多电平逆变器（Multilevel Inverters, MLI）是电力电子技术中的一个关键组成部分，尤其在高电压应用如牵引系统中扮演着重要角色。其主要特征在于能够通过利用直流母线上的多个电压等级来降低每个功率器件的电压应力。这意味着，即使在较低的开关频率下，多电平逆变器的交流侧波形失真也能得到显著减少，这得益于阶梯调制技术的应用。
MLI的主要电路拓扑包括三种：二极管钳位多电平逆变器（Diode-Clamped Multilevel Inverter, DCMI）、飞跨电容多电平逆变器（Flying Capacitor Multilevel Inverter, FCLI）以及赫斯勒多电平逆变器（H桥级联多电平逆变器）。这里我们主要讨论DCMI。
DCMI是NPC逆变器的扩展，其设计概念基于使用二极管来限制功率器件的电压应力。DCMI的基本结构由串联的电容器组成，这些电容器将直流母线电压分成一组电容器电压。如果一个DCMI具有nl个电平，那么通常会在直流母线上有(nl-1)个电容器，每个电容器两端的电压为VDC/(nl-1)。这样，直流母线上就有nl个节点，输出相电压可达到nl个电平，而输出线路电压则可达(2nl-1)个电平。
以5电平的DCMI为例，其输出相电压可以通过选择任意节点来实现。DCMI可以被视为一个多路复用器，它将输出连接到可用的任何节点。它由串联的主功率器件和并联的主二极管以及钳位二极管组成。当选择最高或最低节点时，主二极管导通。尽管主二极管与主功率器件具有相同的电压等级，但允许的电流等级却要低得多。在每个相腿中，每个主功率器件的正向电压被连接在主功率器件和节点之间的二极管所钳位。
在任何节点选择中，处于导通状态的功率器件数量总是等于(nl-1)。例如，在5电平DCMI中，输出相电压与功率器件的开关状态对应如下：
- 当所有功率器件S1至S5均关闭时，输出相电压Vo为0V。
- 当S1导通，其余关闭时，Vo为V1。
- 当S1和S2导通，其余关闭时，Vo为V1+V2。
- 以此类推，直到所有S1至S5导通，Vo为V1+V2+V3+V4+V5。
这种设计使得DCMI能够在减少开关损耗的同时，提供更接近正弦波形的输出，从而提高了效率和系统性能，对于需要高质量交流输出的系统特别有用。在撰写英文论文时，了解并深入研究多电平逆变器的原理和技术细节，对于理解电力电子领域的最新进展至关重要。
