Đồ án giảm điện áp common-mode cho biến tần đa bậc tại Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Tìm hiểu các phương pháp giảm điện áp common mode cho biến tần đa bậc nhằm hạn chế dòng rò, triệt tiêu nhiễu điện từ và nâng cao độ bền cho động cơ.

• Tác giả: Mai Văn Lộc
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện - Điện tử
• Đề tài: Giảm điện áp common-mode cho biến tần đa bậc
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến tần đa bậc tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP

Biến tần đa bậc đóng vai trò then chốt trong kỹ thuật truyền động điện công suất lớn. Hệ thống cung cấp điện áp ngõ ra dạng nấc thang gần sin. Độ méo hài tổng THD giảm rõ rệt so với biến tần hai bậc truyền thống. Đề tài tốt nghiệp tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu suất cho bộ biến tần đa bậc. Mô hình biến tần giúp chia nhỏ điện áp nguồn một chiều trên các linh kiện bán dẫn công suất. Ứng suất điện áp dv/dt tác động lên từng linh kiện IGBT giảm xuống mức an toàn. Tần số đóng ngắt hiệu dụng được cải thiện đáng kể. Tổn thất chuyển mạch của hệ thống vì thế cũng giảm mạnh. Cấu trúc biến tần đa bậc rất phong phú. Các dạng phổ biến gồm mạch cầu H nối tầng, mạch diode kẹp trung tính NPC và mạch tụ bay. Mỗi cấu hình sở hữu những ưu thế riêng biệt trong điều khiển. Đề tài hướng tới việc xây dựng mô hình phần cứng thực nghiệm chính xác. Kết quả phân tích dạng sóng khẳng định tiềm năng ứng dụng to lớn trong công nghiệp hiện đại.

1.1. Cấu trúc cơ bản của biến tần đa bậc

Biến tần đa bậc phân chia điện áp DC-link thành nhiều nấc điện áp nhỏ hơn. Mạch nghịch lưu cầu H nối tầng ghép nối tiếp các tế bào công suất đơn pha độc lập. Cấu trúc này dễ mở rộng số bậc điện áp mà không gây phức tạp mạch động lực. Cấu trúc diode kẹp trung tính NPC dùng dãy tụ điện chia sẻ thanh cái DC chung. Các diode kẹp cố định mức điện áp trên từng khóa van bán dẫn. Cấu trúc tụ bay Flying Capacitor sử dụng tụ điện lơ lửng để phân chia điện áp tức thời. Các sơ đồ này tối ưu hóa điện áp chịu đựng của linh kiện. Dạng sóng ngõ ra có chất lượng hài vượt trội. Mạch lọc thụ động đầu ra giảm đáng kể về kích thước và chi phí.

1.2. Định hướng nghiên cứu tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Khoa Điện - Điện tử thuộc Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chú trọng đào tạo thực hành và nghiên cứu ứng dụng. Đồ án tập trung giải quyết bài toán giảm điện áp common-mode trong hệ thống nghịch lưu đa bậc 5 mức. Nhóm nghiên cứu thiết kế phần cứng mạch lực và mạch điều khiển hoàn chỉnh. Nền tảng điều khiển tích hợp bộ vi xử lý tốc độ cao để xuất tín hiệu PWM chính xác. Thí nghiệm thực nghiệm kiểm chứng trực tiếp các thông số kỹ thuật then chốt trên mô hình tải thực tế. Việc kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết mô phỏng và đo kiểm dạng sóng mang lại cơ sở khoa học tin cậy. Công trình tạo tiền đề vững chắc cho việc làm chủ công nghệ biến tần công nghiệp trong nước.

