多电平拓扑的电路和功率变换器的制造方法

多电平拓扑的电路和功率变换器的制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种多电平拓扑的电路，包括：五个端子和六个开关组件。第一开关组件的第一端与第一端子连接，第一开关组件的第二端与第五端子连接；第二开关组件的第一端与第二端子连接，第二开关组件的第二端与第一支路的第一端连接；第三开关组件的第二端与第三端子连接，第三开关组件的第一端与第一支路的第一端连接。第六开关组件的第二端与第四端子连接，第六开关组件的第一端与第五端子连接；第一支路的第二端与第五端子连接。其中，第一支路包括反方向串联的第四开关组件和第五开关组件。本发明实施例所提供的多电平拓扑的电路，开关组件所需的耐压值较低，进而能够保证性能，并且耐压值低的开关组件的成本较低。
【专利说明】
多电平拓扑的电路和功率变换器
技术领域
[0001] 本发明实施例涉及电路领域，并且更具体地，涉及一种多电平拓扑的电路和功率 变换器。
【背景技术】
[0002] 在中压大容量领域，多电平逆变器的应用已经越来越广泛。在高压直流母线系统 中，多电平逆变器能够选择更耐压的母线电容，同时，能够通过提高输出的交流电压，使得 同等功率下的输出电流减小，进而能够大幅地降低线缆的成本。另外，随着电平数的提高， 系统的输出纹波会逐渐减小，也就是说可W使用更小的滤波器，送样能够提高系统的功率 密度，降低滤波器的成本。因此，多电平逆变器有较为广阔的应用前景。
[0003] 然而，目前的多电平逆变器所采用的多电平拓扑中，开关组件所需的耐压值较高， 送样导致在导通时的损耗较大，进而导致性能过低，并且耐压值较高的开关组件也会导致 多电平逆变器的成本太高。

【发明内容】

[0004] 本发明实施例提供一种多电平拓扑的电路和功率变换器，开关组件所需的耐压值 较低，进而能够保证性能。
[0005] 第一方面，提供了一种多电平拓扑的电路，包括；五个端子和六个开关组件，
[0006] 所述六个开关组件中的第一开关组件的第一端与所述五个端子中的第一端子连 接，所述第一开关组件的第二端与所述五个端子中的第五端子连接；
[0007] 所述六个开关组件中的第二开关组件的第一端与所述五个端子中的第二端子连 接，所述第二开关组件的第二端与第一支路的第一端连接；
[0008] 所述六个开关组件中的第H开关组件的第二端与所述五个端子中的第H端子连 接，所述第H开关组件的第一端与所述第一支路的第一端连接，其中，所述第一支路包括串 联的第四开关组件和第五开关组件，所述第一支路的第一端连接所述第四开关组件的第一 端且所述第一支路的第二端连接所述第五开关组件的第一端，或者，所述第一支路的第一 端连接所述第四开关组件的第二端且所述第一支路的第二端连接所述第五开关组件的第 -玉山 一乂而；
[0009] 所述六个开关组件中的第六开关组件的第二端与所述五个端子中的第四端子连 接，所述第六开关组件的第一端与所述第五端子连接；
[0010] 所述第一支路的第二端与所述第五端子连接。
[0011] 结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一端子与第一电 压源的正极连接，所述第二端子与所述第一电压源的负极连接；
[0012] 所述第二端子与第二电压源的正极连接，所述第H端子与所述第二电压源的负极 连接；
[0013] 所述第H端子与第H电压源的正极连接，所述第四端子与所述第H电压源的负极 连接。
[0014] 结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述第二端子和所述第 H端子分别连接第一直流/直流变换电路的第一输入端和第二输入端，所述第一端子和所 述第二端子分别连接所述第一直流/直流变换电路的第一输出端和第二输出端；
[0015] 所述第二端子和所述第H端子分别连接第二直流/直流变换电路的第一输入端 和第二输入端，所述第H端子和所述第四端子分别连接所述第二直流/直流变换电路的第 一输出端和第二输出端；
[0016] 其中，所述第一直流/直流变换电路和所述第二直流/直流变换电路共用同一个 输入。
[0017] 结合第一方面，在第一方面的第H种可能的实现方式中，所述第一端子连接第一 直流/直流变换电路的第一输出端，所述第二端子连接所述第一直流/直流变换电路的第 二输出端；
[0018] 所述第二端子连接所述第一直流/直流变换电路的第一输入端；
[0019] 所述第一直流/直流变换电路的第二输入端连接第二直流/直流变换电路的第一 输入端；
[0020] 所述第H端子连接所述第二直流/直流变换电路的第二输入端；
[0021] 所述第四端子连接所述第二直流/直流变换电路的第一输出端，所述第H端子连 接所述第二直流/直流变换电路的第二输出端。
[0022] 结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述多电平拓扑为N电 平拓扑，且N为大于4的偶数，所述电路还包括；N-4个端子和2N-8个开关组件，其中，所述 N-4个端子包括第六端子至第N+1端子，所述2N-8个开关组件包括第走开关组件至第2N-2 开关组件；
[0023] 第2i-5开关组件的第一端与第i端子连接，所述第2i-5开关组件的第二端与第 (i-2)/2支路的第一端连接，其中，i = 6, 7,…，N ;
[0024] 第2i-4开关组件的第二端与第i+1端子连接，所述第2i-4开关组件的第二端与 所述第（i-2)/2支路的第一端连接，其中，所述第（i-2)/2支路包括串联的第2i-3开关组 件和第2i-2开关组件，所述第（i-2)/2支路的第一端连接所述第2i-3开关组件的第一端 且所述第（i-2)/2支路的第二端连接所述第2i-2开关组件的第一端，或者，所述第（i-2)/2 支路的第一端连接所述第2i-3开关组件的第二端且所述第（i-2)/2支路的第二端连接所 述第2i-2开关组件的第二端；
[00巧]所述第（i-2)/2支路的第二端与所述第五端子连接。
[0026] 结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述多电平拓扑为N电 平拓扑，所述电路还包括；N-4个端子和2N-8个开关组件，其中，所述N-4个端子包括第六 端子至第N+1端子，所述2N-8个开关组件包括第走开关组件至第2N-2开关组件，N为大于 4的正整数；
[0027] 第j+1开关组件的第一端与第j端子连接，第j+1开关组件的第二端与第j+N-3 开关组件的第二端连接，所述第j+N-3开关组件的第一端与所述第一支路的第一端连接， 其中，j = 6,7,…，N+1。
[0028] 结合第一方面或者上述第一方面的任意一种可能的实现方式，在第一方面的第六 种可能的实现方式中，所述第四端子接地。
[0029] 第二方面，提供了一种复合电路，包括M个第一方面或者第一方面的任一种可能 的实现方式所述的多电平拓扑的电路和禪合电感，其中，所述禪合电感包括M个输入端子 和一个输出端子；
[0030] 所述M个输入端子分别与所述M个第一方面或者第一方面的任一种可能的实现方 式所述的多电平拓扑的电路的第五端子连接。
[0031] 第H方面，提供了一种功率变换器，包括：第一方面的第一种可能的实现方式所述 的电路和控制器。所述控制器，与所述六个开关组件连接，用于控制所述六个开关组件的状 态。
[0032] 结合第H方面，在第H方面的第一种可能的实现方式中，所述第一电压源的输入 电压的值为DC1，所述第二电压源的输入电压的值为DC2,所述第H电压源的输入电压的值 为 DC3，
[0033] 当所述控制器控制所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的 状态为第一状态，且所述第H开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC3 ;
[0034] 当所述控制器控制所述第二开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第H开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC2+DC3 ;
[0035] 当所述控制器控制所述第H开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC3 ;
[0036] 当所述控制器控制所述第H开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为0 ;
[0037] 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第 二端的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所 述第二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断 开且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。
[0038] 结合第H方面或者第H方面的第一种可能的实现方式，在第H方面的第二种可能 的实现方式中，所述功率变换器为四电平逆变器。
