一种单相五电平逆变器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102843056 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 0 5 6 A *CN102843056A* (21)申请号 201210330240.9 (22)申请日 2012.09.07 H02M 7/483(2007.01) (71)申请人阳光电源股份有限公司 地址 230088 安徽省合肥市高新区天湖路2 号 (72)发明人胡兵 薛丽英 陆鑫 申谭 张彦虎 (74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人王宝筠 (54) 发明名称 一种单相五电平逆变器 (57) 摘要 本发明提供一种单相五电平逆变器，包。

2、括：第 一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、 第五开关管、第六开关管、第一二极管、第二二极 管、第三二极管和第四二极管；该逆变器结构简 单，器件少，成本低，并且高频开关管所承受的电 压应力比现有技术中小，高频开关管承受的电压 是直流电源电压的一半，这样高频开关管的选择 范围较大，成本较低，同时也降低了开关损耗，提 高了效率。由于高频开关管的电压应力为直流电 源电压的一半，当输入电压较高时，高频开关管也 可以承受。因此，该逆变器可以适用于电压较高的 场合。并且，该五电平逆变器在不同的工作模态只 有一个开关管作为高频开关导通，因此，开关损耗 和磁性元件损耗小，效率高。 (51)Int.C。

3、l. 权利要求书3页 说明书8页 附图8页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 8 页 1/3页 2 1.一种单相五电平逆变器，其特征在于，包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、 第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极 管； 第一开关管的第一端连接直流电源的正端，第二端连接第二节点； 第二开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接直流电源的负端； 第三开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接第三二极管的阴极，第三二极管 的阳极连接第一节点；所述第一节点的电压为直流电源的电压的1/2。

4、； 第四开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接第四二极管的阳极，第四二极管 的阴极连接所述第一节点； 第五开关管的第一端连接直流电源的正端，第二端连接第三节点； 第六开关管的第一端连接第四节点，第二端连接直流电源的负端； 第二二极管的阴极连接直流电源的正端，第二二极管的阳极连接第四节点； 第一二极管的阴极连接第三节点，第一二极管的阳极连接直流电源的负端； 第三节点和第二节点是该逆变器的正电压输出端； 第四节点和第二节点是该逆变器的负电压输出端。 2.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述开关管为cool MOS管 或者IGBT管。 3.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，。

5、其特征在于，所述二极管为碳化硅二极 管或者快恢复二极管。 4.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管、第二开关 管、第三开关管和第四开关管均为高频开关管；所述第五开关管和第六开关管的开关频率 与电网电压的频率相同。 5.根据权利要求4所述的单相五电平逆变器，其特征在于，还包括第一电感、第二电感 和电容； 第一电感的一端连接第三节点，另一端通过电容连接第二节点； 第二电感的一端连接第四节点，另一端通过电容连接第二节点； 电容并联在交流负载的两端。 6.根据权利要求4所述的单相五电平逆变器，其特征在于，还包括第一电感、第二电 感、隔离变压器和电容； 第一电感的一端连接第三。

6、节点，另一端通过隔离变压器的初级绕组连接第二节点； 第二电感的一端连接第四节点，另一端通过隔离变压器的初级绕组连接第二节点； 电容并联在隔离变压器的次级绕组的两端，同时，电容并联在交流负载的两端。 7.根据权利要求5或6所述的单相五电平逆变器，其特征在于，电网电压的正半周，该 五电平逆变器共有三种有功工作模态，分别为： 第一模态：第二开关管和第五开关管均导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第五 开关管-第一电感-第二开关管-第五开关管； 第二模态：第四开关管和第五开关管均导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第五 开关管-第一电感-第四开关管-第四二极管-第五开关管； 第三模态：第一开关管和。

7、第五开关管均导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第五 权 利 要 求 书CN 102843056 A 2/3页 3 开关管-第一电感-第一开关管-第五开关管； 电网电压的负半周，该五电平逆变器共有三种有功工作模态，分别为： 第七模态：第一开关管和第六开关管均导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一 开关管-第二电感-第六开关管-第二电容-第一电容-第一开关管； 第八模态：第三开关管和第六开关管均导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第 三二极管-第三开关管-第二电感-第六开关管-第三二极管； 第九模态：第二开关管和第六开关管均导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第二 开关管-第二电感-第。