II. Phân tích tác hại của điện áp common mode trong biến tần đa bậc

Điện áp common-mode (Vcm) hình thành từ sự mất cân bằng tức thời của điện áp ba pha so với điểm đất chuẩn. Đại lượng này tính bằng trung bình cộng điện áp ba pha đầu ra đối với điểm trung tính nguồn. Tần số đóng cắt IGBT cao tạo ra xung điện áp Vcm có biến thiên dv/dt cực lớn. Dòng điện rò tần số cao hình thành thông qua điện dung ký sinh giữa cuộn dây động cơ và vỏ máy. Dòng điện ký sinh này chạy qua vòng bi gây ra hiện tượng phóng điện cục bộ EDM. Bề mặt kim loại vòng bi bị rỗ, xước và suy giảm bôi trơn nhanh chóng. Hậu quả là động cơ xuất hiện tiếng ồn lớn, rung lắc cơ học và dễ hỏng ổ bi trước thời hạn. Ngoài ra, điện áp common-mode kích thích dòng điện đất làm tác động sai các thiết bị bảo vệ nhạy cảm. Sóng điện từ phát xạ can nhiễu nghiêm trọng đến hệ thống cảm biến và đường truyền tín hiệu xung quanh. Vì vậy, triệt tiêu và hạ thấp biên độ Vcm là yêu cầu cấp bách trong thiết kế biến tần hiện đại.

2.1. Cơ chế sinh ra điện áp common mode

Trong hệ thống điện xoay chiều đối xứng lý tưởng, tổng tức thời điện áp ba pha luôn bằng 0. Biến tần bán dẫn điều khiển nghịch lưu bằng thuật toán PWM rời rạc. Mỗi trạng thái đóng ngắt của các van khóa bán dẫn xuất các mức điện áp xung vuông khác nhau. Sự lệch pha và thời điểm chuyển trạng thái không đồng nhất giữa các pha triệt tiêu tính đối xứng tức thời. Điện áp common-mode được định nghĩa theo công thức Vcm = (Van + Vbn + Vcn)/3. Giá trị tức thời này nhảy bậc liên tục theo tần số sóng mang. Quá trình biến thiên điện áp cực nhanh tạo xung biên độ lớn. Hiện tượng này xuất hiện ở mọi cấu trúc biến tần đa bậc khi chưa áp dụng thuật toán tối ưu.

2.2. Ảnh hưởng tiêu cực đến thiết bị và động cơ

Tác động nguy hiểm nhất của điện áp common-mode là gây hư hại nghiêm trọng cơ cấu vòng bi động cơ. Xung điện áp cao kích hoạt dòng điện xuyên qua lớp màng bôi trơn cách điện. Quá trình phóng điện hồ quang vi mô ăn mòn từng điểm trên bề mặt rãnh bi kim loại. Vòng bi nhanh chóng bị mòn gợn sóng, phát nhiệt cao và gây kẹt trục quay. Đồng thời, xung dv/dt lớn phá hủy dần lớp men cách điện của các vòng dây stato. Sự suy giảm cách điện dẫn đến đoản mạch giữa các pha hoặc chạm đất nguy hiểm. Ngoài ra, sóng nhiễu điện từ lan truyền qua hệ thống dây cáp gây sai lệch tín hiệu điều khiển. Các thiết bị đo lường chính xác và PLC lân cận có nguy cơ hoạt động bất thường.

III. Phương pháp giảm điện áp common mode cho biến tần đa bậc tối ưu

Các giải pháp giảm điện áp common-mode được phân chia thành phương pháp phần cứng và phương pháp phần mềm. Phương pháp phần cứng sử dụng bộ lọc thụ động hoặc tích cực tại ngõ ra của biến tần. Tuy nhiên, cách này làm gia tăng đáng kể kích thước, khối lượng và chi phí thiết kế hệ thống. Do đó, nghiên cứu tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM ưu tiên phương pháp điều chế phần mềm thông minh. Thuật toán điều biến độ rộng xung PWM được cải tiến nhằm loại bỏ các vector điện áp sinh ra Vcm lớn. Kỹ thuật điều chế dịch pha PD thông thường cho biên độ dao động Vcm trong khoảng từ âm 30V đến dương 30V. Khi áp dụng chiến lược điều chế giảm điện áp common-mode đề xuất, biên độ Vcm được giới hạn chặt chẽ trong khoảng từ âm 20V đến dương 20V. Thuật toán cũng đồng thời tối ưu hóa số lần đóng cắt của khóa bán dẫn IGBT. Việc giảm tần số đóng ngắt làm giảm quá trình nạp xả ký sinh, nâng cao hiệu suất biến đổi điện năng.

