(57)【要約】【課題】電力の損失を抑えることができるマトリクスコンバータを得る。【解決手段】本発明のマトリクスコンバータは、第１の入力端子と第１の出力端子との間の第１の双方向スイッチと、第１の入力端子と第２の出力端子との間の第２の双方向スイッチと、第２の入力端子と第１の出力端子との間の第３の双方向スイッチと、第２の入力端子と第２の出力端子との間の第４の双方向スイッチと、第３の入力端子と第１の出力端子との間の第５の双方向スイッチと、第３の入力端子と第２の出力端子との間の第６の双方向スイッチと、３相信号の１周期に対応する期間に含まれる６つの区分期間のそれぞれにおいて、第１〜第６の双方向スイッチにおける１２個のスイッチング素子のうちの２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、残りの１０個のスイッチング素子を単相信号の１周期に対応する期間内に１回オンオフするように制御可能な制御部とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相信号が入力可能な第１の入力端子、第２の入力端子、および第３の入力端子と、
単相信号を端子間信号として出力可能な第１の出力端子および第２の出力端子と、
前記第１の入力端子と前記第１の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む第１の双方向スイッチと、
前記第１の入力端子と前記第２の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む第２の双方向スイッチと、
前記第２の入力端子と前記第１の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む第３の双方向スイッチと、
前記第２の入力端子と前記第２の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む第４の双方向スイッチと、
前記第３の入力端子と前記第１の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む第５の双方向スイッチと、
前記第３の入力端子と前記第２の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む第６の双方向スイッチと、
前記３相信号に基づいて、前記３相信号の１周期に対応する期間に含まれる６つの区分期間のそれぞれにおいて、前記第１の双方向スイッチ、前記第２の双方向スイッチ、前記第３の双方向スイッチ、前記第４の双方向スイッチ、前記第５の双方向スイッチ、および前記第６の双方向スイッチにおける１２個のスイッチング素子のうちの２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、残りの１０個のスイッチング素子を前記単相信号の１周期に対応する期間内に１回オンオフするように、前記１２個のスイッチング素子の動作を制御可能な制御部と
を備えたマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記６つの区分期間は、第１の区分期間を含み、
前記第１の区分期間における前記単相信号の１周期に対応する期間は、第１の期間、第２の期間、第３の期間、および第４の期間を含み、
前記制御部は、
前記第１の区分期間において、前記第３の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方、および前記第４の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方をオン状態に維持し、
前記第１の期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、
前記第２の期間において、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、
前記第３の期間において、前記第６の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、
前記第４の期間において、前記第２の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオン状態に維持する
請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項３】
前記第１の区分期間における前記単相信号の１周期に対応する期間は、前記第１の期間および前記第２の期間の間において、第５の期間、第６の期間、および第７の期間を含み、
前記第１の期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオフ状態に維持し、
前記第５の期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方をオン状態に維持するとともに他方をオフ状態に維持し、
前記第６の期間において、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方をオン状態に維持するとともに他方をオフ状態に維持し、
前記第７の期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオフ状態に維持し、
前記第２の期間において、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオン状態に維持する
請求項２に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項４】
前記第１の区分期間における前記単相信号の１周期に対応する期間は、前記第１の期間および前記第２の期間の間において第８の期間を含み、
前記第８の期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオフ状態に維持し、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子をオフ状態に維持する
請求項２に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項５】
前記６つの区分期間は、第１の区分期間、第２の区分期間、第３の区分期間、第４の区分期間、第５の区分期間、第６の区分期間をこの順に含み、
前記第１の区分期間において、前記第３の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方、および前記第４の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの１つをオン状態に維持し、
前記第２の区分期間において、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方、および前記第２の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方をオン状態に維持し、
前記第３の区分期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方、および前記第６の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの一方をオン状態に維持し、
前記第４の区分期間において、前記第３の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの前記第１の区分期間においてオン状態に維持されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子、および前記第４の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの前記第１の区分期間においてオン状態に維持されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子をオン状態に維持し、
前記第５の区分期間において、前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの前記第２の区分期間においてオン状態に維持されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子、および前記第２の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの前記第２の区分期間においてオン状態に維持されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子をオン状態に維持し、
前記第６の区分期間において、前記第５の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの前記第３の区分期間においてオン状態に維持されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子、および前記第６の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子のうちの前記第３の区分期間においてオン状態に維持されたスイッチング素子とは異なるスイッチング素子をオン状態に維持する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記第１の双方向スイッチは、
前記第１の出力端子に接続された第１の端子と、
前記第１の入力端子に接続された第２の端子と、
オン状態になることにより前記第１の端子と接続ノードとを接続可能な第１のスイッチング素子と、
オン状態になることにより前記接続ノードと前記第２の端子とを接続可能な第２のスイッチング素子と、
前記接続ノードに接続されたアノードと、前記第１の端子に接続されたカソードとを有する第１のダイオードと、
前記接続ノードに接続されたアノードと、前記第２の端子に接続されたカソードとを有する第２のダイオードと
を有し、
前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子は、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子である
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
前記第１のダイオードは、前記第１のスイッチング素子の寄生素子であり、
前記第２のダイオードは、前記第２のスイッチング素子の寄生素子である
請求項６に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項８】
