CN102594189A - 一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器。该逆变器的电路结构由电源、输入滤波器、两个双向三电平直流变换器、输出滤波器及交流负载构成，其中双向三电平直流变换器以差动形式连接，即输入端并联，输出端串联。本发明能够实现将不稳定、劣质的直流电压变换为所需要的稳定、优质的正弦交流电压的功能。通过改变双向三电平直流变换器的类型，得到包括Boost型、Buck型、Buck-Boost型、Cuk型、Sepic型和Zeta型的非隔离式直流变换器型三电平逆变器的电路拓扑族。本发明具有电路拓扑简洁、能够适应较宽的电压输入范围、双向功率流、单级变换、体积小、重量轻、成本低、控制简单、变换效率高、负载适应能力强，动态性能良好等特点，适用于高电压输入场合。

Description

一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器

技术领域

本发明属于电力电子变换技术领域，特别是一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器。

背景技术

DC-AC逆变技术是应用功率半导体器件，将直流电能转换成固定频率或频率可调的正弦交流电能的一种静止变流装置，供交流负载使用，广泛地应用于国防、工矿企业、科研院所、大学实验室和日常生活中。

目前，国内外电力电子研究人员对于DC-AC逆变器的研究主要集中在两个方面。一是对非电气隔离式、低频和高频电气隔离式等两电平DC-AC变换器的研究；二是对多电平逆变器的研究。多电平逆变器具有开关管电压应力低、输出电压谐波小、动态响应速度快等优点，自1980年A.Nabae等人提出后，吸引了众多学者的研究兴趣，先后提出了二极管、飞跨电容型和级联型多电平逆变器。但是，传统的三电平逆变器只能实现降压的功能，若要实现升压或升降压的功能，需采用两级或多级形式，造成电路拓扑结构复杂、损耗高，效率低等缺点。

S.Cuk等提出了Cuk直流变换器型逆变器(“A conceptually newhigh-frequency switched-mode amp[Li]fier technique e[Li]minates current ripple”，Proc.Fifth National So[Li]d-State Power Conversion Conf.1978，pp.G3.1～G3.22)。该逆变器由两个完全相同的Cuk直流变换器输入端并联，输出端串联而成，能够适应较宽的电压输入范围，实现了单级功率变换、双向功率流，并且能够实现升降压的功能。之后Ramon Caceres提出了Boost直流变换器型逆变器，其他一些学者也相继提出了Buck直流变换型、Buck-boost直流变换器逆变器，上述逆变器虽然具有较多优点，但它们均为两电平逆变器，而且在高电压电能变换场合，存在开关电压应力高、输出电压谐波含量高、损耗大、储能原件体积大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路拓扑简洁、能够适应较宽的电压输入范围、双向功率流、单级变换、体积小、重量轻、成本低、控制简单、变换效率高、负载适应能力强，动态性能良好，适用于高电压输入场合的非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，由依次连接的高压直流电源、输入滤波电感、输入滤波电容、两个完全相同的双向三电平直流变换器和交流负载组成；其中，两个非隔离式双向三电平直流变换器输入端并联，输出端串联；输入高压直流电源的正极与输入滤波电感的一端连接，输入滤波电感的另一端分别与两个双向三电平直流变换器、输入滤波电容相连接，该输入滤波电容的另一端分别与输入高压直流电源负极、两个双向三电平直流变换器相连接，所述的输入滤波电感和输入滤波电容构成输入滤波器，该输入滤波器对输入高压直流电源进行滤波；所述的两个双向三电平直流变换器将经输入滤波器滤波后的输入电压转化为三电平输出电压，第一双向三电平直流变换器由第一储能电感、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第一均压箝位电容和第一输出滤波电容；第二双向三电平直流变换器由储能电感、第五功率开关管、第六功率开关管、第七功率开关管、第八功率开关管、第二均压箝位电容和第二输出滤波电容组成；在双向三电平直流变换器中，第一储能电感的一端与输入滤波器连接，另一端分别与第一功率开关管和第三开关管相连接；第一功率开关管的另一端分别与第二功率开关管和第一均压箝位电容相连接；第二功率开关管的另一端和第四功率开关管相连接，第四功率开关管的另一端分别和第一输出滤波电容，第一输出滤波电容的一端与输出交流负载的一端连接；在双向三电平直流变换器中，第二储能电感的一端与输入滤波器相连，另一端分别与第五功率开关管和第七功率开关管相连接；第五功率开关管的另一端分别与第六功率开关管和第二均压箝位电容相连接；第六功率开关管的另一端和输入滤波器连接；第二均压箝位电容分别与第七功率开关管的另一端和第八功率开关管相连接，第八功率开关管的另一端分别和第二输出滤波电容相连接；第二输出滤波电容的一端与输出交流负载的另一端连接；两个直流变换器输出具有相同的直流偏置，频率相同，相位相差180°的正弦交流电压，二者的差值即为输出电压u₀。

本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明是实现燃料电池、蓄电池、太阳能等新能源并网可靠逆变的基础，是实现电力系统中直流输电、无功功率补偿、电力有源滤波器等关键技术的基础。相对于传统的三电平逆变器，非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器由于引进了差动结构，可以适应更宽的电压输入范围，能够实现单级升、降压的功能，提高变换效率、功率密度和可靠性；相对于传统的两电平逆变器，由于引进了三电平技术，该类变换器可应用于高压DC-AC变换场合，减小开关应力和能量损耗，并可以改善输出电压的频谱特性，从而减小输出滤波器的体积和重量，提高输出波形质量。因此，本发明大大拓宽了三电平DC-AC逆变器的应用场合，在民用、国防和工业等领域的高压DC-AC电能变换场合，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的电路结构图。

图2是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的Boost型拓扑图。

图3是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的Buck型拓扑图。

图4是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的Buck-boost型拓扑图。

图5是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的Cuk型拓扑图。

图6是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的Sepic型拓扑图。

图7是本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器的Zeta型拓扑图。

具体实施方式

本发明一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，由依次连接的高压直流电源、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平直流变换器和交流负载组成。其中，两个双向三电平直流变换器输入端并联，输出端串联。能够将不稳定的高压、劣质直流电直接变换成稳定、优质的正弦交流电，可实现单级升降压的功能，降低了功率变换级数、实现单级功率变换的电路结构，即输入高压直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i的一端连接，该输入滤波电感L_i的另一端分别与两个非隔离式双向三电平直流变换器、输入滤波电容C_i相连接，该输入滤波电容C_i的另一端分别与输入高压直流电源U_i负极、两个双向三电平直流变换器相连接，所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器，该输入滤波器对输入高压直流电源U_i进行滤波；所述的两个完全相同的非隔离式双向三电平直流变换器输出带有相同直流偏置，频率相同，相位相差180°的正弦交流电压。