8、六开关管-第二开关管。 8.根据权利要求5或6所述的单相五电平逆变器，其特征在于，电网电压的正半周，该 五电平逆变器共有三种无功工作模态，分别为： 第四模态：第一开关管导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管-第一开 关管-第二电感-第二二极管； 第五模态：第三开关管导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管-第一电 容-第三二极管-第三开关管-第二电感-第二二极管； 第六模态：第二开关管导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管-第一电 容-第二电容-第二开关管-第二电感-第二二极管； 电网电压的负半周，该五电平逆变器共有三种无功工作模态，分别为： 第十模态：第二开关管导。

9、通，其余开关管均截止，电流的路径为：第二开关管-第一二 极管-第一电感-第二开关管； 第十一模态：第四开关管导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一二极管-第一 电感-第四开关管-第四二极管-第一二极管； 第十二模态：第一开关管导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一二极管-第一 电感-第一开关管-第一电容-第二电容-第一二极管。 9.根据权利要求1所述的单相五电平逆变器，其特征在于，所述第一开关管、第二开关 管、第三开关管和第四开关管的开关频率与电网电压的频率相同；所述第五开关管和第六 开关管均为高频开关管；所述逆变器还包括第一电感、第二电感和电容； 第一电感的一端连接第三节点，另一端通。

10、过电容连接第二节点； 第二电感的一端连接第四节点，另一端通过电容连接第二节点，电容并联在交流负载 的两端。 10.根据权利要求1-6任一项所述的单相五电平逆变器，其特征在于， 该五电平逆变器六个开关管在电网电压一个周期内的有功工作模态时的时序分别 为： 所述第一开关管在电网电压正半周的导通时序由正弦调制波和第二三角波进行比较 产生，所述正弦调制波小于第二三角波时第一开关管导通，反之截止；所述第一开关管在电 网电压负半周的导通时序由所述正弦调制波和第一三角波比较产生，所述正弦调制波的反 向波大于第一三角波时第一开关管导通，反之截止； 所述第一三角波、第二三角波具有相同的频率和相同的幅值，且所述第。

11、一三角波的波 谷等于第二三角波的波峰；第二三角波的波谷为零； 所述第二开关管的导通时序由所述正弦调制波和第二三角波进行比较产生，所述正弦 权 利 要 求 书CN 102843056 A 3/3页 4 调制波的反向波大于所述第二三角波时第二开关管导通，反之截止； 所述第三开关管的导通时序由所述正弦调制波与第二三角波比较产生，所述正弦调制 波大于所述第二三角波时所述第三开关管导通，反之截止； 所述第四开关管的导通时序由所述正弦调制波与第一三角波比较产生，所述正弦调制 波大于所述第一三角波时所述第四开关管导通，反之截止； 所述第五开关管在所述正弦调制波的正半周导通，负半周截止； 所述第六开关管在所述。

12、正弦调制波的正半周截止，负半周导通。 权 利 要 求 书CN 102843056 A 1/8页 5 一种单相五电平逆变器 技术领域 0001 本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单相五电平逆变器。 背景技术 0002 目前太阳能发电仍然存在成本过高，效率偏低的缺陷，故研究高效率的并网逆变 器拓扑，对于提高太阳能并网发电效率，降低发电成本有重要的意义。 0003 针对传统全桥拓扑效率较低的问题，业内提出了多种技术方案，如中国发明专利 CN1967998和CN1967997分别提出了一种三电平双降压式全桥逆变器和一种五电平双降压 式全桥逆变器，基本思想均是由独立二极管实现续流，从而使得开关管可。

13、以选择导通压降 更低的MOSFET，提高逆变器的效率。但是CN1967997提出的五电平双降压式全桥逆变器相 对于三电平双降式全桥逆变器并没有降低开关管的开关损耗及磁元件损耗。 0004 综上所述，如何降低开关管的损耗，提高逆变器的工作效率成为本领域技术人员 需要解决的技术问题。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题是提供一种单相五电平逆变器，能够降低开关管的损 耗，提高逆变器的工作效率。 0006 本发明提供一种单相五电平逆变器，包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、 第四开关管、第五开关管、第六开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极 管； 0007 第一开关管的第一。