前記第１の双方向スイッチは、
前記第１の出力端子に接続された第１の端子と、
前記第１の入力端子に接続された第２の端子と、
前記第１の端子に接続されたコレクタと、前記第２の端子に接続されたエミッタとを有する第１のトランジスタと、
前記第１の端子に接続されたエミッタと、前記第２の端子に接続されたコレクタとを有する第２のトランジスタと
を有し、
前記第１の双方向スイッチの前記２個のスイッチング素子は、前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタである
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のマトリクスコンバータと、
前記第１の出力端子に接続された第１の端子と、前記第２の出力端子に接続された第２の端子とを有する１次側巻線と、２次側巻線とを有するトランスと、
前記２次側巻線に接続され、前記２次側巻線から供給された電圧に基づいて直流電圧を生成可能な整流平滑回路と
を備えた電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１の出力端子に接続された第１の端子と、前記１次側巻線の前記第１の端子に接続された第２の端子とを有するインダクタをさらに備えた
請求項９に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の双方向スイッチを有するマトリクスコンバータ、およびそのようなマトリクスコンバータを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置では、複数の双方向スイッチを有するマトリクスコンバータがしばしば用いられる。例えば、特許文献１および非特許文献１には、マトリクスコンバータを備えたＡＣ／ＤＣ変換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４６４５０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Xuerui Lin, Yunwei Li, Jahangir Afsharian and Dewei Xu, “An Improved PWM Scheme to Achieve Zero-Voltage Switching for All Devices in Three-Phase Isolated Matrix Rectifier”, The 2018 International Power Electronics Conference, pp.1537-1542.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、電子機器では消費電力を低減することが望まれており、マトリクスコンバータにおいても、消費電力の低減が期待されている。
【０００６】
消費電力を低減することができるマトリクスコンバータおよび電力変換装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施の形態に係るマトリクスコンバータは、第１の入力端子、第２の入力端子、および第３の入力端子と、第１の出力端子および第２の出力端子と、第１の双方向スイッチと、第２の双方向スイッチと、第３の双方向スイッチと、第４の双方向スイッチと、第５の双方向スイッチと、第６の双方向スイッチと、制御部とを備えている。第１の入力端子、第２の入力端子、および第３の入力端子は、３相信号が入力可能に構成される。第１の出力端子および第２の出力端子は、単相信号を端子間信号として出力可能に構成される。第１の双方向スイッチは、第１の入力端子と第１の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む。第２の双方向スイッチは、第１の入力端子と第２の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む。第３の双方向スイッチは、第２の入力端子と第１の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む。第４の双方向スイッチは、第２の入力端子と第２の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む。第５の双方向スイッチは、第３の入力端子と第１の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む。第６の双方向スイッチは、第３の入力端子と第２の出力端子とを結ぶ経路に設けられ、２個のスイッチング素子を含む。制御部は、３相信号に基づいて、３相信号の１周期に対応する期間に含まれる６つの区分期間のそれぞれにおいて、第１の双方向スイッチ、第２の双方向スイッチ、第３の双方向スイッチ、第４の双方向スイッチ、第５の双方向スイッチ、および第６の双方向スイッチにおける１２個のスイッチング素子のうちの２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、残りの１０個のスイッチング素子を単相信号の１周期に対応する期間内に１回オンオフするように、１２個のスイッチング素子の動作を制御可能に構成される。
【０００８】
本発明の一実施の形態に係る電力変換装置は、上記マトリクスコンバータと、トランスと、整流平滑回路とを備える。トランスは、第１の出力端子に接続された第１の端子と、第２の出力端子に接続された第２の端子とを有する１次側巻線と、２次側巻線とを有する。整流平滑回路は、２次側巻線に接続され、２次側巻線から供給された電圧に基づいて直流電圧を生成可能に構成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施の形態に係るマトリクスコンバータおよび電力変換装置によれば、３相信号の１周期に対応する期間に含まれる６つの区分期間のそれぞれにおいて、１２個のスイッチング素子のうちの２個のスイッチング素子をオン状態に維持し、残りの１０個のスイッチング素子を単相信号の１周期に対応する期間内に１回オンオフするようにしたので、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図２】図１に示した双方向スイッチの一構成例を表す回路図である。
【図３】図２に示した双方向スイッチの一動作例を表す表である。
【図４】図１に示した双方向スイッチの他の構成例を表す回路図である。
【図５】図２に示した双方向スイッチを適用した電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図６】図１に示した電力変換装置の一動作例を表すタイミング図である。
【図７】第１の実施の形態に係る電力変換装置の一動作例を表すタイミング波形図である
【図８Ａ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の一動作例を表す説明図である。
【図８Ｂ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｃ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｄ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｅ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｆ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｇ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｈ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｉ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｊ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｋ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図８Ｌ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図９】第１の実施の形態に係る電力変換装置の一動作例を表す他のタイミング波形図である。
【図１０Ａ】図１に示した電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１０Ｂ】図１に示した電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１０Ｃ】図１に示した電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１１】変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図１２】変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図１３】変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図１４】変形例に係る電力変換装置の一構成例を表す回路図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る電力変換装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１６Ａ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の一動作例を表す説明図である。
【図１６Ｂ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１６Ｃ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１６Ｄ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１６Ｅ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１６Ｆ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る電力変換装置の一動作例を表す他のタイミング波形図である。