本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器中，依次连接的高压直流电源U_i、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Boost变换器和交流负载Z_L组合成适用于升压DC-AC变换场合的Boost电路拓扑，即输入直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i正极连接，输入直流电源U_i的负极与输入滤波电容C_i的负极、第二功率开关管S₁₂的源极以及第一输出滤波电容C_f1的负极相连接并且接地；输入滤波电感L_i的负极分别与第一储能电感L₁的正极以及输入滤波电容C_i的正极相连接；所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器；第一储能电感L₁的负极与第一功率开关管S₁₁的漏极以及第三功率开关管S₁₃的源极相连接；第三功率开关管S₁₃的漏极分别和第四功率开关管S₁₄的源极以及第一均压箝位电容C_c1的负极相连接；第一功率开关管S₁₁的源极和第二功率开关管S₁₂的漏极以及第一均压箝位电容C_c1的正极相连接；第四功率开关管S₁₄的漏极与第一输出滤波电容C_f1的正极相连接接入负载Z_L的一端，以上构成了一路双向三电平Boost变换器；输入滤波电感L_i的负极与第二储能电感L₂的正极相连接；第二储能电感L₂的负极与第五功率开关管S₂₁的漏极以及第七功率开关管S₂₃的源极相连接；第五功率开关管S₂₁的源极分别与第六功率开光管S₂₂的漏极以及第二均压箝位电容C_c2的正极相连接；第七功率开关管S₂₃的漏极和第八功率开关管S₂₄的源极以及第二均压箝位电容C_c2的负极相连接；第六功率开关管S₂₂的源极分别和输出滤波电容C_f2的负极以及输入直流电源U_i的负极相连接并且接地；第八功率开关管S₂₄的漏极与第二输出滤波电容C_f2的正极相连接接入负载Z_L的另一端，以上构成了另一路双向三电平Boost直流变换器；输出滤波电容C_f1、C_f2滤除三电平直流变换器输出电压中的高次谐波，在交流负载的两侧得到带有相同直流偏置，相位相差180°的低频正弦交流电压u_o1、u_o2，从而得到高质量的输出电压u_o。

本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器中，依次连接的高压直流电源U_i、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Buck变换器和交流负载Z_L组合成适用于降压DC-AC变换场合的Buck电路拓扑，即输入高压直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i正极连接，输入高压直流电源U_i的负极与输入滤波电容C_i的负极、第四功率开关管S₁₄的源极以及第一输出滤波电容C_f1的负极相连接并且接地；输入滤波电感L_i的负极分别与输入滤波电容C_i的正极以及第二功率开关管S₁₂的漏极相连；所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器，输入滤波器对输入的高压直流电源U_i进行滤波；第二功率开关管S₁₂的源极与第一功率开关S₁₁的漏极以及第一均压箝位电容C_c1的正极相连接；第一功率开关管S₁₁的源极和第一输出滤波电感L_f1的正极、第三功率开关管S₁₃的漏极相连接；第一飞跨电容C_c1的负极和第三功率开关管S₁₃的源极及第四功率开关管S₁₄的漏极相连接；第一输出滤波电感L_f1的负极与第一输出滤波电容C_f1的正极相连接接入负载Z_L的一端；上述第一输出滤波电感L_f1和第一输出滤波电容C_f1构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o1；以上构成了一路双向三电平Buck直流变换器；输入滤波电感L_i的负极和第六功率开关管S₂₂的漏极相连接；第六功率开关管S₂₂的源极和第五功率开关管S₂₁的漏极及第二均压箝位C_c2的正极相连接；第五功率开关管S₂₁的源极和第七功率开关管S₂₃的漏极及第二输出滤波电感L_f2的正极相连接；第二均压箝位电容C_c2的负极和第七功率开关管S₂₃的源极以及第八功率开关管S₂₄的漏极相连接；第八功率开关管S₂₄的源极和第二输出滤波电容C_f2的负极以及直流电源U_i的负极相连接并且接地；第二输出滤波电感L_f2的负极和第二个输出滤波电容C_f2的正极相连接接入负载Z_L的另一端；上述第二输出滤波电感L_f2和第二输出滤波电容C_f2构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o2；以上构成了另一路双向三电平Buck变换器。

本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器中，依次连接的高压直流电源U_i、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Buck-boost变换器和交流负载Z_L组合成适用于升降压DC-AC变换场合的Buck-boost电路拓扑，即输入高压直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i正极连接，输入高压直流电源该U_i的负极与输入滤波电容C_i的负极、第一储能电感L₁的负极以及第一输出滤波电容C_f1的负极相连接并且接地；输入滤波电感L_i的负极分别与输入滤波电容C_i的正极以及第二功率开关管S₁₂的漏极相连；所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器，输入滤波器对输入的高压直流电源Ui进行滤波；第二功率开关管S₁₂的源极和第一功率开关管S₁₂的漏极以及第一均压箝位电容C_c1的正极相连接；第一功率开关管S₁₁的源极分别和第三功率开关管S₁₃的漏极、第一储能电感L₁的正极相连接；第三功率开关管S₁₃的源极和第一均压箝位电容C_c1的负极以及第四功率开关管S₁₄的漏极相连接；第四功率开关管S₁₄的源极和第一输出滤波电容C_f1相连接接入负载Z_L的一端，以上构成了一路双向三电平Buck-boost直流变换器；输入滤波电感L_i的负极和第六功率开关管S₂₂的漏极相连接；第六功率开关管S₂₂的源极和第五功率开关管S₂₁的漏极及第二均压箝位电容C_c2的正极相连接；第五功率开关管S₂₁的源极和第七功率开关管S₂₃的漏极及第二储能电感L₂的正极相连接；第二储能电感L₂的负极分别与第二输出滤波电容C_f2的负极以及直流输入电源U_i的负极相连接并且接地；第二飞跨电容C_c2的负极和第七功率开关管S₂₃的源极以及第八功率开关管S₂₄的漏极相连接；第八功率开关管S₂₄的源极和第二输出滤波电容C_f2的正极相连接接入负载Z_L的另一端，以上构成了另一路双向三电平Buck-boost变换器；输出滤波电容C_f1、C_f2滤除三电平直流变换器输出电压中的高次谐波，在交流负载的两侧得到带有相同直流偏置，相位相差180°的低频正弦交流电压u_o1，u_o2，从而得到高质量的输出电压u_o。

