本發(fā)明是有關于一種多電平變換裝置，且特別是有關于一種五電平變換裝置。
背景技術：
：在大功率應用場合，相比于低壓系統(tǒng)，中、高壓系統(tǒng)的電流等級更低，具有更高的效率和更好的經濟性。因而中、高壓系統(tǒng)是大功率變換領域的最佳選擇。對于中、高壓系統(tǒng)，現(xiàn)有的功率器件耐壓等級以及較大的電壓跳變幅度，是其兩個主要問題，因而多電平技術在此受到更多的關注和應用。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提出一種結構簡單的五電平變換裝置的拓撲結構，具有非常好的應用價值。本發(fā)明所提出的五電平變換裝置包括交流端、母線電容模塊、第一開關模塊、第二開關模塊、第三開關模塊、第一飛跨電容單元與第二飛跨電容單元。母線電容模塊具有一正極端、一負極端與一中點。第一開關模塊的兩端分別連接母線電容模塊的中點與交流端，其中第一開關模塊包括多個雙向開關電路彼此級聯(lián)，每一雙向開關電路包括兩個第一開關單元反向串聯(lián)連接。第二開關模塊的兩端分別連接母線電容模塊的正極性端正極端與交流端，其中第二開關模塊包括多個第二開關單元彼此串聯(lián)。第三開關模塊的兩端分別連接母線電容模塊的負極端與交流端，其中第三開關模塊包括多個第三開關單元彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元跨接在第一開關模塊與第二開關模塊之間，第二飛跨電容單元跨接在第一開關模塊與第三開關模塊之間，其中第一飛跨電容單元和第二飛跨電容單元分別與第一開關模塊中第一開關單元之間的不同連接點相連接。于一實施例中，多個雙向開關電路為一第一雙向開關電路與一第二雙向開關電路，第一雙向開關電路連接中點，第二雙向開關電路連接交流端，第一飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點，第二飛跨電容單元的一端連接第二雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點。于一實施例中，第二開關單元的數(shù)量為兩個，第一飛跨電容單元的另一端連接兩個第二開關單元之間的連接點，兩個第二開關單元中的一者連接正極端，兩個第二開關單元中的另一者連接交流端。于一實施例中，第三開關單元的數(shù)量為兩個，第二飛跨電容單元的另一端連接兩個第三開關單元之間的連接點，兩個第三開關單元中的一者連接交流端，兩個第三開關單元中的另一者連接負極端。于一實施例中，多個雙向開關電路為一第一雙向開關電路與一第二雙向開關電路，第一雙向開關電路連接中點，第二雙向開關電路連接交流端，第一飛跨電容單元的一端連接第二雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點，第二飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點。于一實施例中，第二開關單元的數(shù)量為兩個，第一飛跨電容單元的另一端連接兩個第二開關單元之間的連接點，兩個第二開關單元中的一者連接正極端，兩個第二開關單元中的另一者連接交流端。于一實施例中，第三開關單元的數(shù)量為兩個，第二飛跨電容單元的另一端連接兩個第三開關單元之間的連接點，兩個第三開關單元中的一者連接交流端，兩個第三開關單元中的另一者連接負極端。于一實施例中，多個雙向開關電路為一第一雙向開關電路與一第二雙向開關電路，第一雙向開關電路連接中點，第二雙向開關電路連接交流端，第一飛跨電容單元的一端連接第二雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點，第二飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路與第二雙向開關電路之間的連接點。于一實施例中，第二開關單元的數(shù)量為兩個，第一飛跨電容單元的另一端連接兩個第二開關單元之間的連接點，兩個第二開關單元中的一者連接正極端，兩個第二開關單元中的另一者連接交流端。于一實施例中，第三開關單元的數(shù)量為兩個，第二飛跨電容單元的另一端連接兩個第三開關單元之間的連接點，兩個第三開關單元中的一者連接交流端，兩個第三開關單元中的另一者連接負極端。于一實施例中，多個雙向開關電路為一第一雙向開關電路與一第二雙向開關電路，第一雙向開關電路連接中點，第二雙向開關電路連接交流端，第一飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點，第二飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路與第二雙向開關電路之間的連接點。于一實施例中，第二開關單元的數(shù)量為兩個，第一飛跨電容單元的另一端連接兩個第二開關單元之間的連接點，兩個第二開關單元中的一者連接正極端，兩個第二開關單元中的另一者連接交流端。于一實施例中，第三開關單元的數(shù)量為兩個，第二飛跨電容單元的另一端連接兩個第三開關單元之間的連接點，兩個第三開關單元中的一者連接交流端，兩個第三開關單元中的另一者連接負極端。于一實施例中，多個雙向開關電路為一第一雙向開關電路與一第二雙向開關電路，第一雙向開關電路連接中點，第二雙向開關電路連接交流端，第一飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路與第二雙向開關電路之間的連接點，第二飛跨電容單元的一端連接第二雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點。于一實施例中，第二開關單元的數(shù)量為兩個，第一飛跨電容單元的另一端連接兩個第二開關單元之間的連接點，兩個第二開關單元中的一者連接正極端，兩個第二開關單元中的另一者連接交流端。于一實施例中，第三開關單元的數(shù)量為兩個，第二飛跨電容單元的另一端連接兩個第三開關單元之間的連接點，兩個第三開關單元中的一者連接交流端，兩個第三開關單元中的另一者連接負極端。于一實施例中，多個雙向開關電路為一第一雙向開關電路與一第二雙向開關電路，第一雙向開關電路連接中點，第二雙向開關電路連接交流端，第一飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路與第二雙向開關電路之間的連接點，第二飛跨電容單元的一端連接第一雙向開關電路中兩個第一開關單元之間的連接點。于一實施例中，第二開關單元的數(shù)量為兩個，第一飛跨電容單元的另一端連接兩個第二開關單元之間的連接點，兩個第二開關單元中的一者連接正極端，兩個第二開關單元中的另一者連接交流端。于一實施例中，第三開關單元的數(shù)量為兩個，第二飛跨電容單元的另一端連接兩個第三開關單元之間的連接點，兩個第三開關單元中的一者連接交流端，兩個第三開關單元中的另一者連接負極端。于一實施例中，每一第一開關單元包括至少一功率半導體開關，功率半導體開關為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管或集成門極換流晶閘管；；每一第二、第三開關單元包括至少一功率半導體開關，功率半導體開關為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或二極管。綜上所述，本發(fā)明的技術方案與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。本發(fā)明采用非對稱式電路架構(兩飛跨電容單元的連接方式不同)，在電路設計上更靈活、更有彈性。相比于三電平變換技術，五電平變換技術具有更好的電氣性能。以下將以實施方式對上述的說明作詳細的描述，并對本發(fā)明的技術方案提供更進一步的解釋。附圖說明為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下：圖1是依照本發(fā)明第一實施例的一種五電平變換裝置的電路圖；圖2是依照本發(fā)明第二實施例的一種五電平整流器的電路圖；圖3是依照本發(fā)明第三實施例的一種五電平變換器的電路圖；圖4是依照本發(fā)明第四實施例的一種五電平整流器的電路圖；圖5是依照本發(fā)明第五實施例的一種五電平變換器的電路圖；圖6是依照本發(fā)明第六實施例的一種五電平整流器的電路圖；圖7是依照本發(fā)明第七實施例的一種五電平變換器的電路圖；圖8是依照本發(fā)明第八實施例的一種五電平整流器的電路圖；圖9是依照本發(fā)明第九實施例的一種五電平變換器的電路圖；圖10是依照本發(fā)明第十實施例的一種五電平整流器的電路圖；圖11是依照本發(fā)明第十一實施例的一種五電平變換器的電路圖；圖12是依照本發(fā)明第十二實施例的一種五電平整流器的電路圖；以及圖13是依照本發(fā)明各實施例的一種電平波形圖。其中，附圖標記說明如下：100、300、500、700、900、1100：五電平變換器200、400、600、800、1000、1200：五電平整流器110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110、1210：第一開關模塊111、211、311、411、511、611、711、811、911、1011、1111、1211：第一雙向開關電路112、212、312、412、512、612、712、812、912、1012、1112、1212：第二雙向開關電路113～116、213～216、313～316、413～416、513～516、613～616、713～716、813～816、913～916、1013～1016、1113～1116、1213～1216：第一開關單元120、220、320、420、520、620、720、820、920、1020、1120、1220：第二開關模塊121、122、221、222、321、322、421、422、521、522、621、622、721、722、821、822、921、922、1021、1022、1121、1122、1221、1222：第二開關單元130、230、330、430、530、630、730、830、930、1030、1130、1230：第三開關模塊131、132、231、232、331、332、431、432、531、532、631、632、731、732、831、832、931、932、1031、1032、1131、1132、1231、1232：第三開關單元140、240、340、440、540、640、740、840、940、1040、1140、1240：母線電容模塊141、241、341、441、541、641、741、841、941、1041、1141、1241：正極端142、242、342、442、542、642、742、842、942、1042、1142、1242：負極端143、243、343、443、543、643、743、843、943、1043、1143、1243：中點C1：第一飛跨電容單元C2：第二飛跨電容單元C3：第一母線電容單元C4：第二母線電容單元D1～D8：功率半導體開關S1～S12：功率半導體開關U：交流端具體實施方式為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照所附的附圖及以下所述各種實施例，附圖中相同的號碼代表相同或相似的元件。另一方面，眾所周知的元件與步驟并未描述于實施例中，以避免對本發(fā)明造成不必要的限制。本文中所使用的“約”、“大約”或“大致”是用以修飾任何可些微變化的數(shù)量，但這種些微變化并不會改變其本質。于實施方式中若無特別說明，則代表以“約”、“大約”或“大致”所修飾的數(shù)值的誤差范圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是于百分之十以內，而更佳地則是于百分之五以內。本發(fā)明的技術態(tài)樣是一種五電平變換裝置，如圖2、圖4、圖6、圖8、圖10、圖12所示，五電平變換裝置可以被具體實現(xiàn)成交流-直流變換器(rectifier，或者也稱作整流器或者整流裝置)，以將單相、三相或者多相的交流電壓轉換成直流電壓。另外，如圖1、圖3、圖5、圖7、圖9、圖11所示，五電平變換裝置可以被具體實現(xiàn)成直流-交流變換器(inverter，或者也稱作逆變器或者逆變裝置)，以將直流電壓轉換成單相、三相或者 多相的交流電壓，從而可以用來驅動負載。或者，如圖1、圖3、圖5、圖7、圖9、圖11所示的五電平變換裝置亦可用于交流-直流變換器。以下將搭配圖1～12來說明本發(fā)明的具體實施方式。圖1是依照本發(fā)明第一實施例的一種五電平變換器100的電路圖(以單相為例)。如圖1所示，五電平變換器100包括交流端U、第一開關模塊110、第二開關模塊120、第三開關模塊130、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊140。于圖1中，母線電容模塊140具有正極端141、負極端142與中點143。第一開關模塊110的兩端分別連接母線電容模塊140的中點143與交流端U，其中第一開關模塊110包括第一雙向開關電路111與第二雙向開關電路112彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路111包括兩個第一開關單元113、115反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路112包括兩個第一開關單元114、116反向串聯(lián)連接。第二開關模塊120的兩端分別連接母線電容模塊140的正極端141與交流端U，其中第二開關模塊120包括多個第二開關單元121、122彼此串聯(lián)。第三開關模塊130的兩端分別連接母線電容模塊140的負極端142與交流端U，其中第三開關模塊130包括多個第三開關單元131、132彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊110與第二開關模塊120之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊110與第三開關模塊130之間，其中第一開關模塊110中第一開關單元113、115僅連接第一飛跨電容單元C1而未連接第二飛跨電容單元C2，第一開關單元114、116僅連接第二飛跨電容單元C2而未連接第一飛跨電容單元C1。