【図１８Ａ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１８Ｂ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１８Ｃ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１８Ｄ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１８Ｅ】第２の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１９Ａ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１９Ｂ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【図１９Ｃ】第１の実施の形態に係る電力変換装置の他の動作例を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
【００１２】
＜実施の形態＞
［構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る電力変換装置（電力変換装置１）の一構成例を表すものである。この電力変換装置１は、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換装置である。電力変換装置１は、入力端子ＴＶＲ，ＴＶＳ，ＴＶＴと、出力端子ＴＯＰ，ＴＯＮとを備えている。入力端子ＴＶＲ，ＴＶＳ，ＴＶＴは３相電源信号を生成する電源８に接続され、出力端子ＴＯＰ，ＴＯＮは負荷９に接続されている。電力変換装置１は、電源８から供給された３相電源信号に基づいて、交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力を負荷９に供給するように構成される。
【００１３】
電力変換装置１は、インダクタＬ１〜Ｌ３と、キャパシタＣ１〜Ｃ３と、双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮと、トランスＴＲ１と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬ４と、キャパシタＣ４と、制御部１０とを備えている。双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮおよび制御部１０は、マトリクスコンバータ２０を構成する。マトリクスコンバータ２０は、３つの入力端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３と、２つの出力端子Ｔ２１，Ｔ２２を有する。
【００１４】
インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３およびキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、３相電源信号に含まれる高周波成分を除去するフィルタを構成する。インダクタＬ１の一端は入力端子ＴＶＲに接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１１に接続される。インダクタＬ２の一端は入力端子ＴＶＳに接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１２に接続される。インダクタＬ３の一端は入力端子ＴＶＴに接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１３に接続される。キャパシタＣ１の一端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１１に接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１２に接続される。キャパシタＣ２の一端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１２に接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１３に接続される。キャパシタＣ３の一端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１１に接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１３に接続される。
【００１５】
双方向スイッチＲＰは、マトリクスコンバータの入力端子Ｔ１１と出力端子Ｔ２１とを結ぶ経路に設けられ、スイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２に基づいて動作するように構成される。双方向スイッチＲＮは、マトリクスコンバータの入力端子Ｔ１１と出力端子Ｔ２２とを結ぶ経路に設けられ、スイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２に基づいて動作するように構成される。双方向スイッチＲＰおよび双方向スイッチＲＮは、レグＬＲを構成する。
【００１６】
双方向スイッチＳＰは、マトリクスコンバータの入力端子Ｔ１２と出力端子Ｔ２１とを結ぶ経路に設けられ、スイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２に基づいて動作するように構成される。双方向スイッチＳＮは、マトリクスコンバータの入力端子Ｔ１２と出力端子Ｔ２２とを結ぶ経路に設けられ、スイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２に基づいて動作するように構成される。双方向スイッチＳＰおよび双方向スイッチＳＮは、レグＬＳを構成する。
【００１７】
双方向スイッチＴＰは、マトリクスコンバータの入力端子Ｔ１３と出力端子Ｔ２１とを結ぶ経路に設けられ、スイッチング制御信号ＳＴＰ１，ＳＴＰ２に基づいて動作するように構成される。双方向スイッチＴＮは、マトリクスコンバータの入力端子Ｔ１３と出力端子Ｔ２２とを結ぶ経路に設けられ、スイッチング制御信号ＳＴＮ１，ＳＴＮ２に基づいて動作するように構成される。双方向スイッチＴＰおよび双方向スイッチＴＮは、レグＬＴを構成する。
【００１８】
図２は、双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮの一具体例である双方向スイッチ１０１を表すものである。双方向スイッチ１０１は、端子Ｔ１，Ｔ２，Ｇ１，Ｇ２，ＣＯＭを有する。端子Ｔ１，Ｔ２の一方はマトリクスコンバータ２０の入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３のいずれかに接続され、他方はマトリクスコンバータ２０の出力端子Ｔ２１，Ｔ２２のいずれかに接続される。端子Ｇ１，Ｇ２にはスイッチング制御信号が印加される。端子Ｇ１，Ｇ２に印加されるスイッチング制御信号は、端子ＣＯＭにおける電圧を基準とする信号である。
【００１９】
双方向スイッチ１０１は、２つのトランジスタＱ１，Ｑ２を有している。トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれは、パワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。トランジスタＱ１のゲートは端子Ｇ１に接続され、ドレインは端子Ｔ１に接続され、ソースはトランジスタＱ２のソースおよび端子ＣＯＭに接続される。トランジスタＱ２のゲートは端子Ｇ２に接続され、ドレインは端子Ｔ２に接続され、ソースはトランジスタＱ１のソースおよび端子ＣＯＭに接続される。すなわち、トランジスタＱ１，Ｑ２は、端子Ｔ１と端子Ｔ２とを結ぶ経路において、ソースを互いに接続しつつ直列に接続される。
【００２０】
トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれは、ボディダイオードＤＱを有している。ボディダイオードＤＱは、パワーＭＯＳトランジスタの寄生素子である。例えば、トランジスタＱ１において、ボディダイオードＤＱのアノードは、トランジスタＱ１のソースに接続され、ボディダイオードＤＱのカソードは、トランジスタＱ１のドレインに接続される。トランジスタＱ２についても同様である。
【００２１】
図３は、双方向スイッチ１０１の一動作例を表すものである。双方向スイッチ１０１は、端子Ｇ１の電圧および端子Ｇ２の電圧により、４つの動作状態をとりえる。
【００２２】
端子Ｇ１，Ｇ２の電圧がともに低レベル（Ｌ）である場合には、トランジスタＱ１，Ｑ２がともにオフ状態になるので、双方向スイッチ１０１は非導通状態になる。
【００２３】
また、端子Ｇ１の電圧が高レベル（Ｈ）であり、端子Ｇ２の電圧が低レベル（Ｌ）である場合には、トランジスタＱ１がオン状態になり、トランジスタＱ２がオフ状態になる。この場合、双方向スイッチ１０１では、端子Ｔ１および端子Ｔ２を結ぶ経路において、オン状態であるトランジスタＱ１、およびオフ状態であるトランジスタＱ２のボディダイオードＤＱが直列に接続されるので、双方向スイッチ１０１は、ダイオードとして動作する。すなわち、双方向スイッチ１０１の端子Ｔ１がダイオードのアノードに対応し、双方向スイッチ１０１の端子Ｔ２がダイオードのカソードに対応する。よって、電流は、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向かって流れることができる。
【００２４】
また、端子Ｇ１の電圧が低レベル（Ｌ）であり、端子Ｇ２の電圧が高レベル（Ｈ）である場合には、トランジスタＱ１がオフ状態になり、トランジスタＱ２がオン状態になる。この場合、双方向スイッチ１０１では、端子Ｔ１および端子Ｔ２を結ぶ経路において、オフ状態であるトランジスタＱ１のボディダイオードＤＱ、およびオン状態であるトランジスタＱ２が直列に接続されるので、双方向スイッチ１０１はダイオードとして動作する。すなわち、双方向スイッチ１０１の端子Ｔ１がダイオードのカソードに対応し、双方向スイッチ１０１の端子Ｔ２がダイオードのアノードに対応する。よって、電流は、端子Ｔ２から端子Ｔ１に向かって流れることができる。
【００２５】
そして、端子Ｇ１，Ｇ２の電圧がともに高レベル（Ｈ）である場合には、トランジスタＱ１，Ｑ２がともにオン状態になるので、双方向スイッチ１０１は、双方向において導通状態になる。
【００２６】
図４は、双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮの他の具体例である双方向スイッチ１０２を表すものである。双方向スイッチ１０２は、トランジスタＱ１１，Ｑ１２を有している。トランジスタＱ１１，Ｑ１２のそれぞれは、逆阻止ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。トランジスタＱ１１のゲートは端子Ｇ１に接続され、コレクタは端子Ｔ１に接続され、エミッタは端子Ｔ２に接続される。トランジスタＱ１２のゲートは端子Ｇ２に接続され、コレクタは端子Ｔ２に接続され、エミッタは端子Ｔ１に接続される。すなわち、トランジスタＱ１１，Ｑ１２は、端子Ｔ１と端子Ｔ２とを結ぶ経路において、並列に接続される。この双方向スイッチ１０２の動作は、双方向スイッチ１０１の動作（図３）と同様である。
