1。2  多电平逆变技术的发展与主要拓扑

自日本学者南波江章（A。Nabae）与1980年提出三电平中性点钳位（NPC）逆变器以来，多电平逆变电路大拓扑结构经过多年发展主要分为以下三类：二极管钳位型多电平逆变器、飞跨电容型多电平逆变器和级联多电平逆变器[4]。

（1）二极管钳位型多电平电路：二极管钳位型多电平电路主要是三电平电路[5]，一般不超过五电平[6][7]，如图1。1所示。三电平逆变器在所有多电平逆变器中结构最简单的，属于电压型逆变器。三电平不同于传统的两电平逆变器，使得输出电压有3种取值，即VD/2、0、-VD/2三种电平，多出来的0电平时的开关管承受的电压应力降低了一半，所以若使得开关管承受同样的电压应力，三电平逆变器能实现两倍于两电平逆变器的输出。

图1。1  三相二极管钳位三电平逆变器

（2）电容钳位式多电平电路：1992年，T。A。Meynard和H。Foch提出了如图1。2所示的电容钳位式五电平逆变电路[8]。电容钳位式多电平逆变器由于其众所周知的飞跨电容结构已经受到了相当的关注，尽管它有许多优点，但它具有体积大、控制方法复杂等缺点，因为它的体积，数目庞大的电容器及其高难度的电压平衡要求使得其发展受到限制。

图1。2  电容钳位式五电平逆变器

（3）级联多电平逆变器：具有独立直流电源的级联式多电平逆变器不同于二极管和电容钳位的半桥式结构，如图1。3所示，它以全桥为级联单元 [9]。采用独立直流源最大的好处就是无需考虑电压不平衡带来的影响，也易于实现模块化，方便现场组装和调试，但这也是级联多电平逆变器的最大缺点，电平数和相数与独立直流源数目成正比关系，不适合电平数过多的应用，所以经常适用于低电压输入的场合。

图1。3  级联五电平逆变器

1。3  本课题的工作内容

以上是传统的三种形式的多电平逆变器的拓扑均能有效地降低输出电压谐波，减小器件应力等优点[10]，这几种逆变器基本上都工作在工频下，相较而言，高频逆变器能有效地降低变压器的体积，减小工作噪声，本文将探讨高频下的逆变电路。正激式逆变器从开始的两电平到三电平，本课题将研究五电平电路。正激电路具有拓扑简洁、输出与输入电气隔离、高频变压器无偏磁、适用于低输入变换场合等特点，但是正激电路需要注意磁复位问题。电平数的增多导致开关管所受的电压应力和输出滤波电感都都降低了；然而电平数的增多导致开关管数量和分压电容增加，对开关管的控制策略，以及分压电容均压问题[11]都提出了新的要求。论文网

本文将基于正激式三电平逆变电路，完成正激式五电平逆变电路的拓扑，了解其工作原理，掌握开关管的控制策略，学会对电路关键参数的计算，并最终用Saber软件进行仿真，验证其可行性。

2  正激式多电平逆变器的拓扑结构推导

2。1  正激两电平电路

本课题为正激式多电平逆变器的分析与设计，首先得研究传统的正激两电平直流（DC/DC）变换器。传统的两电平直流变换器如下图所示。正激电路使得变换器的电源与负载之间实现电器隔离，提高了直流变换器运行时的可靠性，正激式直流变换器中间的交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器的体积和质量，同时需要的滤波电感和电容的值也大大降低。开关管导通时，变压器原副边同时工作，能量由原边传递给副边；开关管关断时，通过专门的磁复位电路，使得变压器磁芯复位，励磁电流降为零。