于本實施例中，第一飛跨電容單元C1和第二飛跨電容單元C2分別包括一個電容，或者多個電容，其中當包括多個電容時，該些電容可以串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或者串并聯(lián)連接。第一雙向開關電路111連接中點143，第二雙向開關電路112連接交流端U，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路111中兩個第一開關單元113、115之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的一端連接第二雙向開關電路112中兩個第一開關單元114、116之間的連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元113、116間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元121、122之間的連 接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元131、132之間的連接點。于圖1中，各個第一開關單元114、116、113、115分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。功率半導體開關S9的發(fā)射極連接交流端U，功率半導體開關S9的集電極連接功率半導體開關S10的集電極，功率半導體開關S10的發(fā)射極連接功率半導體開關S11的發(fā)射極，功率半導體開關S11的集電極連接功率半導體開關S12的集電極，功率半導體開關S12的發(fā)射極連接中點143。功率半導體開關S9、S10、S11、S12中每一者均具有內接二極管，內接二極管與功率半導體開關本身反并聯(lián)；舉例而言，功率半導體開關S9的內接二極管的陽極連接功率半導體開關S9的發(fā)射極，功率半導體開關S9的內接二極管的陰極連接功率半導體開關S9的集電極。各個第一開關單元114、116、113、115中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。于其他實施例中，第一開關單元114、116、113、115分別包括至少一功率半導體開關，當各個第一開關單元包括的功率半導體開關數(shù)量為多個時，該些功率半導體開關之間可以串聯(lián)連接，并聯(lián)連接或者串并聯(lián)連接等。第二開關單元121包括至少一功率半導體開關以連接正極端141，本實施例中以單一功率半導體開關S1為例進行說明，而第二開關單元122包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S2、S3、S4為例進行說明，其中功率半導體開關S1、S2、S3、S4的耐電壓特性大致相同。具體而言，功率半導體開關S1的集電極連接正極端141，功率半導體開關S1的發(fā)射極連接功率半導體開關S2的集電極，功率半導體開關S2的發(fā)射極連接半導體開關S3的集電極，半導體開關S3的發(fā)射極連接半導體開關S4的集電極，半導體開關S4的發(fā)射極連接交流端U。功率半導體開關S1、S2、S3、S4中每一者均具有內接二極管，內接二極管與功率半導體開關本身反并聯(lián)。第三開關單元131包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關S5為例進行說明，第三開關單元132包括至少一功率半導體開關以連接負極端142，本實施例中以三個串接的功率 半導體開關S6、S7、S8為例進行說明，其中功率半導體開關S5、S6、S7、S8的耐電壓特性大致相同。具體而言，功率半導體開關S5的集電極連接交流端U，功率半導體開關S5的發(fā)射極連接功率半導體開關S6的集電極，功率半導體開關S6的發(fā)射極連接半導體開關S7的集電極，半導體開關S7的發(fā)射極連接半導體開關S8的集電極，半導體開關S8的發(fā)射極連接負極端142。功率半導體開關S5、S6、S7、S8中每一者均具有內接二極管，內接二極管與功率半導體開關本身反并聯(lián)。應了解到，圖1繪示的各個第二、第三開關單元121、122、131、132中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關S2、S3、S4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S2、S3、S4加總的耐電壓特性大致相同；三個串接的功率半導體開關S6、S7、S8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S6、S7、S8加總的耐電壓特性大致相同。舉例來說，第二開關單元121以及第三開關單元131可以包含多個功率半導體開關，該些功率半導體開關串聯(lián)連接。于圖1中，舉例而言，功率半導體開關S1～S12可為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊140包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端141，第一母線電容單元C3的另一端連接中點143；第二母線電容單元C4的一端連接中點143，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端142。在運作時，第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4可連接輸入直流電源，并通過脈寬調制信號(PulseWithModulation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器100得以進行逆變的功能，由交流端U輸出交流電。同樣地，在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號(PulseWithModulation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器100得以進行整流的功能，由第一母線電容單元 C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號(PulseFrequencyModulation,PFM)或脈沖幅度調制信號(PulseAmplitudeModulation,PAM)等調制技術分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器100得以運作。為了對五電平變換器100的工作原理做更進一步描述，請參照下表一，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表一所示。另外，關于五電平變換器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表一﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7S1開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S2開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S3開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S4開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S5關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S6關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S7關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S8關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S9開通開通開通開通開通關斷關斷S10關斷開通關斷開通開通開通開通S11開通開通開通開通關斷開通關斷S12關斷關斷開通開通開通開通開通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表一示意了五電平變換器100的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平變換器100有很多種操作方式，表一僅示意性示出了其中一種。關于五電平變換器100的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖2是依照本發(fā)明第二實施例的一種五電平整流器200的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平整流器200與五電平變換器100類似，兩者差異在于將圖1的功率半導體開關S1～S8替換為圖2的D1～D8(二極管)。如圖2所示，五電平整流器200包括交流端U、第一開關模塊210、第二開關模塊220、第三開關模塊230、第一飛跨電容單元C1、第 二飛跨電容單元C2與母線電容模塊240。于圖2中，母線電容模塊240具有正極端241、負極端242與中點243。第一開關模塊210的兩端分別連接母線電容模塊240的中點243與交流端U，其中第一開關模塊210包括第一雙向開關電路211與第二雙向開關電路212彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路211包括兩個第一開關單元213、215反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路212包括兩個第一開關單元214、216反向串聯(lián)連接。第二開關模塊220的兩端分別連接母線電容模塊240的正極端241與交流端U，其中第二開關模塊220包括多個第二開關單元221、222彼此串聯(lián)。第三開關模塊230的兩端分別連接母線電容模塊240的負極端242與交流端U，其中第三開關模塊230包括多個第三開關單元231、232彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊210與第二開關模塊220之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊210與第三開關模塊230之間，其中第一開關模塊210中第一開關單元213、215僅連接第一飛跨電容單元C1而未連接第二飛跨電容單元C2，第一開關單元214、216僅連接第二飛跨電容單元C2而未連接第一飛跨電容單元C1。第一雙向開關電路211連接中點243，第二雙向開關電路212連接交流端U，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路211中兩個第一開關單元213、215之間的一連接點，第二飛跨電容單元C2的一端連接第二雙向開關電路212中兩個第一開關單元214、216之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元213、216間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元221、222之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元231、232之間的連接點。于圖2中，各個第一開關單元214、216、213、215分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元221包括至少一功率半導體開關以連接正極端241，本實施例中以單一功率半導體開關D1為例進行說明，而第二開關單元222包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D2、D3、D4為例進行說明，其中功率半導體開關D1、D2、D3、D4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元231包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一 功率半導體開關D5為例進行說明，第三開關單元232包括至少一功率半導體開關以連接負極端242，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D6、D7、D8為例進行說明，其中功率半導體開關D5、D6、D7、D8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖2繪示的各個第二、第三開關單元221、222、231、232中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關D2、D3、D4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D2、D3、D4加總的耐電壓特性大致相同；三個串接的功率半導體開關D6、D7、D8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D6、D7、D8加總的耐電壓特性大致相同。