1.一种可拓展式七电平整流器,其特征在于包括:A1单元、A2单元、A3单元、A4单元;
所述A1单元包括交流电源Ug、电感L1、二极管D1~二极管D6、开关管Q1;其中,二极管D2阴极连接二极管D1阳极,二极管D1阴极连接开关管Q1漏极,二极管D2阳极连接开关管Q1源极,构成子模块Sm1;
所述A2单元包括二极管D7、二极管D8、开关管Q2;其中,二极管D8阴极连接二极管D7阳极,二极管D7阴极连接开关管Q2漏极,二极管D8阳极连接开关管Q2源极,构成子模块Sm2;
所述A3单元包括二极管D9~二极管D12、开关管Q3、开关管Q4;其中,二极管D10阴极连接二极管D9阳极,二极管D9阴极连接开关管Q3漏极,二极管D10阳极连接开关管Q3源极,构成子模块Sm3;二极管D12阴极连接二极管D11阳极,二极管D11阴极连接开关管Q4漏极,二极管D12阳极连接开关管Q4源极,构成子模块Sm4;
所述A4单元包括电容C1~电容C3;
交流电源Ug一端与电感L1一端相连,交流电源Ug另一端分别与二极管D1的阳极、二极管D2的阴极相连,构成节点b;
电感L1的另一端分别与二极管D4的阳极、二极管D5的阴极相连,构成节点a;
子模块Sm1中开关管Q1的漏极分别与二极管D1的阴极、二极管D3的阴极相连,构成节点c;
子模块Sm1中开关管Q1的源极分别与二极管D2的阳极、二极管D6的阳极相连,构成节点d;
二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、子模块Sm2中二极管D7的阴极、开关管Q2的漏极连接在一起;
二极管D5的阳极、二极管D6的阴极与子模块Sm2中二极管D8的阳极、开关管Q2的源极连接在一起;
子模块Sm2中二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、子模块Sm3中开关管Q3的源极、二极管D10的阳极、子模块Sm4中开关管Q4的漏极、二极管D11的阴极连接在一起,共同构成节点o;
子模块Sm3中二极管D9的阳极、二极管D10的阴极、电容C1的负极、电容C2的正极连接在一起,共同构成节点p;
子模块Sm4中二极管D11的阳极、二极管D12的阴极、C2的负极、电容C3的正极连接在一起,共同构成节点q;
电容C1负极连接电容C2的正极,电容C2的负极连接电容C3的正极,电容C1的正极与负载R的一端连接,构成节点m,节点m连接节点c;
电容C3的负极与负载R的另一端连接,构成节点n,节点n连接节点d。
2.根据权利要求1所述一种可拓展式七电平整流器,其特征在于,其包括八种工作模式:
(1)交流电源Ug工作于正半周期:
工作模式一:开关管Q1、Q2、Q3、Q4均关断,电流流经电感L1,二极管D2、D3、D4,电容C1、C2、C3后返回交流电源Ug;此时电感L1与交流电源Ug同时向电容C1、C2、C3充电,充电电流为ig‑id,并提供负载电流id,电感电流线性减小,电压Uab=U1+U2+U3=+Ud;
工作模式二:开关管Q1、Q3、Q4均关断,Q2导通,电流流经电感L1,二极管D2、D4、D8、D10,电容C2、C3,开关管Q2后返回交流电源Ug;此时电感L1与交流电源Ug同时向电容C2、C3充电,充电电流为ig‑id,电容C1提供负载电流id,电感电流线性减小,电压Uab=U2+U3=+2/3Ud;
工作模式三:开关管Q1、Q3均关断,Q2、Q4导通,电流流经电感L1,二极管D2、D4、D8、D12,电容C3后返回交流电源Ug;此时电感L1与电源Ug同时向电容C3充电,充电电流为ig‑id,电容C1、C2同时提供负载电流id,电感电流继续线性减小,电压Uab=U3=+1/3Ud;
工作模式四:开关管Q2、Q3、Q4均关断,Q1导通,电流流经电感L1,二极管D2、D3、D4,开关管Q1后返回交流电源Ug;此时交流电源Ug向电感L1充电,电感电流线性增加,电容C1、C2、C3同时提供负载电流id,电压Uab=0;
(2)交流电源Ug工作于负半周期:
工作模式五:开关管Q2、Q3、Q4均关断,Q1导通,电流流经开关管Q1,二极管D1、D5、D6,电感L1后返回交流电源Ug;此时交流电源Ug向电感L1充电,电感电流线性增加,电容C1、C2、C3同时提供负载电流id,电压Uab=0;
工作模式六:开关管Q1、Q4均关断,Q2、Q3导通,电流流经二极管D1、D5、D7、D9,电容C1,开关管Q2、Q3,电感L1后返回交流电源Ug;此时交流电源Ug与电感L1向电容C1充电,充电电流为ig‑id,电感电流线性减小,电容C2、C3同时提供负载电流id,电压Uab=U1=‑1/3Ud;
工作模式七:开关管Q1、Q3、Q4均关断,Q2导通,电流流经电容C1、C2,二极管D1、D5、D7、D11,开关管Q2,电感L1后返回交流电源Ug;此时交流电源Ug与电感L1向电容C1、C2充电,充电电流为ig‑id,电感电流线性减小,电容C3提供负载电流id,电压Uab=U1+U2=‑2/3Ud;
工作模式八:开关管Q1、Q2、Q3、Q4均关断,电流流经二极管D1、D5、D6,电容C1、C2、C3,电感L1后返回交流电源Ug;此时交流电源Ug与电感L1向电容C1、C2、C3充电,电感电流线性减小,电容C1、C2、C3同时提供负载电流id,电压Uab=U1+U2+U3=‑Ud;
在上述工作模式中:电容电压U1=U2=U3=1/3Ud。
3.一种基于权利要求1所述可拓展式七电平整流器拓展而成的可拓展式n电平整流器,其特征在于:在可拓展式七电平整流器拓扑结构中,A2单元的后级电路基础上,直流变换侧k
的子模块Sm可按照倍增分裂原则,将整个电路拓展成n=2+3个电平,k=1,2,3……,k为正k
整数;包括Ai个单元,i=1,2,3……,i为正整数;其中所需子模块Sm数目为2个。