【００２７】
具体的には、例えば、端子Ｇ１，Ｇ２の電圧がともに低レベル（Ｌ）である場合には、トランジスタＱ１１，Ｑ１２がともにオフ状態になるので、双方向スイッチ１０２は非導通状態になる。
【００２８】
また、端子Ｇ１の電圧が高レベル（Ｈ）であり、端子Ｇ２の電圧が低レベル（Ｌ）である場合には、トランジスタＱ１１がオン状態になり、トランジスタＱ１２がオフ状態になる。この場合には、双方向スイッチ１０２は、オン状態であるトランジスタＱ１１のエミッタ側のＰＮ接合により、ダイオードとして動作する。すなわち、双方向スイッチ１０２の端子Ｔ１がダイオードのアノードに対応し、双方向スイッチ１０２の端子Ｔ２がダイオードのカソードに対応する。よって、電流は、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向かって流れることができる。
【００２９】
端子Ｇ１の電圧が低レベル（Ｌ）であり、端子Ｇ２の電圧が高レベル（Ｈ）である場合には、トランジスタＱ１１がオフ状態になり、トランジスタＱ１２がオン状態になる。この場合には、双方向スイッチ１０２は、オン状態であるトランジスタＱ１２のエミッタ側のＰＮ接合により、ダイオードとして動作する。すなわち、双方向スイッチ１０２の端子Ｔ１がダイオードのカソードに対応し、双方向スイッチ１０２の端子Ｔ２がダイオードのアノードに対応する。よって、電流は、端子Ｔ２から端子Ｔ１に向かって流れることができる。
【００３０】
また、端子Ｇ１，Ｇ２の電圧がともに高レベル（Ｈ）である場合には、トランジスタＱ１１，Ｑ１２がともにオン状態になるので、双方向スイッチ１０２は、双方向において導通状態になる。
【００３１】
以下では、図２に示した双方向スイッチ１０１を用いて双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮを構成した例で説明する。この場合の電力変換装置１の一構成例を図５に示す。なお、この図５では、ボディダイオードＤＱの図示を省いている。双方向スイッチＲＰはトランジスタＲＰ１，ＲＰ２を有し、双方向スイッチＲＮはトランジスタＲＮ１，ＲＮ２を有し、双方向スイッチＳＰはトランジスタＳＰ１，ＳＰ２を有し、双方向スイッチＳＮはトランジスタＳＮ１，ＳＮ２を有し、双方向スイッチＴＰはトランジスタＴＰ１，ＴＰ２を有し、双方向スイッチＴＮはトランジスタＴＮ１，ＴＮ２を有する。双方向スイッチＲＰにおいて、トランジスタＲＰ１はスイッチング制御信号ＳＲＰ１に基づいて動作し、トランジスタＲＰ２はスイッチング制御信号ＳＲＰ２に基づいて動作する。双方向スイッチＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮについても同様である。
【００３２】
トランスＴＲ１（図１）は、１次側巻線Ｗ１および２次側巻線Ｗ２を有し、１次側巻線Ｗ１に接続された１次側回路と２次側巻線Ｗ２に接続された２次側回路とを互いに絶縁するとともに、１次側回路から供給された交流電力を２次側回路に供給するように構成される。１次側巻線Ｗ１の一端はマトリクスコンバータ２０の出力端子Ｔ２１に接続され、他端はマトリクスコンバータ２０の出力端子Ｔ２２に接続される。２次側巻線Ｗ２の一端はダイオードＤ１のアノードおよびダイオードＤ２のカソードに接続され、他端はダイオードＤ３のアノードおよびダイオードＤ４のカソードに接続される。
【００３３】
ダイオードＤ１〜Ｄ４は、トランスＴＲ１から供給された交流電圧に対して整流動作を行う整流回路を構成する。ダイオードＤ１のアノードはトランスＴＲ１の２次側巻線Ｗ２の一端およびダイオードＤ２のカソードに接続され、カソードはインダクタＬ４に接続される。ダイオードＤ２のアノードは電力変換装置１の出力端子ＴＯＮに接続され、カソードはトランスＴＲ１の２次側巻線Ｗ２の一端およびダイオードＤ１のアノードに接続される。ダイオードＤ３のアノードはトランスＴＲ１の２次側巻線Ｗ２の他端およびダイオードＤ４のカソードに接続され、カソードはインダクタＬ４に接続される。ダイオードＤ４のアノードは電力変換装置１の出力端子ＴＯＮに接続され、カソードはトランスＴＲ１の２次側巻線Ｗ２の他端およびダイオードＤ３のアノードに接続される。
【００３４】
インダクタＬ４およびキャパシタＣ４は、ダイオードＤ１〜Ｄ４により整流された電圧を平滑化する平滑化回路を構成する。インダクタＬ４の一端はダイオードＤ１，Ｄ３のカソードに接続され、他端はキャパシタＣ４の一端および電力変換装置１の出力端子ＴＯＰに接続される。キャパシタＣ４の一端は、インダクタＬ４の他端および電力変換装置１の出力端子ＴＯＰに接続され、他端は電力変換装置１の出力端子ＴＯＮに接続される。
【００３５】
制御部１０は、電力変換装置１の動作を制御するように構成される。具体的には、制御部１０は、入力端子ＴＶＲにおける電圧ＶＲ、入力端子ＴＶＳにおける電圧ＶＳ、入力端子ＴＶＴにおける電圧ＶＴ、出力端子ＴＯＰにおける電圧ＶＯＰ、および出力端子ＴＯＮにおける電圧ＶＯＮに基づいて、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）を用いて、１２個のスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２，ＳＲＮ１，ＳＲＮ２，ＳＳＰ１，ＳＳＰ２，ＳＳＮ１，ＳＳＮ２，ＳＴＰ１，ＳＴＰ２，ＳＴＮ１，ＳＴＮ２を生成する。例えば、制御部１０は、図５に示したように、双方向スイッチＲＰの端子ＣＯＭ＿ＲＰでの電圧を基準とするスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２を生成し、生成したスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２を双方向スイッチＲＰに供給する。双方向スイッチＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮについても同様である。
【００３６】
ここで、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３は、本開示における「第１の入力端子、第２の入力端子、および第３の入力端子」の一具体例に対応する。出力端子Ｔ２１，Ｔ２２は、本開示における「第１の出力端子および第２の出力端子」の一具体例に対応する。双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮは、本開示における「第１の双方向スイッチ」、「第２の双方向スイッチ」、「第３の双方向スイッチ」、「第４の双方向スイッチ」、「第５の双方向スイッチ」、および「第６の双方向スイッチ」の一具体例に対応する。トランジスタＲＰ１，ＲＰ２，ＲＮ１，ＲＮ２，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＮ１，ＳＮ２，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＮ１，ＴＮ２は、本開示における「１２個のスイッチング素子」の一具体例に対応する。制御部１０は、本開示における「制御部」の一具体例に対応する。ダイオードＤ１〜Ｄ４、インダクタＬ４、およびキャパシタＣ４は、本開示における「整流平滑回路」の一具体例に対応する。
【００３７】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の電力変換装置１の動作および作用について説明する。
【００３８】
（全体動作概要）
まず、図５を参照して、電力変換装置１の全体動作概要を説明する。インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３およびキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、３相電源信号に含まれる高周波成分を除去する。双方向スイッチＲＰはスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２に基づいて動作し、双方向スイッチＲＮはスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２に基づいて動作し、双方向スイッチＳＰはスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２に基づいて動作し、双方向スイッチＳＮはスイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２に基づいて動作し、双方向スイッチＴＰはスイッチング制御信号ＳＴＰ１，ＳＴＰ２に基づいて動作し、双方向スイッチＴＮはスイッチング制御信号ＳＴＮ１，ＳＴＮ２に基づいて動作する。トランスＴＲ１は、１次側巻線Ｗ１に接続された１次側回路と２次側巻線Ｗ２に接続された２次側回路とを互いに絶縁するとともに、１次側回路から供給された交流電力を２次側回路に供給する。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、トランスＴＲ１から供給された交流電圧に対して整流動作を行う。インダクタＬ４およびキャパシタＣ４は、ダイオードＤ１〜Ｄ４により整流された電圧を平滑化する。制御部１０は、入力端子ＴＶＲにおける電圧ＶＲ、入力端子ＴＶＳにおける電圧ＶＳ、入力端子ＴＶＴにおける電圧ＶＴ、出力端子ＴＯＰにおける電圧ＶＯＰ、および出力端子ＴＯＮにおける電圧ＶＯＮに基づいて、１２個のスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２，ＳＲＮ１，ＳＲＮ２，ＳＳＰ１，ＳＳＰ２，ＳＳＮ１，ＳＳＮ２，ＳＴＰ１，ＳＴＰ２，ＳＴＮ１，ＳＴＮ２を生成する。
【００３９】
（詳細動作）
