C83 is grounded.
  • each of the two N-level inverter units of the multi-level inverter has an N-level inverter unit.
  • N-level inverter unit For a typical inverter, a specific topology may be used according to a specific situation.
  • the method of the inverter reference may be made to the foregoing embodiment, and the present invention will not be repeated.
  • the embodiment of the present invention does not limit the number of PWMs, as long as the pulse width modulated wave loaded in the first N level inverting unit and the pulse width modulated wave loaded in the second N level inverting unit are staggered. 180 degrees phase can be.
  • An embodiment of the present invention provides a power supply system, including a DC power supply, a load, and a multi-level inverter provided by any embodiment of the present invention, where the multi-level inverter converts DC power generated by the DC power source into AC power. It is assumed that the load is supplied with alternating current.
  • the multi-level inverter includes:
  • Two N-level inverter units for converting direct current into alternating current, and pulse width modulated waves of two of the N-level inverter units are shifted by 180 degrees to make two
  • the output waveform of the alternating current generated by the N-level inverter unit is shifted by half a cycle, and the N is an integer greater than or equal to 3
  • a DC power supply module is used to generate direct current, and the output ends of the DC power supply module are respectively connected with two
  • the input terminals of the N-level inverter unit are connected to supply power to the two N-level inverter units
  • the transformer includes a primary side and a secondary side, wherein the primary side of the inductor and the secondary side
  • the inductors are coupled to each other, and one end of the inductor of the primary side and one end of the inductor of the secondary side are respectively connected to the output ends of the two N-level inverter units to couple the two N-level inverter units in reverse phase
  • the coupling or direct coupling or communication connection shown or discussed may be an indirect coupling or communication connection through some interface, device or unit, and may be in an electrical, mechanical or other form.
  • the units described as separate components may or may not be physically separated, and the components displayed as units may or may not be physical units, that is, may be located in one place, or may be distributed to multiple network units. Some or all of the units may be selected according to actual needs to achieve the purpose of the solution of the embodiment.
  • each functional unit in each embodiment of the present invention may be integrated into one processing unit, or each unit may be physically included separately, or two or more units may be integrated into one unit.
  • the above integrated unit can be implemented in the form of hardware or in the form of hardware plus software functional units.

Abstract

一种多电平逆变器及供电系统，涉及电子领域，能够简化电路结构。包括：2个N电平逆变单元，2个N电平逆变单元的脉冲宽度调制波错开180度相位，N为大于或等于3的整数；直流电源模块，其输出端分别与2个N电平逆变单元的输入端相连；变压器，变压器包括原边和副边，原边的电感和副边的电感相互耦合且原边的电感一端和副边的电感的一端分别与2个N电平逆变单元的输出端连接，以将2个N电平逆变单元反相耦合，原边的电感和副边的电感的另一端相互连接，在电感的连接处输出W个电平，W=2N-1；滤波器，滤波器一端与2个耦合电感之间的连接处连接，另一端接地。该多电平逆变器及供电系统用于将直流电转化为交流电。

Description

一种多电平逆变器及供电系统 本申请要求于 2013 年 07 月 05 日提交中国专利局、 申请号为 2013 10282002. X , 发明名称为 "一种多电平逆变器及供电系统" 的 中国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种多电平逆变器及供电系统。 背景技术