14、端连接直流电源的正端，第二端连接第二节点； 0008 第二开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接直流电源的负端； 0009 第三开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接第三二极管的阴极，第三二 极管的阳极连接第一节点；所述第一节点的电压为直流电源的电压的1/2； 0010 第四开关管的第一端连接所述第二节点，第二端连接第四二极管的阳极，第四二 极管的阴极连接所述第一节点； 0011 第五开关管的第一端连接直流电源的正端，第二端连接第三节点； 0012 第六开关管的第一端连接第四节点，第二端连接直流电源的负端； 0013 第二二极管的阴极连接直流电源的正端，第二二极管的阳极连接第四节点； 。

15、0014 第一二极管的阴极连接第三节点，第一二极管的阳极连接直流电源的负端； 0015 第三节点和第二节点是该逆变器的正电压输出端； 0016 第四节点和第二节点是该逆变器的负电压输出端。 0017 优选地，所述开关管为cool MOS管或者IGBT管。 0018 优选地，所述二极管为碳化硅二极管或者快恢复二极管。 0019 优选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为高频开关 管；所述第五开关管和第六开关管的开关频率与电网电压的频率相同。 说 明 书CN 102843056 A 2/8页 6 0020 优选地，还包括第一电感、第二电感和电容； 0021 第一电感的一端连接第。

16、三节点，另一端通过电容连接第二节点； 0022 第二电感的一端连接第四节点，另一端通过电容连接第二节点； 0023 电容并联在交流负载的两端。 0024 优选地，还包括第一电感、第二电感、隔离变压器和电容； 0025 第一电感的一端连接第三节点，另一端通过隔离变压器的初级绕组连接第二节 点； 0026 第二电感的一端连接第四节点，另一端通过隔离变压器的初级绕组连接第二节 点； 0027 电容并联在隔离变压器的次级绕组的两端，同时，电容并联在交流负载的两端。 0028 优选地，电网电压的正半周，该五电平逆变器共有三种有功工作模态，分别为： 0029 第一模态：第二开关管和第五开关管均导通，其余开。

17、关管均截止；电流的路径为： 第五开关管-第一电感-第二开关管-第五开关管； 0030 第二模态：第四开关管和第五开关管均导通，其余开关管均截止；电流的路径为： 第五开关管-第一电感-第四开关管-第四二极管-第五开关管； 0031 第三模态：第一开关管和第五开关管均导通，其余开关管均截止；电流的路径为： 第五开关管-第一电感-第一开关管-第五开关管； 0032 电网电压的负半周，该五电平逆变器共有三种有功工作模态，分别为： 0033 第七模态：第一开关管和第六开关管均导通，其余开关管均截止，电流的路径为： 第一开关管-第二电感-第六开关管-第二电容-第一电容-第一开关管； 0034 第八模态：第。

18、三开关管和第六开关管均导通，其余开关管均截止，电流的路径为： 第三二极管-第三开关管-第二电感-第六开关管-第三二极管； 0035 第九模态：第二开关管和第六开关管均导通，其余开关管均截止，电流的路径为： 第二开关管-第二电感-第六开关管-第二开关管。 0036 优选地，电网电压的正半周，该五电平逆变器共有三种无功工作模态，分别为： 0037 第四模态：第一开关管导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管-第 一开关管-第二电感-第二二极管； 0038 第五模态：第三开关管导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管-第 一电容-第三二极管-第三开关管-第二电感-第二二极管； 003。

19、9 第六模态：第二开关管导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管-第 一电容-第二电容-第二开关管-第二电感-第二二极管； 0040 电网电压的负半周，该五电平逆变器共有三种无功工作模态，分别为： 0041 第十模态：第二开关管导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第二开关管-第 一二极管-第一电感-第二开关管； 0042 第十一模态：第四开关管导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一二极 管-第一电感-第四开关管-第四二极管-第一二极管； 0043 第十二模态：第一开关管导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一二极 管-第一电感-第一开关管-第一电容-第二电容-第一二极管。 00。

