本发明是有关于一种多电平变换装置，且特别是有关于一种五电平变换装置。
背景技术：
：在大功率应用场合，相比于低压系统，中、高压系统的电流等级更低，具有更高的效率和更好的经济性。因而中、高压系统是大功率变换领域的最佳选择。对于中、高压系统，现有的功率器件耐压等级以及较大的电压跳变幅度，是其两个主要问题，因而多电平技术在此受到更多的关注和应用。技术实现要素：本发明提出一种结构简单的五电平变换装置的拓扑结构，具有非常好的应用价值。本发明所提出的五电平变换装置包括交流端、母线电容模块、第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第一飞跨电容单元与第二飞跨电容单元。母线电容模块具有一正极端、一负极端与一中点。第一开关模块的两端分别连接母线电容模块的中点与交流端，其中第一开关模块包括多个双向开关电路彼此级联，每一双向开关电路包括两个第一开关单元反向串联连接。第二开关模块的两端分别连接母线电容模块的正极性端正极端与交流端，其中第二开关模块包括多个第二开关单元彼此串联。第三开关模块的两端分别连接母线电容模块的负极端与交流端，其中第三开关模块包括多个第三开关单元彼此串联。第一飞跨电容单元跨接在第一开关模块与第二开关模块之间，第二飞跨电容单元跨接在第一开关模块与第三开关模块之间，其中第一飞跨电容单元和第二飞跨电容单元分别与第一开关模块中第一开关单元之间的不同连接点相连接。于一实施例中，多个双向开关电路为一第一双向开关电路与一第二双向开关电路，第一双向开关电路连接中点，第二双向开关电路连接交流端，第一飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点，第二飞跨电容单元的一端连接第二双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点。于一实施例中，第二开关单元的数量为两个，第一飞跨电容单元的另一端连接两个第二开关单元之间的连接点，两个第二开关单元中的一者连接正极端，两个第二开关单元中的另一者连接交流端。于一实施例中，第三开关单元的数量为两个，第二飞跨电容单元的另一端连接两个第三开关单元之间的连接点，两个第三开关单元中的一者连接交流端，两个第三开关单元中的另一者连接负极端。于一实施例中，多个双向开关电路为一第一双向开关电路与一第二双向开关电路，第一双向开关电路连接中点，第二双向开关电路连接交流端，第一飞跨电容单元的一端连接第二双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点，第二飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点。于一实施例中，第二开关单元的数量为两个，第一飞跨电容单元的另一端连接两个第二开关单元之间的连接点，两个第二开关单元中的一者连接正极端，两个第二开关单元中的另一者连接交流端。于一实施例中，第三开关单元的数量为两个，第二飞跨电容单元的另一端连接两个第三开关单元之间的连接点，两个第三开关单元中的一者连接交流端，两个第三开关单元中的另一者连接负极端。于一实施例中，多个双向开关电路为一第一双向开关电路与一第二双向开关电路，第一双向开关电路连接中点，第二双向开关电路连接交流端，第一飞跨电容单元的一端连接第二双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点，第二飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路与第二双向开关电路之间的连接点。于一实施例中，第二开关单元的数量为两个，第一飞跨电容单元的另一端连接两个第二开关单元之间的连接点，两个第二开关单元中的一者连接正极端，两个第二开关单元中的另一者连接交流端。于一实施例中，第三开关单元的数量为两个，第二飞跨电容单元的另一端连接两个第三开关单元之间的连接点，两个第三开关单元中的一者连接交流端，两个第三开关单元中的另一者连接负极端。于一实施例中，多个双向开关电路为一第一双向开关电路与一第二双向开关电路，第一双向开关电路连接中点，第二双向开关电路连接交流端，第一飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点，第二飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路与第二双向开关电路之间的连接点。于一实施例中，第二开关单元的数量为两个，第一飞跨电容单元的另一端连接两个第二开关单元之间的连接点，两个第二开关单元中的一者连接正极端，两个第二开关单元中的另一者连接交流端。于一实施例中，第三开关单元的数量为两个，第二飞跨电容单元的另一端连接两个第三开关单元之间的连接点，两个第三开关单元中的一者连接交流端，两个第三开关单元中的另一者连接负极端。于一实施例中，多个双向开关电路为一第一双向开关电路与一第二双向开关电路，第一双向开关电路连接中点，第二双向开关电路连接交流端，第一飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路与第二双向开关电路之间的连接点，第二飞跨电容单元的一端连接第二双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点。于一实施例中，第二开关单元的数量为两个，第一飞跨电容单元的另一端连接两个第二开关单元之间的连接点，两个第二开关单元中的一者连接正极端，两个第二开关单元中的另一者连接交流端。于一实施例中，第三开关单元的数量为两个，第二飞跨电容单元的另一端连接两个第三开关单元之间的连接点，两个第三开关单元中的一者连接交流端，两个第三开关单元中的另一者连接负极端。于一实施例中，多个双向开关电路为一第一双向开关电路与一第二双向开关电路，第一双向开关电路连接中点，第二双向开关电路连接交流端，第一飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路与第二双向开关电路之间的连接点，第二飞跨电容单元的一端连接第一双向开关电路中两个第一开关单元之间的连接点。于一实施例中，第二开关单元的数量为两个，第一飞跨电容单元的另一端连接两个第二开关单元之间的连接点，两个第二开关单元中的一者连接正极端，两个第二开关单元中的另一者连接交流端。于一实施例中，第三开关单元的数量为两个，第二飞跨电容单元的另一端连接两个第三开关单元之间的连接点，两个第三开关单元中的一者连接交流端，两个第三开关单元中的另一者连接负极端。于一实施例中，每一第一开关单元包括至少一功率半导体开关，功率半导体开关为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管或集成门极换流晶闸管；；每一第二、第三开关单元包括至少一功率半导体开关，功率半导体开关为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或二极管。综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。本发明采用非对称式电路架构(两飞跨电容单元的连接方式不同)，在电路设计上更灵活、更有弹性。相比于三电平变换技术，五电平变换技术具有更好的电气性能。以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。附图说明为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：图1是依照本发明第一实施例的一种五电平变换装置的电路图；图2是依照本发明第二实施例的一种五电平整流器的电路图；图3是依照本发明第三实施例的一种五电平变换器的电路图；图4是依照本发明第四实施例的一种五电平整流器的电路图；图5是依照本发明第五实施例的一种五电平变换器的电路图；图6是依照本发明第六实施例的一种五电平整流器的电路图；图7是依照本发明第七实施例的一种五电平变换器的电路图；图8是依照本发明第八实施例的一种五电平整流器的电路图；图9是依照本发明第九实施例的一种五电平变换器的电路图；图10是依照本发明第十实施例的一种五电平整流器的电路图；图11是依照本发明第十一实施例的一种五电平变换器的电路图；图12是依照本发明第十二实施例的一种五电平整流器的电路图；以及图13是依照本发明各实施例的一种电平波形图。其中，附图标记说明如下：100、300、500、700、900、1100：五电平变换器200、400、600、800、1000、1200：五电平整流器110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110、1210：第一开关模块111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011、1111、1211：第一双向开关电路112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012、1112、1212：第二双向开关电路113～116、213～216、313～316、413～416、513～516、613～616、713～716、813～816、913～916、1013～1016、1113～1116、1213～1216：第一开关单元120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020、1120、1220：第二开关模块121、122、221、222、321、322、421、422、521、522、621、622、721、722、821、822、921、922、1021、1022、1121、1122、1221、1222：第二开关单元130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030、1130、1230：第三开关模块131、132、231、232、331、332、431、432、531、532、631、632、731、732、831、832、931、932、1031、1032、1131、1132、1231、1232：第三开关单元140、240、340、440、540、640、740、840、940、1040、1140、1240：母线电容模块141、241、341、441、541、641、741、841、941、1041、1141、1241：正极端142、242、342、442、542、642、742、842、942、1042、1142、1242：负极端143、243、343、443、543、643、743、843、943、1043、1143、1243：中点C1：第一飞跨电容单元C2：第二飞跨电容单元C3：第一母线电容单元C4：第二母线电容单元D1～D8：功率半导体开关S1～S12：功率半导体开关U：交流端具体实施方式为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的元件。另一方面，众所周知的元件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。本文中所使用的“约”、“大约”或“大致”是用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。于实施方式中若无特别说明，则代表以“约”、“大约”或“大致”所修饰的数值的误差范围一般是容许在百分之二十以内，较佳地是于百分之十以内，而更佳地则是于百分之五以内。本发明的技术态样是一种五电平变换装置，如图2、图4、图6、图8、图10、图12所示，五电平变换装置可以被具体实现成交流-直流变换器(rectifier，或者也称作整流器或者整流装置)，以将单相、三相或者多相的交流电压转换成直流电压。另外，如图1、图3、图5、图7、图9、图11所示，五电平变换装置可以被具体实现成直流-交流变换器(inverter，或者也称作逆变器或者逆变装置)，以将直流电压转换成单相、三相或者 多相的交流电压，从而可以用来驱动负载。或者，如图1、图3、图5、图7、图9、图11所示的五电平变换装置亦可用于交流-直流变换器。以下将搭配图1～12来说明本发明的具体实施方式。图1是依照本发明第一实施例的一种五电平变换器100的电路图(以单相为例)。如图1所示，五电平变换器100包括交流端U、第一开关模块110、第二开关模块120、第三开关模块130、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块140。于图1中，母线电容模块140具有正极端141、负极端142与中点143。