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CN113037114A - 一种三相五电平逆变电路及其工作方法 - Google Patents

一种三相五电平逆变电路及其工作方法 Download PDF

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CN113037114A
CN113037114A CN202110210325.2A CN202110210325A CN113037114A CN 113037114 A CN113037114 A CN 113037114A CN 202110210325 A CN202110210325 A CN 202110210325A CN 113037114 A CN113037114 A CN 113037114A
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CN
China
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switch
positive
phase
negative
inverter circuit
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Pending
Application number
CN202110210325.2A
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English (en)
Inventor
范元亮
方略斌
徐梦然
周刚
吴涵
黄建业
林爽
刘冰倩
廖飞龙
杨彦
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Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Electric Power Research Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种三相五电平逆变电路及其工作方法。所述三相五电平逆变电路，包括电路连接结构相同的a、b、c三相电路，每相电路均包括一个电平产生模块和一个正负极性转换模块；所述电平产生模块用于不同电平信号的产生，正负极性转换模块负责所述电平产生模块输出极性的选择，以实现所述逆变电路不同电平信号的输出。本发明与传统级联H桥逆变电路相比，提出的逆变电路需要的元器件数量有所减少，其中开关管数量减少了1/4，输入直流电源数量减少了1/2，具有更低的成本和体积，具有良好的工业应用前景。

Description

一种三相五电平逆变电路及其工作方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换器逆变领域，具体涉及一种三相五电平逆变电路及其工作方法。
背景技术
逆变电路被广泛应用于高压直流输电、电机驱动和新能源发电等相关场合中。特别是在新能源发电中，随着可再生能源的大规模开发，需要大量的储能系统来平抑新能源的功率波动，而储能系统接入电网需要高性能的电力电子逆变器。多电平逆变电路因其输出谐波含量较小，器件电压应力较低和开关频率较低等优点，具有良好的应用前景和价值。
传统多电平逆变器主要包含三类：中点钳位型、飞跨电容型和级联H桥型(如图1所示)。中点钳位型和飞跨电容型的应用受限于其电容电压不平衡，其所需开关管的数量较多，且不具备自主升压的功能。级联H桥型的缺陷主要在于其需要较多独立的直流电源和大量的开关管来产生较多的电平输出，这将会增加电路的成本和体积。
因此，故提出一种具有自主升压功能和较少器件数量的逆变电路是目前急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三相五电平逆变电路及其工作方法，本发明三相五电平逆变电路，使需要利用的元器件数量减少，实现了三相交流输出和自主升压功能，且电容电压能够自动实现稳定，具有良好的工业应用前景。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种三相五电平逆变电路，包括电路连接结构相同的a、b、c三相电路，每相电路均包括一个电平产生模块和一个正负极性转换模块；所述电平产生模块用于不同电平信号的产生，正负极性转换模块负责所述电平产生模块输出极性的选择，以实现所述逆变电路不同电平信号的输出。
在本发明一实施例中，所述电平产生模块包括输入直流电源、第一开关、第二开关、电容、二极管；所述输入直流电源的正极与所述二极管的阳极、第一开关的第一端连接；所述输入直流电源的负极与所述第二开关的第二端连接，并作为所述电平产生模块的负极输出端；所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端、所述电容的第二端连接；所述电容的第一端与所述二极管的阴极连接，并作为所述电平产生模块的正极输出端。
在本发明一实施例中，所述正负极性转换模块包括第三开关、第四开关、第五开关、第六开关；所述第三开关的第一端与所述第五开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的正极输入端；所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的负极输出端及每相电路的负极输出端；所述第四开关的第二端与第六开关的第二端连接，并作为所述正负极性转换模块的负极输入端；所述第五开关的第二端与所述第六开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的正极输出端及每相电路的正极输出端。
在本发明一实施例中，所述第一至第六开关管均为N沟道型MOSFET。
在本发明一实施例中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第六开关的第一端均为N沟道型MOSFET的漏极，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第六开关的第二端均为N沟道型MOSFET的源极。
在本发明一实施例中，所述二极管为直插式二极管。
在本发明一实施例中，所述电容为铝电解电容；所述电容的第一端为铝电解电容的正端，所述电容的第二端为铝电解电容的负端。
本发明还提供一种基于上述所述的一种三相五电平逆变电路的工作方法，包括六种工作模态：