本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器中，依次连接的高压直流电源U_i、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Cuk变换器和交流负载组Z_L合成适用于升降压DC-AC变换场合的Cuk电路拓扑，即输入高压直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i正极连接，输入高压直流电源U_i的负极与输入滤波电容C_i的负极、第二功率开关管S₁₂的源极、第四功率开关管S₁₄的漏极以及第一输出滤波电容C_f1的负极相连接并且接地；输入滤波电感L_i的负极分别与输入滤波电容C_i的正极以及第一储能电感L₁正极相连接；所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器，输入滤波器对输入的高压直流电源U_i进行滤波；第一储能电感L₁的负极与第一功率开关管S₁₁的漏极以及第一储能电容C₁的正极相连接；第一功率开关管S₁₁的源极与第一均压箝位电容C_c1的正极、第二功率开关管S₁₂的漏极相连接；第一储能电容C₁的负极与第三功率开关管S₁₃的源极、第一输出滤波电感L_f1的正极相连接；第一均压箝位电容C_c1的负极与第三功率开关管S₁₃的漏极及第四功率开关管S₁₄的源极相连接；第一输出滤波电感L_f1的负极与第一输出滤波电容C_f1相连接接到负载Z_L的一端；上述第一输出滤波电感L_f1和第一输出滤波电容C_f1构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o1；以上构成了一路双向三电平Cuk直流变换器；输入滤波电感L_i的负极和第二储能电感L₂的正极相连接；第二储能电感L₂的负极和第五功率开关管S₂₁的漏极以及第二储能电容C₂的正极相连接，第五功率开关管S₂₁的源极和第六功率开关管S₂₂的漏极及第二均压箝位电容C_c2的正极相连接；第二储能电容C₂的负极与第七功率开关管S₂₃的源极、第二输出滤波电感L_f2的正极相连接；第二均压箝位电容C_c2的负极与第七功率开关管S₂₃的漏极以及第八功率开关管S₂₄的源极相连接；第六功率开关管S₂₂的源极分别与第八功率开关管S₂₄的漏极、第二输出滤波电容C_f2的负极、输入直流电源U_i的负极相连接并且接地；第二输出滤波电感L_f2的负极和第二输出滤波电容C_f2的正极相连接接到负载Z_L的另一端；上述第二输出滤波电感L_f2和第二输出滤波电容C_f2构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o2；以上构成了另一路双向三电平Cuk变换器。

本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器中，依次连接的高压直流电源U_i、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Sepic变换器和交流负载Z_L组合成适用于升降压DC-AC变换场合的Sepic电路拓扑，即输入高压直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i正极连接，输入高压直流电源U_i的负极与输入滤波电容C_i的负极、第二功率开关管S₁₂的源极、第二储能电感L₁₂的负极以及第一输出滤波电容C_f1的负极相连接并且接地；输入滤波电感L_i的负极分别与输入滤波电容C_i的正极以及第一储能电感L₁₁的正极相连接；所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器，输入滤波器对输入的高压直流电源U_i进行滤波；第一储能电感L₁₁的负极与第一功率开关管S₁₁的漏极以及第一储能电容C₁的正极相连接；第一功率开关管S₁₁的源极与第一均压箝位电容C_c1的正极、第二功率开关管S₁₂的漏极相连接；第一储能电容C₁的负极与第三功率开关管S₁₃的源极、第二储能电感L₁₂的正极相连接；第一均压箝位电容C_c1的负极与第三功率开关管S₁₃的漏极、第四功率开关管S₁₄的源极相连接；第四功率开关管S₁₄的漏极与第一输出滤波电容C_f1的正极相连接接到负载Z_L的一端，以上构成了一路双向三电平Sepic直流变换器；输入滤波电感L_i的负极和第三储能电感L₂₁的正极相连接；第三储能电感L₂₁的负极和第五功率开关管S₂₁的漏极以及第二储能电容C₂的正极相连接，第五功率开关管S₂₁的源极和第六功率开关管S₂₂的漏极及第二飞跨电容C_c2的正极相连接；第二储能电容C₂的负极与第七功率开关管S₂₃的源极、第四个储能电感L₂₂的正极相连接；第二均压箝位电容C_c2的负极与第七功率开关管S₂₃的漏极以及第八功率开关管S₂₄的源极相连接；第四储能电感L₂₂的负极与第六功率开关管S₂₂的源极、输入直流电源U_i的负极以及第二输出滤波电容C_f2的负极相连接并且接地；第八功率开关管S₂₄的漏极和第二输出滤波电容C_f2的正极相连接接到负载Z_L的另一端以上构成了另一路双向三电平Sepic变换器；输出滤波电容C_f1、C_f2滤除三电平直流变换器输出电压中的高次谐波，在交流负载的两侧得到带有相同直流偏置，相位相差180°的低频正弦交流电压u_o1，u_o2，从而得到高质量的输出电压u_o。