第一开关模块110的两端分别连接母线电容模块140的中点143与交流端U，其中第一开关模块110包括第一双向开关电路111与第二双向开关电路112彼此级联，第一双向开关电路111包括两个第一开关单元113、115反向串联连接，第二双向开关电路112包括两个第一开关单元114、116反向串联连接。第二开关模块120的两端分别连接母线电容模块140的正极端141与交流端U，其中第二开关模块120包括多个第二开关单元121、122彼此串联。第三开关模块130的两端分别连接母线电容模块140的负极端142与交流端U，其中第三开关模块130包括多个第三开关单元131、132彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块110与第二开关模块120之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块110与第三开关模块130之间，其中第一开关模块110中第一开关单元113、115仅连接第一飞跨电容单元C1而未连接第二飞跨电容单元C2，第一开关单元114、116仅连接第二飞跨电容单元C2而未连接第一飞跨电容单元C1。于本实施例中，第一飞跨电容单元C1和第二飞跨电容单元C2分别包括一个电容，或者多个电容，其中当包括多个电容时，该些电容可以串联连接、并联连接或者串并联连接。第一双向开关电路111连接中点143，第二双向开关电路112连接交流端U，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路111中两个第一开关单元113、115之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的一端连接第二双向开关电路112中两个第一开关单元114、116之间的连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元113、116间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元121、122之间的连 接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元131、132之间的连接点。于图1中，各个第一开关单元114、116、113、115分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。功率半导体开关S9的发射极连接交流端U，功率半导体开关S9的集电极连接功率半导体开关S10的集电极，功率半导体开关S10的发射极连接功率半导体开关S11的发射极，功率半导体开关S11的集电极连接功率半导体开关S12的集电极，功率半导体开关S12的发射极连接中点143。功率半导体开关S9、S10、S11、S12中每一者均具有内接二极管，内接二极管与功率半导体开关本身反并联；举例而言，功率半导体开关S9的内接二极管的阳极连接功率半导体开关S9的发射极，功率半导体开关S9的内接二极管的阴极连接功率半导体开关S9的集电极。各个第一开关单元114、116、113、115中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。于其他实施例中，第一开关单元114、116、113、115分别包括至少一功率半导体开关，当各个第一开关单元包括的功率半导体开关数量为多个时，该些功率半导体开关之间可以串联连接，并联连接或者串并联连接等。第二开关单元121包括至少一功率半导体开关以连接正极端141，本实施例中以单一功率半导体开关S1为例进行说明，而第二开关单元122包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S2、S3、S4为例进行说明，其中功率半导体开关S1、S2、S3、S4的耐电压特性大致相同。具体而言，功率半导体开关S1的集电极连接正极端141，功率半导体开关S1的发射极连接功率半导体开关S2的集电极，功率半导体开关S2的发射极连接半导体开关S3的集电极，半导体开关S3的发射极连接半导体开关S4的集电极，半导体开关S4的发射极连接交流端U。功率半导体开关S1、S2、S3、S4中每一者均具有内接二极管，内接二极管与功率半导体开关本身反并联。第三开关单元131包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关S5为例进行说明，第三开关单元132包括至少一功率半导体开关以连接负极端142，本实施例中以三个串接的功率 半导体开关S6、S7、S8为例进行说明，其中功率半导体开关S5、S6、S7、S8的耐电压特性大致相同。具体而言，功率半导体开关S5的集电极连接交流端U，功率半导体开关S5的发射极连接功率半导体开关S6的集电极，功率半导体开关S6的发射极连接半导体开关S7的集电极，半导体开关S7的发射极连接半导体开关S8的集电极，半导体开关S8的发射极连接负极端142。功率半导体开关S5、S6、S7、S8中每一者均具有内接二极管，内接二极管与功率半导体开关本身反并联。应了解到，图1绘示的各个第二、第三开关单元121、122、131、132中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关S2、S3、S4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S2、S3、S4加总的耐电压特性大致相同；三个串接的功率半导体开关S6、S7、S8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S6、S7、S8加总的耐电压特性大致相同。举例来说，第二开关单元121以及第三开关单元131可以包含多个功率半导体开关，该些功率半导体开关串联连接。于图1中，举例而言，功率半导体开关S1～S12可为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块140包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端141，第一母线电容单元C3的另一端连接中点143；第二母线电容单元C4的一端连接中点143，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端142。在运作时，第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4可连接输入直流电源，并通过脉宽调制信号(PulseWithModulation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器100得以进行逆变的功能，由交流端U输出交流电。同样地，在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号(PulseWithModulation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器100得以进行整流的功能，由第一母线电容单元 C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号(PulseFrequencyModulation,PFM)或脉冲幅度调制信号(PulseAmplitudeModulation,PAM)等调制技术分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器100得以运作。为了对五电平变换器100的工作原理做更进一步描述，请参照下表一，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表一所示。另外，关于五电平变换器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表一﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7S1开通开通关断关断关断关断关断S2开通关断开通关断关断关断关断S3开通关断开通关断关断关断关断S4开通关断开通关断关断关断关断S5关断关断关断关断关断开通开通S6关断关断关断关断开通关断开通S7关断关断关断关断开通关断开通S8关断关断关断关断开通关断开通S9开通开通开通开通开通关断关断S10关断开通关断开通开通开通开通S11开通开通开通开通关断开通关断S12关断关断开通开通开通开通开通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表一示意了五电平变换器100的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平变换器100有很多种操作方式，表一仅示意性示出了其中一种。关于五电平变换器100的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图2是依照本发明第二实施例的一种五电平整流器200的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平整流器200与五电平变换器100类似，两者差异在于将图1的功率半导体开关S1～S8替换为图2的D1～D8(二极管)。如图2所示，五电平整流器200包括交流端U、第一开关模块210、第二开关模块220、第三开关模块230、第一飞跨电容单元C1、第 二飞跨电容单元C2与母线电容模块240。于图2中，母线电容模块240具有正极端241、负极端242与中点243。第一开关模块210的两端分别连接母线电容模块240的中点243与交流端U，其中第一开关模块210包括第一双向开关电路211与第二双向开关电路212彼此级联，第一双向开关电路211包括两个第一开关单元213、215反向串联连接，第二双向开关电路212包括两个第一开关单元214、216反向串联连接。第二开关模块220的两端分别连接母线电容模块240的正极端241与交流端U，其中第二开关模块220包括多个第二开关单元221、222彼此串联。第三开关模块230的两端分别连接母线电容模块240的负极端242与交流端U，其中第三开关模块230包括多个第三开关单元231、232彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块210与第二开关模块220之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块210与第三开关模块230之间，其中第一开关模块210中第一开关单元213、215仅连接第一飞跨电容单元C1而未连接第二飞跨电容单元C2，第一开关单元214、216仅连接第二飞跨电容单元C2而未连接第一飞跨电容单元C1。第一双向开关电路211连接中点243，第二双向开关电路212连接交流端U，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路211中两个第一开关单元213、215之间的一连接点，第二飞跨电容单元C2的一端连接第二双向开关电路212中两个第一开关单元214、216之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元213、216间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元221、222之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元231、232之间的连接点。于图2中，各个第一开关单元214、216、213、215分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元221包括至少一功率半导体开关以连接正极端241，本实施例中以单一功率半导体开关D1为例进行说明，而第二开关单元222包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D2、D3、D4为例进行说明，其中功率半导体开关D1、D2、D3、D4的耐电压特性大致相同；第三开关单元231包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一 功率半导体开关D5为例进行说明，第三开关单元232包括至少一功率半导体开关以连接负极端242，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D6、D7、D8为例进行说明，其中功率半导体开关D5、D6、D7、D8的耐电压特性大致相同。