3.1. Cải tiến thuật toán điều chế độ rộng xung PWM

Thuật toán điều chế đóng vai trò quyết định trong việc giảm thiểu Vcm mà không cần can thiệp phần cứng. Phương pháp thông thường sử dụng điều chế sóng mang đồng pha PD (Phase Disposition). Kỹ thuật này tạo ra biên độ Vcm cao do chọn các trạng thái vector không thích hợp. Giải pháp cải tiến tiến hành phân tích không gian vector điện áp. Thuật toán chủ động loại trừ các vector điện áp zero và vector điện áp gây đột biến Vcm lớn. Thay vào đó, bộ điều khiển chỉ lựa chọn các vector điện áp trung gian và vector tối ưu. Chiến lược này giúp hạn chế mức nhảy điện áp common-mode giữa các chu kỳ chuyển mạch. Dạng sóng điện áp pha và điện áp dây vẫn duy trì biên độ ổn định đáp ứng yêu cầu tải.

3.2. Giảm tần số đóng ngắt khóa bán dẫn IGBT

Tần số đóng ngắt IGBT tỷ lệ thuận với tổn hao công suất và hiện tượng phát nhiệt của bộ biến tần. Thuật toán cải tiến phân bổ lại chuỗi xung kích hoạt các van bán dẫn. Thời gian giữ trạng thái của mỗi khóa bán dẫn được tính toán khoa học theo từng vùng điều chế. Số lần chuyển mạch của linh kiện IGBT giảm rõ rệt so với phương pháp PD cổ điển. Việc giảm số chu kỳ đóng ngắt hạn chế quá trình nạp xả liên tục của điện dung ký sinh. Tuổi thọ của khối bán dẫn công suất được kéo dài đáng kể. Nhiệt độ làm việc của bộ nghịch lưu giảm giúp thu nhỏ kích thước cánh tản nhiệt. Toàn bộ hệ thống vận hành êm ái, nâng cao độ bền cho các linh kiện phần cứng.

IV. Kết luận về giảm điện áp common mode tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Nghiên cứu về giảm điện áp common-mode cho biến tần đa bậc tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đạt kết quả thực nghiệm ấn tượng. Hệ thống chạy thử nghiệm trên mô hình 5 bậc với các hệ số điều chế m khác nhau từ 0.6 đến 1.0. Ở hệ số điều chế m=0.6, biên độ điện áp common-mode giảm mạnh từ 30V xuống còn 20V. Dù độ méo hài tổng THD có sự thay đổi nhẹ do giới hạn vector, chất lượng sóng điện áp tải vẫn duy trì dạng sin ổn định. Tần số đóng ngắt IGBT suy giảm giúp hạn chế tối đa nguy cơ quá nhiệt mạch công suất. Đồ án giải quyết thành công bài toán bảo vệ động cơ điện mà không phát sinh thêm chi phí phần cứng lọc ngoài. Mô hình thực nghiệm khẳng định tính chính xác của thuật toán điều khiển số. Giải pháp sẵn sàng để chuyển giao và ứng dụng trong các hệ thống truyền động công nghiệp, trạm sạc xe điện và lưới điện microgrid thông minh.

4.1. Phân tích kết quả thực nghiệm và dạng sóng

Các dạng sóng thực nghiệm đo đạc từ mô hình biến tần 5 bậc thể hiện rõ tính ưu việt của thuật toán mới. Điện áp dây Vab dao động ổn định trong dải từ âm 150V đến dương 150V. Điện áp pha Van duy trì biên độ trong ngưỡng từ âm 100V đến dương 100V. Điện áp tải hình sin có biên độ dao động khoảng từ âm 60V đến dương 60V. Khi m=0.6, điện áp common-mode được kẹp chặt từ âm 20V đến dương 20V, thay vì âm 30V đến dương 30V như phương pháp PD. Độ méo hài THD đạt 1.47% ở hệ số điều chế m=0.6 và đạt 2.15% ở chế độ điều chế tương ứng. Dạng sóng đầu ra hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật điện công nghiệp khắt khe.