逆变器 （ inverter ) 是一种将直流电 （ DC ) 转化为交流电 （ AC ) 的装置， 即能够把直流电能， 如电池、 蓄电瓶等转变成交流电， 所 述交流电一般为 220ν , 50HZ 的正弦波或方波。 多电平逆变器可以 将直流电先转化为多个电平的阶梯型方波， 再通过滤波器形成正弦 波， 多电平逆变器实现的电平越多， 其转化得到的正弦波的波形越 接近标准正弦波形。 现有技术中， 多电平逆变器可以包括两个逆变 单元、 多个独立电感或耦合电感、 输出滤波电容以及多个功率开关 器件， 所述两个逆变单元交错并联， 用于进行电流的转化， 即将直 流电转化为交流电， 所述多个独立电感或耦合电感与输出滤波电容 组成滤波器， 用于对输入电路进行滤波并为负载提供能量， 通常的， 多电平逆变器中输出电压的多电平是由所述多个功率开关器件的不 同组合实现的。
但是上述多电平逆变器中，为了实现两个逆变单元的交错并联， 需要在两个逆变单元的的外部连接功率开关器件， 因此功率开关器 件的个数较多， 如实现三电平逆变器需要在两相交错并联的逆变单 元之外设置 2个或 4个功率开关器件， 因此电路结构较为复杂。
发明内容
本发明的实施例提供一种多电平逆变器及供电系统， 能够简化 电路结构。
为达到上述目的， 本发明的实施例釆用如下技术方案： 第一方面， 提供一种多电平逆变器， 包括：
2个 N电平逆变单元， 所述 N电平逆变单元用于将直流电转化 为交流电， 2个所述 N 电平逆变单元的脉冲宽度调制波错开 180度 相位以使 2个所述 N电平逆变单元产生的交流电的输出波形错开半 个周期， 所述 N为大于或等于 3的整数；
直流电源模块， 用于产生直流电， 所述直流电源模块的输出端 分别与 2个所述 N电平逆变单元的输入端相连， 用于为 2个所述 N 电平逆变单元供电；
变压器， 所述变压器包括原边和副边， 其中所述原边的电感和 副边的电感相互耦合且所述原边的电感一端和副边的电感的一端分 别与 2个所述 N电平逆变单元的输出端连接， 以将 2个所述 N电平 逆变单元反相耦合， 连接所述原边的电感和副边的电感的另一端相 互连接， 从而在所述电感的连接处输出 W个电平， 所述 W=2N- 1 ; 滤波器， 所述滤波器一端与所述变压器的 2个耦合电感之间的 连接处连接， 另一端接地， 用于滤除所述变压器的 2 个耦合电感之 间连接处的电压纹波。
结合第一方面的第一种可实现方式，
2个所述 N电平逆变单元包括第一 N电平逆变单元和第二 N电 平逆变单元；
所述第一 N电平逆变单元中至少一个开关器件和所述第二 N电 平逆变单元中至少一个开关器件相互导通使所述第一 N电平逆变单 元、 第二 N电平逆变单元、 直流电源模块以及变压器形成回路时， 在所述变压器的 2个耦合电感之间的连接处输出所述 W个电平。
结合第一种可实现方式的第二种可实现方式，
所述开关器件为二极管或功率开关。
结合第一方面、 第一种可实现方式的第三种可实现方式， 2个所述 N电平逆变单元的结构相同。
结合第一方面、 第一种可实现方式的第四种可实现方式， 每个所述 N电平逆变单元为 T型五电平拓朴电路。 结合第一方面、 第一种可实现方式的第五种可实现方式， 每个所述 N电平逆变单元为 I型五电平拓朴电路。
结合第一方面、 第一种可实现方式的第六种可实现方式， 每个所述 N电平逆变单元为 T型三电平拓朴电路。
结合第一方面、 第一种可实现方式的第七种可实现方式， 每个所述 N电平逆变单元为 I型三电平拓朴电路。
结合第一方面、 第一至七种可实现方式的第八种可实现方式， 所述滤波器包括： 滤波器电感和滤波器输出滤波电容， 所述滤 波器电感的一端与所述变压器的 2 个耦合电感之间的连接处连接， 所述滤波器电感的另一端与输出滤波电容的一端串联， 所述输出滤 波电容另一端接地。
第二方面， 提供一种供电系统， 包括：
直流电源、 负载以及以上任意所述的多电平逆变器， 所述多电 平逆变器将所述直流电源产生的直流电转变为交流电， 以为所述负 载提供交流电。
本发明的实施例提供一种多电平逆变器及供电系统， 所述多电 平逆变器包括： 2个 N电平逆变单元， 所述 N电平逆变单元用于将 直流电转化为交流电， 2个所述 N 电平逆变单元的脉冲宽度调制波 错开 180度相位以使 2个所述 N电平逆变单元产生的交流电的输出 波形错开半个周期， 所述 N为大于或等于 3的整数； 直流电源模块， 用于产生直流电， 所述直流电源模块的输出端分别与 2个所述 N电 平逆变单元的输入端相连， 用于为 2个所述 N电平逆变单元供电； 变压器， 所述变压器包括原边和副边， 其中所述原边的电感和副边 的电感相互耦合且所述原边的电感一端和副边的电感的一端分别与 2个所述 N电平逆变单元的输出端连接， 以将 2个所述 N电平逆变 单元反相耦合， 所述原边的电感和副边的电感的另一端相互连接， 从而在所述电感的连接处输出 W个电平， 所述 W=2N- 1 ; 滤波器， 所述滤波器一端与所述变压器的 2 个耦合电感之间的连接处连接， 另一端接地， 用于滤除所述变压器的 2 个耦合电感之间连接处的电 压纹波。 这样一来， 通过釆用变压器的耦合电感分别与 2个 N电平 逆变单元连接， 实现 2个所述耦合电感的输出为 W个电平， 相较于 现有技术， 由于釆用变压器替代了位于逆变单元之外的部分功率开 关器件， 使得功率开关器件的个数减少， 因此简化了电路结构。 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下 面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅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的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图 1为本发明实施例提供的一种多电平逆变器结构示意图； 图 2为本发明实施例提供的一种九电平逆变器的结构示意图； 图 3 为本发明实施例提供的一种九电平逆变器中的电压波形 图；
图 4 为本发明实施例提供的另一种九电平逆变器的结构示意 图；
图 5为本发明实施例提供的一种五电平逆变器的结构示意图； 图 6 为本发明实施例提供的另一种五电平逆变器的结构示意 图。
具体实施方式 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， 所描述的实施例仅仅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 在没有做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。 本发明实施例提供一种多电平逆变器， 如图 1所示， 包括：