20、44 优选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的开关频率与电 说 明 书CN 102843056 A 3/8页 7 网电压的频率相同；所述第五开关管和第六开关管均为高频开关管；所述逆变器还包括第 一电感、第二电感和电容； 0045 第一电感的一端连接第三节点，另一端通过电容连接第二节点； 0046 第二电感的一端连接第四节点，另一端通过电容连接第二节点，电容并联在交流 负载的两端。 0047 优选地，该五电平逆变器六个开关管在电网电压一个周期内的有功工作模态时的 时序分别为： 0048 所述第一开关管在电网电压正半周的导通时序由正弦调制波和第二三角波进行 比较产生，所述正弦调。

21、制波小于第二三角波时第一开关管导通，反之截止；所述第一开关管 在电网电压负半周的导通时序由所述正弦调制波和第一三角波比较产生，所述正弦调制波 的反向波大于第一三角波时第一开关管导通，反之截止； 0049 所述第一三角波、第二三角波具有相同的频率和相同的幅值，且所述第一三角波 的波谷等于第二三角波的波峰；第二三角波的波谷为零； 0050 所述第二开关管的导通时序由所述正弦调制波和第二三角波进行比较产生，所述 正弦调制波的反向波大于所述第二三角波时第二开关管导通，反之截止； 0051 所述第三开关管的导通时序由所述正弦调制波与第二三角波比较产生，所述正弦 调制波大于所述第二三角波时所述第三开关管导。

22、通，反之截止； 0052 所述第四开关管的导通时序由所述正弦调制波与第一三角波比较产生，所述正弦 调制波大于所述第一三角波时所述第四开关管导通，反之截止； 0053 所述第五开关管在所述正弦调制波的正半周导通，负半周截止； 0054 所述第六开关管在所述正弦调制波的正半周截止，负半周导通。 0055 与现有技术相比，本发明具有以下优点： 0056 本发明提供的单相五电平逆变器结构简单，器件少，成本低，并且高频开关管所承 受的电压应力比现有技术中小，高频开关管承受的电压是直流电源电压的一半，这样高频 开关管的选择范围较大，成本较低，同时也降低了开关损耗，提高了效率。由于高频开关管 的电压应力为直。

23、流电源电压的一半，当输入电压较高时，高频开关管也可以承受。因此，该 逆变器可以适用于电压较高的场合。并且，该五电平逆变器在不同的工作模态只有一个开 关管作为高频开关导通，因此，开关损耗和磁性元件损耗小，效率高。 附图说明 0057 图1是本发明提供的单相五电平逆变器实施例一电路图； 0058 图2是本发明提供的单相五电平逆变器实施例二电路图； 0059 图3a是本发明图1对应的第一种有功工作模态示意图； 0060 图3b是本发明图1对应的第二种有功工作模态示意图； 0061 图3c是本发明图1对应的第三种有功工作模态示意图； 0062 图3d是本发明图1对应的第四种有功工作模态示意图； 006。

24、3 图3e是本发明图1对应的第五种有功工作模态示意图； 0064 图3f是本发明图1对应的第六种有功工作模态示意图； 0065 图4a是本发明图1对应的第一种无功工作模态示意图； 说 明 书CN 102843056 A 4/8页 8 0066 图4b是本发明图1对应的第二种无功工作模态示意图； 0067 图4c是本发明图1对应的第三种无功工作模态示意图； 0068 图4d是本发明图1对应的第四种无功工作模态示意图； 0069 图4e是本发明图1对应的第五种无功工作模态示意图； 0070 图4f是本发明图1对应的第六种无功工作模态示意图； 0071 图5是本发明提供的单相五电平逆变器实施例三电路。

25、图； 0072 图6是图1对应的时序图。 具体实施方式 0073 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式做详细的说明。 0074 参见图1，该图为本发明提供的单相五电平逆变器实施例一电路图。 0075 本实施例提供的单相五电平逆变器，包括：第一开关管QH1、第二开关管QH2、第三 开关管QH3、第四开关管QH4、第五开关管QL1、第六开关管QL2、第一二极管D1、第二二极管 D2、第三二极管D3和第四二极管D4； 0076 第一开关管QH1的第一端连接直流电源DC的正端，第二端连接第二节点N； 0077 第二开关管QH2的第一端连接所述第二节点N。