本发明非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器中，依次连接的高压直流电源U_i、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Zeta变换器和交流负载Z_L组合成适用于升压DC-AC变换场合的Zeta电路拓扑，即输入高压直流电源U_i的正极与输入滤波电感L_i正极连接，输入高压直流电源U_i的负极与输入滤波电容C_i的负极、第一储能电感L₁的负极、第四功率开关管S₁₄的源极以及第一输出滤波电容C_f1的负极相连接并且接地；输入滤波电感L_i的负极分别与输入滤波电容C_i的正极以及第二功率开关管S₁₂的漏极相连接；所述的输入滤波电感L_i和输入滤波电容C_i构成输入滤波器，输入滤波器对输入的高压直流电源U_i进行滤波；第二功率开关管S₁₂的源极与第一功率开关管S₁₁的漏极以及第一均压箝位电容C_c1的正极相连接；第一功率开关管S₁₁的源极与第一储能电容C₁的正极相连接；第一储能电容C₁的负极与第一储能电感L₁的正极、第三功率开关管S₁₃的漏极、第一输出滤波电感L_f1的正极相连接；第一均压箝位电容C_c1的负极与第三功率开关管S₁₃的源极、第四功率开关管S₁₄的漏极相连接；第一个输出滤波电感Lf1的负极与第一个输出滤波电容C_f1的正极相连接接到负载Z_L的一端；上述第一输出滤波电感L_f1和第一输出滤波电容C_f1构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o1；以上构成了一路双向三电平Zeta直流变换器；输入滤波电感L_i的负极和第六功率开关管S₂₂的漏极相连接；第六功率开关管S₂₂的源极与第五功率开关管S₂₁的漏极、第二均压箝位电容C_c2的正极相连接；第五功率开关管S₂₁的源极与第二储能电容C₂的正极相连接；第二储能电容C₂的负极与第二储能电感L₂的正极、第七功率开关管S₂₃的漏极以及第二个输出滤波电感L_f2的正极相连接；第二均压箝位电容C_c2的负极与第七功率开关管S₂₃的源极、第八功率开关管S₂₄的漏极相连接；第八功率开关管S₂₄的源极与第二储能电感L₂、第二输出滤波电容C_f2以及输入直流电源U_i的负极相连并接地；第二输出滤波电感L_f2负极与第二储能电容C_f2的正极相连接接到负载Z_L的另一端；上述第二输出滤波电感L_f2和第二输出滤波电容C_f2构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o2；以上构成了另一路双向三电平Zeta变换器。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明差动直流变换器型非隔离三电平逆变器的电路结构，由输入高压直流电源、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平直流变换器以及输出交流负载构成。该电路结构，能够将不稳定的高压、劣质直流电直接变换成稳定、优质的正弦交流电。输入高压直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li的一端连接，该输入滤波电感Li的另一端分别与两个双向三电平直流变换器、输入滤波电容Ci相连接，该输入滤波电容Ci的另一端分别与输入高压直流电源Ui负极、两个双向三电平直流变换器相连接，所述的输入滤波电感Li和输入滤波电容Ci构成输入滤波器，该输入滤波器对输入高压直流电源Ui进行滤波；所述的两个完全相同的非隔离式双向三电平直流变换器输出带有相同直流偏置，频率相同，相位相差180°的正弦交流电压。两者的差值即为所需的输出正弦电压uo。相对于传统的升、降压DC-AC逆变器，该电路结构仅具有单级功率变换级数，因而该类变换器可提高输入侧功率因数、变换效率、功率密度和可靠性。由于采用了差动结构，该类逆变器可以适应更宽的电压输入范围；由于引进了三电平技术，每个开关管所承受的电压应力为两电平DC-AC逆变器的一半，有效地减少了输出滤波器的体积和重量，改善输出电压波形及频谱特性，提高输出波形质量。

非隔离直流变换器型差动三电平逆变器的基本工作原理如下：根据不同输出电压的要求，采用电压电流双闭环控制，通过调节双向直流变换器的占空比，可以得到Ui、Ui/2、0等不同电平的电压，再通过输出滤波器分别对其滤波，可以使得左右两个双向三电平直流变换器输出带有相同直流偏置，相位相差180°的正弦电压，在负载端差动输出正负交变的稳定、优质正弦交流电压。

本发明所提出的、具有上述电路结构的非隔离式直流变换器差动三电平逆变器通过改变双向三电平直流变换器的类型可得到不同的电路拓扑族，包括Boost型、Buck型、Buck-Boost型、Cuk型、Sepic型和Zeta型六种电路拓扑，该电路拓扑族中的所有拓扑均具有相同的差动结构，但仍有些微小的差别，如Buck型、Cuk型和Zeta型电路拓扑具有输出滤波电感Lf，而Boost型、Buck-Boost型和Sepic型电路拓扑不具有输出滤波电感Lf；Buck型不具有升压电感L，而其余都具有升压电感。

其中，Boost型电路拓扑如图2所示，其具体电路连接如下：输入直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li正极连接，输入直流电源该Ui的负极与输入滤波电容Ci的负极、第二功率开关管S12的源极以及第一输出滤波电容Cf1的负极相连接并且接地；输入滤波电感Li的负极分别与第一储能电感L1的正极以及输入滤波电容Ci的正极相连接；第一储能电感L1的负极与第一功率开关管S11的漏极以及第三功率开关管S13的源极相连接；第三功率开关管S13的漏极分别和第四功率开关管S14的源极以及第一均压箝位电容Cc1的负极相连接；第一功率开关管S11的源极和第二功率开关管S12的漏极以及第一均压箝位电容Cc1的正极相连接；第四功率开关管S14的漏极与第一输出滤波电容Cf1的正极相连接接入负载ZL的一端，以上构成了一路双向三电平Boost变换器；输入滤波电感Li的负极与第二储能电感L2的正极相连接；第二储能电感L2的负极与第五功率开关管S21的漏极以及第七功率开关管S23的源极相连接；第五功率开关管S21的源极分别与第六功率开光管S22的漏极以及第二均压箝位电容Cc2的正极相连接；第七功率开关管S23的漏极和第八功率开关管S24的源极以及第二均压箝位电容Cc2的负极相连接；第六功率开关管S22的源极分别和输出滤波电容Cf2的负极以及输入直流电源Ui的负极相连接并且接地；第八功率开关管S24的漏极与第二输出滤波电容Cf2的正极相连接接入负载ZL的另一端，以上构成了另一路双向三电平Boost直流变换器。Boost型拓扑适用于降压DC-AC变换场合。

Buck型电路拓扑如图3所示，其具体电路连接如下：输入高压直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li正极连接，输入高压直流电源Ui的负极与输入滤波电容Ci的负极、第四功率开关管S14的源极以及第一输出滤波电容Cf1的负极相连接并且接地；输入滤波电感Li的负极分别与输入滤波电容Ci的正极以及第二功率开关管S12的漏极相连；第二功率开关管S12的源极与第一功率开关S11的漏极以及第一均压箝位电容Cc1的正极相连接；第一功率开关管S11的源极和第一输出滤波电感Lf1的正极、第三功率开关管S13的漏极相连接；第一飞跨电容Cc1的负极和第三功率开关管S13的源极及第四功率开关管S14的漏极相连接；第一输出滤波电感Lf1的负极与第一输出滤波电容Cf1的正极相连接接入负载ZL的一端；以上构成了一路双向三电平Buck直流变换器。输入滤波电感Li的负极和第六功率开关管S22的漏极相连接；第六功率开关管S22的源极和第五功率开关管S21的漏极及第二均压箝位Cc2的正极相连接；第五功率开关管S21的源极和第七功率开关管S23的漏极及第二输出滤波电感Lf2的正极相连接；第二均压箝位电容Cc2的负极和第七功率开关管S23的源极以及第八功率开关管S24的漏极相连接；第八功率开关管S24的源极和第二输出滤波电容Cf2的负极以及直流电源Ui的负极相连接并且接地；第二输出滤波电感Lf2的负极和第二个输出滤波电容Cf2的正极相连接接入负载ZL的另一端；以上构成了另一路双向三电平Buck变换器。Buck型拓扑适用于降压DC-AC变换场合。

