具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面首先介绍本申请提供的多电平逆变器的应用场景。

应用于不间断电源、光伏发电系统以及电动车辆等场景中的多电平逆变器，为了输出波形近似正弦曲线的交流电，其电平数量一般为三、五、七及以上的奇数，以实现正、负输出半周期内控制信号的对称性。

下面以该多电平逆变器应用在不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)为例进行说明。

参见图5，该图为本申请提供的一种示例性的不间断电源的示意图。

不间断电源100具体包括：整流器101、多电平逆变器102、电池103和旁路电路104。

其中，整流器101用于将电源200提供的交流电转换为直流电后传输至电池103，以为电池103充电，还将交流电转换为直流电后传输至多电平逆变器102。

多电平逆变器102将获取的直流电转换为交流电后为不间断电源的负载300供电。

电池103用于当整流器101停止工作时向多电平逆变器102输出直流电。

旁路电路104的一端连接整流器101的输入端，另一端连接逆变器102的输出端。

旁路电路104用于在启用时使电源200直接为负载300供电。

具体的，不间断电源100通过控制主路开关S1、电池开关S2和旁路开关S3的状态以改变工作状态，下面具体说明。

当电源200正常供电且UPS无故障时，UPS的主路工作，即主路开关S1闭合，电池开关S2和旁路开关S3均断开。此时电源200输入UPS的交流电经过整流器101和多电平逆变器102给负载300供电，并且通过整流器101给电池103充电，UPS能够向负载300输出稳定的电压。

当电源200输入故障、需要电源200停止供电或整流器101故障时，由UPS的电池103向负载30供电。此时电池开关S2闭合，主路开关S1和旁路开关S3均断开，多电平逆变器102将电池103提供的直流电转换为交流电后为负载300供电。

当多电平逆变器102故障时，旁路电路104需要启动工作，此时旁路开关S3导通，主路开关S1和电池开关S2均闭合，电源200直接向负载300供电。

在另一些可能的实方式中，多电平逆变器102前一级还包括DC-DC电路，DC-DC电路用于对直流电进行直流变换，例如DC-DC电路为升压(Boost)电路，用于将直流电进行升压后再传输至多电平逆变器102。

多电平逆变器102中每个功率器件(即多电平逆变器包括的可控开关管)承受的电压压降相较于传统的两电平逆变器更低，因此可以使用具备低耐压规格的器件实现高压大功率输出。增加多电平逆变器的电平数量，能够改善输出电压波形，减小输出波形的畸变，可以还降低功率器件的开关频率与损耗。但是当多电平逆变器的电平数量由三开始逐渐增加时，多电平逆变器所需的功率器件的数量以翻倍的方式增加，大大增大了多电平逆变器体积、控制复杂程度以及成本。

为了解决以上问题，本申请提供了一种多电平逆变器、多电平逆变器的控制方法以及不间断电源，该多电平逆变器应用单母线的系统，利用换流桥臂改变系统的参考点来实现多电平的输出，进而减少多电平逆变电路使用的开关器件的数量，降低了多电平逆变器的成本，下面结合实施例具体说明。

本申请说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接连接，也可以通过中间媒介或器件进行间接连接。

目前三电平逆变器的实现方案较为成熟，且使用的开关管数量为四，数量较少，本申请实施例旨在降低更高电平数量的逆变器使用的开关管的数量，即本申请以下实施例提供的多电平逆变器指电平数量大于或等于五的逆变器，以下不再赘述，下面结合附图具体说明。

参见图6，该图为本申请实施例提供的一种多电平逆变器的示意图。

该多电平逆变器包括逆变电路10、换流桥臂20和控制器40。

其中，逆变电路10的正输入端口连接多电平逆变器的正输入端口(图中对应BUS+)，逆变电路10的负输入端口连接多电平逆变器的负输入端口(图中对应BUS-)，逆变电路的输出端连接多电平逆变器的正输出端口。

换流桥臂20包括上半桥臂和下半桥臂，上半桥臂的第一端连接多电平逆变器的正输入端口，上半桥臂的第二端通过桥臂中点连接下半桥臂的第一端，下半桥臂的第二端连接多电平逆变器的负输入端口，桥臂中点连接多电平逆变器的负输出端口。

