混合级联多电平逆变器是传统级联多电平逆变器拓扑的改进,其拓扑结构存在多种形式,本文着重研究的是直流侧输入电压等级不同的拓扑类型。该类型的混合级联多电平逆变器最大优势是在得到相同输出电压电平数目的情况下,大大减少了独立直流电源的数量。但是,在一些特定的应用场合,直流电源只能为一个。本文针对这个问题,通过在直流侧加入高频环节的方法,得到了一种两级结构、功率可以双向流动的混合级联多电平逆变器,实现了单直流电源供电。这种逆变器输出波形质量高,在一些对于THD要求不是特别苛刻的场合可以不加载输出滤波器,而且高频环节的加入可以大大减小系统的体积。本文首先介分析了多电平技术拓扑结构和调制策略的现状和发展趋势,系统详细的研究了基于高频环节的单电源混合级联多电平逆变器的两级拓扑结构,给出了前、后级拓扑的电路结构和工作原理,对后级拓扑建立了数学模型,推导出了输入输出关系,研究了新型逆变器的功率分布问题,为高频环节加入的合理性提供了依据。其次分析了新型逆变器的控制策略,针对不同类型的直流电压源,给出了两种闭环控制方案。前级拓扑中高频逆变器作用是产生高频方波作为高频变压器的输入,控制采取满占空比调制；后级拓扑的控制策略是基于最近电平逼近调制,论文给出了NLM的调制原理,对其建立了数学模型,对NLM调制下输出电压波形进行了傅里叶分析,并且详细研究了调制比对于功率分布的影响。在理论分析的基础上,通过Simulink仿真验证了新型逆变器的电路结构和控制策略设计的可行性。最后完成了该逆变器原理样机的软硬件设计,硬件部分主要包括两级主功率电路、驱动电路、采样电路、调理电路等PCB板设计；软件部分以DSP芯片TMS320F28335为核心控制器件,结合了CCS4.2和XDS100V2仿真器,完成了闭环控制程序的设计。对原理样机进行调试,通过对调试波形的分析验证了理论分析、仿真分析、原理样机制作的正确性。