应了解到，图2绘示的各个第二、第三开关单元221、222、231、232中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关D2、D3、D4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D2、D3、D4加总的耐电压特性大致相同；三个串接的功率半导体开关D6、D7、D8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D6、D7、D8加总的耐电压特性大致相同。于图2中，功率半导体开关D1～D8为二极管，功率半导体开关S9～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关单元S9～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块240包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端241，第一母线电容单元C3的另一端连接中点243；第二母线电容单元C4的一端连接中点243，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端242。在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器200得以进行整流，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器200得以运作。为了对五电平整流器200的工作原理做更进一步描述，请参照下表二，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表二所示。另外，关于五电平整流器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表二﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7D1开通关断开通关断关断关断关断D2开通开通关断关断关断关断关断D3开通开通关断关断关断关断关断D4开通开通关断关断关断关断关断D5关断关断关断关断开通关断开通D6关断关断关断关断关断开通开通D7关断关断关断关断关断开通开通D8关断关断关断关断关断开通开通S9开通关断关断开通关断开通关断S10关断关断开通开通开通关断开通S11开通关断开通开通开通关断关断S12关断开通关断开通开通关断开通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表二示意了五电平整流器200的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平整流器200有很多种操作方式，表二仅示意性示出了其中一种。关于五电平整流器200的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图3是依照本发明第三实施例的一种五电平变换器300的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平变换器100与五电平变换器300类似，两者差异在于改变第一飞跨电容单元C1与第二飞跨电容单元C2的连接方式，以及功率半导体开关S9～S12的连接方式。如图3所示，五电平变换器300包括交流端U、第一开关模块310、第二开关模块320、第三开关模块330、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块340。于图3中，母线电容模块340具有正极端341、负极端342与中点343。第一开关模块310的两端分别连接母线电容模块340的中点343与交流端U，其中第一开关模块310包括第一双向开关电路311与第二双向开关电路312彼此级联，第一双向开关电路311包括两个第一开关单元313、315反向串联连接，第二双向开关电路312包括两个第一开关单元314、316反向串联连接。第二开关模块320的两端分别连接母线电容模块340的正极端341与交流端U，其中第二开关模块320包括多个第二开关单元321、322彼此串联。第三开关模块330的两端分别连接母线电容模块340的负 极端342与交流端U，其中第三开关模块330包括多个第三开关单元331、332彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块310与第二开关模块320之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块310与第三开关模块330之间，其中第一开关模块310中第一开关单元313、315仅连接第二飞跨电容单元C2而未连接第一飞跨电容单元C1，第一开关单元314、316仅连接第一飞跨电容单元C1而未连接第二飞跨电容单元C2。第一双向开关电路311连接中点343，第二双向开关电路312连接交流端U，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路311中两个第一开关单元313、315之间的一连接点，第一飞跨电容单元C1的一端连接第二双向开关电路312中两个第一开关单元314、316之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元313、316间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元321、322之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元331、332之间的连接点。于图3中，各个第一开关单元314、316、313、315分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。功率半导体开关S9的集电极连接交流端U，功率半导体开关S9的发射极连接功率半导体开关S10的发射极，功率半导体开关S10的集电极连接功率半导体开关S11的集电极，功率半导体开关S11的发射极连接功率半导体开关S12的发射极，功率半导体开关S12的集电极连接中点343。功率半导体开关S9、S10、S11、S12中每一者均具有内接二极管，内接二极管与功率半导体开关本身反并联；举例而言，功率半导体开关S9的内接二极管的阳极连接功率半导体开关S9的发射极，功率半导体开关S9的内接二极管的阴极连接功率半导体开关S9的集电极。第二开关单元321包括至少一功率半导体开关以连接正极端341，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S1、S2、S3为例进行说明，而第二开关单元322包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关S4为例进行说明，其中功率半导体开关S1、S2、S3、S4的耐电压特性大致相同；第三开关单元331包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S5、 S6、S7为例进行说明，第三开关单元332包括至少一功率半导体开关以连接负极端342，本实施例中以单一功率半导体开关S8为例进行说明，其中功率半导体开关S5、S6、S7、S8的耐电压特性大致相同。应了解到，图3绘示的各个第二、第三开关单元321、322、331、332中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关S1、S2、S3可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S1、S2、S3加总的耐电压特性大致相同；三个串接的功率半导体开关S5、S6、S7亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S5、S6、S7加总的耐电压特性大致相同。于图3中，功率半导体开关S1～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关S1～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块340包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端341，第一母线电容单元C3的另一端连接中点343；第二母线电容单元C4的一端连接中点343，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端342。在运作时，第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4可连接输入直流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器300得以进行逆变的功能，由交流端U输出交流电。同样地，在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号(PulseWithModulation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器300得以进行整流的功能，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器300得以运作。为了对五电平变换器300的工作原理做更进一步描述，请参照下表 三，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表三所示。另外，关于五电平变换器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表三﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7S1开通开通关断关断关断关断关断S2开通开通关断关断关断关断关断S3开通开通关断关断关断关断关断S4开通关断开通关断关断关断关断S5关断关断关断关断关断开通开通S6关断关断关断关断关断开通开通S7关断关断关断关断关断开通开通S8关断关断关断关断开通关断开通S9关断开通关断开通开通开通开通S10开通开通开通开通开通关断关断S11关断关断开通开通开通开通开通S12开通开通开通开通关断开通关断UVV/2V/20-V/2-V/2-V表三示意了五电平变换器300的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平变换器300有很多种操作方式，表三仅示意性示出了其中一种。关于五电平变换器300的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图4是依照本发明第四实施例的一种五电平整流器400的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平整流器400与五电平变换器300类似，两者差异在于将图3的功率半导体开关S1～S8替换为图4的D1～D8(二极管)。如图4所示，五电平整流器400包括交流端U、第一开关模块410、第二开关模块420、第三开关模块430、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块440。于图4中，母线电容模块440具有正极端441、负极端442与中点443。第一开关模块410的两端分别连接母线电容模块440的中点443与交流端U，其中第一开关模块410包括第一双向开关电路411与第二双向开关电路412彼此级联，第一双向开关电路411包括两个第一开关单元413、415反向串联连接，第二双向开关电路412包括两个第一开关单元414、416 反向串联连接。第二开关模块420的两端分别连接母线电容模块440的正极端441与交流端U，其中第二开关模块420包括多个第二开关单元421、422彼此串联。第三开关模块430的两端分别连接母线电容模块440的负极端442与交流端U，其中第三开关模块430包括多个第三开关单元431、432彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块410与第二开关模块420之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块410与第三开关模块430之间，其中第一开关模块410中第一开关单元413、415仅连接第二飞跨电容单元C2而未连接第一飞跨电容单元C1，第一开关单元414、416仅连接第一飞跨电容单元C1而未连接第二飞跨电容单元C2。