控制器40在逆变电路10的正输出周期内，控制上半桥臂断开且控制下半桥臂导通，此时负输出端口通过下半桥臂连接多电平逆变器的负输入端口，即此时逆变电路10的负输出端口的电位参考点为多电平逆变器的负输入端口，多电平逆变器的输出电压可以表示为(V_out+-V_BUS-)。

控制器在逆变电路10的负输出周期内，控制上半桥臂导通且控制下半桥臂关闭，此时负输出端口通过上半桥臂连接多电平逆变器的正输入端口，即此时逆变电路10的负输出端口的电位参考点为多电平逆变器的正输入端口，多电平逆变器的输出电压可以表示为(V_out+-V_BUS+)。

因此通过改变电位参考点，在逆变电路10输出的电平数量的基础上，额外增加了两个电平。当逆变电路10使用图1或图2所示的三电平拓扑时，多电平逆变器能够实现五电平输出，当逆变电路10使用图3或图4所示的五电平拓扑时，多电平逆变器能够实现七电平输出，以此类推，多电平逆变器可以采用输出电平数较少的拓扑输出更多的电平数，因此可以将逆变电路10所需的开关管的数量缩减一半，同时减少了需要使用的电容，降低了多电平逆变器的体积以及成本。

控制器可以为专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)、现场可编程逻辑门阵列(Field-programmable GateArray，FPGA)、通用阵列逻辑(Generic Array Logic，GAL)或其任意组合，本申请实施例对此不作具体限定。

逆变电路301中包括开关管，本申请实施例不具体限定可控开关管的类型，例如可以为绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、碳化硅场效应管等中的一种或多种的组合。

控制器可以向开关管发送控制信号以控制可控开关管的工作状态。在一些实施例中，该控制信号为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号。

在一些实施例中，上半桥臂包括第一开关管M1，下半桥臂包括第二开关管M2。其中，M1和M2分别与一个二管反并联。该二极管可以为开关管的寄生二极管(又称体二极管)，或者单独设置的二极管，本申请实施例对此不做具体限定。

M1的第一端连接上半桥臂的第一端，M1的第二端通过桥臂中点连接M2的第一端，M2的第二端连接下半桥臂的第二端，以M1和M2为MOS管且具体为NMOS管为例，则第一端为M1和M2的漏极，第二端为M1和M2的源极。

控制器在逆变电路10的正输出周期内控制M1断开，以使上半桥臂断开，且控制M2闭合，以使下半桥臂导通。控制器在逆变电路10的负输出周期内，控制M1闭合，以使上半桥臂导通，且控制M2断开，以使下半桥臂断开。

参见图7，该图为本申请实施例提供的另一种多电平逆变器的示意图。

图示多电平逆变器与图6的区别在于，还包括了谐振电路30。谐振电路30具体包括第一滤波电感L1和第一滤波电容C1。

其中，L1连接在逆变电路10的输出端和多电平逆变器的正输出端口之间，C1连接在多电平逆变器的正输出端口和负输出端口之间。

谐振电路30用于将逆变电路10的输出转换为波形近似正弦曲线的交流电。

下面结合具体的实现方式说明该多电平逆变器的工作原理。

首先以五电平逆变器为例进行说明。

参见图8，该图为本申请实施例提供的一种五电平逆变器的示意图。

该五电平逆变器的逆变电路具体包括第一电容C1、第二电容C2和开关管Q1-Q4。其中，每个开关管分别于一个二极管反并联。二极管可以为开关管的体二极管，或单独设置的二极管，本申请实施例不做具体限定。

第一电容C1的第一端和Q1的第一端连接多电平逆变器的正输入端口，第一电容C1的第二端通过第一节点连接第二电容C2的第一端。

第二电容C2的第二端和Q2的第二端连接多电平逆变器的负输入端口，第一节点连接Q4的第一端，Q4的第二端连接Q3的第二端，Q3的第一端连接逆变电路10的输出端。

Q1的第二端连接逆变电路10的输出端和Q2的第一端。

以开关管Q1-Q4具体为NMOS管为例，Q1-Q4的第一端为漏极，Q1-Q4的第二端为源极。

控制器用于对开关管Q1-Q4和换流桥臂的开关管M1、M2进行控制，下面具体说明。

其中C1两端电压为BUS2，C2两端电压为BUS1，一般使用的C1和C2型号相同，电容值相同，因此通常BUS1和BUS2相同。

参见图9，该图为本申请实施例提供的控制信号的时序示意图。

一并参见图10A-10B所示的五电平逆变器的工作状态图。

为了方便理解，图9所示的时序图中未直接示意出各开关管的控制信号设置了死区时间(Dead time)，本申请实施例对死区时间的具体长度不做限定，可根据实际应用的开关管的规格确定。死区时间时五电平逆变器的工作状态示意图依次参见图10B、D、F和H所示。以上工作状态图中仅示出了开关管的通断状态，用于进行续流的二极管未示出。