[0039] 第四方面，提供了一种功率变换器，包括：第一方面的第二种可能的实现方式所述 的电路、输入电压源和控制器。
[0040] 所述第二端子与所述输入电压源的正极连接，所述第H端子与所述输入电压源的 负极连接；
[0041] 所述控制器，与所述六个开关组件连接，用于控制所述六个开关组件的状态。
[0042] 结合第四方面，在第四方面的第一种可能的实现方式中，所述输入电压源的输入 电压的值为DCl，经过所述第一直流/直流变换电路后的所述第一端子和所述第二端子之 间的电压的值为DC2,经过所述第二直流/直流变换电路后的所述第H端子和所述第四端 子之间的电压的值为DC3，
[0043] 当所述控制器控制所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的 状态为第一状态，且所述第H开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC3 ;
[0044] 当所述控制器控制所述第二开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第H开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC3 ;
[0045] 当所述控制器控制所述第H开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC3 ;
[0046] 当所述控制器控制所述第H开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为0 ;
[0047] 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第 二端的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所 述第二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断 开且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。
[0048] 结合第四方面或者第四方面的第一种可能的实现方式，在第四方面的第二种可能 的实现方式中，所述功率变换器为四电平逆变器。
[0049] 第五方面，提供了一种功率变换器，包括；第一方面的第H种可能的实现方式所述 的电路、第一输入电压源、第二输入电压源和控制器。
[0050] 所述第二端子与所述第一输入电压源的正极连接，所述第一直流/直流变换电路 的第二输入端与所述第一输入电压源的负极连接；
[0051] 所述第二直流/直流变换电路的第一输入端与所述第二输入电压源的正极连接， 所述第H端子与所述第二输入电压源的负极连接；
[0052] 所述控制器，与所述六个开关组件连接，用于控制所述六个开关组件的状态。
[0053] 结合第五方面，在第五方面的第一种可能的实现方式中，所述第一输入电压源的 输入电压的值为DC1，所述第二输入电压源的输入电压的值为DC2,经过所述第一直流/直 流变换电路后的所述第一端子和所述第二端子之间的电压的值为DC3,经过所述第二直流 /直流变换电路后的所述第H端子和所述第四端子之间的电压的值为DC4，
[0054] 当所述控制器控制所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的 状态为第一状态，且所述第H开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC3+DC4 ;
[00巧]当所述控制器控制所述第二开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第H开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC4 ;
[0056] 当所述控制器控制所述第H开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第六开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC4 ;
[0057] 当所述控制器控制所述第H开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的 状态为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态为 第二状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为O ;
[0058] 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第 二端的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所 述第二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断 开且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。
[0059] 结合第五方面或者第五方面的第一种可能的实现方式，在第五方面的第二种可能 的实现方式中，所述功率变换器为四电平逆变器。
[0060] 本发明实施例所提供的多电平拓扑的电路，开关组件所需的耐压值较低，进而能 够保证性能，并且耐压值低的开关组件的成本较低。
【附图说明】
[0061] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可W根据送些附 图获得其他的附图。
[0062] 图1是现有技术所采用的四电平拓扑的电路图的一例。
[0063] 图2是本发明一个实施例的多电平拓扑的电路的示意图。
[0064] 图3是本发明另一个实施例的多电平拓扑的电路的示意图。
[0065] 图4是本发明一个实施例的开关组件的结构示意图。
[0066] 图5是本发明一个实施例的四电平拓扑的电路的示意图。
[0067] 图6是本发明一个实施例的Buck-Boost电路的示意图。
[0068] 图7是本发明另一个实施例的四电平拓扑的电路的示意图。
[0069] 图8是本发明另一个实施例的四电平拓扑的电路的示意图。
[0070] 图9是本发明一个实施例的H相系统的示意图。
[0071] 图10是本发明另一个实施例的多电平拓扑的电路的示意图。
[0072] 图11是本发明一个实施例的六电平拓扑的电路的示意图。
[0073] 图12是本发明另一个实施例的多电平拓扑的电路的示意图。
[0074] 图13是本发明一个实施例的五电平拓扑的电路的示意图。
[0075] 图14是本发明一个实施例的复合电路的示意图。
[0076] 图15是本发明一个实施例的功率变换器的示意性框图。
[0077] 图16是本发明一个实施例的功率变换器的结构示意图。
[0078] 图17是四电平逆变器的输出电压的一个示意图。
[0079] 图18是本发明一个实施例的功率变换器的结构示意图。
[0080] 图19是本发明一个实施例的功率变换器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0081] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例，都属于本发明保护的范围。
[0082] 逆变器可W用于将直流转换为交流。采用多电平拓扑所构成的逆变器为多电平逆 变器。并且，电平数越多，谐波越小，输出的效果也会越好。
[0083] 送里W四电平拓扑为例进行说明。四电平拓扑是指输出的电平数目为四个。如图 1所示，为现有技术所采用的四电平拓扑的电路图。
[0084] 对图1中的四电平拓扑，若母线电压为Vbus, W副母线电压为参考点，郝么可W通 过控制开关组件的接通或关断，能够实现的输出电压为；Vbus、2/3Vbus、l/3Vbus和0。
[0085] 然而，目前的多电平逆变器所采用的多电平拓扑中，开关组件所需的耐压值较高。 并且，开关器件的耐压越高，会导致在导通时的损耗较大，进而导致性能过低。例如，耐压为 1700V的开关器件的饱和压降是耐压为650V的开关器件的饱和压降的1. 4倍。
[0086] 另一方面，当无母线功率平衡电路时，图1所示的拓扑无法正常工作。具体地，当 无母线功率平衡电路时，拓扑输出会由四电平变为了 H电平。输出电平数减小，使得拓扑的 性能急剧下降，器件没有得到充分利用。
[0087] 图2是本发明一个实施例的多电平拓扑的电路的示意图。图2所示的电路包括五 个端子（A1-A5)和六个开关组件（Q1-Q6)。
[0088] 其中，每个开关组件具有第一端和第二端。
[0089] 其中，五个端子（A1-A5)包括第一端子AU第二端子A2、第H端子A3、第四端子A4 和第五端子A5。六个开关组件（Q1-Q6)包括第一开关组件Q1、第二开关组件Q2、第H开关 组件Q3、第四开关组件Q4、第五开关组件Q5和第六开关组件Q6。
[0090] 所述六个开关组件中的第一开关组件Ql的第一端与所述五个端子中的第一端子 Al连接，所述第一开关组件Ql的第二端与所述五个端子中的第五端子A5连接；
[0091] 所述六个开关组件中的第二开关组件Q2的第一端与所述五个端子中的第二端子 A2连接，所述第二开关组件Q2的第二端与第一支路的第一端Al连接；
