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通过分析Buck、Boost和Buck-Boost三个基本变换器,定义了直流开关单元。将直流开关单元进行组合,得到交流多电平开关单元,并将这种多电平交流开关单元运用到基本变换器中,得到基本多电平AC-AC变换器,然后将基本多电平AC-AC变换器进行组合,提出了一族组合式多电平AC-AC变换器,(包括Buck TL(三电平three level的缩写)-Boost组合式三电平AC-AC变换器;Buck-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器;Buck TL-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器),研究了Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器的工作原理和控制方案,实现了分压电容的均压策略,并通过PSPICE软件仿真,验证了组合式多电平AC-AC变换器拓扑方法的可行性和工作原理的正确性。并把这类组合式多电平AC-AC变换器改进成输入输出共地的组合式多电平AC-AC变换器(包括改进的Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器;改进的Buck-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器;改进的Buck TL-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器)。以改进的Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器为例,重点研究了该类变换器的四种工作模态和控制策略,提出了输出电压和浮动电容电压联合控制方案。在多电平AC-AC变换器中,实现了浮动电容电压的控制,分析了开关管电压应力,设计了主要元件参数等,通过软件仿真实验,对改进的Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器进行原理验证,最后制作原理实验样机,通过实验验证样机工作原理和控制方案的正确性。给出主要的实验结果,对样机网侧功率因数、总谐波失真和效率进行测试分析。