Buck-boost型电路拓扑如图4所示，其具体电路连接如下：输入高压直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li正极连接，输入高压直流电源该Ui的负极与输入滤波电容Ci的负极、第一储能电感L1的负极以及第一输出滤波电容Cf1的负极相连接并且接地；输入滤波电感Li的负极分别与输入滤波电容Ci的正极以及第二功率开关管S12的漏极相连；第二功率开关管S12的源极和第一功率开关管S12的漏极以及第一均压箝位电容Cc1的正极相连接；第一功率开关管S11的源极分别和第三功率开关管S13的漏极、第一储能电感L1的正极相连接；第三功率开关管S13的源极和第一均压箝位电容Cc1的负极以及第四功率开关管S14的漏极相连接；第四功率开关管S14的源极和第一输出滤波电容Cf1相连接接入负载ZL的一端，以上构成了一路双向三电平Buck-boost直流变换器；输入滤波电感Li的负极和第六功率开关管S22的漏极相连接；第六功率开关管S22的源极和第五功率开关管S21的漏极及第二均压箝位电容Cc2的正极相连接；第五功率开关管S21的源极和第七功率开关管S23的漏极及第二储能电感L2的正极相连接；第二储能电感L2的负极分别与第二输出滤波电容Cf2的负极以及直流输入电源Ui的负极相连接并且接地；第二飞跨电容Cc2的负极和第七功率开关管S23的源极以及第八功率开关管S24的漏极相连接；第八功率开关管S24的源极和第二输出滤波电容Cf2的正极相连接接入负载ZL的另一端，以上构成了另一路双向三电平Buck-boost变换器。Buck-boost型拓扑适用于升、降压DC-AC变换场合。

Cuk型电路拓扑如图5所示，其具体电路连接如下：输入高压直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li正极连接，输入高压直流电源Ui的负极与输入滤波电容Ci的负极、第二功率开关管S12的源极、第四功率开关管S14的漏极以及第一输出滤波电容Cf1的负极相连接并且接地；输入滤波电感Li的负极分别与输入滤波电容Ci的正极以及第一储能电感L1正极相连接；第一储能电感L1的负极与第一功率开关管S11的漏极以及第一储能电容C1的正极相连接；第一功率开关管S11的源极与第一均压箝位电容Cc1的正极、第二功率开关管S12的漏极相连接；第一储能电容C1的负极与第三功率开关管S13的源极、第一输出滤波电感Lf1的正极相连接；第一均压箝位电容Cc1的负极与第三功率开关管S13的漏极及第四功率开关管S14的源极相连接；第一输出滤波电感Lf1的负极与第一输出滤波电容Cf1相连接接到负载ZL的一端；以上构成了一路双向三电平Cuk直流变换器；输入滤波电感Li的负极和第二储能电感L2的正极相连接；第二储能电感L2的负极和第五功率开关管S21的漏极以及第二储能电容C2的正极相连接，第五功率开关管S21的源极和第六功率开关管S22的漏极及第二均压箝位电容Cc2的正极相连接；第二储能电容C2的负极与第七功率开关管S23的源极、第二输出滤波电感Lf2的正极相连接；第二均压箝位电容Cc2的负极与第七功率开关管S23的漏极以及第八功率开关管S24的源极相连接；第六功率开关管S22的源极分别与第八功率开关管S24的漏极、第二输出滤波电容Cf2的负极、输入直流电源Ui的负极相连接并且接地；第二输出滤波电感Lf2的负极和第二输出滤波电容Cf2的正极相连接接到负载ZL的另一端；以上构成了另一路双向三电平Cuk变换器。Cuk型拓扑适用于升、降压DC-AC变换场合。

Sepic型电路拓扑如图6所示，其具体电路连接如下：输入高压直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li正极连接，输入高压直流电源Ui的负极与输入滤波电容Ci的负极、第二功率开关管S12的源极、第二储能电感L12的负极以及第一输出滤波电容Cf1的负极相连接并且接地；输入滤波电感Li的负极分别与输入滤波电容Ci的正极以及第一储能电感L11的正极相连接；第一储能电感L11的负极与第一功率开关管S11的漏极以及第一储能电容C1的正极相连接；第一功率开关管S11的源极与第一均压箝位电容Cc1的正极、第二功率开关管S12的漏极相连接；第一储能电容C1的负极与第三功率开关管S13的源极、第二储能电感L12的正极相连接；第一均压箝位电容Cc1的负极与第三功率开关管S13的漏极、第四功率开关管S14的源极相连接；第四功率开关管S14的漏极与第一输出滤波电容Cf1的正极相连接接到负载ZL的一端，以上构成了一路双向三电平Sepic直流变换器；输入滤波电感Li的负极和第三储能电感L21的正极相连接；第三储能电感L21的负极和第五功率开关管S21的漏极以及第二储能电容C2的正极相连接，第五功率开关管S21的源极和第六功率开关管S22的漏极及第二飞跨电容Cc2的正极相连接；第二储能电容C2的负极与第七功率开关管S23的源极、第四个储能电感L22的正极相连接；第二均压箝位电容Cc2的负极与第七功率开关管S23的漏极以及第八功率开关管S24的源极相连接；第四储能电感L22的负极与第六功率开关管S22的源极、输入直流电源Ui的负极以及第二输出滤波电容Cf2的负极相连接并且接地；第八功率开关管S24的漏极和第二输出滤波电容Cf2的正极相连接接到负载ZL的另一端，以上构成了另一路双向三电平Sepic变换器。Sepic型拓扑适用于升、降压DC-AC变换场合。