[0092] 所述六个开关组件中的第H开关组件Q3的第二端与所述五个端子中的第H端子 A3连接，所述第H开关组件Q3的第一端与所述第一支路的第一端连接，
[0093] 其中，所述第一支路包括串联的第四开关组件Q4和第五开关组件Q5,所述第一支 路的第一端连接所述第四开关组件Q4的第一端且所述第一支路的第二端连接所述第五开 关组件Q5的第一端（如图2所示），或者，所述第一支路的第一端连接所述第四开关组件Q4 的第二端且所述第一支路的第二端连接所述第五开关组件Q5的第二端（如图3所示）；
[0094] 所述六个开关组件中的第六开关组件Q6的第二端与所述五个端子中的第四端子 A4连接，所述第六开关组件Q6的第一端与所述第五端子A5连接；
[0095] 所述第一支路的第二端与所述第五端子A5连接。
[0096] 本发明实施例所提供的多电平拓扑的电路，开关组件所需的耐压值较低，进而能 够保证性能，并且耐压值低的开关组件的成本较低。
[0097] 可理解，图2和图3所示的电路为四电平拓扑的电路。
[0098] 可理解，其中，第四开关组件Q4和第五开关组件Q5是反方向串联的。
[0099] 可选地，当所述开关组件处于接通状态时，所述开关组件在所述开关组件的第一 端至所述开关组件的第二端的方向上导通，且在所述开关组件的第二端至所述开关组件的 第一端的方向上也导通；当所述开关组件处于关断状态时，所述开关组件在所述开关组件 的第一端至所述开关组件的第二端的方向上断开，且在所述开关组件的第二端至所述开关 组件的第一端的方向上导通。
[0100] 应注意，本发明实施例对开关组件的形式不作限定。图2和图3中所示的六个开 关组件Q1-Q6是由一个二极管值iode)和第一半导体开关管并联所形成的。如图4所示， 二极管D的负极连接开关组件的第一端，二极管D的正极连接开关组件的第二端。
[0101] 可理解，本发明实施例中，开关组件可W是一个开关管，或者开关组件也可W是多 个开关管通过串联和/或并联的形式组合而成的。其中的开关管可W为绝缘栅双极型晶体 管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)、或者也可W为金属-氧化层半导体场效 晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOS阳T)等，本发明对此 不作限定。
[0102] 本发明后续实施例均W图4所示的开关组件为例进行阐述。当图4所示的开关组 件处于接通状态时，该开关组件在第一端至第二端的方向上导通，且在第二端至第一端的 方向上也导通。当图4所示的开关组件处于关断状态时，该开关组件在第一端至第二端的 方向上断开，且在第二端至第一端的方向上导通。
[0103] 本发明实施例中，将图4所示的开关组件处于接通状态称为第一状态，将图4所示 的开关组件处于关断状态称为第二状态。也就是说，第一状态是指：开关组件在所述开关组 件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开 关组件的第一端的方向上导通。第二状态是指：开关组件在所述开关组件的第一端到所述 开关组件的第二端的方向上断开且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的 方向上导通。
[0104] 另外，本发明实施例提供的多电平拓扑的电路可W通过软件与硬件结合的方式进 行驱动控制，从而能够实现直流/交流值irect Current/Alternating Current，DC/AC)的 转换或交流/直流（AC/DC)的转换。
[010引例如，W DC/AC为例，可則尋如图2或图3所示的四电平拓扑的电路中的第一端子 AU第二端子A2、第H端子A3和第四端子A4作为输入端，将第四端子A4和第五端子A5作 为输出端。其中，第四端子A4可W接地，也就是说，第四端子A4可W作为电压参考点。
[0106] 可选地，作为一个实施例，如图5所示，第一端子Al与第一电压源DCl的正极连 接，第二端子与第一电压源DCl的负极连接。第二端子与第二电压源DC2的正极连接，第H 端子与第二电压源DC2的负极连接。第H端子与第H电压源DC3的正极连接，第四端子与 第H电压源DC3的负极连接。
[0107] 本发明实施例采用电压可W恒定的DCl、DC2和DC3,能够解决现有技术采用电容 造成的不能正常工作的问题。
[0108] 可理解，图5中的第四开关组件Q4和第五开关组件Q5也可W采用图3中的串联 方式。
[0109] 应注意，图5所示的四电平拓扑的电路中，DCUDC2和DC3的电压的大小可W互相 相等，也可W互不相等，本发明对此不作限定。可理解，母线电压为Vbus= DC1+DC2+DC3。
[0110] 送样，对图5所示的四电平拓扑的电路，可W通过控制开关组件的接通或关断，实 现四电平的输出电压。具体地，可W如下表一所示。
[0111] 表一
[0112]
[011 引
[0114] 其中，表一中的"1"表示相应的开关组件的状态为第一状态，"0"表示相应的开关 组件的状态为第二状态。
[011引假设输出电平为DC1+DC2+DC3时为电平1，此时该四电平拓扑的电路的有功电流 可W如图5中的虚线箭头601所示。假设输出电平为DC2+DC3时为电平2,此时该四电平拓 扑的电路的有功电流可W如图5中的点画线箭头602所示。假设输出电平为DC3时为电平 3,此时该四电平拓扑的电路的有功电流可W如图5中的虚线箭头603所示。假设输出电平 为0时为电平4,此时该四电平拓扑的电路的有功电流可W如图5中的点画线箭头604所 /Jn O
[0116] 若假设DCl = DC2 = DC3 = 500V，郝么流经Ql和Q6的最大电压为1500V，流经 Q2至Q5的最大电压为500V，考虑一定的预量，本发明实施例中，Ql和Q6应采用耐压为 1700V的开关器件，Q2至Q5应采用耐压为700V的开关器件。送样，与现有技术相比，6个 开关组件中的两个开关组件可W采用耐压值低的开关器件，能够节约成本。并且，可理解， 若0[1〉0[2〉0[3，郝么可^采用耐压值更低的开关器件，从而进一步地节约成本。
[0117] 并且，由于采用耐压值较低的开关器件，能够减少损耗，从而提高系统的性能。
[0118] 可选地，作为另一个实施例，可W采用直流/直流（Direct Current/ Direct化rrent，DC/DC)变换电路实现多电平拓扑的电路。可选地，该DC/DC变换电路可W 为升降压电路。例如，DC/DC变换电路可W为Buck-Boost电路，如图6所示。
[0119] Buck-Boost电路包括开关组件Qbbi和Q BB2、电容Cbbi和C BB2、W及电感Lbb。假设电 容Cbb巧端的电压等于V 1。，电容Cbb巧端的电压等于V。。,。郝么，在Vi。恒定的情况下，可W 通过调节该Buck-Boost电路的导通比调节V。。,。
[0120] 也就是说，可W将Vm作为Buck-Boost电路的输入，将V。。,作为Buck-Boost电路 的输出。相应地，Cbbi的两端为Buck-Boost电路的两个输入端，C BB2的两端为Buck-Boost 电路的两个输出端。
[0121] 可选地，采用DC/DC变换电路实现多电平拓扑的电路可W如图7所示，
[0122] 第二端子A2和第H端子A3分别连接第一 DC/DC变换电路的第一输入端和第二输 入端，第一端子Al和第二端子A2分别连接所述第一 DC/DC变换电路的第一输出端和第二 输出端。第二端子A2和第H端子A3分别连接第二DC/DC变换电路的第一输入端和第二输 入端，第H端子A3和第四端子A4分别连接所述第二DC/DC变换电路的第一输出端和第二 输出端。其中，所述第一 DC/DC变换电路和所述第二DC/DC变换电路共用同一个输入。
[0123] 具体地，图7所示的第一 DC/DC变换电路为第一 Buck-Boost电路，第二DC/DC变换 电路为第二Buck-Boost电路。其中，第一 Buck-Boost电路包括Cl和C2,第二Buck-Boost 电路包括C2和C3。
[0124] 送样，若将第二端子A2连接一个电压源DCO的正极，将第H端子A3连接电压源 DCO的负极。郝么，可W通过第一DC/DC变换电路，确定第一端子Al和第二端子A2之间的电 压为DCOl ;并可W通过第二DC/DC变换电路，确定第H端子和第四端子之间的电压为DC02。 [012引参照图5可知，图7中的DCO1可W相当于图5中的DCl，图7中的DCO可W相当于 图5中的DC2,图7中的DC02可W相当于图5中的DC3。
[0126] 送样，可W类似地通过控制开关组件Ql至Q6的状态，实现四电平输出，为避免重 复，送里不再赏述。
[0127] 应注意，图7所示的四电平拓扑中，可W通过调节第一 Buck-Boost电路的导通比 和/或第二Buck-Boost电路的导通比，来调节母线电压，从而能够实现对四电平输出的灵 活控制。
[0128] 可选地，采用DC/DC变换电路实现多电平拓扑的电路可W如图8所示，
[0129] 第一端子连接第一 DC/DC变换电路的第一输出端，第二端子Al连接所述第一 DC/ DC变换电路的第二输出端；第二端子A2连接所述第一 DC/DC变换电路的第一输入端；所述 第一 DC/DC变换电路的第二输入端连接第二DC/DC变换电路的第一输入端；第H端子A3连 接所述第二DC/DC变换电路的第二输入端；第四端子A4连接所述第二DC/DC变换电路的第 一输出端，所述第H端子连接所述第二DC/DC变换电路的第二输出端。