26、，第二端连接直流电源DC的负端； 0078 第三开关管QH3的第一端连接所述第二节点N，第二端连接第三二极管D3的阴 极，第三二极管D3的阳极连接第一节点O；所述第一节点O的电压为直流电源DC的电压的 1/2； 0079 第四开关管QH4的第一端连接所述第二节点N，第二端连接第四二极管D4的阳极， 第四二极管D4的阴极连接所述第一节点O； 0080 第五开关管QL1的第一端连接直流电源DC的正端，第二端连接第三节点A； 0081 第六开关管QL2的第一端连接第四节点B，第二端连接直流电源DC的负端； 0082 第二二极管D2的阴极连接直流电源DC的正端，第二二极管D2的阳极连接第四节 点B； 。

27、0083 第一二极管D1的阴极连接第三节点A，第一二极管D1的阳极连接直流电源DC的 负端。 0084 第三节点A和第二节点N是该逆变器的正电压输出端； 0085 第四节点B和第二节点N是该逆变器的负电压输出端。 0086 与现有技术的五电平逆变器相比，本发明实施例提供的单相五电平逆变器结构简 单，器件较少，因此，成本也较低。 0087 进一步的，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为高频开关 管；所述第五开关管和第六开关管的开关频率与电网电压的频率相同。 0088 本发明实施例提供的单相五电平逆变器中高频开关管所承受的电压应力比现有 技术中小，高频开关管承受的电压是直流电源电。

28、压的一半，这样开关管的选择范围较大，成 本较低，同时也降低了开关损耗，提高了效率。由于高频开关管的电压应力为直流电源电压 的一半，当输入电压较高时，开关管也可以承受。因此，该逆变器可以适用于电压较高的场 合。 说 明 书CN 102843056 A 5/8页 9 0089 进一步的，所述开关管为cool MOS管或者IGBT管。 0090 进一步的，所述二极管为碳化硅二极管或者快恢复二极管。 0091 需要说明的是，第一电容C1和第二电容C2的容值相同，因此C1和C2上的电压相 等，均等于直流电源DC的1/2电压。 0092 本实施例提供的单相五电平逆变器，还包括可以第一电感L1、第二电感L2。

29、和电容 C o ； 0093 第一电感L1的一端连接第三节点A，另一端通过电容C o 连接第二节点N； 0094 第二电感L2的一端连接第四节点B，另一端通过电容C o 连接第二节点N，电容C o 并联在交流负载（图中为电网u g ）的两端。 0095 需要说明的是，图1所示的是一种实现方式，本发明实施例还提供了另一种实现 方式，参见图2，该图为本发明提供的单相五电平逆变器实施例二电路图。 0096 该实施例提供的逆变器与实施例一的区别是增加了隔离变压器T，增加了隔离变 压器T以后的电路结构为： 0097 第一电感L1的一端连接第三节点A，另一端通过隔离变压器T的初级绕组连接第 二节点N； 0。

30、098 第二电感L2的一端连接第四节点B，另一端通过隔离变压器T的初级绕组连接第 二节点N； 0099 电容C o 并联在隔离变压器T的次级绕组的两端，同时，电容C o 并联在交流负载（图 中为电网u g ）的两端。 0100 需要说明的是，本发明实施例提供的逆变器，不但可以有功情况下使用，也可以无 功情况下使用，下面结合附图对各种工作状态分别进行介绍。 0101 电网电压的正半周，该五电平逆变器共有三种有功工作模态，分别为：第一模态、 第二模态和第三模态。下面结合附图分别进行介绍。 0102 需要说明的是，图1和图2对应的工作模态相同，下面仅以图1为例进行介绍。 0103 参见图3a，该图为。

31、图1对应的第一种有功工作模态示意图。 0104 第一模态：第二开关管QH2和第五开关管QL1均导通，其余开关管均截止；电流的 路径为：第五开关管QL1-第一电感L1-第二开关管QH2-第五开关管QL1。 0105 参见图3b，该图为图1对应的第二种有功工作模态示意图。 0106 第二模态：第四开关管QH4和第五开关管QL1均导通，其余开关管均截止；电流的 路径为：第五开关管QL1-第一电感L1-第四开关管QH4-第四二极管D2-第五开关管QL1。 0107 参见图3c，该图为图1对应的第三种有功工作模态示意图。 0108 第三模态：第一开关管QH1和第五开关管QL1均导通，其余开关管均截止；电。