図６は、電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は入力端子ＴＶＲ，ＴＶＳ，ＴＶＴにおける電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの波形をそれぞれ示し、（Ｂ），（Ｃ）はスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２の波形をそれぞれ示し、（Ｄ），（Ｅ）はスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２の波形をそれぞれ示し、（Ｆ），（Ｇ）はスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２の波形をそれぞれ示し、（Ｈ），（Ｉ）はスイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２の波形をそれぞれ示し、（Ｊ），（Ｋ）はスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２の波形をそれぞれ示し、（Ｌ），（Ｍ）はスイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２の波形をそれぞれ示す。この図６は、３相電源信号（電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ）の１周期に対応する期間における波形を示している。電力変換装置１では、３相電源信号の１周期に対応する期間は、６つの期間Ｐ１〜Ｐ６に区分される。この図６（Ｂ）〜（Ｍ）では、説明の便宜上、期間Ｐ１におけるあるタイミングでの波形を時間軸方向に拡大して描いている。期間Ｐ２〜Ｐ６についても同様である。
【００４０】
電力変換装置１では、この６つの期間Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれにおいて、６つの双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮに含まれる１２個のトランジスタＲＰ１，ＲＰ２，ＲＮ１，ＲＮ２，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＮ１，ＳＮ２，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＮ１，ＴＮ２のうちの２個トランジスタがオン状態を維持するように動作する。そして、電力変換装置１では、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２に現れる単相交流信号の１周期（スイッチング周期ＰＳＷ）に対応する時間ＴＳＷにおいて、これらの１２個のトランジスタのうちの残りの１０個のトランジスタのそれぞれが、１回オンオフするように動作する。具体的には、例えば期間Ｐ１においてトランジスタＳＰ２，ＳＮ１がオン状態を維持し（図６（Ｇ），（Ｈ））、期間Ｐ２においてトランジスタＲＰ１，ＲＮ２がオン状態を維持し（図６（Ｂ），（Ｅ））、期間Ｐ３においてトランジスタＴＰ２，ＴＮ１がオン状態を維持し（図６（Ｋ），（Ｌ））、期間Ｐ４においてトランジスタＳＰ１，ＳＮ２がオン状態を維持し（図６（Ｆ），（Ｉ））、期間Ｐ５においてトランジスタＲＰ２，ＲＮ１がオン状態を維持し（図６（Ｃ），（Ｄ））、期間Ｐ６においてトランジスタＴＰ１，ＴＮ２がオン状態を維持する（図６（Ｊ），（Ｍ））。
【００４１】
また、電力変換装置１では、６つの期間Ｐ１〜Ｐ６において、１２個のトランジスタの動作が入れ替わるように動作する。具体的には、例えば、期間Ｐ１におけるスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２，ＳＲＮ１，ＳＲＮ２（図６（Ｂ）〜（Ｅ））は、期間Ｐ２におけるスイッチング制御信号ＳＴＮ１，ＳＴＮ２，ＳＴＰ１，ＳＴＰ２（図６（Ｊ）〜（Ｍ））とそれぞれ対応する。すなわち、期間Ｐ１における電圧ＶＲおよび期間Ｐ２における電圧ＶＴは、互いに極性が異なり絶対値が同じ電圧であるので、期間Ｐ１におけるスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２は、期間Ｐ２におけるスイッチング制御信号ＳＴＮ１，ＳＴＮ２とそれぞれ対応し、期間Ｐ１におけるスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２は、期間Ｐ２におけるスイッチング制御信号ＳＴＰ１，ＳＴＰ２とそれぞれ対応する。同様に、例えば、期間Ｐ１におけるスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２，ＳＳＮ１，ＳＳＮ２（図６（Ｆ）〜（Ｉ））は、期間Ｐ２におけるスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２，ＳＲＰ１，ＳＲＰ２（図６（Ｂ）〜（Ｅ））とそれぞれ対応し、期間Ｐ１におけるスイッチング制御信号ＳＴＰ１，ＳＴＰ２，ＳＴＮ１，ＳＴＮ２（図６（Ｊ）〜（Ｍ））は、期間Ｐ２におけるスイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２，ＳＳＰ１，ＳＳＰ２（図６（Ｆ）〜（Ｉ））とそれぞれ対応する。期間Ｐ２〜Ｐ６についても同様である。
【００４２】
例えば、スイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２（図６（Ｂ），（Ｃ））が同時に高レベルになる期間の長さ（時間ｔon）、およびスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２（図６（Ｄ），（Ｅ））が同時に高レベルになる期間の長さ（時間ｔon）は、期間Ｐ１において徐々に大きくなり、期間Ｐ２において時間ＴＳＷの半分（Ｔｓｗ／２）を維持し、期間Ｐ３において徐々に小さくなり、期間Ｐ４において徐々に大きくなり、期間Ｐ５において時間ＴＳＷの半分（Ｔｓｗ／２）を維持し、期間Ｐ６において徐々に小さくなる。期間Ｐ１〜Ｐ３では、スイッチング制御信号ＳＲＰ２のパルス幅がスイッチング制御信号ＳＲＰ１のパルス幅よりも狭く、スイッチング制御信号ＳＲＮ１のパルス幅がスイッチング制御信号ＳＲＮ２のパルス幅よりも狭い。また、期間Ｐ４〜Ｐ６では、スイッチング制御信号ＳＲＰ１のパルス幅がスイッチング制御信号ＳＲＰ２のパルス幅よりも狭く、スイッチング制御信号ＳＲＮ２のパルス幅がスイッチング制御信号ＳＲＮ１のパルス幅よりも狭い。スイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２，ＳＳＮ１，ＳＳＮ２についても同様であり、スイッチング制御信号ＳＴＰ１，ＳＴＰ２，ＳＴＮ１，ＳＴＮ２についても同様である。
【００４３】
図７は、期間Ｐ１におけるあるタイミングでの電力変換装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ），（Ｂ）はスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２の波形をそれぞれ示し、（Ｃ），（Ｄ）はスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２の波形をそれぞれ示し、（Ｅ），（Ｆ）はスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２の波形をそれぞれ示し、（Ｇ），（Ｈ）はスイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２の波形をそれぞれ示し、（Ｉ），（Ｊ）はスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＳＰ２の波形をそれぞれ示し、（Ｋ），（Ｌ）はスイッチング制御信号ＳＳＮ１，ＳＳＮ２の波形をそれぞれ示し、（Ｍ）はトランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１に流れる電流Ｉｐの波形を示す。この例では、各ＰＷＭパルスが時間的に重ならないようにするため、パルス間に時間ｔｄを設けている。
【００４４】
図８Ａ〜８Ｌは、電力変換装置１の動作状態を表すものである。期間Ｐ１では、図６に示したように、電圧ＶＲ，ＶＴは正の電圧であり、電圧ＶＳは負の電圧であるので、図８Ａ，８Ｌでは、このような電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを示す電圧源を記載している。また、図８Ａ〜８Ｌでは、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスを示すインダクタＬｅを図示している。
【００４５】
タイミングｔ１１〜ｔ１２の期間Ｐ１００において、電力変換装置１では、図８Ａに示したように、電流は、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。
【００４６】
そして、タイミングｔ１２において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＳＰ１を高レベルから低レベルに変化させることにより（図７（Ａ），（Ｅ））、トランジスタＲＰ１，ＳＰ１がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１２〜ｔ１３の期間Ｐ１０１において、図８Ｂに示したように、双方向スイッチＲＰが非導通状態になるとともに、双方向スイッチＳＰがダイオードとして動作する。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＰ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れる。すなわち、電流経路を双方向スイッチＳＰから双方向スイッチＴＰに変更することにより、転流を行う。これにより、双方向スイッチＴＰの寄生容量がディスチャージされる。このように、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ，ＴＰに電流が流れるようにすることにより、続く期間Ｐ１０２において、双方向スイッチＳＮのトランジスタＳＮ２、および双方向スイッチＴＰのトランジスタＴＰ２をＺＶＳ（Zero Voltage Switching）動作させることができる。
【００４７】