Zeta型电路拓扑如图7所示，其具体电路连接如下：输入高压直流电源Ui的正极与输入滤波电感Li正极连接，输入高压直流电源Ui的负极与输入滤波电容Ci的负极、第一储能电感L1的负极、第四功率开关管S14的源极以及第一输出滤波电容Cf1的负极相连接并且接地；输入滤波电感Li的负极分别与输入滤波电容Ci的正极以及第二功率开关管S12的漏极相连接；第二功率开关管S12的源极与第一功率开关管S11的漏极以及第一均压箝位电容Cc1的正极相连接；第一功率开关管S11的源极与第一储能电容C1的正极相连接；第一储能电容C1的负极与第一储能电感L1的正极、第三功率开关管S13的漏极、第一输出滤波电感Lf1的正极相连接；第一均压箝位电容Cc1的负极与第三功率开关管S13的源极、第四功率开关管S14的漏极相连接；第一个输出滤波电感Lf1的负极与第一个输出滤波电容Cf1的正极相连接接到负载ZL的一端；以上构成了一路双向三电平Zeta直流变换器；输入滤波电感Li的负极和第六功率开关管S22的漏极相连接；第六功率开关管S22的源极与第五功率开关管S21的漏极、第二均压箝位电容Cc2的正极相连接；第五功率开关管S21的源极与第二储能电容C2的正极相连接；第二储能电容C2的负极与第二储能电感L2的正极、第七功率开关管S23的漏极以及第二个输出滤波电感Lf2的正极相连接；第二均压箝位电容Cc2的负极与第七功率开关管S23的源极、第八

功率开关管S24的漏极相连接；第八功率开关管S24的源极与第二储能电感L2、第二输出滤波电容Cf2以及输入直流电源Ui的负极相连并接地；第二输出滤波电感Lf2负极与第二储能电容Cf2的正极相连接接到负载ZL的另一端；以上构成了另一路双向三电平Zeta变换器。Zeta型拓扑适用于升、降压DC-AC变换场合。

Claims (7)

1.一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：由依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波电感[L_i]、输入滤波电容[C_i]、两个完全相同的双向三电平直流变换器和交流负载组成；其中，两个非隔离式双向三电平直流变换器输入端并联，输出端串联；输入高压直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]的一端连接，输入滤波电感[L_i]的另一端分别与两个双向三电平直流变换器、输入滤波电容[C_i]相连接，该输入滤波电容[C_i]的另一端分别与输入高压直流电源[U_i]负极、两个双向三电平直流变换器相连接，所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容[C_i]构成输入滤波器，该输入滤波器对输入高压直流电源[U_i]进行滤波；所述的两个双向三电平直流变换器将经输入滤波器滤波后的输入电压转化为三电平输出电压，第一双向三电平直流变换器[1]由第一储能电感[L₁]、第一功率开关管[S₁₁]、第二功率开关管[S₁₂]、第三功率开关管[S₁₃]、第四功率开关管[S₁₄]、第一均压箝位电容[C_c1]和第一输出滤波电容[C_f1]；第二双向三电平直流变换器[2]由储能电感[L₂]、第五功率开关管[S₂₁]、第六功率开关管[S₂₂]、第七功率开关管[S₂₃]、第八功率开关管[S₂₄]、第二均压箝位电容[C_c2]和第二输出滤波电容[C_f2]组成；在双向三电平直流变换器[1]中，第一储能电感[L₁]的一端与输入滤波器连接，另一端分别与第一功率开关管[S₁₁]和第三开关管[S₁₃]相连接；第一功率开关管[S₁₁]的另一端分别与第二功率开关管[S₁₂]和第一均压箝位电容[C_c1]相连接；第二功率开关管[S₁₂]的另一端和第四功率开关管[S₁₄]相连接，第四功率开关管[S₁₄]的另一端分别和第一输出滤波电容[C_f1]，第一输出滤波电容[C_f1]的一端与输出交流负载[Z_L]的一端连接；在双向三电平直流变换器[2]中，第二储能电感[L₂]的一端与输入滤波器相连，另一端分别与第五功率开关管[S₂₁]和第七功率开关管[S₂₃]相连接；第五功率开关管[S₂₁]的另一端分别与第六功率开关管[S₂₂]和第二均压箝位电容[C_c2]相连接；第六功率开关管[S₂₂]的另一端和输入滤波器连接；第二均压箝位电容[C_c2]分别与第七功率开关管[S₂₃]的另一端和第八功率开关管[S₂₄]相连接，第八功率开关管[S₂₄]的另一端分别和第二输出滤波电容[C_f2]相连接；第二输出滤波电容[C_f2]的一端与输出交流负载[Z_L]的另一端连接；两个直流变换器输出具有相同的直流偏置，频率相同，相位相差180°的正弦交流电压，二者的差值即为输出电压u₀。

2.根据权利要求1所述的一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Boost变换器和交流负载[Z_L]组合成适用于升压DC-AC变换场合的Boost电路拓扑，即输入直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]正极连接，输入直流电源[U_i]的负极与输入滤波电容[C_i]的负极、第二功率开关管[S₁₂]的源极以及第一输出滤波电容[C_f1]的负极相连接并且接地；输入滤波电感[L_i]的负极分别与第一储能电感[L₁]的正极以及输入滤波电容[C_i]的正极相连接；所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容[C_i]构成输入滤波器；第一储能电感[L₁]的负极与第一功率开关管[S₁₁]的漏极以及第三功率开关管[S₁₃]的源极相连接；第三功率开关管[S₁₃]的漏极分别和第四功率开关管[S₁₄]的源极以及第一均压箝位电容[C_c1]的负极相连接；第一功率开关管[S₁₁]的源极和第二功率开关管[S₁₂]的漏极以及第一均压箝位电容[C_c1]的正极相连接；第四功率开关管[S₁₄]的漏极与第一输出滤波电容[C_f1]的正极相连接接入负载[Z_L]的一端，以上构成了一路双向三电平Boost变换器；输入滤波电感[L_i]的负极与第二储能电感[L₂]的正极相连接；第二储能电感[L₂]的负极与第五功率开关管[S₂₁]的漏极以及第七功率开关管[S₂₃]的源极相连接；第五功率开关管[S₂₁]的源极分别与第六功率开光管[S₂₂]的漏极以及第二均压箝位电容[C_c2]的正极相连接；第七功率开关管[S₂₃]的漏极和第八功率开关管[S₂₄]的源极以及第二均压箝位电容[C_c2]的负极相连接；第六功率开关管[S₂₂]的源极分别和输出滤波电容[C_f2]的负极以及输入直流电源[U_i]的负极相连接并且接地；第八功率开关管[S₂₄]的漏极与第二输出滤波电容[C_f2]的正极相连接接入负载[Z_L]的另一端，以上构成了另一路双向三电平Boost直流变换器；输出滤波电容C_f1、C_f2滤除三电平直流变换器输出电压中的高次谐波，在交流负载的两侧得到带有相同直流偏置，相位相差180°的低频正弦交流电压u_o1、u_o2，从而得到输出电压u_o。