[0130] 具体地，图8所示的第一 DC/DC变换电路为第一 Buck-Boost电路，第二DC/DC变换 电路为第二Buck-Boost电路。其中，第一Buck-Boost电路包括Cl 1和C12,第二Buck-Boost 电路包括C21和C22。
[013。 送样，若将第二端子A2连接一个电压源DClO的正极，将C12和C21之间的端子AO 连接电压源DClO的负极。将C12和C21之间的端子AO连接电压源DC20的正极，将第H端 子A3连接电压源DC20的负极。郝么，可W通过第一 Buck-Boost电路，确定第一端子Al和 第二端子A2之间的电压为DCll ;并可W通过第二Buck-Boost电路，确定第H端子和第四 端子之间的电压为DC22。
[013引 参照图5可知，图8中的DCll可W相当于图5中的DC1，图8中的DC10+DC20可W 相当于图5中的DC2,图8中的DC22可W相当于图5中的DC3。
[0133] 送样，可W类似地通过控制开关组件Ql至Q6的状态，实现四电平输出，为避免重 复，送里不再赏述。
[0134] 应注意，图8所示的四电平拓扑中，可W通过调节第一 Buck-Boost电路的导通比 和/或第二Buck-Boost电路的导通比，来调节母线电压，从而能够实现对四电平输出的灵 活虹制。
[0135] 应注意，图7和图8中的第四开关组件Q4和第五开关组件Q5也可W采用图3中 的串联方式。图7和图8中所示的Buck-Boost电路也可W采用其他的DC/DC变换器，本发 明实施例对此不作限定。例如，图2或图3中的输入端可W连接变换器的输出端或者整流 器的输出端。也就是说，可W将变换器的输出或整流器的输出作为该多电平拓扑的电路的 输入。
[0136] 可选地，作为另一个实施例，在图2或图3的四电平拓扑的电路的基础上，可W实 现H相系统，如图9所示。可W看出，图9所示的H相系统包括H个第五端口，分别为A51、 A52 和 A53。
[0137] 可理解，图9所示的H相系统是由H个四电平拓扑共用第一端口至第四端口所构 成的。
[0138] 可选地，第四端子A4可W接地。
[0139] 可选地，第一端子AU第二端子A2、第H端子A3和第四端子A4可W作为输入端。 例如，可W如图5所示在A1-A4连接H个电压源。或者，也可W如图7或图8所示在A1-A4 连接两个DC/DC变换电路。
[0140] 可选地，作为另一个实施例，可W在图2或图3所示的四电平拓扑的基础上构建更 高的电平拓扑。例如，在图2的基础上所构建的多电平拓扑为N电平拓扑，且N为大于4的 偶数，如图10所示，电路还包括；N-4个端子和2N-8个开关组件，其中，所述N-4个端子包 括第六端子至第N+1端子，所述2N-8个开关组件包括第走开关组件至第2N-2开关组件； [014。 第2i-5开关组件Q(2i-5)的第一端与第i端子A(i)连接，所述第2i-5开关组件 Q (2i-5)的第二端与第（i-2)/2支路的第一端连接，其中，i = 6, 7,…，N ;
[014引第2i-4开关组件Q(2i-4)的第二端与第i+1端子A(i+1)连接，所述第2i-4开关 组件Q (2i-4)的第二端与所述第（i-2)/2支路的第一端连接，其中，所述第（i-2)/2支路包 括串联的第2i-3开关组件Q(2i-3)和第2i-2开关组件Q(2i-2)，所述第（i-2)/2支路的 第一端连接所述第2i-3开关组件Q (2i-3)的第一端且所述第（i-2)/2支路的第二端连接 所述第2i-2开关组件Q (2i-2)的第一端，或者，所述第（i-2)/2支路的第一端连接所述第 2i-3开关组件Q(2i-3)的第二端且所述第（i-2)/2支路的第二端连接所述第2i-2开关组 件Q(2i-2)的第二端；
[0143] 所述第（i-2)/2支路的第二端与所述第五端子A5连接。
[0144] 送样，能够利用该多电平拓扑实现DC/AC的转换。例如，可W在第一端子Al和第 二端子A2之间、第二端子A2和第H端子A3之间、第H端子A3和第六端子A6之间、第i端 子A(i)和第i+1端子A(i+1)之间、第N+1端子A(N+1)和第四端子A4之间连接直流电压 源，郝么，可W通过调节开关组件的状态，实现N电平输出，并且在通过滤波器之后，从第四 端子A4和第五端子A5输出的电压越接近于正弦，即输出的电压为交流电压。
[0145] 具体地，当N = 6时，该六电平拓扑的电路可W如图11所示，包括：走个端子 (A1-A7)和十个开关组件（Ql-QlO)。
[0146] 其中，走个端子（A1-A7)包括第一端子AU第二端子A2、第H端子A3、第四端子 A4、第五端子A5、第六端子A6和第走端子A7。十个开关组件（Ql-QlO)包括第一开关组件 Q1、第二开关组件Q2、第H开关组件Q3、第四开关组件Q4、第五开关组件Q5、第六开关组件 Q6、第走开关组件Q7、第八开关组件Q8、第九开关组件Q9和第十开关组件Q10。
[0147] 第一开关组件Ql的第一端与第一端子Al连接，所述第一开关组件Ql的第二端与 第五端子A5连接；
[014引第二开关组件Q2的第一端与第二端子A2连接，所述第二开关组件Q2的第二端与 第一支路的第一端连接；第H开关组件Q3的第二端与第H端子A3连接，所述第H开关组件 Q3的第一端与所述第一支路的第一端连接，其中，所述第一支路包括串联的第四开关组件 Q4和第五开关组件Q5,所述第一支路的第一端连接所述第四开关组件Q4的第一端且所述 第一支路的第二端连接所述第五开关组件Q5的第一端；
[0149] 第走开关组件Q7的第一端与第六端子A6连接，所述第走开关组件Q7的第二端与 第二支路的第一端连接；第八开关组件Q8的第二端与第走端子A7连接，所述第八开关组件 Q8的第一端与所述第二支路的第一端连接，其中，所述第二支路包括串联的第九开关组件 Q9和第十开关组件Q10,所述第二支路的第一端连接所述第九开关组件Q9的第一端且所述 第二支路的第二端连接所述第十开关组件QlO的第一端；
[0150] 第六开关组件Q6的第二端与第四端子A4连接，所述第六开关组件Q6的第一端与 所述第五端子A5连接；
[0151] 所述第一支路的第二端与所述第五端子A5连接，所述第二支路的第二端与所述 第五端子A5连接。
[0152] 另外，图11所示的六电平拓扑的电路还包括五个直流电压源。具体地，第一端子 Al与第一电压源DCl的正极连接，第二端子A2与第一电压源DCl的负极连接。第二端子A2 与第二电压源DC2的正极连接，第H端子A3与第二电压源DC2的负极连接。第H端子A3与 第H电压源DC3的正极连接，第六端子A6与第H电压源DC3的负极连接。第六端子A6与 第四电压源DC4的正极连接，第走端子A7与第四电压源DC4的负极连接。第走端子A7与 第五电压源〇巧的正极连接，第四端子A4与第五电压源0巧的负极连接。
[015引其中，第四端子A4可W接地。
[0154] 送样，可W通过调节开关组件的状态，实现六电平输出。
[0155] 例如，假设五个直流电压源的电压值相等，即DCl = DC2 = DC3 = DC4 = D巧= DC。可W通过控制开关组件的接通或关断，实现六电平的输出电压。具体地，可W如下表二 所示。
[0156] 表二
[0157]
[015 引
[0159] 其中，"1"表示开关组件的状态为第一状态，"0"表示开关组件的状态为第二状态。
[0160] 在图10或图11所示的多电平拓扑的电路中，开关组件可W采用耐压值较小的开 关管，能够节约成本。并且，由于采用耐压值较低的开关器件，能够减少损耗，从而提高系统 的性能。
[0161] 应注意，图10和图11中的第四开关组件Q4和第五开关组件Q5也可W采用图3 中的串联方式。图10中的第2i-3开关组件Q(2i-3)和第2i-2开关组件Q(2i-2)，图11中 的第九开关组件Q9和第十开关组件QlO也可W采用同样的串联方式。本发明对此不作限 定。
[0162] 应注意，图10所示的多电平拓扑的电路中，第一端子Al至第四端子A4,第六端子 A6至第N+1端子可W作为该多电平拓扑的电路的输入端。第四端子A4和第五端子A5可W 作为该多电平拓扑的电路的输出端。
[0163] 可理解，参照前述关于四电平拓扑的描述，图10所示的多电平拓扑的电路的输入 端可W连接电压源，或者可W连接多个DC/DC变换电路作为输入，为避免重复，送里不再赏 述。
[0164] 另外，参照前述图9的描述，可W利用图10所示的多电平拓扑的电路类似地得到 多电平拓扑的H相系统，为避免重复，送里不再赏述。
[016引可选地，作为另一个实施例，可W在图2或图3所示的四电平拓扑的基础上构建更 高的电平拓扑。例如，在图2的基础上所构建的多电平拓扑为N电平拓扑，如图12所示，电 路还包括；N-4个端子和2N-8个开关组件，其中，所述N-4个端子包括第六端子A6至第N+1 端子A (N+1)，所述2N-8个开关组件包括第走开关组件Q7至第2N-2开关组件Q (2N-2)，N为 大于4的正整数；
[0166] 第j+1开关组件Q(j+1)的第一端与第j端子A(j)连接，第j+1开关组件Q(j+1) 的第二端与第j+N-3开关组件Q(j+N-3)的第二端连接，所述第j+N-3开关组件Q(j+N-3) 的第一端与所述第一支路的第一端连接，其中，j = 6, 7,…，N+1。