2个 N电平逆变单元 101和 102 , 所述 N电平逆变单元用于将直流 电转化为交流电， 2个所述 N电平逆变单元 101和 102的脉冲宽度调制波 错开 180度相位以使 2个所述 N电平逆变单元产生的交流电的输出波形 错开半个周期， 所述 N为大于或等于 3 的整数。 实际应用中可以釆用电 源控制芯片对多电平逆变器中 2个 N电平逆变单元 101和 102的功率开 关器件进行控制， 通常， 控制过程中会产生脉冲宽度调制波来开启或关断 功率开关器件，例如，所述电源控制芯片为 PWM(Pulse Width Modulation, 脉冲宽度调制） ， 在本发明实施例中， 用于控制 2个所述 N 电平逆变单 元的脉冲宽度调制波错开 180度相位。 其中， 2个所述 N 电平逆变单元 101和 102的结构相同。 所述开关器件为二极管或功率开关。 直流电源模块 103 ,所述直流电源模块 103的输出端分别与与 2个 N 电平逆变单元 101和 102的输入端 a点和 b点分别相连，用于为 2个所述 N电平逆变单元供电。 变压器 104 , 包括原边和副边， 其中所述原边的电感 P和副边的电感 S相互耦合且所述原边的电感 P—端和副边的电感 S的一端分别与 2个所 述 N电平逆变单元 101和 102的输出端 c和 d连接， 以将 2个所述 N电 平逆变单元 101和 102反相耦合，用于实现 2个所述 N电平逆变单元 101 和 102的交错并联， 所述原边的电感和副边的电感的另一端相互连接，从 而在所述电感的连接处 e输出 W个电平， 所述 W满足： W=2N-1。 滤波器 105 ,所述滤波器一端与所述变压器的 2个耦合电感之间的连 接处 e连接， 另一端接地， 用于滤除所述变压器的 2个耦合电感之间的连 接处即所述连接处 e处的电压的纹波， 所述 2个耦合电感为原边的电感 P 和副边的电感 S。 需要说明的是， 所述滤波器 105还连接有负载 R, 滤波器 105 的输 出电压为所述负载 R提供了电能。 这样一来， 通过釆用变压器的耦合电感分别与 2个 N电平逆变单元 连接， 实现 2个所述耦合电感的输出为 W个电平， 相较于现有技术， 由 于釆用变压器替代了位于逆变单元之外的部分功率开关器件，使得功率开 关器件的个数减少， 因此简化了电路结构。 具体的， 2个所述 Ν电平逆变单元包括第一 Ν电平逆变单元 101和 第二 Ν电平逆变单元 102 , 所述第一 Ν电平逆变单元 101 中至少一个开 关器件和所述第二 Ν电平逆变单元 102 中至少一个开关器件相互导通使 所述第一 Ν电平逆变单元 101、 第二 Ν电平逆变单元 102、 直流电源模块 103以及变压器 104形成回路时， 使在所述变压器的 2个耦合电感之间的 连接处 e输出所述 W个电平。 需要说明的是， 所述 N电平逆变单元可以釆用多种拓朴结构， 示例 的， 图 2中为九电平逆变器的结构示意图， 在所述九电平逆变器中， 每个 所述 N电平逆变单元为 T型五电平拓朴电路。 2个所述 N电平逆变单元 分别为第一 T型五电平逆变单元和第二 T型五电平逆变单元， 2个所述 N 电平逆变单元的结构相同， 相同位置的器件所起的作用相同。 在本实施例中， 假设直流电源模块为电源 V12。 所述第一 T型五电 平逆变单元 （图 2未标示） 可以包括： 功率开关 Q99、 二极管 D 160、 功 率开关 Q100、 二极管 D159、 功率开关 Q96、 二极管 D155、 二极管 D108、 功率开关 Q107、 二极管 D174、 功率开关 Q 108、 二极管 D175、 功率开关 Q9，、 二极管 D154以及二极管 D163 , 二极管 D 164、 功率开关 Q98、 电 感 L32、 二极管 D 161、 电容 C62、 二极管 D158和电容 C60。 所述第二 T 型五电平逆变单元（图 2未标示）可以包括：功率开关 Q 104、二极管 D171、 功率开关 Q101、 二极管 D166、 功率开关 Q 103、 二极管 D 169、 二极管 D168、 功率开关 Q106、 二极管 D 170、 功率开关 Q 105、 二极管 D172、 功 率开关 Q102、 二极管 D 170 以及二极管 D 167 , 二极管 D165、 功率开关 Q95、 二极管 D157、 电感 L31、 电容 C61、 二极管 D 156和电容 C59。 在所述第二 T型五电平逆变单元中， 二极管 D165 和功率开关 Q95 并联， 二极管 D165的负极接地， 电感 L31的一端与所述二极管 D165的 正极连接， 电感 L31的另一端与电源 V12的负极连接， 电容 C61的负极 与电源 V12的负极连接， 正极接地， 同时， 二极管 D165的负极与二极管 D157的负极连接， 电源 V12的负极还与二极管 D 156的负极连接， 二极 管 D 157的正极与二极管 D 156的正极连接， 且电容 C59的负极与所述二 极管 D157与二极管 D156的连接处连接， 正极接地。 本实施例假设所述 电源 V12的电压为 2V,其正电极的电动势为 +1V,负电极的电动势为 -IV, 这样一来， 当功率开关 Q95导通， 电容 C59的负极为负升压 （boost ) 电 压， 可以在电路形成回路时放电， 向第一 T 型五电平逆变单元或第二 T 型五电平逆变单元提供 -2V 的电压。 电容 C61 可以在电路形成回路时放 电，向第一 T型五电平逆变单元或第二 T型五电平逆变单元提供 -IV的电 压。 同时， 当第一 T型五电平逆变单元或第二 T型五电平逆变单元的输 入端与电容 C62和 C61之间的连接处 f连接时， 还可以得到 0V的电压， 这样一来， 第一 T型五电平逆变单元或第二 T型五电平逆变单元中可以 存在 +2V、 +1V、 OV 、 - 1V、 -2V五种电平。 需要说明的是， 所述第二 T 型五电平逆变单元和第二 T 型五电平逆变单元的电路结构可以根据具体 情况进行调整，如增加或减少电容的个数，具体结构可以与现有技术相同， 本发明对此不做限定。 在实际应用中， PWM通过釆用相位上错开 180度的脉冲宽度调制波 控制第一 T型五电平逆变单元和第二 T型五电平逆变单元中对应功率开 关和二极管的开启， 在变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接 处 e实现输出 W个电平。 具体的， PWM导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q99和第 二 T型五电平逆变单元的功率开关 Q101 , 同时关断 2个所述 T型五电平 逆变单元中其他二极管和功率开关时，电流经过电容 C60、功率开关 Q99、 耦合电感 Pl、 耦合电感 S l、 功率开关 Q101和电容 C59形成回路， 耦合 电感 P1处的电动势与电容 C60的正极相等， 为 +2V,耦合电感 S 1处的电 动势与电容 C59的负极相等， 为 -2V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 （+2- ( -2 ) ) ÷ 2=+2V, 因此变压器 TX1 的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 +2V电平。 当导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q99和第二 T型五电平 逆变单元的二极管 D172和功率开关 Q106 , 同时关断 2个所述 T型五电 平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C60、 功率开关 Q99、 耦合电感 PI、 耦合电感 S I、 二极管 D172和功率开关 Q106接地形 成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电容 C60的正极相等， 为 +2V, 耦合 电感 S 1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 （+2-0 ) ÷ 2=+lV, 因此变压器 TX1 的 2 个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 +1V电平。 当导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q99和第二 T型五电平 逆变单元的二极管 D167和功率开关 Q102 , 同时关断 2个所述 T型五电 平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C60、 功率开关 Q99、 耦合电感 Pl、 耦合电感 S l、 二极管 D172、 功率开关 Q106和电容 C61形成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电容 C60的正极相等， 为 +2V, 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C61 的负极相等， 为 -IV, 因此位于 2个 所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为（+2-( -1 ) ) ÷ 2=+¾V, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 电平。 