そして、タイミングｔ１３において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＳＮ２，ＳＴＰ２，ＳＴＮ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図７（Ｈ），（Ｊ），（Ｌ））、トランジスタＳＮ２，ＴＰ２，ＴＮ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１３〜ｔ１４の期間Ｐ１０２において、図８Ｃ，８Ｄに示したように、双方向スイッチＳＮ，ＴＰが導通状態になるとともに、双方向スイッチＴＮがダイオードとして動作する。電圧ＶＴは電圧ＶＳよりも高いが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、まず、図８Ｃに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、導通状態である双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＴＰ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れる。この電流は、図７（Ｍ）に示したように、短時間で“０”（ゼロ）になる。そして、その後に、図８Ｄに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。これにより、図７（Ｍ）に示したように、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１に流れる電流Ｉｐが正電流に変化する。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＴおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加される。このようにして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０２において、１次側回路から２次側回路に電力を伝達する。
【００４８】
この期間Ｐ１０２の前の期間Ｐ１０１（図８Ｂ）において、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ，ＴＰに電流が流れるようにした。この期間Ｐ１０１において、双方向スイッチＳＮでは、オン状態であるトランジスタＳＮ１と、オフ状態であるトランジスタＳＮ２のボディダイオードＤＱとが直列に接続され、双方向スイッチＴＰでは、オン状態であるトランジスタＴＰ１と、オフ状態であるトランジスタＴＰ２のボディダイオードＤＱとが直列に接続される。オフ状態であるトランジスタＳＮ２のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタＳＮ２のボディダイオードＤＱによりクランプされ、オフ状態であるトランジスタＴＰ２のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタＴＰ２のボディダイオードＤＱによりクランプされる。よって、期間Ｐ１０２が開始するタイミングｔ１３において、トランジスタＳＮ２は、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化することができ、トランジスタＴＰ２は、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化することができる。その結果、電力変換装置１では、これらのトランジスタＳＮ２，ＴＰ２をオン状態にする際の電力損失を低減することができる。
【００４９】
そして、タイミングｔ１４において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＴＰ１，ＳＴＰ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図７（Ｉ），（Ｊ））、トランジスタＴＰ１，ＴＰ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１４〜ｔ１５の期間Ｐ１０３において、図８Ｅに示したように、双方向スイッチＴＰが非導通状態になる。これにより、双方向スイッチＴＰに電流が流れなくなるが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、電流は、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮの順に還流する。これにより、高調波パルス電圧は低下する。
【００５０】
そして、タイミングｔ１５において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＲＰ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図７（Ａ），（Ｂ））、トランジスタＲＰ１，ＲＰ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１５〜ｔ１６の期間Ｐ１０４において、図８Ｆに示したように、双方向スイッチＲＰが導通状態になる。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、導通状態である双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が、高調波パルス電圧として印加される。このようにして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０４において、１次側回路から２次側回路に電力を伝達する。
【００５１】
そして、タイミングｔ１６において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＰ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図７（Ｂ））、トランジスタＲＰ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１６〜ｔ１７の期間Ｐ１０５において、図８Ｇに示したように、双方向スイッチＲＰがダイオードとして動作する。これにより、電流は双方向スイッチＲＰに流れなくなるが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、電流が、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮの順に還流する。これにより、高調波パルス電圧は低下する。
【００５２】
そして、タイミングｔ１７において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＮ２，ＳＳＮ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図７（Ｄ），（Ｈ））、トランジスタＲＮ２，ＳＮ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１７〜ｔ１８の期間Ｐ１０６において、図８Ｈに示したように、双方向スイッチＲＮが非導通状態になるとともに、双方向スイッチＳＮがダイオードとして動作する。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＮ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れる。すなわち、電流経路を双方向スイッチＳＮから双方向スイッチＴＮに変更することにより、転流を行う。これにより、双方向スイッチＴＮの寄生容量がディスチャージされる。このように、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ，ＴＮに電流が流れるようにすることにより、続く期間Ｐ１０７において、双方向スイッチＳＰのトランジスタＳＰ１、および双方向スイッチＴＮのトランジスタＴＮ１をＺＶＳ動作させることができる。
【００５３】
そして、タイミングｔ１８において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＴＰ１，ＳＴＮ１を低レベルから高レベルに変化させることにより（図７（Ｅ），（Ｉ），（Ｋ））、トランジスタＳＰ１，ＴＰ１，ＴＮ１がオン状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１８〜ｔ１９の期間Ｐ１０７において、図８Ｉ，８Ｊに示したように、双方向スイッチＳＰ，ＴＮが導通状態になるとともに、双方向スイッチＴＰがダイオードとして動作する。電圧ＶＴは電圧ＶＳよりも高いが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、まず、図８Ｉに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、導通状態である双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＴＮ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れる。この電流は、図７（Ｍ）に示したように、短時間で“０”（ゼロ）になる。そして、その後に、図８Ｊに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＮ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。これにより、図７（Ｍ）に示したように、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１に流れる電流Ｉｐが負電流に変化する。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＴの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加される。このようにして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０７において、１次側回路から２次側回路に電力を伝達する。
【００５４】
この期間Ｐ１０７の前の期間Ｐ１０６（図８Ｈ）において、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ，ＴＮに電流が流れるようにした。この期間Ｐ１０６において、双方向スイッチＳＰでは、オフ状態であるトランジスタＳＰ１のボディダイオードＤＱと、オン状態であるトランジスタＳＰ２とが直列に接続され、双方向スイッチＴＮでは、オフ状態であるトランジスタＴＮ１のボディダイオードＤＱと、オン状態であるトランジスタＴＮ２とが直列に接続される。オフ状態であるトランジスタＳＰ１のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタＳＰ１のボディダイオードＤＱによりクランプされ、オフ状態であるトランジスタＴＮ１のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタＴＮ１のボディダイオードＤＱによりクランプされる。よって、期間Ｐ１０７が開始するタイミングｔ１８において、トランジスタＳＰ１は、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化することができ、トランジスタＴＮ１は、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化することができる。その結果、電力変換装置１では、これらのトランジスタＳＰ１，ＴＮ１をオン状態にする際の電力損失を低減することができる。