[0167] 送样，能够利用该多电平拓扑实现DC/AC的转换。例如，可W在第一端子Al和第 二端子A2之间、第二端子A2和第六端子A6之间、第j端子A(j)和第j+1端子A(j+1)之 间、第N+1端子A(N+1)和第H端子A3之间、第H端子A3和第四端子A4之间连接直流电压 源，郝么，可W通过调节开关组件的状态，实现N电平输出，并且在通过滤波器之后，从第四 端子A4和第五端子A5输出的电压越接近于正弦，即输出的电压为交流电压。
[016引具体地，当N = 5时，该多电平拓扑为五电平拓扑，该五电平拓扑的电路可W如图 13所示，包括：六个端子（A1-A6)和八个开关组件（Q1-Q8)。
[0169] 其中，六个端子（A1-A6)包括第一端子AU第二端子A2、第H端子A3、第四端子 A4、第五端子A5和第六端子A6。八个开关组件（Q1-Q8)包括第一开关组件Q1、第二开关组 件Q2、第H开关组件Q3、第四开关组件Q4、第五开关组件Q5、第六开关组件Q6、第走开关组 件Q7和第八开关组件Q8。
[0170] 第一开关组件Ql的第一端与第一端子Al连接，所述第一开关组件Ql的第二端与 第五端子A5连接；
[0171] 第二开关组件Q2的第一端与第二端子A2连接，所述第二开关组件Q2的第二端与 第一支路的第一端连接；第H开关组件Q3的第二端与第H端子A3连接，所述第H开关组件 Q3的第一端与所述第一支路的第一端连接，其中，所述第一支路包括串联的第四开关组件 Q4和第五开关组件Q5,所述第一支路的第一端连接所述第四开关组件Q4的第一端且所述 第一支路的第二端连接所述第五开关组件Q5的第一端；
[0172] 第走开关组件Q7的第一端与第六端子A6连接，第走开关组件Q7的第二端与第 八开关组件Q8的第二端连接，所述第八开关组件Q8的第一端与所述第一支路的第一端连 接；
[0173] 第六开关组件Q6的第二端与第四端子A4连接，所述第六开关组件Q6的第一端与 所述第五端子A5连接；
[0174] 所述第一支路的第二端与所述第五端子A5连接。
[01巧]另外，图13所示的五电平拓扑的电路还包括四个直流电压源。具体地，第一端子 Al与第一电压源DCl的正极连接，第二端子A2与第一电压源DCl的负极连接。第二端子 A2与第二电压源DC2的正极连接，第六端子A6与第二电压源DC2的负极连接。第六端子 A6与第H电压源DC3的正极连接，第H端子A3与第H电压源DC3的负极连接。第H端子 A3与第四电压源DC4的正极连接，第四端子A4与第四电压源DC4的负极连接。
[0176] 其中，第四端子A4可W接地。
[0177] 送样，可W通过调节开关组件的状态，实现五电平输出。
[0178] 例如，假设四个直流电压源的电压值相等，即DCl = DC2 = DC3 = DC4 = DC。可W 通过控制开关组件的接通或关断，实现五电平的输出电压。具体地，可W如下表H所示。
[017引表H
[0180]
[0181] 其中，"1"表示开关组件的状态为第一状态，"〇"表示开关组件的状态为第二状态。
[0182] 在图12或图13所示的多电平拓扑的电路中，开关组件可W采用耐压值较小的开 关管，能够节约成本。并且，由于采用耐压值较低的开关器件，能够减少损耗，从而提高系统 的性能。
[0183] 应注意，图12和图13中的第四开关组件Q4和第五开关组件Q5也可W采用图3 中的串联方式。
[0184] 应注意，图12所示的多电平拓扑的电路中，第一端子Al至第四端子A4,第六端子 A6至第N+1端子可W作为该多电平拓扑的电路的输入端。第四端子A4和第五端子A5可W 作为该多电平拓扑的电路的输出端。
[0185] 可理解，参照前述关于四电平拓扑的描述，图12所示的多电平拓扑的电路的输入 端可W连接电压源，或者可W连接多个DC/DC变换电路作为输入，为避免重复，送里不再赏 述。
[0186] 另外，参照前述图9的描述，可W利用图12所示的多电平拓扑的电路类似地得到 多电平拓扑的H相系统，为避免重复，送里不再赏述。
[0187] 可选地，作为另一个实施例，上述实施例中的多电平拓扑可W与禪合电感娃磁结 合，组成复合电路，实现更高的电平数。如图14所示，复合电路包括M个多电平拓扑（11-1M) 和禪合电感140。其中，M个多电平拓扑（11-1M)包括第一多电平拓扑11、第二多电平拓扑 12、…、第M多电平拓扑1M。禪合电感140包括M个输入端子和输出端子A0。其中，M个 输入端子对应M个电感化I-Lm)。
[018引所述M个输入端子分别与多电平拓扑（11-1M)的电路的第五端子连接。
[0189] 可理解，图14中所示的禪合电感为M相禪合电感。
[0190] 送样，本实施例中将禪合电感与多电平拓扑结合，能够实现更高的电平数，提高等 效开关频率，减小输出的纹波，从而极大地降低输出滤波器的成本与体积。
[0191] 举例来说，假设图14中的多电平拓扑均为N电平拓扑，其中，当N为偶数时，N电平 拓扑可W如图10或图12所示。当N为奇数时，N电平拓扑可W如图12所示。假设N电平 拓扑的工作频率为f，郝么，通过与M相禪合电感进行禪合，可W得出，输出的等效开关频率 为MXf,输出的电平数为MXN+1。输出的电平数W及等效开关的频率极大地增加，输出纹 波急剧减小，因而可W大幅降低输出滤波器件的成本和体积。同时也为减低开关频率提供 了条件，开关频率减小，开关损耗可W等比例下降，变换器系统的效率能得到大幅的提升。
[0192] 图15是本发明一个实施例的功率变换器的示意性框图。图15所示的功率变换器 1500包括多电平拓扑1501和控制器1502。
[0193] 其中，多电平拓扑1501可W参见前述图2或图3或图5、图7至图14中任一个实 施例中的多电平拓扑。
[0194] 其中，控制器1502可W用于控制多电平拓扑1501中的开关组件的状态。具体地， 控制器1502可W通过硬件与软件结合的方式改变开关组件的状态。其中，控制器1502可 W是处理器的形式。
[0195] 处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，对多 电平拓扑的开关组件的状态的控制可W通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件 形式的指令完成。上述的处理器可W是通用处理器、数字信号处理器值igital Si即al Processor, DSP)、专用集成电路（Application Specific Integrated Cir州it, ASIC)、现 成可编程口阵列（Field Programm油Ie Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立 口或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可W实现或者执行本发明实施例中的公开的各方 法、步骤及逻辑框图。通用处理器可W是微处理器或者该处理器也可W是任何常规的处理 器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可W直接体现为硬件译码处理器执行完成， 或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
[0196] 软件模块可W位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可 擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器 读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。可W理解，本发明实施例中的存 储器可W是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。 其中，非易失性存储器可W是只读存储器巧eacH3nly Memcxry, ROM)、可编程只读存储器 (Programm油Ie ROM, PROM)、可擦除可编程只读存储器巧ras油Ie PROM, EPROM)、电可擦除 可编程只读存储器巧Iectrically EPR0M，EEPR0M)或闪存。易失性存储器可W是随机存 取存储器（Random Access Memory,RAM),其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性 说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器（Static RAM, SRAM)、动态随机存取 存储器值ynamic RAM, DRAM)、同步动态随机存取存储器（Sync虹onous DRAM, SDRAM)、双倍 数据速率同步动态随机存取存储器值OUble Data Rate SDRAM,DDR SDRAM)、增强型同步动 态随机存取存储器巧nhanced SDRAM, ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器（Synchlink DRAM, SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器值irect Rambus RAM, DR RAM)。本文描述 的系统和方法的存储器旨在包括但不限于送些和任意其它适合类型的存储器。