第一双向开关电路411连接中点443，第二双向开关电路412连接交流端U，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路411中两个第一开关单元413、415之间的一连接点，第一飞跨电容单元C1的一端连接第二双向开关电路412中两个第一开关单元414、416之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元413、416间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元421、422之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元431、432之间的连接点。于图4中，各个第一开关单元414、416、413、415分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元421包括至少一功率半导体开关以连接正极端441，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D1、D2、D3为例进行说明，而第二开关单元422包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关D4为例进行说明，其中功率半导体开关D1、D2、D3、D4的耐电压特性大致相同；第三开关单元431包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D5、D6、D7为例进行说明，第三开关单元432包括至少一功率半导体开关以连接负极端442，本实施例中以单一功率半导体开关D8为例进行说明，其中功率半导体开关D5、D6、D7、D8的耐电压特性大致相同。应了解到，图4绘示的各个第二、第三开关单元421、422、431、432中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人 员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关D1、D2、D3可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D1、D2、D3加总的耐电压特性大致相同；三个串接的功率半导体开关D5、D6、D7亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D5、D6、D7加总的耐电压特性大致相同。于图4中，功率半导体开关D1～D8为二极管，功率半导体开关S9～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关单元S9～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块440包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端441，第一母线电容单元C3的另一端连接中点443；第二母线电容单元C4的一端连接中点443，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端442。在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器400得以进行整流，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器400得以运作。为了对五电平整流器400的工作原理做更进一步描述，请参照下表四，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表四所示。另外，关于五电平整流器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表四﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7D1开通关断开通关断关断关断关断D2开通关断开通关断关断关断关断D3开通关断开通关断关断关断关断D4开通开通关断关断关断关断关断D5关断关断关断关断开通关断开通D6关断关断关断关断开通关断开通D7关断关断关断关断开通关断开通D8关断关断关断关断关断开通开通S9关断关断开通开通开通开通开通S10开通开通开通开通关断开通关断S11关断开通关断开通开通开通开通S12开通开通开通开通开通关断关断UVV/2V/20-V/2-V/2-V表四示意了五电平整流器400的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平整流器400有很多种操作方式，表四仅示意性示出了其中一种。关于五电平整流器400的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图5是依照本发明第五实施例的一种五电平变换器500的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平变换器500与五电平变换器300类似，两者差异在于改变第二飞跨电容单元C2的连接方式。如图5所示，五电平变换器500包括交流端U、第一开关模块510、第二开关模块520、第三开关模块530、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块540。于图5中，母线电容模块540具有正极端541、负极端542与中点543。第一开关模块510的两端分别连接母线电容模块540的中点543与交流端U，其中第一开关模块510包括第一双向开关电路511与第二双向开关电路512彼此级联，第一双向开关电路511包括两个第一开关单元513、515反向串联连接，第二双向开关电路512包括两个第一开关单元514、516反向串联连接。第二开关模块520的两端分别连接母线电容模块540的正极端541与交流端U，其中第二开关模块520包括多个第二开关单元521、522彼此串联。第三开关模块530的两端分别连接母线电容模块540的负极端542与交流端U，其中第三开关模块530包括多个第三开关单元531、532彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块510与第二开关模块520之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块510与第三开关模块530之间，其中第一开关模块510中第一开关单元513、516连接第二飞跨电容单元C2，第一开关单元514、516连接第一飞跨电容单元C1。第一双向开关电路511连接中点543，第二双向开关电路512连接交流端U，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路511与第二双向开关电路512之间的一连接点，第一飞跨电容单元C1的一端连接第二双向开关电路512中两个第一开关单元514、516之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元516间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元521、522之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元531、532之间的连接点。于图5中，各个第一开关单元514、516、513、515分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元521包括至少一功率半导体开关以连接正极端541，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S1、S2、S3为例进行说明，而第二开关单元522包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关S4为例进行说明，其中功率半导体开关S1、S2、S3、S4的耐电压特性大致相同；第三开关单元531包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S5、S6为例进行说明，第三开关单元532包括至少一功率半导体开关以连接负极端542，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S7、S8为例进行说明，其中功率半导体开关S5、S6、S7、S8的耐电压特性大致相同。应了解到，图5绘示的各个第二、第三开关单元521、522、531、532中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关S1、S2、S3可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S1、S2、S3加总的耐电压特性大致相同；两个串接的功率半导体开关S5、S6亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S5、S6加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关S7、S8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S7、S8加总的耐电压特性大致相同。于图5中，功率半导体开关S1～S12每一者均具有内接二极管与其 本身反并联。举例而言，功率半导体开关S1～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块540包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端541，第一母线电容单元C3的另一端连接中点543；第二母线电容单元C4的一端连接中点543，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端542。在运作时，第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4可连接输入直流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器500得以进行逆变的功能，由交流端U输出交流电。同样地，在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号(PulseWithModulation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器500得以进行整流的功能，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器500得以运作。为了对五电平变换器500的工作原理做更进一步描述，请参照下表五，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表五所示。另外，关于五电平变换器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表五﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7S1开通开通关断关断关断关断关断S2开通开通关断关断关断关断关断S3开通开通关断关断关断关断关断S4开通关断开通关断关断关断关断S5关断关断关断关断关断开通开通S6关断关断关断关断关断开通开通S7关断关断关断关断开通关断开通S8关断关断关断关断开通关断开通S9关断开通关断开通开通开通开通S10开通开通开通开通开通关断关断S11关断关断开通开通开通开通开通S12开通开通开通开通关断开通关断UVV/2V/20-V/2-V/2-V表五示意了五电平变换器500的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平变换器500有很多种操作方式，表五仅示意性示出了其中一种。关于五电平变换器500的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图6是依照本发明第六实施例的一种五电平整流器600的电路图。