控制器在每个正输出周期内：

控制器控制M1断开，且控制M2闭合；

先在第一预设时间(时间长度等于零时刻至t2时刻的长度)内控制Q1关断，控制Q3导通，并控制Q2和Q4交替导通；

再在第二预设时间(时间长度等于t2时刻至t4时刻的长度)内控制Q1和Q3交替导通，控制Q2关断并控制Q4导通；

然后在每个正输出周期的剩余时间(时间长度等于t4时刻至t5时刻的长度)内控制Q1关断，控制Q3导通，并控制Q2和Q4交替导通。

控制器还用于在每个负输出周期内：

控制器在逆变电路10的负输出周期内控制M1闭合，且控制M2断开；

先在第一预设时间内控制Q2关断，控制Q4导通，并控制Q1和Q3交替导通；

再在第二预设时间内控制Q2和Q4交替导通，控制Q1关断并控制Q3导通；

然后在每个正输出周期的剩余时间内控制Q2关断，控制Q4导通，并控制Q1和Q3交替导通。

下面以正输出周期为例进行说明，负输出周期的情况类似，本实施例不再赘述：

在0-t1内，Q1关断，Q3导通，Q2处于关断状态，Q4处于导通状态，此时五电平逆变器的工作状态如图10A，C1和C2处于充电状态，C1的两端电压为BUS2，C2的两端电压为BUS1，同时L和Co进行充电，Co的充电电压为BUS1，续流回路如图中虚线所示。

然后Q1和Q2维持关断，Q3维持导通，Q4在Q2导通前先切换为关断状态，此过程对应图10B，持续时间为开关管Q4的死区时间。

然后Q1维持关断，Q3维持导通，Q2切换为关闭状态，此过程对应图10C，L和Co释放能量，续流回路如图中虚线所示。

然后Q1和Q2维持关断，Q3维持导通，Q2在Q4导通前先切换为关闭状态，此过程对应图10D，提前时间为开关管Q2的死区时间。

以上过程完成了一个第一控制周期，包括“储能时间-死区时间-续流时间-死区时间”，在0-t2的时间内重复完成以上的第一控制周期，即实现了正输出周期内输出电压由0提升至BUS1的过程。

同理，在t4-t5的时间内重复完成以上的第一控制周期，即实现了正输出周期的剩余时间内输出电压由BUS1下降至0的过程。

在t2-t3内，维持Q2关断且Q4导通，先控制Q1导通，Q3关断，此时C1和C2处于充电状态，同时L和Co进行充电，续流回路如图10E中虚线所示，Co的充电电压为BUS1+BUS2。

然后Q1在Q3切换为导通前先切换为关断状态，此过程对应图10F，持续时间为Q1的死区时间。

然后维持Q1关断、Q2关断且Q4导通，Q3切换为导通，此时利用Q2的反并联二极管进行续流，续流回路如图10G中虚线所示。

然后Q3在Q1切换为导通前先切换为关断状态，此过程对应图10H，持续时间为Q3的死区时间。

以上过程完成了一个第二控制周期，包括“储能时间-死区时间-续流时间-死区时间”，在t2-t4的时间内重复完成以上的第二控制周期，即实现了正输出周期内输出电压处于BUS1至BUS1+BUS2的过程。

综上所述，该五电平逆变器的换流桥臂在逆变电路的正、负输出周期进行工作状态的切换，改变了负输出端的电位参考点，进而增加多电平逆变器输出的电平的数量，使得五电平逆变器的逆变电路仅需使用三电平逆变电路的拓扑，使用的开关管的数量缩减一半，降低了多电平逆变器的成本。