[0197] 可选地，当多电平拓扑1501为前述图13的实施例所示的五电平拓扑时，该功率变 换器1500可W为五电平逆变器。
[019引可选地，当多电平拓扑1501为前述图11的实施例所示的六电平拓扑时，该功率变 换器1500可W为六电平逆变器。
[0199] 可选地，当多电平拓扑1501为前述图10或图12的实施例所示的N电平拓扑时， 该功率变换器1500可W为N电平逆变器。
[0200] 作为一例，此时，该N电平逆变器还可W包括N-I个输入电压源。该N-I个输入电 压源可W连接在N+1个端子中除第五端子A5之外的其他的端子之间。具体地，N-I个输入 电压源的连接方式可W参见图11或图13的描述，为避免重复，送里不再赏述。
[020。 作为一例，此时，该N电平逆变器还可W包括N-2个直流/直流变换电路。该N-2 个直流/直流变换电路可W连接在N+1个端子中除第五端子A5之外的其他的端子之间。具 体地，N-2个直流/直流变换电路的连接方式可W类比于图7或图8中四电平拓扑的相关 描述，为避免重复，送里不再赏述。
[0202] 可选地，当多电平拓扑1501为前述图2、图3、图5、图7或图8的实施例所示的四 电平拓扑时，该功率变换器1500可W为四电平逆变器。
[0203] 具体地，图16是本发明一个实施例的功率变换器的结构示意图。图16所示的功 率变换器1600包括图5所示的四电平拓扑的电路和控制器1601。
[0204] 控制器1601，与所述六个开关组件怕1至Q6)连接，用于控制所述六个开关组件的 状态。
[0205] 可理解，本发明实施例中，可W通过控制器1601的控制，改变开关组件的状态。其 中，开关组件可W如图4所示。
[0206] 可选地，开关组件的状态可W为第一状态或第二状态。其中，所述第一状态是指开 关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上导通且在所述开关组 件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所述第二状态是指开关组件在所述开 关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断开且在所述开关组件的第二端到所 述开关组件的第一端的方向上导通。
[0207] 送样，若所述第一电压源的输入电压的值为DC1，所述第二电压源的输入电压的值 为DC2,所述第H电压源的输入电压的值为DC3，
[020引当控制器1601控制所述第一开关组件Q1、所述第二开关组件Q2和所述第四开关 组件Q4的状态为第一状态，且所述第H开关组件Q3、所述第五开关组件Q5和所述第六开关 组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的值为 DC1+DC2+DC3 ；
[0209] 当控制器1601控制所述第二开关组件Q2、所述第四开关组件Q4和所述第五开关 组件Q5的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第H开关组件Q3和所述第六开关 组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的值为 DC2+DC3 ；
[0210] 当控制器1601控制所述第H开关组件Q3、所述第四开关组件Q4和所述第五开关 组件Q5的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第二开关组件Q2和所述第六开关 组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的值为 DC3 ；
[0211] 当控制器1601控制所述第H开关组件Q3、所述第五开关组件Q5和所述第六开关 组件Q6的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第二开关组件Q2和所述第四开关 组件Q4的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的值为 0 ；
[0212] 具体地，可W参见前述图5的实施例中表一所示。
[0引引例如，若假设DCl = DC2 = DC3,且DC1+DC2+DC3 = Vbus。郝么，图17(a)为功率变 换器1600的输出电压的不意图。图17化）为经过滤波之后的功率变换器1600的输出电压 的W意图。
[0214] 电平数越高，输出电压会越接近于正弦，因而所需滤波器的尺寸、成本会大幅降 低，有利于系统实现高功率密度。
[0215] 可选地，图16所示的功率变换器1600可W为四电平逆变器。
[0216] 图18是本发明另一个实施例的功率变换器的结构示意图。图18所示的功率变换 器1800包括图7所示的四电平拓扑的电路、输入电压源DCl和控制器1801。
[0217] 所述第二端子A2与所述输入电压源DCl的正极连接，所述第H端子A3与所述输 入电压源DCl的负极连接；
[021引所述控制器1801，与所述六个开关组件怕1至Q6)连接，用于控制所述六个开关组 件的状态。
[0219] 另外，控制器1801也可W与第一直流/直流变换电路中的开关组件连接，并控制 该第一直流/直流变换电路中的开关组件的状态；控制器1801也可W与第二直流/直流变 换电路中的开关组件连接，并控制该第二直流/直流变换电路中的开关组件的状态。
[0220] 若所述输入电压源的输入电压的值为DC1，经过所述第一直流/直流变换电路后 的所述第一端子Al和所述第二端子A2之间的电压的值为DC2,经过所述第二直流/直流变 换电路后的所述第H端子A3和所述第四端子A4之间的电压的值为DC3，
[0221] 当所述控制器1801控制所述第一开关组件Q1、所述第二开关组件Q2和所述第四 开关组件Q4的状态为第一状态，且所述第H开关组件Q3、所述第五开关组件Q5和所述第六 开关组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为 DC1+DC2+DC3 ;
[0222] 当所述控制器1801控制所述第二开关组件Q2、所述第四开关组件Q4和所述第五 开关组件Q5的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第H开关组件Q3和所述第六 开关组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为 DC1+DC3 ;
[0223] 当所述控制器1801控制所述第H开关组件Q3、所述第四开关组件Q4和所述第五 开关组件Q5的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第二开关组件Q2和所述第六 开关组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为DC3 ;
[0224] 当所述控制器1801控制所述第H开关组件Q3、所述第五开关组件Q5和所述第六 开关组件Q6的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第二开关组件Q2和所述第四 开关组件Q4的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为0 ;
[0225] 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第 二端的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所 述第二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断 开且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。
[0226] 应注意，图18所示的实施例中，可W通过调整第一直流/直流变换电路和第二直 流/直流变换电路调整DC2和DC3,送样能够增大该功率变换器的输出电压的范围，进而使 得该功率变换器更加灵活。
[0227] 可选地，图18所示的功率变换器1800可W为四电平逆变器。
[022引图19是本发明另一个实施例的功率变换器的结构示意图。图19所示的功率变换 器1900包括图8所示的四电平拓扑的电路、第一输入电压源DCl、第二输入电压源DC2和控 制器1901。
[0229] 所述第二端子A2与所述第一输入电压源DCl的正极连接，所述第一直流/直流变 换电路的第二输入端AO与所述第一输入电压源DCl的负极连接；
[0230] 所述第二直流/直流变换电路的第一输入端AO与所述第二输入电压源DC2的正 极连接，所述第H端子A3与所述第二输入电压源DC2的负极连接；
[0231] 所述控制器1901，与所述六个开关组件怕1至Q6)连接，用于控制所述六个开关组 件的状态。
[0232] 另外，控制器1901也可W与第一直流/直流变换电路中的开关组件连接，并控制 该第一直流/直流变换电路中的开关组件的状态；控制器1901也可W与第二直流/直流变 换电路中的开关组件连接，并控制该第二直流/直流变换电路中的开关组件的状态。