当电路工作在模态1时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端、负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0Uin，所述逆变电路输出电压为0Uin；
当电路工作在模态2时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的负极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为Uin，所述逆变电路输出电压为Uin；
当电路工作在模态3时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的负极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为2Uin，所述逆变电路输出电压为2Uin；
当电路工作在模态4时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端、负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0Uin，所述逆变电路输出电压为0Uin；
当电路工作在模态5时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的正极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为-Uin，所述逆变电路输出电压为-Uin；
当电路工作在模态6时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的正极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为-2Uin，所述逆变电路输出电压为-2Uin。
本发明还提供一种基于上述所述的一种三相五电平逆变电路的工作方法，包括六种工作模态：
当电路工作在模态1时，第二开关管S2、第三开关管S3和第五开关管S5导通，第一开关管S1、第四开关管S4和第六开关管S6关断；输入直流电源Uin向电容C充电，输出电压Uo等于零；
当电路工作在模态2时，S2、S4和S5导通，S1、S3和S6关断；Uin向C充电，C单独向负载R供电，输出电压Uo等于Uin；
当电路工作在模态3时，S1、S4、S5导通，S2、S3、S6关断；Uin和C串联共同向负载R供电，此时输出电压Uo等于2Uin；
当电路工作在模态4时，S2、S4和S6导通，S1、S3和S5关断；Uin向C充电，输出电压Uo等于零；
当电路工作在模态5时，S2、S3和S6导通，S1、S4和S5关断；Uin向C充电，C单独向负载R供电，此时放电回路电流反向，输出电压Uo等于-Uin；
当电路工作在模态6时，S1、S3和S6导通，S2、S4和S5关断；Uin和C串联共同向负载R供电，此时放电回路电流反向，输出电压Uo等于-2Uin。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明涉及一种三相五电平逆变电路。以a相为例，主要包括输入直流电源Uin、开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5和Sa6、电容Ca、二极管Da。本发明在现有技术的基础上进行改进，使提出的逆变电路需要利用的元器件数量减少，与传统级联H桥逆变电路相比，其中开关管数量减少了1/4，直流电源数量减少了1/2，实现了三相交流输出和自主升压功能，且电容电压能够自动实现稳定，具有良好的工业应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统级联H桥逆变电路的结构示意图；
图2为本发明提供的一种三相五电平逆变电路的结构示意图；
图3为本发明提供的一种三相五电平逆变电路在输出不同电平时的工作模态图；
图4为本发明提供的一种三相五电平逆变电路在输出不同电平时的调制波形与开关状态图；
图5为本发明提供的一种三相五电平逆变电路在控制各开关管通断时的调制逻辑图；
图6为本发明提供的一种三相五电平逆变电路在PSIM软件中做仿真验证的输出电压仿真结果图；
图7为本发明提供的一种三相五电平逆变电路在PSIM软件中做仿真验证的电容电压仿真结果图；
其中，附图标记如下：
Uin1、a相输入直流电源；Uin2、b相输入直流电源；Uin3、c相输入直流电源；Da、a相的二极管；Db、b相的二极管；Dc、c相的二极管；Ca、a相的电容；Cb、b相的电容；Cc、c相的电容；Sa1、a相的第一开关；Sa2、a相的第二开关；Sa3、a相的第三开关；Sa4、a相的第四开关；Sa5、a相的第五开关；Sa6、a相的第六开关；Sb1、b相的第一开关；Sb2、b相的第二开关；Sb3、b相的第三开关；Sb4、b相的第四开关；Sb5、b相的第五开关；Sb6、b相的第六开关；Sc1、c相的第一开关；Sc2、c相的第二开关；Sc3、c相的第三开关；Sc4、c相的第四开关；Sc5、c相的第五开关；Sc6、c相的第六开关；Ua、a相输出；Ub、b相输出；Uc、c相输出；Uin、直流电源；C、电容；D、二极管；S1、第一开关；S2、第二开关；S3、第三开关；S4、第四开关；S5、第五开关；S6、第六开关；R、纯阻性负载。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明一种三相五电平逆变电路，包括电路连接结构相同的a、b、c三相电路，每相电路均包括一个电平产生模块和一个正负极性转换模块；所述电平产生模块用于不同电平信号的产生，正负极性转换模块负责所述电平产生模块输出极性的选择，以实现所述逆变电路不同电平信号的输出。
本发明还提供一种基于上述所述的一种三相五电平逆变电路的工作方法，包括六种工作模态：
当电路工作在模态1时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端、负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0Uin，所述逆变电路输出电压为0Uin；
当电路工作在模态2时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的负极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为Uin，所述逆变电路输出电压为Uin；