当导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q96和二极管 D108和 第二 T型五电平逆变单元的二极管 D172和功率开关 Q106 , 同时关断 2 个所述 T 型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C62、 功率开关 Q96和二极管 D108、 耦合电感 Pl、 耦合电感 S l、 二极管 D172 和功率开关 Q106接地形成回路， 耦合电感 P1 处的电动势与电容 C62的正极相等， 为 + 1V, 耦合电感 S 1处的电动势与地相等， 为 0V, 因 此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为（ +1-0 ) ÷ 2=+%V, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 + 电平。 当导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q107和功率开关 Q108 和第二 T型五电平逆变单元的二极管 D172和功率开关 Q106,同时关断 2 个所述 T型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 耦合电感 P1通 过功率开关 Q107和功率开关 Q108接地， 耦合电感 S 1通过二极管 D172 和功率开关 Q106接地， 因此耦合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 耦合电感 S 1 处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 PI和 S I之间的连接处 e的电动势为 0V, 因此变压器 TX1的输出端输出 0V 电平。 特别的， 所述 0V 电平的实现还可以有多种方法， 如同时导通 第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q99和第二 T型五电平逆变单元的 功率开关 Q104 ,或者同时导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q100 和第二 T型五电平逆变单元的功率开关 Q101等等，本发明对此不再赘述。
PWM导通第一 T型五电平逆变单元的功率开关 Q100和第二 T型五 电平逆变单元的功率开关 Q104 , 同时关断 2个所述 T型五电平逆变单元 中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C60、 功率开关 Q104、 耦合 电感 S l、 耦合电感 Pl、 功率开关 Q100和电容 C59形成回路， 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C60的正极相等， 为 +2V, 耦合电感 P1处的电动势 与电容 C59的负极相等， 为 -2V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之 间的连接处 e的电动势为 - ( +2- ( -2 ) ) ÷ 2=-2V, 因此变压器 TX1 的 2 个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 -2V电平。 当导通第二 T型五电平逆变单元的功率开关 Q104和第一 T型五电 平逆变单元的二极管 D168和功率开关 Q107 , 同时关断 2个所述 T型五 电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C60、 功率开关
Q104、 耦合电感 S l、 耦合电感 Pl、 二极管 D168和功率开关 Q107接地 形成回路， 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C60的正极相等， 为 +2V, 耦 合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1 和 S 1之间的连接处 e的电动势为 - ( +2-0 ) ÷ 2=-lV, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 -IV电平。 当导通第二 T型五电平逆变单元的功率开关 Q104和第一 T型五电 平逆变单元的二极管 D163和功率开关 Q97 , 同时关断 2个所述 T型五电 平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C60、 功率开关 Q104、 耦合电感 Sl、 耦合电感 Pl、 二极管 D163、 功率开关 Q97和电容 C61形成回路， 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C60的正极相等， 为 +2V, 耦合电感 P1处的电动势与电容 C61 的负极相等， 为 -IV, 因此位于 2个 所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 -( +2-( -1 ) ) ÷ 2=- ¾ V, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 电平。 当导通第二 T型五电平逆变单元的功率开关 Q103和二极管 D168和 第一 T型五电平逆变单元的二极管 D108和功率开关 Q107 , 同时关断 2 个所述 T 型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C62、 功率开关 Q103和二极管 D168、 耦合电感 S l、 耦合电感 Pl、 二极 管 D108和功率开关 Q107接地形成回路，耦合电感 S 1处的电动势与电容 C62的正极相等， 为 + 1V, 耦合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 因 此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为- ( +1-0 ) ÷ 2=- v, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输 出 - V电平。 在实际应用中， 所述滤波器可以为 LC滤波器， 如图 2所示， 所述滤 波器 20具体包括： 滤波器电感 L33和输出滤波电容 C63 , 所述电感 L33 的一端与所述变压器的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e连接， 所 述电感 L33 的另一端与输出滤波电容 C63 的一端串联， 所述输出滤波电 容 C63另一端接地。 同时， 在输出滤波电容 C63两端添加负载 R4。 这样一来， 通过 2个交错并联的 T型五电平逆变单元与变压器的处 理， 在变压器的 2个耦合电感 P1 和 S 1之间的连接处 e , 直流电源模块 V12的电压的波形被转化成如图 3-a所示的阶梯型波形， 由于每个 T型五 电平逆变单元可以实现 5个电平，因此在变压器输出端实现了 2_1=9个电 平， 然后通过 LC滤波器的滤波， 最终得到如图 3-b所示的正弦波， 加载 在负载 R4上， 其中， 图 3横轴表示时间 t, 纵轴表示电压 v。