于圖2中，功率半導體開關D1～D8為二極管，功率半導體開關S9～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關單元S9～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊240包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端241，第一母線電容單元C3的另一端連接中點243；第二母線電容單元C4的一端連接中點243，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端242。在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器200得以進行整流，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器200得以運作。為了對五電平整流器200的工作原理做更進一步描述，請參照下表二，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表二所示。另外，關于五電平整流器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表二﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7D1開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D2開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D3開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D4開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D5關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D6關斷關斷關斷關斷關斷開通開通D7關斷關斷關斷關斷關斷開通開通D8關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S9開通關斷關斷開通關斷開通關斷S10關斷關斷開通開通開通關斷開通S11開通關斷開通開通開通關斷關斷S12關斷開通關斷開通開通關斷開通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表二示意了五電平整流器200的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平整流器200有很多種操作方式，表二僅示意性示出了其中一種。關于五電平整流器200的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖3是依照本發(fā)明第三實施例的一種五電平變換器300的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平變換器100與五電平變換器300類似，兩者差異在于改變第一飛跨電容單元C1與第二飛跨電容單元C2的連接方式，以及功率半導體開關S9～S12的連接方式。如圖3所示，五電平變換器300包括交流端U、第一開關模塊310、第二開關模塊320、第三開關模塊330、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊340。于圖3中，母線電容模塊340具有正極端341、負極端342與中點343。第一開關模塊310的兩端分別連接母線電容模塊340的中點343與交流端U，其中第一開關模塊310包括第一雙向開關電路311與第二雙向開關電路312彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路311包括兩個第一開關單元313、315反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路312包括兩個第一開關單元314、316反向串聯(lián)連接。第二開關模塊320的兩端分別連接母線電容模塊340的正極端341與交流端U，其中第二開關模塊320包括多個第二開關單元321、322彼此串聯(lián)。第三開關模塊330的兩端分別連接母線電容模塊340的負 極端342與交流端U，其中第三開關模塊330包括多個第三開關單元331、332彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊310與第二開關模塊320之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊310與第三開關模塊330之間，其中第一開關模塊310中第一開關單元313、315僅連接第二飛跨電容單元C2而未連接第一飛跨電容單元C1，第一開關單元314、316僅連接第一飛跨電容單元C1而未連接第二飛跨電容單元C2。第一雙向開關電路311連接中點343，第二雙向開關電路312連接交流端U，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路311中兩個第一開關單元313、315之間的一連接點，第一飛跨電容單元C1的一端連接第二雙向開關電路312中兩個第一開關單元314、316之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元313、316間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元321、322之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元331、332之間的連接點。于圖3中，各個第一開關單元314、316、313、315分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。功率半導體開關S9的集電極連接交流端U，功率半導體開關S9的發(fā)射極連接功率半導體開關S10的發(fā)射極，功率半導體開關S10的集電極連接功率半導體開關S11的集電極，功率半導體開關S11的發(fā)射極連接功率半導體開關S12的發(fā)射極，功率半導體開關S12的集電極連接中點343。功率半導體開關S9、S10、S11、S12中每一者均具有內接二極管，內接二極管與功率半導體開關本身反并聯(lián)；舉例而言，功率半導體開關S9的內接二極管的陽極連接功率半導體開關S9的發(fā)射極，功率半導體開關S9的內接二極管的陰極連接功率半導體開關S9的集電極。第二開關單元321包括至少一功率半導體開關以連接正極端341，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S1、S2、S3為例進行說明，而第二開關單元322包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關S4為例進行說明，其中功率半導體開關S1、S2、S3、S4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元331包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S5、 S6、S7為例進行說明，第三開關單元332包括至少一功率半導體開關以連接負極端342，本實施例中以單一功率半導體開關S8為例進行說明，其中功率半導體開關S5、S6、S7、S8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖3繪示的各個第二、第三開關單元321、322、331、332中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關S1、S2、S3可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S1、S2、S3加總的耐電壓特性大致相同；三個串接的功率半導體開關S5、S6、S7亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S5、S6、S7加總的耐電壓特性大致相同。于圖3中，功率半導體開關S1～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關S1～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊340包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端341，第一母線電容單元C3的另一端連接中點343；第二母線電容單元C4的一端連接中點343，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端342。在運作時，第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4可連接輸入直流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器300得以進行逆變的功能，由交流端U輸出交流電。同樣地，在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號(PulseWithModulation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器300得以進行整流的功能，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器300得以運作。為了對五電平變換器300的工作原理做更進一步描述，請參照下表 三，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表三所示。另外，關于五電平變換器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表三﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7S1開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S2開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S3開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S4開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S5關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S6關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S7關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S8關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S9關斷開通關斷開通開通開通開通S10開通開通開通開通開通關斷關斷S11關斷關斷開通開通開通開通開通S12開通開通開通開通關斷開通關斷UVV/2V/20-V/2-V/2-V表三示意了五電平變換器300的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平變換器300有很多種操作方式，表三僅示意性示出了其中一種。關于五電平變換器300的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖4是依照本發(fā)明第四實施例的一種五電平整流器400的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平整流器400與五電平變換器300類似，兩者差異在于將圖3的功率半導體開關S1～S8替換為圖4的D1～D8(二極管)。如圖4所示，五電平整流器400包括交流端U、第一開關模塊410、第二開關模塊420、第三開關模塊430、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊440。于圖4中，母線電容模塊440具有正極端441、負極端442與中點443。第一開關模塊410的兩端分別連接母線電容模塊440的中點443與交流端U，其中第一開關模塊410包括第一雙向開關電路411與第二雙向開關電路412彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路411包括兩個第一開關單元413、415反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路412包括兩個第一開關單元414、416 反向串聯(lián)連接。第二開關模塊420的兩端分別連接母線電容模塊440的正極端441與交流端U，其中第二開關模塊420包括多個第二開關單元421、422彼此串聯(lián)。第三開關模塊430的兩端分別連接母線電容模塊440的負極端442與交流端U，其中第三開關模塊430包括多個第三開關單元431、432彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊410與第二開關模塊420之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊410與第三開關模塊430之間，其中第一開關模塊410中第一開關單元413、415僅連接第二飛跨電容單元C2而未連接第一飛跨電容單元C1，第一開關單元414、416僅連接第一飛跨電容單元C1而未連接第二飛跨電容單元C2。第一雙向開關電路411連接中點443，第二雙向開關電路412連接交流端U，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路411中兩個第一開關單元413、415之間的一連接點，第一飛跨電容單元C1的一端連接第二雙向開關電路412中兩個第一開關單元414、416之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元413、416間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元421、422之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元431、432之間的連接點。