3.根据权利要求1所述的非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Buck-boost变换器和交流负载[Z_L]组合成适用于升降压DC-AC变换场合的Buck-boost电路拓扑，即输入高压直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]正极连接，输入高压直流电源该[U_i]的负极与输入滤波电容[C_i]的负极、第一储能电感[L₁]的负极以及第一输出滤波电容[C_f1]的负极相连接并且接地；输入滤波电感[L_i]的负极分别与输入滤波电容[C_i]的正极以及第二功率开关管[S₁₂]的漏极相连；所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容[C_i]构成输入滤波器；第二功率开关管[S₁₂]的源极和第一功率开关管[S₁₂]的漏极以及第一均压箝位电容[C_c1]的正极相连接；第一功率开关管[S₁₁]的源极分别和第三功率开关管[S₁₃]的漏极、第一储能电感[L₁]的正极相连接；第三功率开关管[S₁₃]的源极和第一均压箝位电容[C_c1]的负极以及第四功率开关管[S₁₄]的漏极相连接；第四功率开关管[S₁₄]的源极和第一输出滤波电容[C_f1]相连接接入负载[Z_L]的一端，以上构成了一路双向三电平Buck-boost直流变换器；输入滤波电感[L_i]的负极和第六功率开关管[S₂₂]的漏极相连接；第六功率开关管[S₂₂]的源极和第五功率开关管[S₂₁]的漏极及第二均压箝位电容C_c2的正极相连接；第五功率开关管[S₂₁]的源极和第七功率开关管[S₂₃]的漏极及第二储能电感[L₂]的正极相连接；第二储能电感[L₂]的负极分别与第二输出滤波电容[C_f2]的负极以及直流输入电源[U_i]的负极相连接并且接地；第二飞跨电容[C_c2]的负极和第七功率开关管[S₂₃]的源极以及第八功率开关管[S₂₄]的漏极相连接；第八功率开关管[S₂₄]的源极和第二输出滤波电容[C_f2]的正极相连接接入负载[Z_L]的另一端，以上构成了另一路双向三电平Buck-boost变换器；输出滤波电容C_f1、C_f2滤除三电平直流变换器输出电压中的高次谐波，在交流负载的两侧得到带有相同直流偏置，相位相差180°的低频正弦交流电压u_o1，u_o2，从而得到输出电压u_o。

4.根据权利要求1所述的非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Cuk变换器和交流负载组[Z_L]合成适用于升降压DC-AC变换场合的Cuk电路拓扑，即输入高压直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]正极连接，输入高压直流电源[U_i]的负极与输入滤波电容[C_i]的负极、第二功率开关管[S₁₂]的源极、第四功率开关管[S₁₄]的漏极以及第一输出滤波电容[C_f1]的负极相连接并且接地；输入滤波电感[L_i]的负极分别与输入滤波电容[C_i]的正极以及第一储能电感[L₁]正极相连接；所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容C_i构成输入滤波器；第一储能电感[L₁]的负极与第一功率开关管[S₁₁]的漏极以及第一储能电容[C₁]的正极相连接；第一功率开关管[S₁₁]的源极与第一均压箝位电容C_c1的正极、第二功率开关管[S₁₂]的漏极相连接；第一储能电容[C₁]的负极与第三功率开关管[S₁₃]的源极、第一输出滤波电感[L_f1]的正极相连接；第一均压箝位电容[C_c1]的负极与第三功率开关管[S₁₃]的漏极及第四功率开关管[S₁₄]的源极相连接；第一输出滤波电感[L_f1]的负极与第一输出滤波电容[C_f1]相连接接到负载Z_L的一端；上述第一输出滤波电感[L_f1]和第一输出滤波电容[C_f1]构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o1；以上构成了一路双向三电平Cuk直流变换器；输入滤波电感[L_i]的负极和第二储能电感[L₂]的正极相连接；第二储能电感[L₂]的负极和第五功率开关管[S₂₁]的漏极以及第二储能电容[C₂]的正极相连接，第五功率开关管[S₂₁]的源极和第六功率开关管[S₂₂]的漏极及第二均压箝位电容[C_c2]的正极相连接；第二储能电容[C₂]的负极与第七功率开关管[S₂₃]的源极、第二输出滤波电感[L_f2]的正极相连接；第二均压箝位电容[C_c2]的负极与第七功率开关管[S₂₃]的漏极以及第八功率开关管[S₂₄]的源极相连接；第六功率开关管[S₂₂]的源极分别与第八功率开关管[S₂₄]的漏极、第二输出滤波电容[C_f2]的负极、输入直流电源[U_i]的负极相连接并且接地；第二输出滤波电感[L_f2]的负极和第二输出滤波电容[C_f2]的正极相连接接到负载[Z_L]的另一端；上述第二输出滤波电感[L_f2]和第二输出滤波电容[C_f2]构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了带有直流偏置的正弦电压u_o2；以上构成了另一路双向三电平Cuk变换器。

5.根据权利要求1所述的非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Sepic变换器和交流负载[Z_L]组合成适用于升降压DC-AC变换场合的Sepic电路拓扑，即输入高压直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]正极连接，输入高压直流电源[U_i]的负极与输入滤波电容[C_i]的负极、第二功率开关管[S₁₂]的源极、第二储能电感[L₁₂]的负极以及第一输出滤波电容[C_f1]的负极相连接并且接地；输入滤波电感[L_i]的负极分别与输入滤波电容[C_i]的正极以及第一储能电感[L₁₁]的正极相连接；所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容C_i构成输入滤波器；第一储能电感[L₁₁]的负极与第一功率开关管[S₁₁]的漏极以及第一储能电容C₁的正极相连接；第一功率开关管[S₁₁]的源极与第一均压箝位电容[C_c1]的正极、第二功率开关管[S₁₂]的漏极相连接；第一储能电容[C₁]的负极与第三功率开关管[S₁₃]的源极、第二储能电感[L₁₂]的正极相连接；第一均压箝位电容[C_c1]的负极与第三功率开关管[S₁₃]的漏极、第四功率开关管[S₁₄]的源极相连接；第四功率开关管[S₁₄]的漏极与第一输出滤波电容[C_f1]的正极相连接接到负载[Z_L]的一端，以上构成了一路双向三电平Sepic直流变换器；输入滤波电感[L_i]的负极和第三储能电感[L₂₁]的正极相连接；第三储能电感L₂₁的负极和第五功率开关管[S₂₁]的漏极以及第二储能电容[C₂]的正极相连接，第五功率开关管[S₂₁]的源极和第六功率开关管[S₂₂]的漏极及第二飞跨电容[C_c2]的正极相连接；第二储能电容[C₂]的负极与第七功率开关管[S₂₃]的源极、第四个储能电感L₂₂的正极相连接；第二均压箝位电容[C_c2]的负极与第七功率开关管[S₂₃]的漏极以及第八功率开关管[S₂₄]的源极相连接；第四储能电感[L₂₂]的负极与第六功率开关管[S₂₂]的源极、输入直流电源[U_i]的负极以及第二输出滤波电容[C_f2]的负极相连接并且接地；第八功率开关管[S₂₄]的漏极和第二输出滤波电容[C_f2]的正极相连接接到负载[Z_L]的另一端以上构成了另一路双向三电平Sepic变换器；输出滤波电容C_f1、C_f2滤除三电平直流变换器输出电压中的高次谐波，在交流负载的两侧得到带有相同直流偏置，相位相差180°的低频正弦交流电压u_o1，u_o2，从而得到输出电压u_o。