在架构上，五电平整流器600与五电平变换器500类似，两者差异在于将图5的功率半导体开关S1～S8替换为图6的D1～D8(二极管)。如图6所示，五电平整流器600包括交流端U、第一开关模块610、第二开关模块620、第三开关模块630、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块640。于图6中，母线电容模块640具有正极端641、负极端642与中点643。第一开关模块610的两端分别连接母线电容模块640的中点643与交流端U，其中第一开关模块610包括第一双向开关电路611与第二双向开关电路612彼此级联，第一双向开关电路611包括两个第一开关单元613、615反向串联连接，第二双向开关电路612包括两个第一开关单元614、616反向串联连接。第二开关模块620的两端分别连接母线电容模块640的正极端641与交流端U，其中第二开关模块620包括多个第二开关单元621、622彼此串联。第三开关模块630的两端分别连接母线电容模块640的负极端642与交流端U，其中第三开关模块630包括多个第三开关单元631、632彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块610与第二开关模块620之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块610与第三开关模块630之间，其中第一开关模块610中第一开关单元613、616连接第二飞跨电容单元C2，第一开关单元614、616连接第一飞跨电容单元C1。第一双向开关电路611连接中点643，第二双向开关电路612连接交流端U，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路611与第二双向开关电路612之间的一连接点，第一飞跨电容单元C1的一端连接第 二双向开关电路612中两个第一开关单元614、616之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元616间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元621、622之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元631、632之间的连接点。于图6中，各个第一开关单元614、616、613、615分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元621包括至少一功率半导体开关以连接正极端641，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D1、D2、D3为例进行说明，而第二开关单元622包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关D4为例进行说明，其中功率半导体开关D1、D2、D3、D4的耐电压特性大致相同；第三开关单元631包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D5、D6为例进行说明第三开关单元632包括至少一功率半导体开关以连接负极端642，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D7、D8为例进行说明，其中功率半导体开关D5、D6、D7、D8的耐电压特性大致相同。应了解到，图6绘示的各个第二、第三开关单元621、622、631、632中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关D1、D2、D3可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D1、D2、D3加总的耐电压特性大致相同；两个串接的功率半导体开关D5、D6亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D5、D6加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关D7、D8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D7、D8加总的耐电压特性大致相同。于图6中，功率半导体开关D1～D8为二极管，功率半导体开关S9～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关单元S9～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块640包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端641，第一母线电容单元C3的另一端连接中点643；第二母线电容单元C4的一端连接中点643，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端642。在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器600得以进行整流，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器600得以运作。为了对五电平整流器600的工作原理做更进一步描述，请参照下表六，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表六所示。另外，关于五电平整流器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表六﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7D1开通关断开通关断关断关断关断D2开通关断开通关断关断关断关断D3开通关断开通关断关断关断关断D4开通开通关断关断关断关断关断D5关断关断关断关断开通关断开通D6关断关断关断关断开通关断开通D7关断关断关断关断关断开通开通D8关断关断关断关断关断开通开通S9关断关断开通开通开通开通开通S10开通开通开通开通关断开通关断S11关断开通关断开通开通开通开通S12开通开通开通开通开通关断关断UVV/2V/20-V/2-V/2-V表六示意了五电平整流器600的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平整流器600有很多种操作方式，表六仅示意性示出了其中一种。关于五电平整流器600的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图7是依照本发明第七实施例的一种五电平变换器700的电路图(以 单相为例)。在架构上，五电平变换器700与五电平变换器100类似，两者差异在于改变第二飞跨电容单元C2的连接方式。如图7所示，五电平变换器700包括交流端U、第一开关模块710、第二开关模块720、第三开关模块730、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块740。于图7中，母线电容模块740具有正极端741、负极端742与中点743。第一开关模块710的两端分别连接母线电容模块740的中点743与交流端U，其中第一开关模块710包括第一双向开关电路711与第二双向开关电路712彼此级联，第一双向开关电路711包括两个第一开关单元713、715反向串联连接，第二双向开关电路712包括两个第一开关单元714、716反向串联连接。第二开关模块720的两端分别连接母线电容模块740的正极端741与交流端U，其中第二开关模块720包括多个第二开关单元721、722彼此串联。第三开关模块730的两端分别连接母线电容模块740的负极端742与交流端U，其中第三开关模块730包括多个第三开关单元731、732彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块710与第二开关模块720之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块710与第三开关模块730之间，其中第一开关模块710中第一开关单元713、716连接第二飞跨电容单元C2，第一开关单元713、715连接第一飞跨电容单元C1。第一双向开关电路711连接中点743，第二双向开关电路712连接交流端U，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路711与第二双向开关电路712之间的一连接点，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路711中两个第一开关单元713、715之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元713间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元721、722之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元731、732之间的连接点。于图7中，各个第一开关单元714、716、713、715分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元721包括至少一功率半导体开关以连接正极端741，本实施例中以单一功率半导体开关S1为例进行 说明，而第二开关单元722包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S2、S3、S4为例进行说明，其中功率半导体开关S1、S2、S3、S4的耐电压特性大致相同；第三开关单元731包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S5、S6为例进行说明，第三开关单元732包括至少一功率半导体开关以连接负极端742，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S7、S8为例进行说明，其中功率半导体开关S5、S6、S7、S8的耐电压特性大致相同。应了解到，图7绘示的各个第二、第三开关单元721、722、731、732中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关S2、S3、S4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S2、S3、S4加总的耐电压特性大致相同；两个串接的功率半导体开关S5、S6亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S5、S6加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关S7、S8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S7、S8加总的耐电压特性大致相同。于图7中，功率半导体开关S1～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关S1～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块740包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端741，第一母线电容单元C3的另一端连接中点743；第二母线电容单元C4的一端连接中点743，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端742。在运作时，第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4可连接输入直流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器700得以进行逆变的功能，由交流端U输出交流电。同样地，在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制 信号(PulseWithModulation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器700得以进行整流的功能，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器700得以运作。