32、流的 路径为：第五开关管QL1-第一电感L1-第一开关管QH1-第五开关管QL1。 0109 电网电压的负半周，该五电平逆变器共有三种有功工作模态，分别为：第七模态、 第八模态和第九模态。下面结合附图分别进行介绍。 0110 参见图3d，该图为图1对应的第四种有功工作模态示意图。 0111 第七模态：第一开关管QH1和第六开关管QL2均导通，其余开关管均截止，电流的 路径为：第一开关管QH1-第二电感L2-第六开关管QL2-第二电容C2-第一电容C1-第一 开关管QH1； 说 明 书CN 102843056 A 6/8页 10 0112 参见图3e，该图为图1对应的第五种有功工作模态示意图。 。

33、0113 第八模态：第三开关管QH3和第六开关管QL2均导通，其余开关管均截止，电流的 路径为：第三二极管D3-第三开关管QH3-第二电感L2-第六开关管QL2-第三二极管D3； 0114 参见图3f，该图为图1对应的第六种有功工作模态示意图。 0115 第九模态：第二开关管QH2和第六开关管QL2均导通，其余开关管均截止，电流的 路径为：第二开关管QH2-第二电感L2-第六开关管QL2-第二开关管QH2。 0116 电网电压的正半周，该五电平逆变器共有三种无功工作模态，分别为：第四模态、 第五模态和第六模态。 0117 参见图4a，该图为本发明图1对应的第一种无功工作模态示意图。 0118 。

34、第四模态：第一开关管QH1导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管 D2-第一开关管QH1-第二电感L2-第二二极管D2。 0119 参见图4b，该图为本发明图1对应的第二种无功工作模态示意图。 0120 第五模态：第三开关管QH3导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管 D2-第一电容C1-第三二极管D3-第三开关管QH3-第二电感L2-第二二极管D2。 0121 参见图4c，该图为本发明图1对应的第三种无功工作模态示意图。 0122 第六模态：第二开关管QH2导通，其余开关管均截止；电流的路径为：第二二极管 D2-第一电容C1-第二电容C2-第二开关管QH2-第二电感L2-。

35、第二二极管D2。 0123 电网电压的负半周，该五电平逆变器共有三种无功工作模态，分别为：第十模态、 第十一模态和第十二模态。 0124 参见图4d，该图为本发明图1对应的第四种无功工作模态示意图。 0125 第十模态：第二开关管QH2导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第二开关管 QH2-第一二极管D1-第一电感L1-第二开关管QH2。 0126 参见图4e，该图为本发明图1对应的第五种无功工作模态示意图。 0127 第十一模态：第四开关管QH4导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一二极 管D1-第一电感L1-第四开关管QH4-第四二极管D4-第一二极管D1。 0128 参见图4f，该。

36、图为本发明图1对应的第六种无功工作模态示意图。 0129 第十二模态：第一开关管QH1导通，其余开关管均截止，电流的路径为：第一二极 管D1-第一电感L1-第一开关管QH1-第一电容C1-第二电容C2-第一二极管D1。 0130 从以上各种工作模态中可以看出，电网电压正半周时，QL1导通，QL2截止；电网电 压负半周时，QL2导通，QL1截止。因此，QL1和QL2是工频开关管。 0131 从以上各种工作模态中可以看出，无论哪种工作模态，本发明实施例提供的五电 平逆变器中的高频开关管仅承受一半的母线电压，需要说明的是，此处的母线电压便是直 流电源两端的电压。如图3a所示，该种工作模态中有一个高频。

37、开关管导通，即QH2，此时导 通回路中的电压是C1和C2上的电压之和，C1和C2上的电压之和是直流电源两端的电压， 即QH1和QH2分别承受一半的母线电压。如图3b所示，该种工作模态中只有一个高频开关 管导通，即QH2，此时导通回路中的电压是C2上的电压，C2上的电压是直流电源两端的电压 的一半，即QH2仅承受一半的母线电压。 0132 同理，其他工作模态与图3a和图3b的工作模态类似，高频开关管仅承受母线电压 的一半。 说 明 书CN 102843056 A 10 7/8页 11 0133 并且，该五电平逆变器在不同的工作模态只有一个开关管作为高频开关导通，开 关损耗和磁性元件损耗小，效率高。