4.2. Khả năng ứng dụng thực tế trong công nghiệp

Kết quả từ đồ án mở ra giải pháp chi phí thấp cho ngành công nghiệp truyền động điện hiện đại. Các nhà máy có thể tích hợp trực tiếp thuật toán điều khiển vào phần mềm biến tần hiện hữu. Doanh nghiệp không cần đầu tư bộ lọc common-mode đắt tiền và cồng kềnh tại đầu ra động cơ. Ứng dụng này đặc biệt giá trị cho các hệ thống công suất lớn như máy bơm công nghiệp, quạt gió tải nặng và máy nén khí. Ngoài ra, giải pháp rất phù hợp cho hệ truyền động xe điện và biến tần kết nối năng lượng tái tạo. Độ tin cậy vận hành được nâng cao, giảm đáng kể thời gian dừng máy do sự cố hỏng hóc vòng bi. Chi phí bảo trì và bảo dưỡng thiết bị trong dài hạn giảm thiểu rõ rệt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Sự phát triển của ngành điện trong thời đại hiện nay đã định hình lĩnh vực này như một yếu tố quan trọng nhất trong mọi hoạt động kinh tế - xã hội. Kỹ thuật điện tử, với những khả năng nổi bật về khả năng điều khiển chính xác, kích thước nhỏ gọn và dải tần đáp ứng rộng, ngày càng quan trọng trong việc chuyển đổi các thiết bị tín hiệu cơ điện thành các tín hiệu điện. Các thông số kỹ thuật và độ tin cậy điện ngày càng được phát triển cao. Do vậy , bộ nghịch lưu hay còn gọi là (biến tần) thiết bị có thể chuyển điện áp một chiều (DC) thành điện áp xoay chiều (AC), và có thể điều chỉnh được cả tần số và biên độ của đầu ra.

Dựa vào đặc tính đầu ra được kiểm soát, bộ nghịch lưu được phân thành hai loại chính: nghịch lưu điện áp và nghịch lưu dòng điện. Thiết bị này là yếu tố trọng trong công nghệ của biến tần, được sử dụng nhiều trong các nhà máy có những động cơ công suất lớn như máy nén khí, máy ép,…. Ngoài ra, bộ nghịch lưu còn được sử dụng ở tần số cao như lò cảm ứng, trong các hệ thống điện gió, điện năng lượng mặt trời…, hệ thống nguồn (UPS), và các thiết bị bù công suất phản kháng… Đặc biệt, bộ nghịch lưu đa bậc đang nhận được nhiều sự quan tâm trong cả nghiên cứu học thuật lẫn ứng dụng cao trong việc chuyển đổi năng lượng, nhờ vào những ưu điểm tối ưu nhất, chất lượng điện đầu ra tốt hơn, đồng thời giảm thiểu yêu cầu về mạch lọc phía đầu ra. Nhiệm vụ của đề tài Các giải thuật điều khiển Nhiệm vụ đầu tiên cần thực hiện là tìm hiểu các giải thuật dùng điều khiển cho bộ nghịch lưu 3 pha 5 bậc.

Sau đó, xác định các giải thuật phù hợp để tiến hành mô phỏng thực nghiệm cũng như mô phỏng thực tế. Mô phỏng bằng Matlab/Simulink Nhiệm vụ chính là mô phỏng các giải thuật viết và lựa chọn trên phần mềm Matlab Simulink để chạy mô phỏng kiểm tra tính chính xác nhất cũng như tính chắc chắn của giải thuật. Và sau đó , đánh giá được các kết quả mô phỏng thu được. Xây dựng mô hình thực nghiệm Mô phỏng xong, nhiệm vụ chúng ta sẽ tiếp theo là xây dựng mô hình nghịch lưu thực tế để tiến hành thực nghiệm.

Trong nhiệm vụ này, ta cần xác định các khối 1 của mô hình thực nghiệm, xây dựng sơ đồ nguyên lý, và sơ đồ đi dây của từng mạch điện. Sau đó, ta tiến hành thi công, hoàn thiện mô hình thực nghiệm. Vận hành, đánh giá, so sánh Mô hình thực nghiệm đã hoàn thiện, ta tiến hành vận hành mô hình, nạp các giải thuật vào để điều khiển, đo đạc, ghi nhận lại kết quả, so, đánh giá các kết quả của từng biện pháp giải thuật cũng như đánh giá kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm. Cuối cùng, ta cần đưa ra kết luận về những nhược điểm và ưu điểm của từng giải thuật khi áp dụng cho mô hình.