为了对五电平变换器700的工作原理做更进一步描述，请参照下表七，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表七所示。另外，关于五电平变换器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表七﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7S1开通开通关断关断关断关断关断S2开通关断开通关断关断关断关断S3开通关断开通关断关断关断关断S4开通关断开通关断关断关断关断S5关断关断关断关断关断开通开通S6关断关断关断关断关断开通开通S7关断关断关断关断开通关断开通S8关断关断关断关断开通关断开通S9开通开通开通开通开通关断关断S10关断开通关断开通开通开通开通S11开通开通开通开通关断开通关断S12关断关断开通开通开通开通开通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表七示意了五电平变换器700的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平变换器700有很多种操作方式，表七仅示意性示出了其中一种。关于五电平变换器700的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图8是依照本发明第八实施例的一种五电平整流器800的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平整流器800与五电平变换器700类似，两者差异在于将图7的功率半导体开关S1～S8替换为图8的D1～D8(二极管)。如图8所示，五电平整流器800包括交流端U、第一开关模块 810、第二开关模块820、第三开关模块830、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块840。于图8中，母线电容模块840具有正极端841、负极端842与中点843。第一开关模块810的两端分别连接母线电容模块840的中点843与交流端U，其中第一开关模块810包括第一双向开关电路811与第二双向开关电路812彼此级联，第一双向开关电路811包括两个第一开关单元813、815反向串联连接，第二双向开关电路812包括两个第一开关单元814、816反向串联连接。第二开关模块820的两端分别连接母线电容模块840的正极端841与交流端U，其中第二开关模块620包括多个第二开关单元821、822彼此串联。第三开关模块630的两端分别连接母线电容模块840的负极端842与交流端U，其中第三开关模块830包括多个第三开关单元831、832彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块810与第二开关模块820之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块810与第三开关模块830之间，其中第一开关模块810中第一开关单元813、816连接第二飞跨电容单元C2，第一开关单元813、815连接第一飞跨电容单元C1。第一双向开关电路811连接中点843，第二双向开关电路812连接交流端U，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路811与第二双向开关电路812之间的一连接点，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路811中两个第一开关单元813、815之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元813间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元821、822之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元831、832之间的连接点。于图8中，各个第一开关单元814、816、813、815分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元821包括至少一功率半导体开关以连接正极端841，本实施例中以单一功率半导体开关D1为例进行说明，而第二开关单元822包括至少一功率半导体开关，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D2、D3、D4为例进行说明，其中功率半导体开关D1、D2、D3、D4的耐电压特性大致相同；第三开关单元831包括至 少一功率半导体开关，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D5、D6为例进行说明，第三开关单元832包括至少一功率半导体开关，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D7、D8为例进行说明，其中功率半导体开关D5、D6、D7、D8的耐电压特性大致相同。应了解到，图8绘示的各个第二、第三开关单元821、822、831、832中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，三个串接的功率半导体开关D2、D3、D4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D2、D3、D4加总的耐电压特性大致相同；两个串接的功率半导体开关D5、D6亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D5、D6加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关D7、D8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D7、D8加总的耐电压特性大致相同。于图8中，功率半导体开关D1～D8为二极管，功率半导体开关S9～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关单元S9～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。于图8中，母线电容模块840包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端841，第一母线电容单元C3的另一端连接中点843；第二母线电容单元C4的一端连接中点843，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端842。在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器800得以进行整流，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器800得以运作。为了对五电平整流器800的工作原理做更进一步描述，请参照下表八，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其交流端U的电平所对应的开关状态如表八所示。另外，关于五电平整流器交流端U的电平 波形，如图13所示。﹤表八﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7D1开通关断开通关断关断关断关断D2开通开通关断关断关断关断关断D3开通开通关断关断关断关断关断D4开通开通关断关断关断关断关断D5关断关断关断关断开通关断开通D6关断关断关断关断开通关断开通D7关断关断关断关断关断开通开通D8关断关断关断关断关断开通开通S9开通开通开通开通关断开通关断S10关断关断开通开通开通开通开通S11开通开通开通开通开通关断关断S12关断开通关断开通开通开通开通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表八示意了五电平整流器800的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平整流器800有很多种操作方式，表八仅示意性示出了其中一种。关于五电平整流器800的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图9是依照本发明第九实施例的一种五电平变换器900的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平变换器900与五电平变换器700类似，两者差异在于改变第一飞跨电容单元C1与第二飞跨电容单元C2的连接方式。如图9所示，五电平变换器900包括交流端U、第一开关模块910、第二开关模块920、第三开关模块930、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块940。于图9中，母线电容模块940具有正极端941、负极端942与中点943。第一开关模块910的两端分别连接母线电容模块940的中点943与交流端U，其中第一开关模块910包括第一双向开关电路911与第二双向开关电路912彼此级联，第一双向开关电路911包括两个第一开关单元913、915反向串联连接，第二双向开关电路912包括两个第一开关单元914、916反向串联连接。第二开关模块920的两端分别连接母线电容模块940的正极端941与交流端U，其中第二开关模块920包括多个第二开关单元921、 922彼此串联。第三开关模块930的两端分别连接母线电容模块940的负极端942与交流端U，其中第三开关模块930包括多个第三开关单元931、932彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块910与第二开关模块920之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块910与第三开关模块930之间，其中第一开关模块910中第一开关单元913、916连接第一飞跨电容单元C1，第一开关单元914、916连接第二飞跨电容单元C2。第一双向开关电路911连接中点943，第二双向开关电路912连接交流端U，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路911与第二双向开关电路912之间的一连接点，第二飞跨电容单元C2的一端连接第二双向开关电路912中两个第一开关单元914、916之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元916间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元921、922之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元931、932之间的连接点。于图9中，各个第一开关单元914、916、913、915分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元921包括至少一功率半导体开关以连接正极端941，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S1、S2为例进行说明，而第二开关单元922包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S3、S4为例进行说明，其中功率半导体开关S1、S2、S3、S4的耐电压特性大致相同；第三开关单元931包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关S5为例进行说明，第三开关单元932包括至少一功率半导体开关以连接负极端942，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S6、S7、S8为例进行说明，其中功率半导体开关S5、S6、S7、S8的耐电压特性大致相同。