于圖4中，各個第一開關單元414、416、413、415分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元421包括至少一功率半導體開關以連接正極端441，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D1、D2、D3為例進行說明，而第二開關單元422包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關D4為例進行說明，其中功率半導體開關D1、D2、D3、D4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元431包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D5、D6、D7為例進行說明，第三開關單元432包括至少一功率半導體開關以連接負極端442，本實施例中以單一功率半導體開關D8為例進行說明，其中功率半導體開關D5、D6、D7、D8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖4繪示的各個第二、第三開關單元421、422、431、432中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人 員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關D1、D2、D3可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D1、D2、D3加總的耐電壓特性大致相同；三個串接的功率半導體開關D5、D6、D7亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D5、D6、D7加總的耐電壓特性大致相同。于圖4中，功率半導體開關D1～D8為二極管，功率半導體開關S9～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關單元S9～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊440包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端441，第一母線電容單元C3的另一端連接中點443；第二母線電容單元C4的一端連接中點443，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端442。在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器400得以進行整流，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器400得以運作。為了對五電平整流器400的工作原理做更進一步描述，請參照下表四，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表四所示。另外，關于五電平整流器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表四﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7D1開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D2開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D3開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D4開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D5關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D6關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D7關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D8關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S9關斷關斷開通開通開通開通開通S10開通開通開通開通關斷開通關斷S11關斷開通關斷開通開通開通開通S12開通開通開通開通開通關斷關斷UVV/2V/20-V/2-V/2-V表四示意了五電平整流器400的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平整流器400有很多種操作方式，表四僅示意性示出了其中一種。關于五電平整流器400的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖5是依照本發(fā)明第五實施例的一種五電平變換器500的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平變換器500與五電平變換器300類似，兩者差異在于改變第二飛跨電容單元C2的連接方式。如圖5所示，五電平變換器500包括交流端U、第一開關模塊510、第二開關模塊520、第三開關模塊530、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊540。于圖5中，母線電容模塊540具有正極端541、負極端542與中點543。第一開關模塊510的兩端分別連接母線電容模塊540的中點543與交流端U，其中第一開關模塊510包括第一雙向開關電路511與第二雙向開關電路512彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路511包括兩個第一開關單元513、515反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路512包括兩個第一開關單元514、516反向串聯(lián)連接。第二開關模塊520的兩端分別連接母線電容模塊540的正極端541與交流端U，其中第二開關模塊520包括多個第二開關單元521、522彼此串聯(lián)。第三開關模塊530的兩端分別連接母線電容模塊540的負極端542與交流端U，其中第三開關模塊530包括多個第三開關單元531、532彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊510與第二開關模塊520之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊510與第三開關模塊530之間，其中第一開關模塊510中第一開關單元513、516連接第二飛跨電容單元C2，第一開關單元514、516連接第一飛跨電容單元C1。第一雙向開關電路511連接中點543，第二雙向開關電路512連接交流端U，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路511與第二雙向開關電路512之間的一連接點，第一飛跨電容單元C1的一端連接第二雙向開關電路512中兩個第一開關單元514、516之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元516間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元521、522之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元531、532之間的連接點。于圖5中，各個第一開關單元514、516、513、515分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元521包括至少一功率半導體開關以連接正極端541，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S1、S2、S3為例進行說明，而第二開關單元522包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關S4為例進行說明，其中功率半導體開關S1、S2、S3、S4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元531包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S5、S6為例進行說明，第三開關單元532包括至少一功率半導體開關以連接負極端542，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S7、S8為例進行說明，其中功率半導體開關S5、S6、S7、S8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖5繪示的各個第二、第三開關單元521、522、531、532中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關S1、S2、S3可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S1、S2、S3加總的耐電壓特性大致相同；兩個串接的功率半導體開關S5、S6亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S5、S6加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關S7、S8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S7、S8加總的耐電壓特性大致相同。于圖5中，功率半導體開關S1～S12每一者均具有內接二極管與其 本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關S1～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊540包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端541，第一母線電容單元C3的另一端連接中點543；第二母線電容單元C4的一端連接中點543，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端542。在運作時，第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4可連接輸入直流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器500得以進行逆變的功能，由交流端U輸出交流電。同樣地，在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號(PulseWithModulation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器500得以進行整流的功能，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器500得以運作。為了對五電平變換器500的工作原理做更進一步描述，請參照下表五，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表五所示。另外，關于五電平變換器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表五﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7S1開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S2開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S3開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S4開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S5關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S6關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S7關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S8關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S9關斷開通關斷開通開通開通開通S10開通開通開通開通開通關斷關斷S11關斷關斷開通開通開通開通開通S12開通開通開通開通關斷開通關斷UVV/2V/20-V/2-V/2-V表五示意了五電平變換器500的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平變換器500有很多種操作方式，表五僅示意性示出了其中一種。關于五電平變換器500的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖6是依照本發(fā)明第六實施例的一種五電平整流器600的電路圖。在架構上，五電平整流器600與五電平變換器500類似，兩者差異在于將圖5的功率半導體開關S1～S8替換為圖6的D1～D8(二極管)。