Mục tiêu của đề tài  Nhóm sẽ nghiên cứu sâu về Giảm Điện Áp Common-Mode Cho Biến Tần Đa Bậc Sử Dụng CARD STM32F407VGT6  và các giải thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu và đưa ra mục tiêu cụ thể như sau:  Giải quyết được các vấn đề thực nghiệm và các giải thuật thông qua bộ kit STM32F407VGT6  Mô hình nghịch lưu phải tạo được điện áp xoay chiều 3 pha ổn định và liên tục.  Vận hành đơn giản, ít xảy ra sự cố.  So sánh, các kết quả và đánh giá mô phỏng, kết quả thực nghiệm.  Đánh giá và đưa ra những ưu điểm và nhược điểm của từng giải thuật.

Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu mạch nghịch lưu 5 bậc dạng Cascade (cầu H nối tầng). Giải quyết các giải thuật khi điều chế độ rộng xung theo 2 phương pháp PD, Vcm. Bố cục đề tài Chương 1: Mở đầu. Chương 2: Cở sở lý thuyết.

Chương 3: Mô phỏng lý thuyết trên matlab simulink. Chương 4: Thi công mô hình, kiểm nghiệm, và đánh giá kết quả Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. 2 CHƯƠNG 2: CỞ SỞ LÝ THUYẾT 2.Tổng quan về nghịch lưu đa bậc 2.Khái niệm Bộ nghịch lưu đa bậc là một thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp , được thiết kế dùng để chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) ổn định thành dòng điện xoay chiều (AC), qua đó chuyển năng lượng hiệu quả cho các tải sử dụng AC. Trong cấu trúc của thiết bị này, biến tần điện áp là một loại nghịch lưu đặc trưng, trong đó nguồn đầu vào DC đóng vai trò là nguồn điện áp đầu vào, và đầu ra có thể điều chỉnh được để tạo ra nguồn điện áp AC phù hợp.

Nguồn điện DC đầu vào cho biến tần điện áp có thể đến từ các nguồn như ắc quy, pin, hoặc từ nguồn AC sau khi đã được chỉnh lưu và lọc. Trong thực tế, phần lớn các tải AC đều có tính cảm ứng ví dụ như lò cảm ứng hoặc các động cơ AC xoay chiều nơi mà dòng điện không thể bị ngắt một cách đột ngột thông qua các cơ chế chuyển mạch thông thường. Vì vậy, các linh kiện bán dẫn của bộ nghịch lưu cần có khả năng kiểm soát việc cắt dòng điện một cách chủ động và an toàn. Ứng dụng trong những công suất lớn, thường sử dụng các linh kiện bán dẫn đóng ngắt hiệu suất cao như thyristor có khả năng tự tắt (GTO), transistor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT), hoặc chỉnh lưu điều khiển bằng silicon (SCR) kết hợp với các công tắc điện tử.

Ngoài ra, mỗi thiết bị bán dẫn này thường được gắn kèm một diode mắc ngược nhằm hạn chế các biểu hiện quá áp có thể xảy ra khi dòng điện bị ngắt đột ngột.Phân loại Bộ nghịch lưu áp có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm: số pha hoạt động (chẳng hạn như bộ nghịch lưu 3 pha hoặc 1 pha), số mức điện áp (bao gồm cấu hình hai mức hoặc đa mức với ba cấp điện áp trở lên), và kiến trúc mạch điện (như cấu trúc tầng nối tiếp dạng cầu H – Cascade H-Bridge, cấu trúc diode kẹp NPC, cấu trúc kẹp tụ điện, hoặc các cấu hình lai khác). Trong đó, bộ nghịch lưu áp hai mức tuy đơn giản và phổ biến, nhưng vẫn còn một số hạn chế. Những vấn đề nổi bật như là tốc độ thay đổi điện áp cao (dv/dt), chính vì điều này có thể gây hại đến cách ly cách điện và làm phát sinh nhiễu điện từ. Do đó, biến tần hai mức chỉ phù hợp các loại tải cảm như động cơ điện, trong khi mức độ méo hài cao lại gây khó trong việc tích hợp các thiết bị điện tử nhạy cảm khác.

