如图3所示，逆变器40增加了开关管28，可输出5种脉冲电平，5种脉冲电平的值固定不变，只是离散的5个值。开关管2、4、6、8、28只在谐振电流过零点时切换，因此开关频率固定，为谐振频率。逆变器40的工作状态有5种，分别称为2正向谐振、1正向谐振、自由谐振、1反向谐振和2反向谐振。5种状态的作用周期也固定，为谐振周期一半的整数倍，也可以使5种状态的工作周期在升压阶段和稳定阶段选用不同的值，但都是谐振周期一半的整数倍。
5种状态的开关导通方式为：(1) 谐振电流为正时，2正向谐振是导通开关管2和8；谐振电流为负时，2正向谐振是导通开关管4和6。(2) 谐振电流为正时，1正向谐振是导通开关管28和8；谐振电流为负时，1正向谐振是导通开关管28和6。(3) 谐振电流为正时，自由谐振导通开关管2或8，导通开关管2与二极管16使得串联谐振电路形成回路，导通开关管8与二极管14使得串联谐振电路形成回路；谐振电流为负时，自由谐振导通开关管4或6，导通开关管4与二极管18使得串联谐振电路形成回路，导通开关管6与二极管12使得串联谐振电路形成回路。(4) 不管谐振电流是正或负，1反向谐振是导通开关管28，谐振电流为正时，开关管28与二极管16使得串联谐振电路向电容组36回馈电能；谐振电流为负时，开关管28与二极管8使得串联谐振电路向电容组38回馈电能。(5) 不管谐振电流是正或负，2反向谐振是关断开关管2、4、6、8和28。当谐振电流是正时，二极管14和16导通使得串联谐振电路向直流母线上回馈电能；当谐振电流为负时，二极管12和18导通使得串联谐振电路向直流母线上回馈电能。
逆变器输出状态概括为正向谐振、自由谐振和反向谐振。正向谐振，直流母线给串联谐振电路和负载提供电能，负载电压17会升高。直流母线电压越高，输出的功率越大，串联电路存储的电能就越多，负载电压17上升的幅度就越大；自由谐振，存储在串联谐振电路的电能向负载供电，由于负载的消耗，负载电压17必然会下降，只是下降幅度较小；反向谐振，存储在串联谐振电路中的电能不仅向负载供电，还将电能回馈给直流母线，负载电压17必然下降，而且幅度较大。因此，如果直流母线电压所提供的功率恰好等于负载的消耗，那么负载电压将无波动，保持不变。然后直流母线电压不易频繁改变，会造成整个高压直流电源的不稳定，谐波大大增加，带来更多的危害。因此，逆变器40输出的脉冲电平越多，负载电压17的波动必然越小，采用9电平逆变器时，输出电压17的波动极小，可以满足对电能质量需求极高的设备，再继续增加电平，效果不再明显，反而增加硬件电路的复杂度。
直流母线电压23、串联谐振电路存储的电能和输出电压17之间存在一定的对应关系，决定5种状态的选择。可建立仿真模型，绘制给定电压值与测量值17的差值与5种状态在不同电容电压32下的曲线，实施时采用比较法确定状态输出即可。逆变器40硬件电路简单，可输出5电平，只是需要采集电容电压32，输出电压17和分辨谐振电流34的过零点，对信号采集电路要求较高，控制处理器的速度要够快。但是由于算法和控制简单，采用中低端CPLD/FPGA都可以实现。
图1中的多级整流器20的各级整流器导通不一致，由于是高频高压整流，快速整流二极管的导通和断开会造成较大的电能损耗，影响了快速整流二极管的使用寿命，也影响了电容组充电的均压，使得输出电压17的质量和稳定性降低。高频变压器44的次级采用两绕组，次级绕组与初级绕组的匝数比降低为变压器26的一半，而变压器44的升压倍数不变，总体绕组的匝数不变，因此所占体积相同。多级整流器60是根据本发明的一个实施例，采用两个两级整流器串联的形式，其中的各级整流器的输出电流波形完全相同，很好地实现了电容的均压充电，而且快速整流二极管在电流为零时导通或关断，因此未产生整流开关损耗，进一步提高了高压直流电源200的效率。
如图4所示，根据本发明的另一个实施例的高压直流电源300的拓扑。其中，改变了逆变器40的直流输入电压电路，不需要变压器，直接采用高压直流电源200拓扑中快速不可控整流电路。电网的频率较低，因此不可控整流电路70中可选用一般的整流二极管，为了提高输出直流电压质量，电容组36和38的容量要足够大，同时整流电路70也无开关损耗。高频变压器26未作改变，采用单个四级整流器80，升压倍数并未改变，四级整流器80的结构无整流损耗，各整流器之间连接的电容器容量关系较为复杂，不易选择。逆变器结构及其控制方式相同，高压直流电源300可实现高压直流电源200的相同性能。
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