【００５５】
そして、タイミングｔ１９において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＴＮ１，ＳＴＮ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図７（Ｋ），（Ｌ））、トランジスタＴＮ１，ＴＮ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ１９〜ｔ２０の期間Ｐ１０８において、図８Ｋに示したように、双方向スイッチＴＮが非導通状態になる。これにより、双方向スイッチＴＮに電流が流れなくなるが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、電流は、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。これにより、高調波パルス電圧は低下する。
【００５６】
そして、タイミングｔ２０において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＮ１，ＳＲＮ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図７（Ｃ），（Ｄ））、トランジスタＲＮ１，ＲＮ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ２０〜ｔ２１の期間Ｐ１０９において、図８Ｌに示したように、双方向スイッチＲＮが導通状態になる。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、導通状態である双方向スイッチＲＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＲの差電圧（負電圧）が、高調波パルス電圧として印加される。このようにして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０９において、１次側回路から２次側回路に電力を伝達する。
【００５７】
そして、タイミングｔ２１において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＮ１を高レベルから低レベルに変化させることにより、トランジスタＲＮ１がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ２１〜ｔ２２の期間Ｐ１００において、図８Ａに示したように、双方向スイッチＲＮがダイオードとして動作する。これにより、電流は双方向スイッチＲＰに流れなくなるが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、電流が、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。これにより、高調波パルス電圧は低下する。
【００５８】
電力変換装置１は、期間Ｐ１において、このような期間Ｐ１００〜Ｐ１０９（図８Ａ〜８Ｌ）の動作を繰り返す。このように、電力変換装置１は、例えば、期間Ｐ１の期間Ｐ１００（図８Ａ）において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行い、期間Ｐ１０１（図８Ｂ）において、双方向スイッチＳＰから双方向スイッチＴＰに電流経路を変更し、期間Ｐ１０２（図８Ｄ）において、正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加する。そして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０３（図８Ｅ）において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行い、期間Ｐ１０４（図８Ｆ）において、双方向スイッチＳＰから双方向スイッチＲＰに電流経路を変更するとともに、正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加する。そして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０５（図８Ｇ）において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行い、期間Ｐ１０６（図８Ｈ）において、双方向スイッチＳＮから双方向スイッチＴＮに電流経路を変更し、期間Ｐ１０７（図８Ｊ）において、負の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加する。そして、電力変換装置１は、期間Ｐ１０８（図８Ｋ）において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行い、双方向スイッチＳＮから双方向スイッチＲＮに電流経路を変更するとともに、負の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加する。
【００５９】
ここで、期間Ｐ１〜Ｐ６は、本開示における「第１の区分期間、第２の区分期間、第３の区分期間、第４の区分期間、第５の区分期間、第６の区分期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１０２は、本開示における「第１の期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１０４は、本開示における「第２の期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１０７は、本開示における「第３の期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１０９は、本開示における「第４の期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１０３は、本開示における「第８の期間」の一具体例に対応する。
【００６０】
図９は、期間Ｐ１および期間Ｐ２の境界付近における電力変換装置１の一動作例を表すものである。図１０Ａ〜１０Ｃは、電力変換装置１の動作状態を表すものである。
【００６１】
タイミングｔ３１〜ｔ３２の期間Ｐ１００において、電力変換装置１では、図８Ａに示したように、電流は、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。
【００６２】
そして、タイミングｔ３２において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＴＰ１を高レベルから低レベルに変化させることにより（図９（Ｅ），（Ｉ））、トランジスタＳＰ１，ＴＰ１がオフ状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ３２〜ｔ３３の期間Ｐ２０１において、図１０Ａに示したように、双方向スイッチＳＰがダイオードとして動作するとともに、双方向スイッチＴＰが非導通状態になる。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ、電源８（電圧ＶＲ）の順に流れる。すなわち、電流経路を双方向スイッチＳＰから双方向スイッチＲＰに変更することにより、転流を行う。これにより、双方向スイッチＲＰの寄生容量がディスチャージされる。このように、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ，ＳＮに電流が流れるようにすることにより、続く期間Ｐ２０１において、双方向スイッチＲＰのトランジスタＲＰ２、および双方向スイッチＳＮのトランジスタＳＮ２をＺＶＳ動作させることができる。
【００６３】
そして、タイミングｔ３３において、制御部１０がスイッチング制御信号ＳＲＰ２，ＳＳＮ２，ＳＴＰ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図９（Ｂ），（Ｈ），（Ｊ））、トランジスタＲＰ２，ＳＮ２，ＴＰ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置１では、タイミングｔ３３〜ｔ３４の期間Ｐ２０２において、図１０Ｂ，１０Ｃに示したように、双方向スイッチＲＰ，ＳＮが導通状態になるとともに、双方向スイッチＴＰがダイオードとして動作する。電圧ＶＲは電圧ＶＳよりも高いが、インダクタＬｅは電流の流れを維持しようとするので、まず、図１０Ｂに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、導通状態である双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＲＰ、電源８（電圧ＶＲ）の順に流れる。この電流は、図９（Ｍ）に示したように、短時間で“０”（ゼロ）になる。そして、その後に、図１０Ｃに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。これにより、図９（Ｍ）に示したように、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１に流れる電流Ｉｐが正電流に変化する。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加される。このようにして、電力変換装置１は、期間Ｐ２０２において、１次側回路から２次側回路に電力を伝達する。
【００６４】
この期間Ｐ２０２の前の期間Ｐ２０１（図１０Ａ）において、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ，ＳＮに電流が流れるようにした。この期間Ｐ２０１において、双方向スイッチＲＰでは、オン状態であるトランジスタＲＰ１と、オフ状態であるトランジスタＲＰ２のボディダイオードＤＱとが直列に接続され、双方向スイッチＳＮでは、オン状態であるトランジスタＳＮ１と、オフ状態であるトランジスタＳＮ２のボディダイオードＤＱとが直列に接続される。オフ状態であるトランジスタＲＰ２のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタＲＰ２のボディダイオードＤＱによりクランプされ、オフ状態であるトランジスタＳＮ２のドレイン・ソース間電圧は、トランジスタＳＮ２のボディダイオードＤＱによりクランプされる。よって、期間Ｐ２０２が開始するタイミングｔ３３において、トランジスタＲＰ２は、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化することができ、トランジスタＳＮ２は、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化することができる。その結果、電力変換装置１では、これらのトランジスタＲＰ２，ＳＮ２をオン状態にする際の電力損失を低減することができる。