应了解到，图9绘示的各个第二、第三开关单元921、922、931、932中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，两个串接的功率半导体开关S1、S2可整合成单一个功率半导体 开关，其耐电压特性与功率半导体开关S1、S2加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关S3、S4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S3、S4加总的耐电压特性大致相同。三个串接的功率半导体开关S6、S7、S8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S6、S7、S8加总的耐电压特性大致相同。于图9中，功率半导体开关S1～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关S1～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块940包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端941，第一母线电容单元C3的另一端连接中点943；第二母线电容单元C4的一端连接中点943，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端942。在运作时，第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4可连接输入直流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器900得以进行逆变的功能由交流端U输出交流电。同样地，在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号(PUlseWithModUlation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器900得以进行整流的功能，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器900得以运作。为了对五电平变换器900的工作原理做更进一步描述，请参照下表九，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表九所示。另外，关于五电平变换器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表九﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7S1开通开通关断关断关断关断关断S2开通开通关断关断关断关断关断S3开通关断开通关断关断关断关断S4开通关断开通关断关断关断关断S5关断关断关断关断关断开通开通S6关断关断关断关断开通关断开通S7关断关断关断关断开通关断开通S8关断关断关断关断开通关断开通S9开通开通开通开通开通关断关断S10关断开通关断开通开通开通开通S11开通开通开通开通关断开通关断S12关断关断开通开通开通开通开通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表九示意了五电平变换器900的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平变换器900有很多种操作方式，表九仅示意性示出了其中一种。关于五电平变换器900的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图10是依照本发明第十实施例的一种五电平整流器1000的电路图。在架构上，五电平整流器1000与五电平变换器900类似，两者差异在于将图9的功率半导体开关S1～S8替换为图10的D1～D8(二极管)。如图10所示，五电平整流器1000包括交流端U、第一开关模块1010、第二开关模块1020、第三开关模块1030、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块1040。于图10中，母线电容模块1040具有正极端1041、负极端1042与中点1043。第一开关模块1010的两端分别连接母线电容模块1040的中点1043与交流端U，其中第一开关模块1010包括第一双向开关电路1011与第二双向开关电路1012彼此级联，第一双向开关电路1011包括两个第一开关单元1013、1015反向串联连接，第二双向开关电路1012包括两个第一开关单元1014、1016反向串联连接。第二开关模块1020的两端分别连接母线电容模块1040的正极端1041与交流端U，其中第二开关模块1020包括多个第二开关单元1021、1022彼此串联。第三开关模块1030的两端分别连接母线电容模块1040的负极端1042与交流端U，其中第三 开关模块1030包括多个第三开关单元1031、1032彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块1010与第二开关模块1020之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块1010与第三开关模块1030之间，其中第一开关模块1010中第一开关单元1013、1016连接第一飞跨电容单元C1，第一开关单元1014、1016连接第二飞跨电容单元C2。第一双向开关电路1011连接中点1043，第二双向开关电路1012连接交流端U，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路1011与第二双向开关电路1012之间的一连接点，第二飞跨电容单元C2的一端连接第二双向开关电路1012中两个第一开关单元1014、1016之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元1016间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元1021、1022之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元1031、1032之间的连接点。于图10中，各个第一开关单元1014、1016、1013、1015分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元1021包括至少一功率半导体开关以连接正极端1041，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D1、D2为例进行说明，而第二开关单元1022包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D3、D4为例进行说明，其中功率半导体开关D1、D2、D3、D4的耐电压特性大致相同；第三开关单元1031包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以单一功率半导体开关D5为例进行说明，第三开关单元1032包括至少一功率半导体开关以连接负极端1042，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D6、D7、D8为例进行说明，其中功率半导体开关D5、D6、D7、D8的耐电压特性大致相同。应了解到，图10绘示的各个第二、第三开关单元1021、1022、1031、1032中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，两个串接的功率半导体开关D1、D2可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D1、D2加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关D3、D4可整合成单一个功率 半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D3、D4加总的耐电压特性大致相同。三个串接的功率半导体开关D6、D7、D8亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D6、D7、D8加总的耐电压特性大致相同。于图10中，功率半导体开关D1～D8为二极管，功率半导体开关S9～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关单元S9～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块1040包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端1041，第一母线电容单元C3的另一端连接中点1043；第二母线电容单元C4的一端连接中点1043，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端1042。在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器1000得以进行整流，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器1000得以运作。为了对五电平整流器1000的工作原理做更进一步描述，请参照下表十，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表十所示。另外，关于五电平整流器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表十﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7D1开通关断开通关断关断关断关断D2开通关断开通关断关断关断关断D3开通开通关断关断关断关断关断D4开通开通关断关断关断关断关断D5关断关断关断关断开通关断开通D6关断关断关断关断关断开通开通D7关断关断关断关断关断开通开通D8关断关断关断关断关断开通开通S9开通开通开通开通关断开通关断S10关断关断开通开通开通开通开通S11开通开通开通开通开通关断关断S12关断开通关断开通开通开通开通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表十示意了五电平整流器1000的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平整流器1000有很多种操作方式，表十仅示意性示出了其中一种。关于五电平整流器1000的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图11是依照本发明第十一实施例的一种五电平变换器1100的电路图(以单相为例)。在架构上，五电平变换器1100与五电平变换器300类似，两者差异在于改变第一飞跨电容单元C1的连接方式。如图11所示，五电平变换器1100包括交流端U、第一开关模块1110、第二开关模块1120、第三开关模块1130、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块1140。于图11中，母线电容模块1140具有正极端1141、负极端1142与中点1143。第一开关模块1110的两端分别连接母线电容模块1140的中点1143与交流端U，其中第一开关模块1110包括第一双向开关电路1111与第二双向开关电路1112彼此级联，第一双向开关电路1111包括两个第一开关单元1113、1115反向串联连接，第二双向开关电路1112包括两个第一开关单元1114、1116反向串联连接。第二开关模块1120的两端分别连接母线电容模块1140的正极端1141与交流端U，其中第二开关模块1120包括多个第二开关单元1121、1122彼此串联。第三开关模块1130的两端分别连接母线电容模块1140的负极端1142与交流端U，其中第三开关模块1130包括多个第三开关单元1131、1132彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块1110与第二开关模块1120之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块1110与第三开关模块1130之间，其中第一开关模块1110中第一开关单元1113、1116连接第一飞跨电容单元C1，第一开关单元1113、1115连接第二飞跨电容单元C2。