当电路工作在模态3时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的负极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为2Uin，所述逆变电路输出电压为2Uin；
当电路工作在模态4时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端、负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0Uin，所述逆变电路输出电压为0Uin；
当电路工作在模态5时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的正极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为-Uin，所述逆变电路输出电压为-Uin；
当电路工作在模态6时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的正极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为-2Uin，所述逆变电路输出电压为-2Uin。
以下为本发明的具体实施实例。
本发明的核心是提供一种三相五电平逆变电路。以a相为例，主要包括输入直流电源Uin、开关管Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5和Sa6、电容Ca、二极管Da、及一个输出Ua。本发明在现有技术的基础上进行改进，使提出的逆变电路需要利用的元器件数量减少，实现了三相交流输出和自主升压功能，且电容电压能够自动实现稳定。以上种种表明了本发明具有良好的工业应用前景。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图2所示，为本发明提供的三相五电平逆变电路的实施案例图，包括a相输入直流电源Uin1、b相输入直流电源Uin2、c相输入直流电源Uin3、a相的二极管Da、b相的二极管Db、c相的二极管Dc、a相的电容Ca、b相的电容Cb、c相的电容Cc、a相的第一开关Sa1、a相的第二开关Sa2、a相的第三开关Sa3、a相的第四开关Sa4、a相的第五开关Sa5、a相的第六开关Sa6、b相的第一开关Sb1、b相的第二开关Sb2、b相的第三开关Sb3、b相的第四开关Sb4、b相的第五开关Sb5、b相的第六开关Sb6、c相的第一开关Sc1、c相的第二开关Sc2、c相的第三开关Sc3、c相的第四开关Sc4、c相的第五开关Sc5、c相的第六开关Sc6、a相输出Ua、b相输出Ub及c相输出Uc，其中：
所述输入直流电源的正极与所述二极管的阳极及第一开关的第一端连接；所述输入直流电源的负极与所述第二开关的第二端及所述第四开关的第二端及所述第六开关的第二端连接；所述电容C的第一端与所述二极管的阴极及所述第三开关的第一端及所述第五开关的第一端连接；所述电容C的第二端与所述第一开关的第二端及所述第二开关的第一端连接；
开关管第一端为NMOS管的漏极，第二端为NMOS管的源极，第三端为NMOS管的栅极。
具体地，对于本申请提供的三相五电平逆变电路，其工作过程参照图3，其中图3包含了图2所示电路在输出不同电平的工作模态图；下面结合本申请中提供的三相五电平逆变电路的结构来对其工作过程做介绍：
具体地，当电路工作在模态1时，如图3(a)所示。开关管S2、S3和S5导通，开关S1、S4和S6关断。输入电源Uin向电容C充电，输出电压Uo等于零。
当电路工作在模态2时，如图3(b)所示。开关管S2、S4和S5导通，开关S1、S3和S6关断。输入电源Uin向电容C充电，电容C单独向负载R供电，输出电压Uo等于Uin。
当电路工作在模态3时，如图3(c)所示。开关管S1、S4、S5导通，开关管S2、S3、S6关断。输入电源Uin和电容C串联共同向负载R供电，此时输出电压Uo等于2Uin。
当电路工作在模态4时，如图3(d)所示。开关管S2、S4和S6导通，开关S1、S3和S5关断。输入电源Uin向电容C充电，输出电压Uo等于零。
当电路工作在模态5时，如图3(e)所示。开关管S2、S3和S6导通，开关S1、S4和S5关断。输入电源Uin向电容C充电，电容C单独向负载R供电，此时放电回路电流反向，输出电压Uo等于-Uin。
当电路工作在模态6时，如图3(f)所示。开关管S1、S3和S6导通，开关S2、S4和S5关断。输入电源Uin和电容C串联共同向负载R供电，此时放电回路电流反向，输出电压Uo等于-2Uin。
需要说明的是，电容C的取值不做特别的限定，根据实际需要进行选择；
下面对本实施例中三相五电平逆变电路的调制波和载波进行计算：
根据图3所示工作模态可得调制波形和开关状态，如图4所示。其中调制波us的表达式为us＝As sin(2πft) (1)
载波u1和u2的表达式为
Figure BDA0002951266150000061
Figure BDA0002951266150000062
其中As为调制波的幅值，Ac为载波的幅值，f为调制波频率和输出电压频率，fc为载波频率。根据图5所示调制逻辑图即可得到各开关管的控制信号，其中VG1控制开关管S2，VG1的反相信号控制开关管S1，VG2控制开关管S4，VG2的反相信号控制开关管S3，VG3控制开关管S6，VG3的反相信号控制开关管S5。
对于三相逆变器而言，仅需依次将调制波的相位移相120度即可。
搭建图2所示的仿真电路，在PSIM仿真软件中进行了仿真验证，其中仿真参数选择如下：输入直流电源Uin＝10V，电容C＝220μF，调制波幅值19.5V，载波幅值10V，调制波频率和开关管开关频率为50Hz，载波频率为10kHz，负载电阻R＝50Ω；
此时的仿真结果如图6和图7所示。
图6为输出电压仿真结果，可见输出电压为三相五电平波形，其幅值为20V，a,b,c三相的相位互差120度，实现了两倍升压的功能，波形的一个周期为0.02s，和开关频率50Hz相吻合，仿真结果证明了本发明的有效性和可行性。
图7为电容电压仿真结果，可见电容在一个周期内被多次充放电，其电压依然能够稳定在10V，具有自动稳定电压的功能。符合理论分析结果。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种三相五电平逆变电路，其特征在于，包括电路连接结构相同的a、b、c三相电路，每相电路均包括一个电平产生模块和一个正负极性转换模块；所述电平产生模块用于不同电平信号的产生，正负极性转换模块负责所述电平产生模块输出极性的选择，以实现所述逆变电路不同电平信号的输出。