如圖6所示，五電平整流器600包括交流端U、第一開關模塊610、第二開關模塊620、第三開關模塊630、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊640。于圖6中，母線電容模塊640具有正極端641、負極端642與中點643。第一開關模塊610的兩端分別連接母線電容模塊640的中點643與交流端U，其中第一開關模塊610包括第一雙向開關電路611與第二雙向開關電路612彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路611包括兩個第一開關單元613、615反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路612包括兩個第一開關單元614、616反向串聯(lián)連接。第二開關模塊620的兩端分別連接母線電容模塊640的正極端641與交流端U，其中第二開關模塊620包括多個第二開關單元621、622彼此串聯(lián)。第三開關模塊630的兩端分別連接母線電容模塊640的負極端642與交流端U，其中第三開關模塊630包括多個第三開關單元631、632彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊610與第二開關模塊620之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊610與第三開關模塊630之間，其中第一開關模塊610中第一開關單元613、616連接第二飛跨電容單元C2，第一開關單元614、616連接第一飛跨電容單元C1。第一雙向開關電路611連接中點643，第二雙向開關電路612連接交流端U，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路611與第二雙向開關電路612之間的一連接點，第一飛跨電容單元C1的一端連接第 二雙向開關電路612中兩個第一開關單元614、616之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元616間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元621、622之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元631、632之間的連接點。于圖6中，各個第一開關單元614、616、613、615分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元621包括至少一功率半導體開關以連接正極端641，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D1、D2、D3為例進行說明，而第二開關單元622包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關D4為例進行說明，其中功率半導體開關D1、D2、D3、D4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元631包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D5、D6為例進行說明第三開關單元632包括至少一功率半導體開關以連接負極端642，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D7、D8為例進行說明，其中功率半導體開關D5、D6、D7、D8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖6繪示的各個第二、第三開關單元621、622、631、632中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關D1、D2、D3可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D1、D2、D3加總的耐電壓特性大致相同；兩個串接的功率半導體開關D5、D6亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D5、D6加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關D7、D8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D7、D8加總的耐電壓特性大致相同。于圖6中，功率半導體開關D1～D8為二極管，功率半導體開關S9～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關單元S9～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊640包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端641，第一母線電容單元C3的另一端連接中點643；第二母線電容單元C4的一端連接中點643，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端642。在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器600得以進行整流，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器600得以運作。為了對五電平整流器600的工作原理做更進一步描述，請參照下表六，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表六所示。另外，關于五電平整流器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表六﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7D1開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D2開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D3開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D4開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D5關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D6關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D7關斷關斷關斷關斷關斷開通開通D8關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S9關斷關斷開通開通開通開通開通S10開通開通開通開通關斷開通關斷S11關斷開通關斷開通開通開通開通S12開通開通開通開通開通關斷關斷UVV/2V/20-V/2-V/2-V表六示意了五電平整流器600的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平整流器600有很多種操作方式，表六僅示意性示出了其中一種。關于五電平整流器600的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖7是依照本發(fā)明第七實施例的一種五電平變換器700的電路圖(以 單相為例)。在架構上，五電平變換器700與五電平變換器100類似，兩者差異在于改變第二飛跨電容單元C2的連接方式。如圖7所示，五電平變換器700包括交流端U、第一開關模塊710、第二開關模塊720、第三開關模塊730、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊740。于圖7中，母線電容模塊740具有正極端741、負極端742與中點743。第一開關模塊710的兩端分別連接母線電容模塊740的中點743與交流端U，其中第一開關模塊710包括第一雙向開關電路711與第二雙向開關電路712彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路711包括兩個第一開關單元713、715反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路712包括兩個第一開關單元714、716反向串聯(lián)連接。第二開關模塊720的兩端分別連接母線電容模塊740的正極端741與交流端U，其中第二開關模塊720包括多個第二開關單元721、722彼此串聯(lián)。第三開關模塊730的兩端分別連接母線電容模塊740的負極端742與交流端U，其中第三開關模塊730包括多個第三開關單元731、732彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊710與第二開關模塊720之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊710與第三開關模塊730之間，其中第一開關模塊710中第一開關單元713、716連接第二飛跨電容單元C2，第一開關單元713、715連接第一飛跨電容單元C1。第一雙向開關電路711連接中點743，第二雙向開關電路712連接交流端U，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路711與第二雙向開關電路712之間的一連接點，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路711中兩個第一開關單元713、715之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元713間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元721、722之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元731、732之間的連接點。于圖7中，各個第一開關單元714、716、713、715分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元721包括至少一功率半導體開關以連接正極端741，本實施例中以單一功率半導體開關S1為例進行 說明，而第二開關單元722包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S2、S3、S4為例進行說明，其中功率半導體開關S1、S2、S3、S4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元731包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S5、S6為例進行說明，第三開關單元732包括至少一功率半導體開關以連接負極端742，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S7、S8為例進行說明，其中功率半導體開關S5、S6、S7、S8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖7繪示的各個第二、第三開關單元721、722、731、732中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關S2、S3、S4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S2、S3、S4加總的耐電壓特性大致相同；兩個串接的功率半導體開關S5、S6亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S5、S6加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關S7、S8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S7、S8加總的耐電壓特性大致相同。于圖7中，功率半導體開關S1～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關S1～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊740包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端741，第一母線電容單元C3的另一端連接中點743；第二母線電容單元C4的一端連接中點743，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端742。在運作時，第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4可連接輸入直流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器700得以進行逆變的功能，由交流端U輸出交流電。同樣地，在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制 信號(PulseWithModulation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器700得以進行整流的功能，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器700得以運作。為了對五電平變換器700的工作原理做更進一步描述，請參照下表七，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表七所示。