当所述多电平逆变器为九电平逆变器， 且每个 N 电平逆变单元为 I 型五电平拓朴电路时， 如图 4所示， 2个 I型五电平逆变单元分别为第 一 I型五电平逆变单元和第二 I型五电平逆变单元， 2个所述 I型五电平 逆变单元的结构相同， 相同位置的器件所起的作用相同。 所述第一 I型五 电平逆变单元和第二 I 型五电平逆变单元用于实现直流电到交流电的转 在本实施例中，假设直流电源模块为电源 V15。 所述第一 I型五电平 逆变单元包括： 功率开关 Q134、 二极管 D227、 功率开关 Q131、 二极管 D222、 功率开关 Q130、 二极管 D221、 功率开关 Q125、 二极管 D210、 二 极管 D219、功率开关 Q128、二极管 D214、二极管 D228、功率开关 Q127、 二极管 D220以及二极管 D213 ,二极管 D212、功率开关 Q126、 电感 L43、 二极管 D215、 电容 C74、 二极管 D216和电容 C76。 所述第二 I型五电平 逆变单元（图 4未标示） 包括： 功率开关 Q135、 二极管 D232、 功率开关 Q136、 二极管 D233、 功率开关 Q137、 二极管 D234、 功率开关 Q138、 二 极管 D210、 功率开关 Q132、 二极管 D224、 二极管 D225、 二极管 D230、 功率开关 Q133、 二极管 D223、 二极管 D231 以及二极管 D226 , 二极管 D211、 功率开关 Q129、 二极管 D211、 电感 L44、 电容 C75、 二极管 D218 和电容 C77。 。 本实施例^ _设所述电源 V12的电压为 2V,其正电极的电动势为 +1V, 负电极的电动势为 -IV, 上述两个 I型供电子单元的电路的工作原理可以 参考图 3 中的 T型五电平拓朴电路中的供电子单元的工作原理， 两个 I 型供电子单元可以分别向第一 I型供电子单元和第二 I型供电子单元提供 +2V、 +1V、 0V 、 -1V、 -2V五种电平， 本发明对此不再赞述。
PWM通过用相位上错开 180度的脉冲宽度调制波控制第一 I型五电 平逆变单元和第二 I型五电平逆变单元中对应功率开关和二极管的开启， 在变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e实现输出 W个电 平。 以输出电压正弦波的正半周为例， PWM导通第一 I型五电平逆变 单元的功率开关 Q134、功率开关 Q131和第二 I型五电平逆变单元的功率 开关 Q137、 功率开关 Q138 , 同时关断 2个所述 I型五电平逆变单元中其 他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C76、 功率开关 Q134、 功率开关 Q131、 耦合电感 Pl、 耦合电感 S l、 功率开关 Q137、 功率开关 Q138和电 容 C77形成回路，耦合电感 P1处的电动势与电容 C76的正极相等，为 +2V, 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C77的负极相等， 为 -2V, 因此位于 2个 所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为（+2- ( -2 ) ) ÷ 2=+2V, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 +2V电平。 当导通第一 I型五电平逆变单元的功率开关 Q134、 功率开关 Q131 和第二 I型五电平逆变单元的功率开关 Q137、 二极管 D231 , 同时关断 2 个所述 I 型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C76、 功率开关 Q134、 功率开关 Q131、 耦合电感 Pl、 耦合电感 Sl、 功 率开关 Q137、 二极管 D231接地形成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电 容 C76的正极相等， 为 +2V, 耦合电感 S 1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 （+2-0 ) ÷ 2=+lV, 因此变压器 TX1 的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输 出 +1V电平。 当导通第一 I型五电平逆变单元的功率开关 Q134、 功率开关 Q131 和第二 I型五电平逆变单元的功率开关 Q137、 二极管 D226和功率开关 Q133 , 同时关断 2个所述 I型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关 时， 电流经过电容 C76、 功率开关 Q134、 功率开关 Q131、 耦合电感 Pl、 耦合电感 Sl、功率开关 Q137、二极管 D226和功率开关 Q133和电容 C75 形成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电容 C76的正极相等， 为 +2V, 耦 合电感 S 1处的电动势与电容 C75的负极相等， 为 -IV, 因此位于 2个所 述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 （+2- ( -1 ) ) ÷ 2=+¾ V, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 电平。 当导通第一 I型五电平逆变单元的功率开关 Q128、 二极管 D214和 功率开关 Q131 和第二 I 型五电平逆变单元的功率开关 Q137、 二极管 D231 , 同时关断 2个所述 I型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关 时， 电流经过电容 C74的功率开关 Q128、 二极管 D214、 功率开关 Q131、 耦合电感 Pl、耦合电感 S l、 功率开关 Q137、二极管 D231接地形成回路， 耦合电感 P1 处的电动势与电容 C74 的正极相等， 为 +1V, 耦合电感 S 1 处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间 的连接处 e的电动势为 （+1-0 ) ÷ 2=+%V, 因此变压器 TX1 的 2个耦合 电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 电平。 当导通第一 I型五电平逆变单元的二极管 D230和功率开关 Q136和 第二 I型五电平逆变单元的二极管 D137和功率开关 Q231 , 同时关断 2 个所述 I型五电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 耦合电感 P1通 过二极管 D230和功率开关 Q136接地， 耦合电感 S 1通过二极管 D137和 功率开关 Q231接地， 因此耦合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 耦 合电感 S 1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1 和 S 1之间的连接处 e的电动势为 0V, 因此变压器 TX1的输出端输出 0V 电平。 特别的， 所述 0V电平的实现还可以有多种方法， 如同时导通第一 I型五电平逆变单元的功率开关 Q134、 功率开关 Q131和第二 I型五电平 逆变单元的功率开关 Q135、 功率开关 Q136 , 或者同时导通第一 I型五电 平逆变单元的功率开关 Q130、功率开关 Q125和第二 I型五电平逆变单元 的功率开关 Q234、 功率开关 Q235等等， 本发明对此不再赘述。 