基于以上实施例提供的五电平逆变器实现方式，本申请实施例还提供了一种多电平逆变器，能够实现七电平及以上数量的电平输出，下面结合附图具体说明。

参见图11，该图为本申请实施例提供的另一种多电平逆变器的示意图。

图示多电平逆变器的逆变电路10包括第一支路、第二支路和N条第三支路。

其中，N为大于或等于3的整数。

第一支路包括开关管Q5，Q5的第一端连接逆变电路10的正输入端口，Q5的第二端连接逆变电路的输出端。

第二支路包括开关管Q6，Q6的第一端连接逆变电路10的输出端，Q6的第二端连接逆变电路的负输入端口。

N条第三支路的电路结构相同。每条第三支路包括开关管Q7和Q8，Q7的第一端连接第三支路的第一端，Q7的第二端连接Q8的第二端，Q8的第一端连接第三支路的第二端。

第一条第三支路的第一端通过第一电容C₁连接第一支路的第一端，第M条第三支路的第一端通过第M电容连接第(M-1)条第三支路的第一端，第N条第三支路的第一端通过第(N+1)电容C_N+1连接第二支路的第二端，M＝2，3，…，N。

N条第三支路第二端连接逆变电路10的负输出端口。

以上第一支路、第二支路和第三支路中包括的开关管均分别与一个二极管反并联，该二极管可以为开关管的体二极管，或单独设置的二极管，本申请实施例不做具体限定。

该多电平逆变器的换流桥臂在逆变电路10的正、负输出周期进行工作状态的切换，进而改变负输出端的电位参考点，具体为：当换流桥臂的上半桥臂断开且下半桥臂导通时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的负输入端口；当换流桥臂的上半桥臂导通且下半桥臂断开时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的正输入端口。通过改变电位的参考点，增加多电平逆变器输出的电平的数量，可将逆变电路中使用的开关管的数量缩减一半，降低了多电平逆变器的成本。

下面结合附图说明另一种五电平逆变器的实现方式。

参见图12，该图为本申请实施例提供的另一种五电平逆变器的示意图。

一并参见图13A至图13P所示的五电平逆变器的工作状态图。

以上工作状态图中仅示出了开关管的通断状态，用于进行续流的二极管未示出。

死区时间时五电平逆变器的工作状态示意图依次参见图13B、D、F、H、J、L、N和P所示。

该五电平逆变器的逆变电路包括第一电容C1、第二电容C2和开关管Q1-Q4，每个开关管分别于一个二极管反并联。

第一电容C1的第一端和Q1的第一端连接多电平逆变器的正输入端口，第一电容C1的第二端通过第一节点连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端和Q4的第二端连接多电平逆变器的负输入端口。

第一节点连接Q2的第二端，Q2的第一端连接Q1的第二端和Q3的第一端，Q3的第二端连接Q4的第一端和逆变电路的输出端。

控制器具体用于在每个正输出周期内：

先在第一预设时间内控制Q1关断、Q2导通，且控制Q3和Q4交替导通；

再在第二预设时间内控制Q3导通、Q4关断，且控制Q1和Q2交替导通；

然后在正输出周期的剩余时间内控制Q1关断、Q2导通，且控制Q3和Q4交替导通。

控制器还用于在每个负输出周期内：

先在第一预设时间内控制Q3导通、Q4关断，且控制Q1和Q2交替导通；

再在第二预设时间内控制Q2导通，Q1关断，且控制Q3和Q4交替导通；

然后在负输出周期的剩余时间内控制Q3导通、Q4关断，且控制Q1和Q2交替导通。

其中，第一预设时间等于正输出周期的剩余时间和负输出周期的剩余时间。

下面结合工作状态图具体进行说明。

控制器在每个正输出周期内：

控制器控制M1断开，且控制M2闭合；

先控制Q1和Q4关闭，Q2和Q3导通，此时五电平逆变器的工作状态参见图13A所示，C1和C2处于充电状态，C1的两端电压为BUS2，C2的两端电压为BUS1，同时L和Co进行充电，Co的充电电压为BUS1，续流回路如图中虚线所示。

然后在Q4导通前先控制Q3关断，此过程对应图13B，持续时间为开关管Q3的死区时间。

接着Q1和Q3维持关断，Q2维持导通，控制Q4切换为导通状态，此时L和Co释放能量，续流回路如图13C中虚线所示。

然后Q1和Q3维持关断，Q2维持导通，控制Q4在Q3导通前关断，此过程对应图13D，提前时间为Q4的死区时间。

以上过程完成了一个第一控制周期，包括“储能时间-死区时间-续流时间-死区时间”，在第一预设时间内重复完成以上的第一控制周期，即实现了正输出周期内输出电压由0提升至BUS1的过程。