2.根据权利要求1所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述电平产生模块包括输入直流电源、第一开关、第二开关、电容、二极管；所述输入直流电源的正极与所述二极管的阳极、第一开关的第一端连接；所述输入直流电源的负极与所述第二开关的第二端连接，并作为所述电平产生模块的负极输出端；所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端、所述电容的第二端连接；所述电容的第一端与所述二极管的阴极连接，并作为所述电平产生模块的正极输出端。
3.根据权利要求1所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述正负极性转换模块包括第三开关、第四开关、第五开关、第六开关；所述第三开关的第一端与所述第五开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的正极输入端；所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的负极输出端及每相电路的负极输出端；所述第四开关的第二端与第六开关的第二端连接，并作为所述正负极性转换模块的负极输入端；所述第五开关的第二端与所述第六开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的正极输出端及每相电路的正极输出端。
4.根据权利要求2所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述正负极性转换模块包括第三开关、第四开关、第五开关、第六开关；所述第三开关的第一端与所述第五开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的正极输入端；所述第三开关的第二端与所述第四开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的负极输出端及每相电路的负极输出端；所述第四开关的第二端与第六开关的第二端连接，并作为所述正负极性转换模块的负极输入端；所述第五开关的第二端与所述第六开关的第一端连接，并作为所述正负极性转换模块的正极输出端及每相电路的正极输出端。
5.根据权利要求4所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述第一至第六开关管均为N沟道型MOSFET。
6.根据权利要求5所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第六开关的第一端均为N沟道型MOSFET的漏极，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关及所述第六开关的第二端均为N沟道型MOSFET的源极。
7.根据权利要求2-6任一所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述二极管为直插式二极管。
8.根据权利要求2-6任一所述的一种三相五电平逆变电路，其特征在于，所述电容为铝电解电容；所述电容的第一端为铝电解电容的正端，所述电容的第二端为铝电解电容的负端。
9.一种基于权利要求1至8任一所述的一种三相五电平逆变电路的工作方法，其特征在于，包括六种工作模态：
当电路工作在模态1时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端、负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0U in，所述逆变电路输出电压为0U in；
当电路工作在模态2时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的负极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为U in，所述逆变电路输出电压为U in；
当电路工作在模态3时，正负极性转换模块的正极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的负极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为2U in，所述逆变电路输出电压为2U in；
当电路工作在模态4时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端、负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为0U in，所述逆变电路输出电压为0U in；
当电路工作在模态5时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的正极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为-U in，所述逆变电路输出电压为-U in；
当电路工作在模态6时，正负极性转换模块的负极输入端与正极输出端连接，正负极性转换模块的正极输入端与负极输出端连接，此时电平产生模块输出电压为-2U in，所述逆变电路输出电压为-2U in。
10.一种基于权利要求4所述的一种三相五电平逆变电路的工作方法，其特征在于，包括六种工作模态：
当电路工作在模态1时，第二开关管S 2、第三开关管S 3和第五开关管S 5导通，第一开关管S 1、第四开关管S 4和第六开关管S 6关断；输入直流电源U in向电容C充电，输出电压U o等于零；
当电路工作在模态2时，S 2、S 4和S 5导通，S 1、S 3和S 6关断；U in向C充电，C单独向负载R供电，输出电压U o等于U in；
当电路工作在模态3时，S 1、S 4、S 5导通，S 2、S 3、S 6关断；U in和C串联共同向负载R供电，此时输出电压U o等于2U in；
当电路工作在模态4时，S 2、S 4和S 6导通，S 1、S 3和S 5关断；U in向C充电，输出电压U o等于零；
当电路工作在模态5时，S 2、S 3和S 6导通，S 1、S 4和S 5关断；U in向C充电，C单独向负载R供电，此时放电回路电流反向，输出电压U o等于-U in；
当电路工作在模态6时，S 1、S 3和S 6导通，S 2、S 4和S 5关断；U in和C串联共同向负载R供电，此时放电回路电流反向，输出电压U o等于-2U in。
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