在实际应用中， 所述滤波器可以为 LC滤波器， 如图 4所示， 所述滤 波器 30具体包括： 电感 L41和输出滤波电容 C73 , 所述电感 L41的一端 与所述变压器的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e连接， 所述电感 L41 的另一端与输出滤波电容 C73 的一端串联， 所述输出滤波电容 C73 另一端接地。 同时， 在输出滤波电容 C73两端添加负载 R7。 这样一来，通过 2个交错并联的 I型五电平逆变单元与变压器的处理， 在变压器输出端，直流电源模块 V12的波形被转化成如图 3-a所示的阶梯 型波形， 由于每个 I型五电平逆变单元可以实现 5个电平， 因此在变压器 的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e实现了 2-1=9个电平， 然后通 过 LC滤波器的滤波， 最终得到如图 3-b所示的正弦波， 加载在负载 R4 上。 当所述多电平逆变器为五电平逆变器， 且每个所述 N电平逆变单元 为 T型三电平拓朴电路时， 如图 5所示， 2个所述 N电平逆变单元分别 为第一 T型三电平逆变单元和第二 T型三电平逆变单元， 2个所述 N电 平逆变单元的结构相同， 相同位置的器件所起的作用相同。 其中， 第一 T 型三电平逆变单元 （图 5 未标示） 包括： 第一供电子单元和第一 T型三 电平逆变单元， 第二 T型三电平逆变单元 (图 5 未标示 ) 包括： 第二供 电子单元和第二 T 型三电平逆变单元， 所述第一供电子单元和第二供电 子单元用于为所述第一 T型三电平逆变单元或第二 T型三电平逆变单元 提供多种电平， 所述第一 T型三电平逆变单元和第二 T型三电平逆变单 元用于实现直流电到交流电的转化。 在本实施例中， 假设直流电源模块为电源 V17。 所述第一 T型三电 平逆变单元包括： 功率开关 Q144、 二极管 D247、 功率开关 Q139、 二极 管 D236、 功率开关 Q150、 二极管 D255、 功率开关 Q149、 二极管 D254, 电容 C79和电容 C81。 。 所述第二 T型三电平逆变单元 （图 5未标示） 包括： 功率开关 Q145、 二极管 D248、 功率开关 Q148、 二极管 D253、 功 率开关 Q151、 二极管 D256、 功率开关 Q152、 二极管 D257 , 电容 C80 和电容 C82。
本实施例^ _设所述电源 V17的电压为 2V,其正电极的电动势为 +1V, 负电极的电动势为 -IV,由图 5可以看出，所述电容 C79和电容 C80串联， 所述电容 C81和电容 C82串联， 所述电容 C79的正极、 电容 C81的正极 与所述电源 V17的正极连接， 所述电容 C80的正极、 电容 C82的负极与 所述电源 V17的负极连接，所述电容 C79与电容 C80中间的连接处接地， 所述电容 C81与电容 C82中间的连接处接地。 因此可以分别向第一 T型 三电平逆变单元和第二 T型三电平逆变单元提供 +1V、 0V 、 -IV三种电 平。 需要说明的是， 第一 T型三电平逆变单元和第二 T型三电平逆变单 元的电路结构可以根据具体情况进行调整， 如增加或减少电容的个数， 具 体可以参考现有技术， 本发明对此不做限定。 PWM通过釆用相位上错开 180度的脉冲宽度调制波控制第一 T型三 电平逆变单元和第二 Τ 型三电平逆变单元中对应功率开关和二极管的开 启， 在变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e可以输出 W 个电平。
PWM导通第一 T型三电平逆变单元的功率开关 Q144和第二 T型三 电平逆变单元的功率开关 Q148, 同时关断 2个所述 T型三电平逆变单元 中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C81、 功率开关 Q144、 耦合 电感 Pl、 耦合电感 Sl、 功率开关 Q148和电容 C82形成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电容 C81的正极相等， 为 + 1V, 耦合电感 S1处的电动势 与电容 C82的负极相等， 为 -IV, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S1之 间的连接处 e的电动势为 （+1- (-1 ) ) ÷2=+lV, 因此变压器 TX1 的 2 个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e输出 +1V电平。 当导通第一 T型三电平逆变单元的功率开关 Q144和第二 T型三电 平逆变单元的二极管 D257、 功率开关 Q151, 同时关断 2个所述 T型三电 平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C81、 功率开关 Q144、 耦合电感 Pl、 耦合电感 Sl、 二极管 D257、 功率开关 Q151接地形 成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电容 C81的正极相等， 为 +1V, 耦合 电感 S1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e的电动势为 （+1-0) ÷2=+%V, 因此变压器 TX1 的 2 个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e输出 电平。 当导通第一 T型三电平逆变单元的二极管 D255和功率开关 Q149和 第二 T型三电平逆变单元的二极管 D257和功率开关 Q151, 同时关断 2 个所述 T型三电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 耦合电感 P1通 过二极管 D255和功率开关 Q149接地， 耦合电感 S1通过二极管 D257和 功率开关 Q151接地， 因此耦合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 耦 合电感 S1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1 和 S1之间的连接处 e的电动势为 0V, 因此变压器 TX1 的 2个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e输出 0V电平。 PWM导通第二 T型三电平逆变单元的功率开关 Q145和第一 T型三 电平逆变单元的功率开关 Q139 , 同时关断 2个所述 T型三电平逆变单元 中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C81、 功率开关 Q145、 耦合 电感 S l、 耦合电感 Pl、 功率开关 Q139和电容 C82形成回路， 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C81的正极相等， 为 + 1V, 耦合电感 P1处的电动势 与电容 C82的负极相等， 为 -IV, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之 间的连接处 e的电动势为 - ( +1- ( -1 ) ) ÷ 2=-lV, 因此变压器 TXl 的 2 个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e输出 -IV电平。 