同理，在正输出周期的剩余时间内重复完成以上的第一控制周期，即实现了正输出周期的剩余时间内输出电压由BUS1下降至0的过程。

在第二预设时间内，控制器先控制Q1和Q3闭合，Q2和Q4断开，此时C1和C2处于充电状态，C1的两端电压为BUS2，C2的两端电压为BUS1，同时L和Co进行充电，Co的充电电压为BUS1+BUS2，续流回路如图13E中虚线所示。

接着控制器控制Q2和Q4维持断开，控制Q3维持闭合，且控制Q1在Q2闭合之前断开，此过程对应图13F，Q1提前断开的时间为Q1的死区时间。

然后控制器控制Q1和Q4维持断开，控制Q3维持闭合，且控制Q2切换为闭合状态，此时L和Co进行放电，续流回路参见图13G，利用Q4的反并联二极管进行续流。

接着控制器控制Q1和Q4维持断开，控制Q3维持闭合，且控制Q2在Q1闭合之前断开，此过程对应于图13H，Q2提前断开的时间为Q2的死区时间。

以上过程完成了一个第二控制周期，包括“储能时间-死区时间-续流时间-死区时间”，在正输出周期的第二预设时间内重复完成以上的第二控制周期，即实现了正输出周期内输出电压处于BUS1至BUS1+BUS2的过程。

下面说明负输出周期内的控制过程。

控制器控制M1闭合，且控制M2断开。

控制器先控制Q1和Q4断开，控制Q2和Q3导通，此时五电平逆变器的工作状态如图13I所示，C1和C2处于充电状态，C1的两端电压为-BUS2，C2的两端电压为-BUS1，同时L和Co进行充电，Co的充电电压为-BUS1，续流回路如图中虚线所示。

其中-BUS1-BUS2＝BUS-。

然后Q1和Q4维持关断，Q3维持导通，Q2在Q1切换为导通状态前先切换为关断状态，此过程对应图13J，Q2提前关断的时间为Q2的死区时间。

接着Q2和Q4维持关断，Q3维持导通，Q1切换为导通状态，此时L和Co释放能量，续流回路如图13K中虚线所示。

然后Q2和Q4维持关断，Q3维持导通，Q1在Q2切换为导通状态之间先切换为关断状态，此过程对应图13L，Q1提前关断的时间为Q1的死区时间。

以上过程完成了一个第三控制周期，包括“储能时间-死区时间-续流时间-死区时间”，在负输出周期的第一预设时间内重复完成以上的第三控制周期，即实现了负输出周期内输出电压由0降低至-BUS1的过程。

同理，在负输出周期的剩余时间内重复完成以上的第三控制周期，即实现了负输出周期剩余时间内输出电压由-BUS1上升至0的过程。

在负输出周期的第二预设时间内，控制器先控制Q1和Q3断开，再控制Q2和Q4闭合，此时C1和C2处于充电状态，C1的两端电压为-BUS2，C2的两端电压为-BUS1，同时L和Co进行充电，续流回路如图13M中虚线所示，Co的充电电压为-BUS1-BUS2。

接着控制器控制Q1和Q3维持断开，控制Q2维持闭合，控制Q4在Q3切换为导通状态之前先切换为关断状态，此过程对应图13N，Q4提前关断的时间为Q4的死区时间。

然后控制器控制Q1和Q4维持断开，控制Q2维持闭合且控制Q3切换为导通状态，此时L和Co释放能量，续流回路如图13O中虚线所示，利用Q1的反并联二极管进行续流。

接着控制器控制Q1和Q4维持断开，控制Q2维持闭合，且控制Q3在Q4切换为导通状态之前提前关断，Q3提前关断的时间为Q3的死区时间。

以上过程完成了一个第四控制周期，包括“储能时间-死区时间-续流时间-死区时间”，在负输出周期的第二预设时间内重复完成以上的第四控制周期，即实现了负输出周期内输出电压处于-BUS1至-BUS1-BUS2内的过程。

综上所述，该五电平逆变器的换流桥臂在逆变电路的正、负输出周期进行工作状态的切换，改变了负输出端的电位参考点，进而增加多电平逆变器输出的电平的数量，使得五电平逆变器的逆变电路仅需使用三电平逆变电路的拓扑，使用的开关管的数量缩减一半，降低了多电平逆变器的成本。