Để khắc phục các nhược điểm đó,bộ nghịch lưu điện áp đa mức đã được thiết kế và phát triển tiên tiến, hướng đến các yêu cầu điện áp và tải có công suất lớn. Các ưu điểm chính của biến tần đa mức bao gồm: tăng khả năng nâng áp, giảm điện áp 3 chịu đựng trên từng linh kiện bán dẫn, giảm tổn thất chuyển mạch, cải thiện tần số hoạt động và đặc biệt là giảm đáng kể méo hài trong điện áp đầu ra. Ngoài ra, dựa trên cấu trúc của hệ thống mạch điện, những bộ nghich lưu này cũng có thể được chia thành các dạng như cầu H nối tầng (Cascade H-Bridge), diode kẹp NPC (Neutral Point Clamped), kẹp bằng tụ điện (Flying Capacitor), hoặc các cấu trúc lai nhằm tối ưu hiệu suất cho từng mục tiêu ứng dụng cụ thể.1 Sơ đồ mạch nghịch lưu dạng 3 pha 5 bậc cascade Nghịch lưu dạng NPC (Neutral Point Clamped) Bộ nghịch lưu ba pha dạng NPC (Neutral Point Clamped) thường được sử dụng trong các hệ thống mà nguồn điện một chiều (DC) được tạo ra thông qua các bộ chỉnh lưu của nguồn điện xoay chiều (AC). Trong cấu trúc này, nguồn DC đầu vào được chia thành nhiều mức điện áp nhờ các tụ điện được mắc nối tiếp.

Nếu có n tụ được nối tiếp trong mạch nguồn, bộ nghịch lưu sẽ có n+1 mức điện áp đầu ra. Những ưu điểm nổi bật của bộ nghịch lưu áp dạng NPC là khả năng cải thiện đáng kể dạng sóng điện áp trên tải, đồng thời làm giảm điện áp đột biến trên các linh kiện bán dẫn xuống còn 1/n lần so với giá trị ban đầu. Chẳng hạn, đối với bộ nghịch lưu NPC năm mức, tần số chuyển mạch và tốc độ thay đổi điện áp (dv/dt) có thể giảm đến 4 với các bộ nghịch lưu 2 mức truyền thống, góp phần nâng cao hiệu suất và giảm nhiễu điện từ Tuy nhiên, bộ nghịch lưu NPC cũng tồn tại một số nhược điểm. Khi số mức điện áp tăng cao (n > 3), việc duy trì cân bằng điện áp trên các diode kẹp trở có dạng phức tạp hơn, với sự khác biệt về mức điện áp và các xung áp sinh ra trong quá trình chuyển mạch.

4 The Flying Capacitor (Nghịch lưu dạng tụ thay đổi) NPC Bộ nghịch lưu này thường được dùng khi nguồn điện một chiều DC bđược cung cấp từ bộ chỉnh lưu nguồn xoay chiều AC. Trong hệ thống này, nguồn DC được chia thành nhiều mức điện áp thông qua chuỗi gồm nhiều tụ điện được nối tiếp với nhau. Nếu có n tụ trong chuỗi, bộ nghịch lưu này sẽ tạo ra n+1với mức điện áp đầu ra.2 Sơ đồ nghịch lưu dạng Flying Capacitor 5 bậc Ưu điểm: Khi số bậc điện áp tăng, mạch này có thể hoạt động nhưng không cần sử dụng bộ lọc đầu ra, nhờ vào đặc tính cải thiện chất lượng sóng điện áp. Có thể điều khiển được cả công suất phản kháng và công suất tác dụng, sao cho các ứng dụng yêu cầu linh hoạt đạt về điều khiển công suất.

Nhược điểm: Việc điều khiển hệ thống trở nên phức tạp hơn khi số bậc nghịch lưu tăng cao, do yêu cầu đồng bộ hóa và điều chế chính xác cho từng bậc. Nhiều số lượng lớn tụ điện công suất lớn tham gia vào mạch làm tăng chi phí xây dựng hệ thống và ảnh hưởng đến độ tin cậy vận hành lâu dài. 5 Nghịch lưu dạng Cascade (cầu H nối tầng) Bộ nghịch lưu đa bậc dạng Cascade sử dụng các nguồn điện 1 chiều riêng cho từng tầng, do đó rất thích hợp khi các ứng dụng sử dụng nguồn DC độc lập như pin hoặc ắc quy. Mỗi tầng bao gồm một bộ nghịch lưu áp một 1 dạng cầu H, cho phép ra ba mức điện áp ở đầu ra: -U, 0 hoặc U, thông qua việc điều khiển các khóa bán dẫn phù hợp.