当导通第二 T型三电平逆变单元的功率开关 Q145和第一 T型三电 平逆变单元的二极管 D254、 功率开关 Q150 , 同时关断所述 T型 2个三电 平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C81、 功率开关 Q145、 耦合电感 S l、 耦合电感 Pl、 二极管 D254、 功率开关 Q150接地形 成回路， 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C81的正极相等， 为 +1V, 耦合 电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 - ( +1-0 ) ÷ 2=- %V, 因此变压器 TXl的输 出端输出 电平。 由于每个 T型三电平逆变单元可以实现 3个电平， 因此在变压器 D 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e实现了 3 x 2_l=5个电 平， 然后通过 LC滤波器的滤波， 最终得到正弦波， 加载在负载 R8上。 在实际应用中， 所述滤波器可以为 LC滤波器， 如图 5所示， 所述滤 波器 40具体包括： 电感 L34和输出滤波电容 C78 , 所述电感 L34的一端 与所述变压器的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e连接， 所述电感 L34 的另一端与输出滤波电容 C78 的一端串联， 所述输出滤波电容 C78 另一端接地。 同时， 在输出滤波电容 C78两端添加负载 R8。
当所述多电平逆变器为五电平逆变器， 且每个所述 N电平逆变单元 为 I型三电平拓朴电路时， 如图 6所示， 2个所述 N电平逆变单元分别为 第一 I型三电平逆变单元和第二 I型三电平逆变单元， 2个所述 N电平逆 变单元的结构相同， 相同位置的器件所起的作用相同。 所述第一 I型三电 平逆变单元和第二 I型三电平逆变单元用于实现直流电到交流电的转化。 在本实施例中，假设直流电源模块为电源 V17。 所述第一 I型三电平 逆变单元包括： 功率开关 Q141、 二极管 D238、 功率开关 Q155、 二极管 D245、 功率开关 Q157、 二极管 D249、 功率开关 Q140、 二极管 D237、 二 极管 D241、 二极管 D242 , 电容 C84。 所述第二 I型三电平逆变单元 （图 6未标示） 包括： 功率开关 Q142、 二极管 D239、 功率开关 Q156、 二极 管 D246、 功率开关 Q158、 二极管 D250、 功率开关 Q143、 二极管 D240、 二极管 D244、 二极管 D243 , 电容 C85。 本实施例 支设所述电源 V18的电压为 2V,其正电极的电动势为 +1V, 负电极的电动势为 -IV, 由图 6可以看出， 所述电容 C84的正极与所述电 源 V18的正极连接， 所述电容 C85的负极与所述电源 V18的负极连接， 所述电容 C84与电容 C85 串联， 且所述电容 C84与电容 C85中间的连接 处接地。 因此， 可以向第一 I型三电平逆变单元和第二 I型三电平逆变单 元提供 +1V、 0V 、 -IV三种电平。
P W M通过用相位上错开 180度的脉冲宽度调制波控制第一 I型三电 平逆变单元和第二 I型三电平逆变单元中对应功率开关和二极管的开启， 以使第一 I型三电平逆变单元和第二 I型三电平逆变单元产生的交流电的 输出波形错开半个周期， 在变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的 连接处 e实现输出 W个电平。
PWM导通第一 I型三电平逆变单元的功率开关 Q141、功率开关 Q155 和第二 I型三电平逆变单元的功率开关 Q158、 功率开关 Q143 , 同时关断 2个所述 I型三电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C84、 功率开关 Q141、 功率开关 Q155、 耦合电感 Pl、 耦合电感 S l、 功 率开关 Q158、 功率开关 Q143形成回路， 耦合电感 P1处的电动势与电容 C84的正极相等， 为 +1V, 耦合电感 S 1处的电动势与电容 C85的负极相 等， 为 -IV, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动 势为 （+l- (-l) ) ÷2=+lV, 因此变压器 TX1 的 2个耦合电感 PI和 SI 之间的连接处 e输出 +1 V电平。 当 PWM导通第一 I型三电平逆变单元的功率开关 Q141、 功率开关 Q155和第二 I型三电平逆变单元的功率开关 Q158、 二极管 D243, 同时 关断 2个所述 I型三电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过 电容 C84、 功率开关 Q141、 功率开关 Q155、 耦合电感 Pl、 耦合电感 Sl、 功率开关 Q158、 二极管 D243接地形成回路， 耦合电感 P1处的电动势与 电容 C84的正极相等，为 + 1V,耦合电感 S1处的电动势与地相等，为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e的电动势为 （+1-0) ÷2=+Kv, 因此变压器 TX1的 2个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e输 出 电平。 当导通第一 I型三电平逆变单元的二极管 D241和功率开关 Q155和 第二 I型三电平逆变单元的功率开关 Q158和二极管 D243, 同时关断 2 个所述 I型三电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 耦合电感 P1通 过二极管 D241和功率开关 Q155接地， 耦合电感 S1通过功率开关 Q158 和二极管 D243接地， 因此耦合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 耦 合电感 S1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1 和 S1之间的连接处 e的电动势为 0V, 因此变压器 TX1 的 2个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e输出 0V电平。
PWM导通第二 I型三电平逆变单元的功率开关 Q142、功率开关 Q156 和第一 I型三电平逆变单元的功率开关 Q157、 功率开关 Q140, 同时关断 2个所述 I型三电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C84、 功率开关 Q142、 功率开关 Q156、 耦合电感 Sl、 耦合电感 Pl、 功 率开关 Q157、 功率开关 Q140和电容 C85形成回路， 耦合电感 S1处的电 动势与电容 C84的正极相等，为 +1V,耦合电感 P1处的电动势与电容 C85 的负极相等， 为 -IV, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e的电动势为 - ( +1- ( -1 ) ) ÷2=-lV, 因此变压器 TX1 的 2个耦合电感 P1和 S1之间的连接处 e输出 -IV电平。 当导通第二 I型三电平逆变单元的功率开关 Q142、 功率开关 Q156 和第一 I型三电平逆变单元的功率开关 Q158、 二极管 D243 , 同时关断 2 个所述 I 型三电平逆变单元中其他二极管和功率开关时， 电流经过电容 C84、 功率开关 Q142、 功率开关 Q156、 耦合电感 S l、 耦合电感 Pl、 功 率开关 Q158、 二极管 D243接地形成回路， 耦合电感 S 1处的电动势与电 容 C84的正极相等， 为 + 1V, 耦合电感 P1处的电动势与地相等， 为 0V, 因此位于 2个所述耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e的电动势为 - ( +1-0 ) ÷ 2=- v, 因此变压器 TX1 的输出端输出 电平。 