下面结合附图说明另一种能够实现七电平及以上数量的电平输出的多电平逆变器。

参见图14，该图为本申请实施例提供的又一种多电平逆变器的示意图。

该多电平逆变器的逆变电路10包括N个逆变桥臂和电容C₁-C_N。

其中，N为大于或等于3的整数。

每个逆变桥臂的电路结构相同。

每个逆变桥臂上半桥臂包括开关管Q1和Q2，Q1的第一端连接逆变桥臂的第一端，Q1的第二端通过逆变桥臂的桥臂中点连接Q2的第二端，Q2的第一端连接逆变桥臂的第二端。

第一条逆变桥臂的第一端连接逆变电路的正输入端口，且通过电容C1连接第一条逆变桥臂的第二端。

第M条逆变桥臂的第一端连接第(M-1)条逆变桥臂的桥臂中点，第M条逆变桥臂的第二端通过电容C_M连接第(M-1)条逆变桥臂的第二端，第N条逆变桥臂的第二端连接逆变电路的负输入端口。

其中，M＝2，3，…，N。

逆变电路包括的各开关管分别与一个二极管反并联。

该多电平逆变器的换流桥臂在逆变电路的正、负输出周期进行工作状态的切换，进而改变负输出端的电位参考点，具体为：当换流桥臂的上半桥臂断开且下半桥臂导通时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的负输入端口；当换流桥臂的上半桥臂导通且下半桥臂断开时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的正输入端口。进而通过改变电位的参考点，增加多电平逆变器输出的电平的数量，例如当多电平逆变器需要输出五电平时，逆变电路仅需使用三电平拓扑，当多电平逆变器需要输出七电平时，逆变电路仅需使用五电平拓扑，由此可见，利用本方案可将逆变电路中使用的开关管的数量缩减一半，降低了多电平逆变器的成本。

当本申请实施例提供的多电平逆变器应用于不间断电源时，逆变电路的输入端连接直流输入，参见图5对应的说明，当电源正常供电且UPS无故障时，该直流输入由前级的整流电路将交流电转换为直流电后提供，因此在一些实施例中，多电平逆变器还可以与前级的整流电路集成在一起，即多电平逆变器还可以包括AC-DC电路，此时集成形成了AC-DC-AC变换器，下面结合附图具体说明。

参见图15A，该图为本申请实施例提供的再一种多电平逆变器的示意图。

图示多电平逆变器与图7所示的区别在于还包括AC-DC电路40。

AC-DC电路40的正输入端用于连接交流输入，AC-DC电路40的负输入端用于连接换流桥臂的桥臂中点。AC-DC电路40的正输出端口连接逆变电路10的正输入端口，AC-DC电路40的负输出端口连接逆变电路10的负输入端口。

AC-DC电路40用于将交流输入提供的交流电变换为直流电后传输给逆变电路10。

在一些实施例中，AC-DC电路的结构沿换流桥臂20与逆变电路10对称，可以使换流桥臂实现工频电流的抵消，进而减小换流桥臂的开关管的损耗，提升效率。

下面以五电平逆变器为例，结合AC-DC电路40的具体实现方式进行说明。

参见图15B，该图为本申请实施例提供的另一种多电平逆变器的示意图。

AC-DC电路40包括开关管M3-M6、第二滤波电感L2和第二滤波电容Ci。

开关管M3-M6分别与一个二极管反并联，该二极管可以为开关管的体二极管，或单独设置的二极管，本申请实施例不做具体限定。

其中，AC-DC电路40的正输入端口通过第二滤波电感L2连接M3的第二端，M3的第一端连接逆变电路10的正输入端口，M3的第二端连接M4的第一端和M5的第一端，M4的第二端连接DC-DC电路40的负输入端口和桥臂中点，M5的第二端连接M6的第二端，M6的第一端连接逆变电路10的电容中点。