第一双向开关电路1111连接中点1143，第二双向开关电路1112连接交流端U，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路1111 与第二双向开关电路1112之间的一连接点，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路1111中两个第一开关单元1113、1115之间的一连接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元1113间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元1121、1122之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元1131、1132之间的连接点。于图11中，各个第一开关单元1114、1116、1113、1115分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元1121包括至少一功率半导体开关以连接正极端1141，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S1、S2为例进行说明，而第二开关单元1122包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关S3、S4为例进行说明，其中功率半导体开关S1、S2、S3、S4的耐电压特性大致相同；第三开关单元1131包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关S5、S6、S7为例进行说明，第三开关单元1132包括至少一功率半导体开关以连接负极端1142，本实施例中以单一功率半导体开关S8为例进行说明，其中功率半导体开关S5、S6、S7、S8的耐电压特性大致相同。应了解到，图11绘示的各个第二、第三开关单元1121、1122、1131、1132中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，两个串接的功率半导体开关S1、S2可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S1、S2加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关S3、S4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关S3、S4加总的耐电压特性大致相同。三个串接的功率半导体开关S5、S6、S7亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关S5、S6、S7加总的耐电压特性大致相同。于图11中，功率半导体开关S1～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关S1～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人 员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块1140包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端1141，第一母线电容单元C3的另一端连接中点1143；第二母线电容单元C4的一端连接中点1143，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端1142。在运作时，第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4可连接输入直流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器1100得以进行逆变的功能，由交流端U输出交流电。同样地，在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号(PulseWithModulation,PWM)分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器1100得以进行整流的功能，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S1～S12的启闭，使五电平变换器1100得以运作。为了对五电平变换器1100的工作原理做更进一步描述，请参照下表十一，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表十一所示。另外，关于五电平变换器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表十一﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7S1开通开通关断关断关断关断关断S2开通开通关断关断关断关断关断S3开通关断开通关断关断关断关断S4开通关断开通关断关断关断关断S5关断关断关断关断关断开通开通S6关断关断关断关断关断开通开通S7关断关断关断关断关断开通开通S8关断关断关断关断开通关断开通S9关断开通关断开通开通开通开通S10开通开通开通开通开通关断关断S11关断关断开通开通开通开通开通S12开通开通开通开通关断开通关断UVV/2V/20-V/2-V/2-V表十一示意了五电平变换器1100的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平变换器1100有很多种操作方式，表十一仅示意性示出了其中一种。关于五电平变换器1100的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。图12是依照本发明第十二实施例的一种五电平整流器1200的电路图。在架构上，五电平整流器1200与五电平变换器1100类似，两者差异在于将图12的功率半导体开关S1～S8替换为图11的D1～D8(二极管)。如图12所示，五电平整流器1200包括交流端U、第一开关模块1210、第二开关模块1220、第三开关模块1230、第一飞跨电容单元C1、第二飞跨电容单元C2与母线电容模块1240。于图12中，母线电容模块1240具有正极端1241、负极端1242与中点1243。第一开关模块1210的两端分别连接母线电容模块1240的中点1243与交流端U，其中第一开关模块1210包括第一双向开关电路1211与第二双向开关电路1212彼此级联，第一双向开关电路1211包括两个第一开关单元1213、1215反向串联连接，第二双向开关电路1212包括两个第一开关单元1214、1216反向串联连接。第二开关模块1220的两端分别连接母线电容模块1240的正极端1241与交流端U，其中第二开关模块1220包括多个第二开关单元1221、1222彼此串联。第三开关模块1230的两端分别连接母线电容模块1240的负极端1242与交流端U，其中第三开关模块1230包括多个第三开关单元1231、1232彼此串联。第一飞跨电容单元C1跨接在第一开关模块1210与第二开关模块1220之间，第二飞跨电容单元C2跨接在第一开关模块1210与第三开关模块1230之间，其中第一开关模块1210中第一开关单元1213、1216连接第一飞跨电容单元C1，第一开关单元1213、1215连接第二飞跨电容单元C2。第一双向开关电路1211连接中点1243，第二双向开关电路1212连接交流端U，第一飞跨电容单元C1的一端连接第一双向开关电路1211与第二双向开关电路1212之间的一连接点，第二飞跨电容单元C2的一端连接第一双向开关电路1211中两个第一开关单元1213、1215之间的一连 接点，前述两不同连接点之间有第一开关单元1213间隔而未直接相连在一起。第一飞跨电容单元C1的另一端连接两个第二开关单元1221、1222之间的连接点，第二飞跨电容单元C2的另一端连接两个第三开关单元1231、1232之间的连接点。于图12中，各个第一开关单元1214、1216、1213、1215分别包括功率半导体开关S9、S10、S11、S12。第二开关单元1221包括至少一功率半导体开关以连接正极端1241，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D1、D2为例进行说明，而第二开关单元1222包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以两个串接的功率半导体开关D3、D4为例进行说明，其中功率半导体开关D1、D2、D3、D4的耐电压特性大致相同；第三开关单元1231包括至少一功率半导体开关以连接交流端U，本实施例中以三个串接的功率半导体开关D5、D6、D7为例进行说明，第三开关单元1232包括至少一功率半导体开关以连接负极端1242，本实施例中以单一功率半导体开关D8为例进行说明，其中功率半导体开关D5、D6、D7、D8的耐电压特性大致相同。应了解到，图12绘示的各个第二、第三开关单元1221、1222、1231、1232中功率半导体开关的数量仅为例示，但此并不限定本发明，本领域技术人员应视当时需要弹性选择功率半导体开关的数量及相应的耐电压特性。举例而言，两个串接的功率半导体开关D1、D2可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D1、D2加总的耐电压特性大致相同；另两个串接的功率半导体开关D3、D4可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与功率半导体开关D3、D4加总的耐电压特性大致相同。三个串接的功率半导体开关D5、D6、D7亦可整合成单一个功率半导体开关，其耐电压特性与三个功率半导体开关D5、D6、D7加总的耐电压特性大致相同。于图12中，功率半导体开关D1～D8为二极管，功率半导体开关S9～S12每一者均具有内接二极管与其本身反并联。举例而言，功率半导体开关单元S9～S12为绝缘栅双极型晶体管、门极可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管或其他开关器件，本领域技术人员当视实际需要弹性选择之。母线电容模块1240包括第一母线电容单元C3与第二母线电容单元 C4。第一母线电容单元C3的一端连接正极端1241，第一母线电容单元C3的另一端连接中点1243；第二母线电容单元C4的一端连接中点1243，第二母线电容单元C4的另一端连接负极端1242。在运作时，交流端U接收输入交流电源，并通过脉宽调制信号分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器1200得以进行整流，由第一母线电容单元C3与第二母线电容单元C4输出直流电。于其他实施方式中，可以通过脉冲频率调制信号或脉冲幅度调制信号等调制技术分别控制功率半导体开关S9～S12的启闭，使五电平整流器1200得以运作。为了对五电平整流器1200的工作原理做更进一步描述，请参照下表十二，各功率半导体开关在工作过程中承受电压V/2，其各交流端U的电平所对应的开关状态如表十二所示。另外，关于五电平整流器交流端U的电平波形，如图13所示。﹤表十二﹥状态1状态2状态3状态4状态5状态6状态7D1开通关断开通关断关断关断关断D2开通关断开通关断关断关断关断D3开通开通关断关断关断关断关断D4开通开通关断关断关断关断关断D5关断关断关断关断开通关断开通D6关断关断关断关断开通关断开通D7关断关断关断关断开通关断开通D8关断关断关断关断关断开通开通S9关断关断开通开通开通开通开通S10开通开通开通开通关断开通关断S11关断开通关断开通开通开通开通S12开通开通开通开通开通关断关断UVV/2V/20-V/2-V/2-V表十二示意了五电平整流器1200的一种操作方式。需要特别说明的是，五电平整流器1200有很多种操作方式，表十二仅示意性示出了其中一种。关于五电平整流器1200的各种运用方式为本
技术领域：
中普通技术人员可推知的技术，且非本发明所欲保护范围，于此不再详述之。综上所述，本发明提出一种结构简单的五电平变换装置拓扑，其采用 非对衬式电路架构(两飞跨电容单元的连接方式不同)，在电路设计上更灵活、更有弹性，因而具有非常好的应用价值。相比于三电平变换技术，五电平变换技术具有更好的电气性能。虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。当前第1页1 2 3