另外，關于五電平變換器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表七﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7S1開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S2開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S3開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S4開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S5關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S6關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S7關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S8關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S9開通開通開通開通開通關斷關斷S10關斷開通關斷開通開通開通開通S11開通開通開通開通關斷開通關斷S12關斷關斷開通開通開通開通開通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表七示意了五電平變換器700的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平變換器700有很多種操作方式，表七僅示意性示出了其中一種。關于五電平變換器700的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖8是依照本發(fā)明第八實施例的一種五電平整流器800的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平整流器800與五電平變換器700類似，兩者差異在于將圖7的功率半導體開關S1～S8替換為圖8的D1～D8(二極管)。如圖8所示，五電平整流器800包括交流端U、第一開關模塊 810、第二開關模塊820、第三開關模塊830、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊840。于圖8中，母線電容模塊840具有正極端841、負極端842與中點843。第一開關模塊810的兩端分別連接母線電容模塊840的中點843與交流端U，其中第一開關模塊810包括第一雙向開關電路811與第二雙向開關電路812彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路811包括兩個第一開關單元813、815反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路812包括兩個第一開關單元814、816反向串聯(lián)連接。第二開關模塊820的兩端分別連接母線電容模塊840的正極端841與交流端U，其中第二開關模塊620包括多個第二開關單元821、822彼此串聯(lián)。第三開關模塊630的兩端分別連接母線電容模塊840的負極端842與交流端U，其中第三開關模塊830包括多個第三開關單元831、832彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊810與第二開關模塊820之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊810與第三開關模塊830之間，其中第一開關模塊810中第一開關單元813、816連接第二飛跨電容單元C2，第一開關單元813、815連接第一飛跨電容單元C1。第一雙向開關電路811連接中點843，第二雙向開關電路812連接交流端U，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路811與第二雙向開關電路812之間的一連接點，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路811中兩個第一開關單元813、815之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元813間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元821、822之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元831、832之間的連接點。于圖8中，各個第一開關單元814、816、813、815分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元821包括至少一功率半導體開關以連接正極端841，本實施例中以單一功率半導體開關D1為例進行說明，而第二開關單元822包括至少一功率半導體開關，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D2、D3、D4為例進行說明，其中功率半導體開關D1、D2、D3、D4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元831包括至 少一功率半導體開關，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D5、D6為例進行說明，第三開關單元832包括至少一功率半導體開關，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D7、D8為例進行說明，其中功率半導體開關D5、D6、D7、D8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖8繪示的各個第二、第三開關單元821、822、831、832中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，三個串接的功率半導體開關D2、D3、D4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D2、D3、D4加總的耐電壓特性大致相同；兩個串接的功率半導體開關D5、D6亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D5、D6加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關D7、D8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D7、D8加總的耐電壓特性大致相同。于圖8中，功率半導體開關D1～D8為二極管，功率半導體開關S9～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關單元S9～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。于圖8中，母線電容模塊840包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端841，第一母線電容單元C3的另一端連接中點843；第二母線電容單元C4的一端連接中點843，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端842。在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器800得以進行整流，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器800得以運作。為了對五電平整流器800的工作原理做更進一步描述，請參照下表八，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表八所示。另外，關于五電平整流器交流端U的電平 波形，如圖13所示。﹤表八﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7D1開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D2開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D3開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D4開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D5關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D6關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D7關斷關斷關斷關斷關斷開通開通D8關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S9開通開通開通開通關斷開通關斷S10關斷關斷開通開通開通開通開通S11開通開通開通開通開通關斷關斷S12關斷開通關斷開通開通開通開通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表八示意了五電平整流器800的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平整流器800有很多種操作方式，表八僅示意性示出了其中一種。關于五電平整流器800的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖9是依照本發(fā)明第九實施例的一種五電平變換器900的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平變換器900與五電平變換器700類似，兩者差異在于改變第一飛跨電容單元C1與第二飛跨電容單元C2的連接方式。如圖9所示，五電平變換器900包括交流端U、第一開關模塊910、第二開關模塊920、第三開關模塊930、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊940。于圖9中，母線電容模塊940具有正極端941、負極端942與中點943。第一開關模塊910的兩端分別連接母線電容模塊940的中點943與交流端U，其中第一開關模塊910包括第一雙向開關電路911與第二雙向開關電路912彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路911包括兩個第一開關單元913、915反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路912包括兩個第一開關單元914、916反向串聯(lián)連接。第二開關模塊920的兩端分別連接母線電容模塊940的正極端941與交流端U，其中第二開關模塊920包括多個第二開關單元921、 922彼此串聯(lián)。第三開關模塊930的兩端分別連接母線電容模塊940的負極端942與交流端U，其中第三開關模塊930包括多個第三開關單元931、932彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊910與第二開關模塊920之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊910與第三開關模塊930之間，其中第一開關模塊910中第一開關單元913、916連接第一飛跨電容單元C1，第一開關單元914、916連接第二飛跨電容單元C2。第一雙向開關電路911連接中點943，第二雙向開關電路912連接交流端U，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路911與第二雙向開關電路912之間的一連接點，第二飛跨電容單元C2的一端連接第二雙向開關電路912中兩個第一開關單元914、916之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元916間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元921、922之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元931、932之間的連接點。于圖9中，各個第一開關單元914、916、913、915分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元921包括至少一功率半導體開關以連接正極端941，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S1、S2為例進行說明，而第二開關單元922包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S3、S4為例進行說明，其中功率半導體開關S1、S2、S3、S4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元931包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關S5為例進行說明，第三開關單元932包括至少一功率半導體開關以連接負極端942，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S6、S7、S8為例進行說明，其中功率半導體開關S5、S6、S7、S8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖9繪示的各個第二、第三開關單元921、922、931、932中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，兩個串接的功率半導體開關S1、S2可整合成單一個功率半導體 開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S1、S2加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關S3、S4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S3、S4加總的耐電壓特性大致相同。