第二滤波电容Ci连接在AC-DC电路40的正输入端口和负输入端口之间。

利用该AC-DC电路，还可以使换流桥臂实现工频电流的抵消，进而减小换流桥臂的开关管的损耗，提升效率。

基于以上实施例提供的多电平逆变器，本申请实施例还提供了一种多电平逆变器的控制方法，下面结合附图具体说明。

参见图16，该图为本申请实施例提供的一种多电平逆变器的控制方法的流程图。

该方法包括以下步骤：

S1401：在多电平逆变器的逆变电路的正输出周期内，控制多电平逆变器的负输出端的电位为逆变电路的负输入端口的电位。

多电平逆变器的负输入端口的电位用V_BUS-表示，多电平逆变器的正输出端口的电位用V_out+表示，则此时多电平逆变器的输出电压可以表示为(V_out+-V_BUS-)。

S1402：在逆变电路的负输出周期内，控制多电平逆变器的负输出端的电位为逆变电路的正输入端口的电位。

多电平逆变器的正输入端口的电位用V_BUS+表示，多电平逆变器的正输出端口的电位用V_out+表示，则此时多电平逆变器的输出电压可以表示为(V_out+-V_BUS+)。

通过改变电位参考点，在逆变电路输出的原有电平数量的基础上，额外增加了两个电平。使得多电平逆变器可以采用输出电平数较少的拓扑输出更多的电平数，因此可以将逆变电路所需的开关管的数量缩减一半，同时减少了需要使用的电容，降低了多电平逆变器的体积以及成本。

下面结合多电平逆变器的具体实现方式进行说明。

多电平逆变器包括换流桥臂，换流桥臂包括上半桥臂和下半桥臂。上半桥臂的第一端连接逆变电路的正输入端口，上半桥臂的第二端通过桥臂中点连接下半桥臂的第一端，下半桥臂的第二端连接逆变电路的负输入端口，桥臂中点连接多电平逆变器的负输出端口。

参见图17，该图为本申请实施例提供的另一种多电平逆变器的控制方法的示意图。

该方法包括以下步骤：

S1501：在逆变电路的正输出周期内控制上半桥臂断开，下半桥臂导通。

此时负输出端口通过下半桥臂连接多电平逆变器的负输入端口，即此时逆变电路的负输出端口的电位参考点为多电平逆变器的负输入端口，多电平逆变器的输出电压可以表示为(V_out+-V_BUS-)。

S1502：在逆变电路的负输出周期内控制上半桥臂导通，下半桥臂断开。

此时负输出端口通过上半桥臂连接多电平逆变器的正输入端口，即此时逆变电路的负输出端口的电位参考点为多电平逆变器的正输入端口，多电平逆变器的输出电压可以表示为(V_out+-V_BUS+)。

在一些实施例中，多电平逆变器为五电平逆变器，逆变电路包括第一电容、第二电容和开关管Q1-Q4，每个开关管分别于一个二极管反并联。第一电容的第一端和Q1的第一端连接多电平逆变器的正输入端口，第一电容的第二端通过第一节点连接第二电容的第一端，第二电容的第二端和Q2的第二端连接多电平逆变器的负输入端口，第一节点连接Q4的第一端，Q4的第二端连接Q3的第二端，Q3的第一端连接逆变电路的输出端。Q1的第二端连接逆变电路的输出端和Q2的第一端。

此时该方法还包括以下步骤：

在每个正输出周期内：

先在第一预设时间内控制Q1关断，控制Q3导通，并控制所述Q2和Q4交替导通；

再在第二预设时间内控制Q1和Q3交替导通，控制所述Q2关断并控制Q4导通；

然后在每个正输出周期的剩余时间内控制Q1关断，控制Q3导通，并控制Q2和Q4交替导通。

在每个所述负输出周期内：

先在第一预设时间内控制Q2关断，控制Q4导通，并控制Q1和Q3交替导通；再在第二预设时间内控制Q2和Q4交替导通，控制Q1关断并控制Q3导通；

然后在每个正输出周期的剩余时间内控制Q2关断，控制Q4导通，并控制Q1和Q3交替导通。

其中，第一预设时间等于剩余时间。

在另一些实施例中，多电平逆变器为五电平逆变器，逆变电路包括第一电容、第二电容和开关管Q1-Q4，每个开关管分别于一个二极管反并联。第一电容的第一端和Q1的第一端连接多电平逆变器的正输入端口，第一电容的第二端通过第一节点连接第二电容的第一端，第二电容的第二端和Q4的第二端连接多电平逆变器的负输入端口，第一节点连接Q2的第二端，Q2的第一端连接Q1的第二端和Q3的第一端，Q3的第二端连接Q4的第一端和逆变电路的输出端。

