5種狀態的開關導通方式為：諧振電流為正時，2正向諧振是導通開關管2和8；諧振電流為負時，2正向諧振是導通開關管4和6。諧振電流為正時，1正向諧振是導通開關管28和8；諧振電流為負時，1正向諧振是導通開關管28和6。諧振電流為正時，自由諧振導通開關管2或8，導通開關管2與二極管16使得串聯諧振電路形成回路，導通開關管8與二極管14使得串聯諧振電路形成回路；諧振電流為負時，自由諧振導通開關管4或6，導通開關管4與二極管18使得串聯諧振電路形成回路，導通開關管6與二極管12使得串聯諧振電路形成回路。不管諧振電流是正或負，1反向諧振是導通開關管28，諧振電流為正時，開關管28與二極管16使得串聯諧振電路向電容組36回饋電能；諧振電流為負時，開關管28與二極管8使得串聯諧振電路向電容組38回饋電能。不管諧振電流是正或負，2反向諧振是關斷開關管2、4、6、8和28。當諧振電流是正時，二極管14和16導通使得串聯諧振電路向直流母線上回饋電能；當諧振電流為負時，二極管12和18導通使得串聯諧振電路向直流母線上回饋電能。
逆變器輸出狀態概括為正向諧振、自由諧振和反向諧振。正向諧振，直流母線給串聯諧振電路和負載提供電能，負載電壓17會升高。直流母線電壓越高，輸出的功率越大，串聯電路存儲的電能就越多，負載電壓17上升的幅度就越大；自由諧振，存儲在串聯諧振電路的電能向負載供電，由于負載的消耗，負載電壓17必然會下降，只是下降幅度較小；反向諧振，存儲在串聯諧振電路中的電能不僅向負載供電，還將電能回饋給直流母線，負載電壓17必然下降，而且幅度較大。因此，如果直流母線電壓所提供的功率恰好等于負載的消耗，那么負載電壓將無波動，保持不變。然后直流母線電壓不易頻繁改變，會造成整個高壓直流電源的不穩定，諧波大大增加，帶來更多的危害。因此，逆變器40輸出的脈沖電平越多，負載電壓17的波動必然越小，采用9電平逆變器時，輸出電壓17的波動極小，可以滿足對電能質量需求極高的設備，再繼續增加電平，效果不再明顯，反而增加硬件電路的復雜度。
直流母線電壓23、串聯諧振電路存儲的電能和輸出電壓17之間存在一定的對應關系，決定5種狀態的選擇。可建立仿真模型，繪制給定電壓值與測量值17的差值與5種狀態在不同電容電壓32下的曲線，實施時采用比較法確定狀態輸出即可。逆變器40硬件電路簡單，可輸出5電平，只是需要采集電容電壓32，輸出電壓17和分辨諧振電流34的過零點，對信號采集電路要求較高，控制處理器的速度要夠快。但是由于算法和控制簡單，采用中低端cpld/fpga都可以實現。
圖1中的多級整流器20的各級整流器導通不一致，由于是高頻高壓整流，快速整流二極管的導通和斷開會造成較大的電能損耗，影響了快速整流二極管的使用壽命，也影響了電容組充電的均壓，使得輸出電壓17的質量和穩定性降低。高頻變壓器44的次級采用兩繞組，次級繞組與初級繞組的匝數比降低為變壓器26的一半，而變壓器44的升壓倍數不變，總體繞組的匝數不變，因此所占體積相同。多級整流器60是根據本發明的一個實施例，采用兩個兩級整流器串聯的形式，其中的各級整流器的輸出電流波形完全相同，很好地實現了電容的均壓充電，而且快速整流二極管在電流為零時導通或關斷，因此未產生整流開關損耗，進一步提高了高壓直流電源200的效率。
如圖4所示，根據本發明的另一個實施例的高壓直流電源300的拓撲。其中，改變了逆變器40的直流輸入電壓電路，不需要變壓器，直接采用高壓直流電源200拓撲中快速不可控整流電路。電網的頻率較低，因此不可控整流電路70中可選用一般的整流二極管，為了提高輸出直流電壓質量，電容組36和38的容量要足夠大，同時整流電路70也無開關損耗。高頻變壓器26未作改變，采用單個四級整流器80，升壓倍數并未改變，四級整流器80的結構無整流損耗，各整流器之間連接的電容器容量關系較為復雜，不易選擇。逆變器結構及其控制方式相同，高壓直流電源300可實現高壓直流電源200的相同性能。
如圖5所示，根據高壓直流電源200的升壓過程。逆變器40輸出的5種狀態作用周期固定，通過5種狀態的切換改變輸出電壓17，若輸出電壓給定值直接設置為目標值，這種離散的控制方式必然會導致升壓階段的超調。因此，輸出電壓給定值在升壓階段必須逐漸升高，直到達到目標值。在限制電容電壓32和諧振電流34的條件下，設計了輸出電壓給定值不斷升高的曲線。正向諧振使得輸出電壓升高，自由諧振使得輸出電壓較小降低，反向諧振使得輸出電壓較大幅度降低，給定電壓計劃曲線正基于此點。在輸出電壓未達到目標值的95%，給定電壓按照最快的速度上升，即2正向諧振使得輸出電壓升高的幅度。若電容電壓32和諧振電流34超過限制值，接下來的狀態設置為自由諧振，盡量避免反向諧振狀態。輸出電壓達到目標值的95%以后，若電容電壓32和諧振電流34超過限制值，接下來的狀態設置為反向諧振，盡量避免2正向諧振，用1正向諧振使得輸出電壓較緩慢上升到目標值。圖5中的曲線2即是輸出電壓上升的理想曲線，輸出電壓的實際上升曲線并沒有較好地跟蹤理想曲線，是因為對電容電壓32和諧振電流34的限制，以避免過高的電壓或電流導致逆變器40的開關管損耗。
雖然已經在此圖解和說明了本發明的特定特征，但是本領域內的技術人員可以進行許多修改和改變。因此，應當明白，所附的權利要求意欲涵蓋落入本發明的真實精神的所有這些修改和改變。</p>