三個串接的功率半導體開關S6、S7、S8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S6、S7、S8加總的耐電壓特性大致相同。于圖9中，功率半導體開關S1～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關S1～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊940包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端941，第一母線電容單元C3的另一端連接中點943；第二母線電容單元C4的一端連接中點943，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端942。在運作時，第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4可連接輸入直流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器900得以進行逆變的功能由交流端U輸出交流電。同樣地，在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號(PUlseWithModUlation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器900得以進行整流的功能，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器900得以運作。為了對五電平變換器900的工作原理做更進一步描述，請參照下表九，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表九所示。另外，關于五電平變換器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表九﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7S1開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S2開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S3開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S4開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S5關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S6關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S7關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S8關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S9開通開通開通開通開通關斷關斷S10關斷開通關斷開通開通開通開通S11開通開通開通開通關斷開通關斷S12關斷關斷開通開通開通開通開通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表九示意了五電平變換器900的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平變換器900有很多種操作方式，表九僅示意性示出了其中一種。關于五電平變換器900的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖10是依照本發(fā)明第十實施例的一種五電平整流器1000的電路圖。在架構上，五電平整流器1000與五電平變換器900類似，兩者差異在于將圖9的功率半導體開關S1～S8替換為圖10的D1～D8(二極管)。如圖10所示，五電平整流器1000包括交流端U、第一開關模塊1010、第二開關模塊1020、第三開關模塊1030、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊1040。于圖10中，母線電容模塊1040具有正極端1041、負極端1042與中點1043。第一開關模塊1010的兩端分別連接母線電容模塊1040的中點1043與交流端U，其中第一開關模塊1010包括第一雙向開關電路1011與第二雙向開關電路1012彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路1011包括兩個第一開關單元1013、1015反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路1012包括兩個第一開關單元1014、1016反向串聯(lián)連接。第二開關模塊1020的兩端分別連接母線電容模塊1040的正極端1041與交流端U，其中第二開關模塊1020包括多個第二開關單元1021、1022彼此串聯(lián)。第三開關模塊1030的兩端分別連接母線電容模塊1040的負極端1042與交流端U，其中第三 開關模塊1030包括多個第三開關單元1031、1032彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊1010與第二開關模塊1020之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊1010與第三開關模塊1030之間，其中第一開關模塊1010中第一開關單元1013、1016連接第一飛跨電容單元C1，第一開關單元1014、1016連接第二飛跨電容單元C2。第一雙向開關電路1011連接中點1043，第二雙向開關電路1012連接交流端U，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路1011與第二雙向開關電路1012之間的一連接點，第二飛跨電容單元C2的一端連接第二雙向開關電路1012中兩個第一開關單元1014、1016之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元1016間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元1021、1022之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元1031、1032之間的連接點。于圖10中，各個第一開關單元1014、1016、1013、1015分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元1021包括至少一功率半導體開關以連接正極端1041，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D1、D2為例進行說明，而第二開關單元1022包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D3、D4為例進行說明，其中功率半導體開關D1、D2、D3、D4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元1031包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以單一功率半導體開關D5為例進行說明，第三開關單元1032包括至少一功率半導體開關以連接負極端1042，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D6、D7、D8為例進行說明，其中功率半導體開關D5、D6、D7、D8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖10繪示的各個第二、第三開關單元1021、1022、1031、1032中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，兩個串接的功率半導體開關D1、D2可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D1、D2加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關D3、D4可整合成單一個功率 半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D3、D4加總的耐電壓特性大致相同。三個串接的功率半導體開關D6、D7、D8亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D6、D7、D8加總的耐電壓特性大致相同。于圖10中，功率半導體開關D1～D8為二極管，功率半導體開關S9～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關單元S9～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊1040包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端1041，第一母線電容單元C3的另一端連接中點1043；第二母線電容單元C4的一端連接中點1043，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端1042。在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器1000得以進行整流，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器1000得以運作。為了對五電平整流器1000的工作原理做更進一步描述，請參照下表十，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表十所示。另外，關于五電平整流器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表十﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7D1開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D2開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D3開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D4開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D5關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D6關斷關斷關斷關斷關斷開通開通D7關斷關斷關斷關斷關斷開通開通D8關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S9開通開通開通開通關斷開通關斷S10關斷關斷開通開通開通開通開通S11開通開通開通開通開通關斷關斷S12關斷開通關斷開通開通開通開通UVV/2V/20-V/2-V/2-V表十示意了五電平整流器1000的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平整流器1000有很多種操作方式，表十僅示意性示出了其中一種。關于五電平整流器1000的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖11是依照本發(fā)明第十一實施例的一種五電平變換器1100的電路圖(以單相為例)。在架構上，五電平變換器1100與五電平變換器300類似，兩者差異在于改變第一飛跨電容單元C1的連接方式。如圖11所示，五電平變換器1100包括交流端U、第一開關模塊1110、第二開關模塊1120、第三開關模塊1130、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊1140。于圖11中，母線電容模塊1140具有正極端1141、負極端1142與中點1143。第一開關模塊1110的兩端分別連接母線電容模塊1140的中點1143與交流端U，其中第一開關模塊1110包括第一雙向開關電路1111與第二雙向開關電路1112彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路1111包括兩個第一開關單元1113、1115反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路1112包括兩個第一開關單元1114、1116反向串聯(lián)連接。第二開關模塊1120的兩端分別連接母線電容模塊1140的正極端1141與交流端U，其中第二開關模塊1120包括多個第二開關單元1121、1122彼此串聯(lián)。