此时该方法还包括以下步骤：

在每个正输出周期内：

先在第一预设时间内控制Q1关断、Q2导通，且控制Q3和Q4交替导通；

再在第二预设时间内控制Q3导通、Q4关断，且控制Q1和Q2交替导通；

然后在正输出周期的剩余时间内控制Q1关断、Q2导通，且控制Q3和Q4交替导通；

在每个负输出周期内：

先在第一预设时间内控制Q3导通、Q4关断，且控制Q1和Q2交替导通；

再在所述第二预设时间内控制Q2导通，Q1关断，且控制Q3和Q4交替导通；

然后在负输出周期的剩余时间内控制Q3导通、Q4关断，且控制Q1和Q2交替导通；

第一预设时间等于正输出周期的剩余时间和负输出周期的剩余时间。

该方法通过控制换流桥臂在逆变电路的正、负输出周期切换工作状态，进而改变负输出端的电位参考点，具体为：当换流桥臂的上半桥臂断开且下半桥臂导通时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的负输入端口；当换流桥臂的上半桥臂导通且下半桥臂断开时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的正输入端口，可将逆变电路所需的开关管的数量缩减一半，降低了多电平逆变器的成本。

基于以上实施例提供的多电平逆变器，本申请实施例还提供了一种不间断电源，下面结合附图具体说明。

参见图18，该图为本申请实施例提供的一种不间断电源的示意图。

该不间断电源100包括整流器101、多电平逆变器102、电池103和旁路电路104。

旁路电路104的第一端通过主路开关S1连接整流器101的输入端和交流电源，旁路电路104的第二端连接多电平逆变器102的输出端。

电池103通过电池开关S2连接多电平逆变器102的输入端。

旁路电路104设置有旁路开关S3。

不间断电源100的控制器通过控制主路开关S1、电池开关S2和旁路开关S3的状态以改变工作状态，下面具体说明。

当交流电源正常供电且UPS无故障时，UPS的主路工作，即主路开关S1闭合，电池开关S2和旁路开关S3均断开。

此时交流电源输入的交流电经过整流器101和多电平逆变器102给负载供电，并且通过整流器101给电池103充电，UPS能够向负载300输出稳定的电压。

当交流电源故障，或者需要交流电源停止供电，或者整流器101故障时，由UPS的电池103向负载供电。此时整流器101停止工作，电池开关S2闭合，主路开关S1和旁路开关S3均断开，多电平逆变器102将电池103提供的直流电转换为交流电后为负载供电。

当多电平逆变器102故障时，旁路电路104需要启动工作，此时旁路开关S3导通，主路开关S1和电池开关S2均闭合，交流电源直接向负载供电。

关于多电平逆变器102的具体实现方式可以参见以上实施例中的相关说明，本申请实施例在此不再赘述。

不间断电源100的控制器可以与多电平逆变器102的控制器集成在一起。

该不间断电源的多电平逆变器包括换流桥臂，换流桥臂在逆变电路的正、负输出周期进行工作状态的切换，进而改变负输出端的电位参考点，具体为：当换流桥臂的上半桥臂断开且下半桥臂导通时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的负输入端口；当换流桥臂的上半桥臂导通且下半桥臂断开时，多电平逆变器的负输出端的电位参考点为逆变电路的正输入端口。通过改变电位的参考点，增加多电平逆变器输出的电平的数量，例如当多电平逆变器需要输出五电平时，逆变电路仅需使用三电平拓扑，当多电平逆变器需要输出七电平时，逆变电路仅需使用五电平拓扑。

利用该多电平逆变器，可将逆变电路中使用的开关管的数量缩减一半，降低了多电平逆变器的体积以及成本，进而降低了不间断电源的体积以及成本。

在一些实施例中，整流器与多电平逆变器集成在一起，整流器包括AC-DC电路。

AC-DC电路的正输入端口用于连接交流电源，AC-DC电路的负输入端口用于连接桥臂中点，AC-DC电路的正输出端口连接逆变电路的正输入端口，AC-DC电路的负输出端口连接逆变电路的负输入端口。AC-DC电路用于将交流电源提供的交流电变换为直流电后传输给逆变电路。

AC-DC电路与逆变电路沿换流桥臂对称。进而可以使换流桥臂实现工频电流的抵消，进而减小换流桥臂的开关管的损耗，提升效率。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。