由于每个三电平逆 变单元可以实现 3个电平，因此 2个耦合电感之间的连接处 e实现了输出 3><2-1=5个电平， 然后通过 LC滤波器的滤波， 最终得到正弦波， 加载在负 载 R9上。 在实际应用中， 所述滤波器可以为 LC滤波器， 如图 6所示， 所述滤 波器 50具体包括： 电感 L42和输出滤波电容 C83 , 所述电感 L42的一端 与所述变压器的 2个耦合电感 P1和 S 1之间的连接处 e连接， 所述电感 L42 的另一端与输出滤波电容 C83 的一端串联， 所述输出滤波电容 C83 另一端接地。 同时， 在输出滤波电容 C83两端添加负载 R9。 需要说明的是， 上述多电平逆变器只是举例说明， 在实际应用中， 所述多电平逆变器的 2个 N电平逆变单元中的每个 N电平逆变单元均为 一个通常的逆变器， 可以根据具体情况釆用具体的拓朴结构， 其逆变方法 可以参考上述实施例， 本发明对此不再赘述。 特别的， 本发明实施例对 PWM的个数不做限制， 只要保证加载在第一 N电平逆变单元的脉冲宽度 调制波和加载在第二 N电平逆变单元的脉冲宽度调制波错开 180度相位 即可。
本发明实施例提供一种供电系统， 包括直流电源、 负载以及本发明 任意实施例提供的多电平逆变器，所述多电平逆变器将所述直流电源产生 的直流电转变为交流电， 以为所述负载提供交流电。 其中， 所述多电平逆变器， 包括：
2个 N电平逆变单元， 所述 N电平逆变单元用于将直流电转化为交 流电， 2个所述 N电平逆变单元的脉冲宽度调制波错开 180度相位以使 2 个所述 N 电平逆变单元产生的交流电的输出波形错开半个周期， 所述 N 为大于或等于 3的整数； 直流电源模块， 用于产生直流电， 所述直流电源模块的输出端分别 与 2个所述 N电平逆变单元的输入端相连， 用于为 2个所述 N电平逆变 单元供电； 变压器， 所述变压器包括原边和副边， 其中所述原边的电感和副边 的电感相互耦合且所述原边的电感一端和副边的电感的一端分别与 2 个 所述 N电平逆变单元的输出端连接， 以将 2个所述 N电平逆变单元反相 耦合， 所述原边的电感和副边的电感的另一端相互连接，从而在所述电感 的连接处输出 W个电平， 所述 W=2N-1 ; 滤波器， 所述滤波器一端与所述变压器的 2 个耦合电感之间的连接 处连接， 另一端接地， 用于滤除所述变压器的 2个耦合电感之间连接处的 电压纹波。 所属领域的技术人员可以清楚地了解到， 为描述的方便和简洁， 上 述描述的系统中涉及的具体步骤，可以参考前述多电平逆变器装置实施例 中的对应过程， 在此不再赘述。 在本申请所提供的几个实施例中， 应该理解到， 所揭露的系统， 装 置和方法， 可以通过其它的方式实现。 例如， 以上所描述的装置实施例仅 仅是示意性的， 例如， 所述单元的划分， 仅仅为一种逻辑功能划分， 实际 实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集 成到另一个系统， 或一些特征可以忽略， 或不执行。 另一点， 所显示或讨 论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或 单元的间接耦合或通信连接， 可以是电性， 机械或其它的形式。 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开 的， 作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元， 即可以位于一 个地方， 或者也可以分布到多个网络单元上。 可以根据实际的需要选择其 中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。 另外， 在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单 元中， 也可以是各个单元单独物理包括， 也可以两个或两个以上单元集成 在一个单元中。 上述集成的单元既可以釆用硬件的形式实现， 也可以釆用 硬件加软件功能单元的形式实现。 本领域普通技术人员可以理解： 实现上述方法实施例的全部或部分 步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算 机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤； 而前述的存储介质包括： ROM、 RAM, 磁碟或者光盘等各种可以存储程 序代码的介质。 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不 局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发 明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种多电平逆变器， 其特征在于， 包括：
2个 N 电平逆变单元， 所述 N 电平逆变单元用于将直流电转化 为交流电， 2个所述 N电平逆变单元的脉冲宽度调制波错开 180度相 位以使 2个所述 N电平逆变单元产生的交流电的输出波形错开半个周 期， 所述 N为大于或等于 3的整数；
直流电源模块， 用于产生直流电， 所述直流电源模块的输出端分 别与 2个所述 N 电平逆变单元的输入端相连， 用于为 2个所述 N电 平逆变单元供电；
变压器， 所述变压器包括原边和副边， 其中所述原边的电感和副 边的电感相互耦合且所述原边的电感一端和副边的电感的一端分别 与 2个所述 N电平逆变单元的输出端连接， 以将 2个所述 N电平逆 变单元反相耦合， 所述原边的电感和副边的电感的另一端相互连接， 从而在所述原边的电感和副边的电感之间的连接处输出 W 个电平， 所述 W=2N- 1 ;
滤波器，所述滤波器一端与所述变压器的 2个耦合电感之间的连 接处连接， 另一端接地， 用于滤除所述变压器的 2个耦合电感之间的 连接处的电压纹波。
2、 根据权利要求 1所述的多电平逆变器， 其特征在于，
2个所述 N电平逆变单元包括第一 N电平逆变单元和第二 N电 平逆变单元；
所述第一 N 电平逆变单元、 第二 N 电平逆变单元、 直流电源模 块以及变压器形成回路时， 在所述原边的电感和副边的电感之间的连 接处输出所述 W个电平。
3、 根据权利要求 2所述的多电平逆变器， 其特征在于， 所述开 关器件为二极管或功率开关。
4、 根据权利要求 1 或 2 所述的多电平逆变器， 其特征在于， 2 个所述 N电平逆变单元的结构相同。
5、 根据权利要求 1或 2所述的多电平逆变器， 其特征在于， 所述 N电平逆变单元为 T型五电平拓朴电路。
6、 根据权利要求 1或 2所述的多电平逆变器， 其特征在于， 所述 N电平逆变单元为 I型五电平拓朴电路。
7、 根据权利要求 1或 2所述的多电平逆变器， 其特征在于， 所述 N电平逆变单元为 T型三电平拓朴电路。
8、 根据权利要求 1或 2所述的多电平逆变器， 其特征在于， 所述 N电平逆变单元为 I型三电平拓朴电路。
9、 根据权利要求 1 至 3任一项权利要求所述的多电平逆变器， 其特征在于，
所述滤波器包括： 滤波器电感和输出滤波电容， 所述滤波器电感 的一端与所述变压器的原边的电感和副边的电感之间的连接处连接， 所述滤波器电感的另一端与所述输出滤波电容的一端串联， 所述输出 滤波电容另一端接地。
10、 一种供电系统， 其特征在于， 包括直流电源、 负载以及如权 利要求 1至 3任一项所述的多电平逆变器， 所述多电平逆变器将所述 直流电源产生的直流电转变为交流电， 以为所述负载提供交流电。
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