第三開關模塊1130的兩端分別連接母線電容模塊1140的負極端1142與交流端U，其中第三開關模塊1130包括多個第三開關單元1131、1132彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊1110與第二開關模塊1120之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊1110與第三開關模塊1130之間，其中第一開關模塊1110中第一開關單元1113、1116連接第一飛跨電容單元C1，第一開關單元1113、1115連接第二飛跨電容單元C2。第一雙向開關電路1111連接中點1143，第二雙向開關電路1112連接交流端U，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路1111 與第二雙向開關電路1112之間的一連接點，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路1111中兩個第一開關單元1113、1115之間的一連接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元1113間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元1121、1122之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元1131、1132之間的連接點。于圖11中，各個第一開關單元1114、1116、1113、1115分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元1121包括至少一功率半導體開關以連接正極端1141，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S1、S2為例進行說明，而第二開關單元1122包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關S3、S4為例進行說明，其中功率半導體開關S1、S2、S3、S4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元1131包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關S5、S6、S7為例進行說明，第三開關單元1132包括至少一功率半導體開關以連接負極端1142，本實施例中以單一功率半導體開關S8為例進行說明，其中功率半導體開關S5、S6、S7、S8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖11繪示的各個第二、第三開關單元1121、1122、1131、1132中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，兩個串接的功率半導體開關S1、S2可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S1、S2加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關S3、S4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關S3、S4加總的耐電壓特性大致相同。三個串接的功率半導體開關S5、S6、S7亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關S5、S6、S7加總的耐電壓特性大致相同。于圖11中，功率半導體開關S1～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關S1～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人 員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊1140包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端1141，第一母線電容單元C3的另一端連接中點1143；第二母線電容單元C4的一端連接中點1143，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端1142。在運作時，第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4可連接輸入直流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器1100得以進行逆變的功能，由交流端U輸出交流電。同樣地，在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號(PulseWithModulation,PWM)分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器1100得以進行整流的功能，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S1～S12的啟閉，使五電平變換器1100得以運作。為了對五電平變換器1100的工作原理做更進一步描述，請參照下表十一，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表十一所示。另外，關于五電平變換器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表十一﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7S1開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S2開通開通關斷關斷關斷關斷關斷S3開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S4開通關斷開通關斷關斷關斷關斷S5關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S6關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S7關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S8關斷關斷關斷關斷開通關斷開通S9關斷開通關斷開通開通開通開通S10開通開通開通開通開通關斷關斷S11關斷關斷開通開通開通開通開通S12開通開通開通開通關斷開通關斷UVV/2V/20-V/2-V/2-V表十一示意了五電平變換器1100的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平變換器1100有很多種操作方式，表十一僅示意性示出了其中一種。關于五電平變換器1100的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。圖12是依照本發(fā)明第十二實施例的一種五電平整流器1200的電路圖。在架構上，五電平整流器1200與五電平變換器1100類似，兩者差異在于將圖12的功率半導體開關S1～S8替換為圖11的D1～D8(二極管)。如圖12所示，五電平整流器1200包括交流端U、第一開關模塊1210、第二開關模塊1220、第三開關模塊1230、第一飛跨電容單元C1、第二飛跨電容單元C2與母線電容模塊1240。于圖12中，母線電容模塊1240具有正極端1241、負極端1242與中點1243。第一開關模塊1210的兩端分別連接母線電容模塊1240的中點1243與交流端U，其中第一開關模塊1210包括第一雙向開關電路1211與第二雙向開關電路1212彼此級聯(lián)，第一雙向開關電路1211包括兩個第一開關單元1213、1215反向串聯(lián)連接，第二雙向開關電路1212包括兩個第一開關單元1214、1216反向串聯(lián)連接。第二開關模塊1220的兩端分別連接母線電容模塊1240的正極端1241與交流端U，其中第二開關模塊1220包括多個第二開關單元1221、1222彼此串聯(lián)。第三開關模塊1230的兩端分別連接母線電容模塊1240的負極端1242與交流端U，其中第三開關模塊1230包括多個第三開關單元1231、1232彼此串聯(lián)。第一飛跨電容單元C1跨接在第一開關模塊1210與第二開關模塊1220之間，第二飛跨電容單元C2跨接在第一開關模塊1210與第三開關模塊1230之間，其中第一開關模塊1210中第一開關單元1213、1216連接第一飛跨電容單元C1，第一開關單元1213、1215連接第二飛跨電容單元C2。第一雙向開關電路1211連接中點1243，第二雙向開關電路1212連接交流端U，第一飛跨電容單元C1的一端連接第一雙向開關電路1211與第二雙向開關電路1212之間的一連接點，第二飛跨電容單元C2的一端連接第一雙向開關電路1211中兩個第一開關單元1213、1215之間的一連 接點，前述兩不同連接點之間有第一開關單元1213間隔而未直接相連在一起。第一飛跨電容單元C1的另一端連接兩個第二開關單元1221、1222之間的連接點，第二飛跨電容單元C2的另一端連接兩個第三開關單元1231、1232之間的連接點。于圖12中，各個第一開關單元1214、1216、1213、1215分別包括功率半導體開關S9、S10、S11、S12。第二開關單元1221包括至少一功率半導體開關以連接正極端1241，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D1、D2為例進行說明，而第二開關單元1222包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以兩個串接的功率半導體開關D3、D4為例進行說明，其中功率半導體開關D1、D2、D3、D4的耐電壓特性大致相同；第三開關單元1231包括至少一功率半導體開關以連接交流端U，本實施例中以三個串接的功率半導體開關D5、D6、D7為例進行說明，第三開關單元1232包括至少一功率半導體開關以連接負極端1242，本實施例中以單一功率半導體開關D8為例進行說明，其中功率半導體開關D5、D6、D7、D8的耐電壓特性大致相同。應了解到，圖12繪示的各個第二、第三開關單元1221、1222、1231、1232中功率半導體開關的數(shù)量僅為例示，但此并不限定本發(fā)明，本領域技術人員應視當時需要彈性選擇功率半導體開關的數(shù)量及相應的耐電壓特性。舉例而言，兩個串接的功率半導體開關D1、D2可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D1、D2加總的耐電壓特性大致相同；另兩個串接的功率半導體開關D3、D4可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與功率半導體開關D3、D4加總的耐電壓特性大致相同。三個串接的功率半導體開關D5、D6、D7亦可整合成單一個功率半導體開關，其耐電壓特性與三個功率半導體開關D5、D6、D7加總的耐電壓特性大致相同。于圖12中，功率半導體開關D1～D8為二極管，功率半導體開關S9～S12每一者均具有內接二極管與其本身反并聯(lián)。舉例而言，功率半導體開關單元S9～S12為絕緣柵雙極型晶體管、門極可關斷晶閘管、集成門極換流晶閘管或其他開關器件，本領域技術人員當視實際需要彈性選擇之。母線電容模塊1240包括第一母線電容單元C3與第二母線電容單元 C4。第一母線電容單元C3的一端連接正極端1241，第一母線電容單元C3的另一端連接中點1243；第二母線電容單元C4的一端連接中點1243，第二母線電容單元C4的另一端連接負極端1242。在運作時，交流端U接收輸入交流電源，并通過脈寬調制信號分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器1200得以進行整流，由第一母線電容單元C3與第二母線電容單元C4輸出直流電。于其他實施方式中，可以通過脈沖頻率調制信號或脈沖幅度調制信號等調制技術分別控制功率半導體開關S9～S12的啟閉，使五電平整流器1200得以運作。為了對五電平整流器1200的工作原理做更進一步描述，請參照下表十二，各功率半導體開關在工作過程中承受電壓V/2，其各交流端U的電平所對應的開關狀態(tài)如表十二所示。另外，關于五電平整流器交流端U的電平波形，如圖13所示。﹤表十二﹥狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6狀態(tài)7D1開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D2開通關斷開通關斷關斷關斷關斷D3開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D4開通開通關斷關斷關斷關斷關斷D5關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D6關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D7關斷關斷關斷關斷開通關斷開通D8關斷關斷關斷關斷關斷開通開通S9關斷關斷開通開通開通開通開通S10開通開通開通開通關斷開通關斷S11關斷開通關斷開通開通開通開通S12開通開通開通開通開通關斷關斷UVV/2V/20-V/2-V/2-V表十二示意了五電平整流器1200的一種操作方式。需要特別說明的是，五電平整流器1200有很多種操作方式，表十二僅示意性示出了其中一種。關于五電平整流器1200的各種運用方式為本
技術領域：
中普通技術人員可推知的技術，且非本發(fā)明所欲保護范圍，于此不再詳述之。綜上所述，本發(fā)明提出一種結構簡單的五電平變換裝置拓撲，其采用 非對襯式電路架構(兩飛跨電容單元的連接方式不同)，在電路設計上更靈活、更有彈性，因而具有非常好的應用價值。相比于三電平變換技術，五電平變換技術具有更好的電氣性能。雖然本發(fā)明已以實施方式公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求所界定者為準。當前第1頁1 2 3