6.根据权利要求1所述的非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Zeta变换器和交流负载[Z_L]组合成适用于升压DC-AC变换场合的Zeta电路拓扑，即输入高压直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]正极连接，输入高压直流电源[U_i]的负极与输入滤波电容[C_i]的负极、第一储能电感[L₁]的负极、第四功率开关管[S₁₄]的源极以及第一输出滤波电容[C_f1]的负极相连接并且接地；输入滤波电感[L_i]的负极分别与输入滤波电容[C_i]的正极以及第二功率开关管[S₁₂]的漏极相连接；所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容[C_i]构成输入滤波器；第二功率开关管[S₁₂]的源极与第一功率开关管[S₁₁]的漏极以及第一均压箝位电容[C_c1]的正极相连接；第一功率开关管[S₁₁]的源极与第一储能电容[C₁]的正极相连接；第一储能电容[C₁]的负极与第一储能电感[L₁]的正极、第三功率开关管[S₁₃]的漏极、第一输出滤波电感[L_f1]的正极相连接；第一均压箝位电容[C_c1]的负极与第三功率开关管[S₁₃]的源极、第四功率开关管[S₁₄]的漏极相连接；第一个输出滤波电感[L_f1]的负极与第一个输出滤波电容[C_f1]的正极相连接接到负载[Z_L]的一端；上述第一输出滤波电感[L_f1]和第一输出滤波电容[C_f1]构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o1；以上构成了一路双向三电平Zeta直流变换器；输入滤波电感[L_i]的负极和第六功率开关管[S₂₂]的漏极相连接；第六功率开关管[S₂₂]的源极与第五功率开关管[S₂₁]的漏极、第二均压箝位电容[C_c2]的正极相连接；第五功率开关管[S₂₁]的源极与第二储能电容[C₂]的正极相连接；第二储能电容[C₂]的负极与第二储能电感[L₂]的正极、第七功率开关管[S₂₃]的漏极以及第二个输出滤波电感[L_f2]的正极相连接；第二均压箝位电容[C_c2]的负极与第七功率开关管[S₂₃]的源极、第八功率开关管[S₂₄]的漏极相连接；第八功率开关管[S₂₄]的源极与第二储能电感[L₂]、第二输出滤波电容[C_f2]以及输入直流电源[U_i]的负极相连并接地；第二输出滤波电感[L_f2]负极与第二储能电容[C_f2]的正极相连接接到负载[Z_L]的另一端；上述第二输出滤波电感[L_f2]和第二输出滤波电容[C_f2]构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了带有直流偏置的正弦电压u_o2；以上构成了另一路双向三电平Zeta变换器。

7.一种非隔离式直流变换器型差动三电平逆变器，其特征在于：依次连接的高压直流电源[U_i]、输入滤波器、两个完全相同的非隔离式双向三电平Buck变换器和交流负载[Z_L]组合成适用于降压DC-AC变换场合的Buck电路拓扑，即输入高压直流电源[U_i]的正极与输入滤波电感[L_i]正极连接，输入高压直流电源[U_i]的负极与输入滤波电容[C_i]的负极、第四功率开关管[S₁₄]的源极以及第一输出滤波电容[C_f1]的负极相连接并且接地；输入滤波电感[L_i]的负极分别与输入滤波电容[C_i]的正极以及第二功率开关管[S₁₂]的漏极相连；所述的输入滤波电感[L_i]和输入滤波电容[C_i]构成输入滤波器；第二功率开关管[S₁₂]的源极与第一功率开关[S₁₁]的漏极以及第一均压箝位电容[C_c1]的正极相连接；第一功率开关管[S₁₁]的源极和第一输出滤波电感[L_f1]的正极、第三功率开关管[S₁₃]的漏极相连接；第一飞跨电容[C_c1]的负极和第三功率开关管[S₁₃]的源极及第四功率开关管[S₁₄]的漏极相连接；第一输出滤波电感[L_f1]的负极与第一输出滤波电容[C_f1]的正极相连接接入负载[Z_L]的一端；上述第一输出滤波电感[L_f1]和第一输出滤波电容[C_f1]构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了高质量的带有直流偏置的正弦电压u_o1；以上构成了一路双向三电平Buck直流变换器；输入滤波电感[L_i]的负极和第六功率开关管[S₂₂]的漏极相连接；第六功率开关管[S₂₂]的源极和第五功率开关管[S₂₁]的漏极及第二均压箝位[C_c2]的正极相连接；第五功率开关管[S₂₁]的源极和第七功率开关管[S₂₃]的漏极及第二输出滤波电感[L_f2]的正极相连接；第二均压箝位电容[C_c2]的负极和第七功率开关管[S₂₃]的源极以及第八功率开关管[S₂₄]的漏极相连接；第八功率开关管[S₂₄]的源极和第二输出滤波电容[C_f2]的负极以及直流电源[U_i]的负极相连接并且接地；第二输出滤波电感[L_f2]的负极和第二个输出滤波电容[C_f2]的正极相连接接入负载[Z_L]的另一端；上述第二输出滤波电感[L_f2]和第二输出滤波电容[C_f2]构成了输出滤波电路，滤除了三电平输出电压中的高次谐波，得到了带有直流偏置的正弦电压u_o2；以上构成了另一路双向三电平Buck变换器。

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