[0233] 若所述第一输入电压源的输入电压的值为DCl，所述第二输入电压源的输入电压 的值为DC2,经过所述第一直流/直流变换电路后的所述第一端子Al和所述第二端子A2之 间的电压的值为DC3,经过所述第二直流/直流变换电路后的所述第H端子A3和所述第四 端子A4之间的电压的值为DC4，
[0234] 当所述控制器1901控制所述第一开关组件Q1、所述第二开关组件Q2和所述第四 开关组件Q4的状态为第一状态，且所述第H开关组件Q3、所述第五开关组件Q5和所述第六 开关组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为 DC1+DC2+DC3+DC4 ;
[0235] 当所述控制器1901控制所述第二开关组件Q2、所述第四开关组件Q4和所述第五 开关组件Q5的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第H开关组件Q3和所述第六 开关组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为 DC1+DC2+DC4 ;
[0236] 当所述控制器1901控制所述第H开关组件Q3、所述第四开关组件Q4和所述第五 开关组件Q5的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第二开关组件Q2和所述第六 开关组件Q6的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为DC4 ;
[0237] 当所述控制器1901控制所述第H开关组件Q3、所述第五开关组件Q5和所述第六 开关组件Q6的状态为第一状态，且所述第一开关组件Ql、所述第二开关组件Q2和所述第四 开关组件Q4的状态为第二状态时，所述第四端子A4和所述第五端子A5之间的输出电压的 值为0 ;
[023引其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第 二端的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所 述第二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断 开且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。
[0239] 应注意，图19所示的实施例中，可W通过调整第一直流/直流变换电路调整DC3， 通过调整第二直流/直流变换电路调整DC4,送样能够增大该功率变换器的输出电压的范 围，进而使得该功率变换器更加灵活。
[0240] 可选地，图19所示的功率变换器1900为四电平逆变器。
[0241] 应注意，当图15中的多电平拓扑1501为上述图10或图12所示的N电平拓扑时， 图15中的功率变换器1500可W为N电平逆变器。若此时，该N电平逆变器还包括N-2个 直流/直流变换电路，郝么，可理解，该N电平逆变器还应该包括输入电压源。具体地，输入 电压源的连接方式可W类比于上述图18或图19中的四电平逆变器中输入电压源的相关描 述，为避免重复，送里不再赏述。
[0242] 本领域普通技术人员可W意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单 元及算法步骤，能够W电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。送些功能究竟 W硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员 可W对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是送种实现不应认为超出 本发明的范围。
[0243] 所属领域的技术人员可W清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、 装置和单元的具体工作过程，可W参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赏述。
[0244] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所掲露的系统、装置和方法，可W 通过其它的方式实现。例如，W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W有另外的划分方式，例如多个单元或组件 可W结合或者可W集成到另一个系统，或一些特征可W忽略，或不执行。另一点，所显示或 讨论的相互之间的禪合或直接禪合或通信连接可W是通过一些接口，装置或单元的间接禪 合或通信连接，可W是电性，机械或其它的形式。
[0245] 所述作为分离部件说明的单元可W是或者也可W不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可W是或者也可W不是物理单元，即可W位于一个地方，或者也可W分布到多个 网络单元上。可W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。
[0246] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可W集成在一个处理单元中，也可W 是各个单元单独物理存在，也可W两个或两个W上单元集成在一个单元中。
[0247] 所述功能如果W软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可W 存储在一个计算机可读取存储介质中。基于送样的理解，本发明的技术方案本质上或者说 对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可WW软件产品的形式体现出来，该计 算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用W使得一台计算机设备（可W是个 人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括；U盘、移动硬盘、只读存储器巧eacK)nly Memo巧，ROM)、随机存取 存储器（Random Access Memory, RAM)、磁碟或者光盘等各种可W存储程序代码的介质。 [024引 W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掲露的技术范围内，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W权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种多电平拓扑的电路，其特征在于，包括：五个端子和六个开关组件， 所述六个开关组件中的第一开关组件的第一端与所述五个端子中的第一端子连接，所 述第一开关组件的第二端与所述五个端子中的第五端子连接； 所述六个开关组件中的第二开关组件的第一端与所述五个端子中的第二端子连接，所 述第二开关组件的第二端与第一支路的第一端连接； 所述六个开关组件中的第三开关组件的第二端与所述五个端子中的第三端子连接， 所述第三开关组件的第一端与所述第一支路的第一端连接，其中，所述第一支路包括串联 的第四开关组件和第五开关组件，所述第一支路的第一端连接所述第四开关组件的第一端 且所述第一支路的第二端连接所述第五开关组件的第一端，或者，所述第一支路的第一端 连接所述第四开关组件的第二端且所述第一支路的第二端连接所述第五开关组件的第二 端； 所述六个开关组件中的第六开关组件的第二端与所述五个端子中的第四端子连接，所 述第六开关组件的第一端与所述第五端子连接； 所述第一支路的第二端与所述第五端子连接。2. 根据权利要求1所述的电路，其特征在于， 所述第一端子与第一电压源的正极连接，所述第二端子与所述第一电压源的负极连 接； 所述第二端子与第二电压源的正极连接，所述第三端子与所述第二电压源的负极连 接； 所述第三端子与第三电压源的正极连接，所述第四端子与所述第三电压源的负极连 接。3. 根据权利要求1所述的电路，其特征在于， 所述第二端子和所述第三端子分别连接第一直流/直流变换电路的第一输入端和第 二输入端，所述第一端子和所述第二端子分别连接所述第一直流/直流变换电路的第一输 出端和第二输出端； 所述第二端子和所述第三端子分别连接第二直流/直流变换电路的第一输入端和第 二输入端，所述第三端子和所述第四端子分别连接所述第二直流/直流变换电路的第一输 出端和第二输出端； 其中，所述第一直流/直流变换电路和所述第二直流/直流变换电路共用同一个输入。4. 根据权利要求1所述的电路，其特征在于， 所述第一端子连接第一直流/直流变换电路的第一输出端，所述第二端子连接所述第 一直流/直流变换电路的第二输出端； 所述第二端子连接所述第一直流/直流变换电路的第一输入端； 所述第一直流/直流变换电路的第二输入端连接第二直流/直流变换电路的第一输入 端； 所述第三端子连接所述第二直流/直流变换电路的第二输入端； 所述第四端子连接所述第二直流/直流变换电路的第一输出端，所述第三端子连接所 述第二直流/直流变换电路的第二输出端。5. 