38、。 0134 需要说明的是，本发明还提供了另外一种实施例，实施例一中的六个开关管中有 四个高频开关管，两个工频开关管（即与电网电压的频率相同）；而下面提供的实施例中有 四个工频开关管，两个高频开关管。 0135 参见图5，该图为本发明提供的单相五电平逆变器实施例三电路图。 0136 如图5所示，本实施例与实施例一（图1）的区别是：所述第一开关管QL1、第二开 关管QL2、第三开关管QL3和第四开关管QL4的开关频率与电网电压的频率相同；所述第五 开关管QH1和第六开关管QH2均为高频开关管。 0137 需要说明的是，图5所示的实施例也可以像图2提供的实施例那样，L1和L2的一 端通过隔离变压器。

39、连接N。 0138 参见图6，该图为本发明中图1提供的实施例对应的时序图。 0139 该五电平逆变器六个开关管在电网电压一个周期内的有功工作模态时的时序分 别为： 0140 所述第一开关管QH1在电网电压正半周的导通时序由正弦调制波Z和第二三角波 B进行比较产生，所述正弦调制波Z小于第二三角波B时第一开关管QH1导通，反之截止； 所述第一开关管QH1在电网电压负半周的导通时序由所述正弦调制波Z和第一三角波A比 较产生，所述正弦调制波Z的反向波大于第一三角波A时第一开关管QH1导通，反之截止； 0141 所述第一三角波A、第二三角波B具有相同的频率和相同的幅值，且所述第一三角 波A的波谷等于第二。

40、三角波B的波峰； 0142 所述第二开关管QH2的导通时序由所述正弦调制波Z和第二三角波B进行比较产 生，所述正弦调制波Z的反向波大于所述第二三角波B时第二开关管QH2导通，反之截止； 0143 所述第三开关管QH3的导通时序由所述正弦调制波Z与第二三角波B比较产生， 所述正弦调制波Z大于所述第二三角波B时所述第三开关管QH3导通，反之截止； 0144 所述第四开关管QH4的导通时序由所述正弦调制波Z与第一三角波A比较产生， 所述正弦调制波Z大于所述第一三角波A时所述第四开关管QH4导通，反之截止； 0145 所述第五开关管QL1在所述正弦调制波Z的正半周导通，负半周截止； 0146 所述第六。

41、开关管QL2在所述正弦调制波Z的正半周截止，负半周导通。 0147 图6中的V AN 是图1中的第三节点A和第二节点N之间的电压（A点对N点的电 压），即逆变器输出的正电压，V BN 是图1中第四节点B和第二节点N之间的电压（B点对N 点的电压），即逆变器输出的负电压。并且，从图6中可以看出，在t0-t1时间段内，在电平 0和1跳变;在t1-t2时间段内，在电平1和2跳变。在t2-t3时间段内，在电平0和1跳 变，在t3-t4时间段内，在电平0和-1跳变;在t4-t5时间段内，在电平-1和-2跳变;在 t5-t6时间段内，在电平-1和0跳变。 0148 需要说明的是，本发明实施例中仅给出了图1。

42、所示的逆变器中的有功工作模态时 的导通时序。 0149 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 说 明 书CN 102843056 A 11 8/8页 12 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 说 明 书CN 102843056 。

43、A 12 1/8页 13 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102843056 A 13 2/8页 14 图3a 图3b 说 明 书 附 图CN 102843056 A 14 3/8页 15 图3c 图3d 图3e 说 明 书 附 图CN 102843056 A 15 4/8页 16 图3f 图4a 说 明 书 附 图CN 102843056 A 16 5/8页 17 图4b 图4c 说 明 书 附 图CN 102843056 A 17 6/8页 18 图4d 图4e 说 明 书 附 图CN 102843056 A 18 7/8页 19 图4f 图5 说 明 书 附 图CN 102843056 A 19 8/8页 20 图6 说 明 书 附 图CN 102843056 A 20 。