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多电平拓扑为N电平拓扑，且N为大 于4的偶数，所述电路还包括：N-4个端子和2N-8个开关组件，其中，所述N-4个端子包括 第六端子至第N+1端子，所述2N-8个开关组件包括第七开关组件至第2N-2开关组件； 第2i-5开关组件的第一端与第i端子连接，所述第2i-5开关组件的第二端与第 (i-2)/2支路的第一端连接，其中，i = 6,7,…，N; 第2i-4开关组件的第二端与第i+Ι端子连接，所述第2i-4开关组件的第二端与所述 第（i-2)/2支路的第一端连接，其中，所述第（i-2)/2支路包括串联的第2i-3开关组件和 第2i-2开关组件，所述第（i-2)/2支路的第一端连接所述第2i-3开关组件的第一端且所 述第（i-2)/2支路的第二端连接所述第2i-2开关组件的第一端，或者，所述第（i-2)/2支 路的第一端连接所述第2i-3开关组件的第二端且所述第（i-2)/2支路的第二端连接所述 第2i-2开关组件的第二端； 所述第（i-2)/2支路的第二端与所述第五端子连接。6. 根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述多电平拓扑为N电平拓扑，所述电路 还包括：N-4个端子和2N-8个开关组件，其中，所述N-4个端子包括第六端子至第N+1端子， 所述2N-8个开关组件包括第七开关组件至第2N-2开关组件，N为大于4的正整数； 第j+Ι开关组件的第一端与第j端子连接，第j+Ι开关组件的第二端与第j+N-3开关 组件的第二端连接，所述第j+N-3开关组件的第一端与所述第一支路的第一端连接，其中， j = 6,7, ...，N+1。7. 根据权利要求1至6任一项所述的电路，其特征在于，所述第四端子接地。8. -种复合电路，其特征在于，包括Μ个权利要求1至7任一项所述的多电平拓扑的电 路和耦合电感，其中，所述耦合电感包括Μ个输入端子和一个输出端子； 所述Μ个输入端子分别与所述Μ个权利要求1至7任一项所述的多电平拓扑的电路的 第五端子连接。9. 一种功率变换器，其特征在于，包括：权利要求2所述的电路和控制器， 所述控制器，与所述六个开关组件连接，用于控制所述六个开关组件的状态。10. 根据权利要求9所述的功率变换器，其特征在于，所述第一电压源的输入电压的值 为DC1，所述第二电压源的输入电压的值为DC2,所述第三电压源的输入电压的值为DC3， 当所述控制器控制所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态 为第一状态，且所述第三开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC3 ; 当所述控制器控制所述第二开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第三开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC2+DC3 ; 当所述控制器控制所述第三开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC3 ; 当所述控制器控制所述第三开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为〇 ; 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端 的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所述第 二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断开且 在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。11. 根据权利要求9或10所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为四电平逆 变器。12. -种功率变换器，其特征在于，包括：权利要求3所述的电路、输入电压源和控制 器， 所述第二端子与所述输入电压源的正极连接，所述第三端子与所述输入电压源的负极 连接； 所述控制器，与所述六个开关组件连接，用于控制所述六个开关组件的状态。13. 根据权利要求12所述的功率变换器，其特征在于，所述输入电压源的输入电压的 值为DC1，经过所述第一直流/直流变换电路后的所述第一端子和所述第二端子之间的电 压的值为DC2,经过所述第二直流/直流变换电路后的所述第三端子和所述第四端子之间 的电压的值为DC3， 当所述控制器控制所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态 为第一状态，且所述第三开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC3 ; 当所述控制器控制所述第二开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第三开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC3 ; 当所述控制器控制所述第三开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC3 ; 当所述控制器控制所述第三开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为〇 ; 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端 的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所述第 二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断开且 在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。14. 根据权利要求12或13所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为四电平 逆变器。15. -种功率变换器，其特征在于，包括：权利要求4所述的电路、第一输入电压源、第 二输入电压源和控制器， 所述第二端子与所述第一输入电压源的正极连接，所述第一直流/直流变换电路的第 二输入端与所述第一输入电压源的负极连接； 所述第二直流/直流变换电路的第一输入端与所述第二输入电压源的正极连接，所述 第三端子与所述第二输入电压源的负极连接； 所述控制器，与所述六个开关组件连接，用于控制所述六个开关组件的状态。16. 根据权利要求15所述的功率变换器，其特征在于，所述第一输入电压源的输入电 压的值为DC1，所述第二输入电压源的输入电压的值为DC2,经过所述第一直流/直流变换 电路后的所述第一端子和所述第二端子之间的电压的值为DC3,经过所述第二直流/直流 变换电路后的所述第三端子和所述第四端子之间的电压的值为DC4， 当所述控制器控制所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态 为第一状态，且所述第三开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC3+DC4 ; 当所述控制器控制所述第二开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第三开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC1+DC2+DC4 ; 当所述控制器控制所述第三开关组件、所述第四开关组件和所述第五开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第六开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为DC4 ; 当所述控制器控制所述第三开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件的状态 为第一状态，且所述第一开关组件、所述第二开关组件和所述第四开关组件的状态为第二 状态时，所述第四端子和所述第五端子之间的输出电压的值为〇 ; 其中，所述第一状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端 的方向上导通且在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通，所述第 二状态是指开关组件在所述开关组件的第一端到所述开关组件的第二端的方向上断开且 在所述开关组件的第二端到所述开关组件的第一端的方向上导通。17. 根据权利要求15或16所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器为四电平 逆变器。
【文档编号】H02M7/483GK105827129SQ201510003885
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月4日
【发明人】叶飞, 石磊, 傅电波
【申请人】华为技术有限公司