【００６５】
これ以降の動作は、期間Ｐ１における動作と同様である。
【００６６】
以上のように、電力変換装置１では、この６つの期間Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれにおいて、６つの双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮに含まれる１２個のトランジスタＲＰ１，ＲＰ２，ＲＮ１，ＲＮ２，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＮ１，ＳＮ２，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＮ１，ＴＮ２のうちの２個トランジスタがオン状態を維持するようにした。そして、電力変換装置１では、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２に現れる単相交流信号の１周期（スイッチング周期ＰＳＷ）に対応する時間ＴＳＷにおいて、これらの１２個のトランジスタのうちの残りの１０個のトランジスタのそれぞれが１回オンオフするようにした。言い換えれば、スイッチング周期ＰＳＷに対応する時間ＴＳＷにおいて、１２個のトランジスタは、１０回オンオフするようにした。これにより、例えば、スイッチング周期ＰＳＷに対応する時間ＴＳＷにおいて１２個のトランジスタのそれぞれが１回オンオフする場合に比べ、スイッチング損失およびドライブ損失を１０／１２に低減することができる。その結果、電力変換装置１では、消費電力を低減することができる。
【００６７】
また、電力変換装置１では、期間Ｐ１内の期間Ｐ１００，Ｐ１０３，Ｐ１０５，Ｐ１０８において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行うようにした。そして、例えば、期間Ｐ１００において還流動作を行った後の期間Ｐ１０１において、双方向スイッチＳＰから双方向スイッチＴＰに電流経路を変更することにより、双方向スイッチＴＰの寄生容量をディスチャージし、続く期間Ｐ１０２において、トランジスタＳＮ２，ＴＰ２がＺＶＳ動作を行うようにした。同様に、例えば、期間Ｐ１０５において還流動作を行った後の期間Ｐ１０６において、双方向スイッチＳＮから双方向スイッチＴＮに電流経路を変更することにより、双方向スイッチＴＮの寄生容量をディスチャージし、続く期間Ｐ１０７において、トランジスタＳＰ１，ＴＮ１がＺＶＳ動作を行うようにした。これにより、電力変換装置１では、例えば、これらのトランジスタＳＮ２，ＴＰ２，ＳＰ１，ＴＮ１を、ドレイン・ソース間電圧がほぼ０Ｖの状態でオフ状態からオン状態に変化させつつ、高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加することができる。その結果、電力変換装置１では、消費電力を低減することができるとともに、ノイズを低減することができる。
【００６８】
［効果］
以上のように本実施の形態では、６つの期間Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれにおいて、１２個のトランジスタのうちの２個トランジスタがオン状態を維持し、スイッチング周期ＰＳＷに対応する時間ＴＳＷにおいて、これらの１２個のトランジスタのうちの残りの１０個のトランジスタのそれぞれが１回オンオフするようにしたので、消費電力を低減することができる。
【００６９】
以上のように本実施の形態では、高調波パルス電圧をトランスに印加する際、トランジスタがＺＶＳ動作を行うようにしたので、消費電力を低減することができるとともに、ノイズを低減することができる。
【００７０】
[変形例１−１]
上記実施の形態では、１つの２次側巻線Ｗ２を有するトランスＴＲ１を用いて電力変換装置１を構成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、図１１に示す電力変換装置１Ａのように、２つの２次側巻線を有するトランスを用いて電力変換装置を構成してもよい。この電力変換装置１Ａは、トランスＴＲ２と、ダイオードＤ５，Ｄ６とを備えている。トランスＴＲ２は、１次側巻線Ｗ１および２次側巻線Ｗ２１，Ｗ２２を有する。２次側巻線Ｗ２１の一端はダイオードＤ５のカソードに接続され、他端は２次側巻線Ｗ２２の一端およびインダクタＬ４に接続される。２次側巻線Ｗ２２の一端は２次側巻線Ｗ２１の他端およびインダクタＬ４に接続され、他端はダイオードＤ６のカソードに接続される。ダイオードＤ５のアノードは電力変換装置１Ａの出力端子ＴＯＮに接続され、カソードはトランスＴＲ２の２次側巻線Ｗ２１の一端に接続される。ダイオードＤ６のアノードは電力変換装置１Ａの出力端子ＴＯＮに接続され、カソードはトランスＴＲ２の２次側巻線Ｗ２２の他端に接続される。インダクタＬ４の一端は、トランスＴＲ２の中間タップ（２次側巻線Ｗ２１の他端および２次側巻線Ｗ２２の一端）に接続される。これにより、整流回路における電圧降下を、ダイオード１つ分にすることができるので、整流回路における電力損失を低減することができる。
【００７１】
[変形例１−２]
上記実施の形態では、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスを利用したが、例えば、図１２に示す電力変換装置１Ｂのように、インダクタＬ５を別に設けてもよい。インダクタＬ５は、マトリクスコンバータ２０の出力端子Ｔ２１と出力端子Ｔ２２との間の経路に設けられる。この例では、インダクタＬ５の一端は出力端子Ｔ２１に接続され、他端はトランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１の一端に接続される。なお、これに限定されるものではなく、例えば、インダクタＬ５の一端をトランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１の他端に接続し、他端を出力端子Ｔ２２に接続してもよい。ここで、インダクタＬ５は、本開示における「インダクタ」の一具体例に対応する。これにより、インダクタＬ５を用いてインダクタンス値を調整することができる。この場合には、例えば、密結合トランスを用いてトランスＴＲ１を構成することができるので、消費電力を低減することができる。すなわち、例えば、粗結合トランスを用いた場合には、トランスＴＲ１に生じる漏れ磁束により渦電流損失が生じてしまうが、密結合トランスを用いることにより、このような渦電流損失が生じるおそれを低減することができる。また、インダクタＬを用いることにより、トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスのばらつきがＺＶＳ動作に与える影響を抑えることができる。
【００７２】
[変形例１−３]
上記実施の形態では、６つの双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮを用いたが、例えば、図１３に示す電力変換装置１Ｃのように、これらの６つの双方向スイッチのそれぞれの両端間にキャパシタを挿設してもよい。この電力変換装置１Ｃは、マトリクスコンバータ２０Ｃを備えている。マトリクスコンバータ２０Ｃは、キャパシタＣ５〜Ｃ１０を有している。キャパシタＣ５は双方向スイッチＲＰの両端間に挿設され、キャパシタＣ６は双方向スイッチＲＮの両端間に挿設され、キャパシタＣ７は双方向スイッチＳＰの両端間に挿設され、キャパシタＣ８は双方向スイッチＳＮの両端間に挿設され、キャパシタＣ９は双方向スイッチＴＰの両端間に挿設され、キャパシタＣ１０は双方向スイッチＴＮの両端間に挿設される。これにより、ＺＶＳ動作において使用される双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮの寄生容量値のばらつきを抑えることができるので、設計精度を高めることができるとともに、ロバスト性を高めることができる。
【００７３】
また、例えば、図１４に示す電力変換装置１Ｄのように、６つの双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮに含まれる１２個のトランジスタＲＰ１，ＲＰ２，ＲＮ１，ＲＮ２，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＮ１，ＳＮ２，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＮ１，ＴＮ２のそれぞれのドレイン・ソース間にキャパシタを挿設してもよい。この電力変換装置１Ｄは、マトリクスコンバータ２０Ｄを備えている。マトリクスコンバータ２０Ｄは、キャパシタＣ１１〜Ｃ２２を有している。キャパシタＣ１１はトランジスタＲＰ１のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１２はトランジスタＲＰ２のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１３はトランジスタＲＮ１のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１４はトランジスタＲＮ２のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１５はトランジスタＳＰ１のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１６はトランジスタＳＰ２のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１７はトランジスタＳＮ１のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１８はトランジスタＳＮ２のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ１９はトランジスタＴＰ１のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ２０はトランジスタＴＰ２のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ２１はトランジスタＴＮ１のドレイン・ソース間に挿設され、キャパシタＣ２２はトランジスタＴＮ２のドレイン・ソース間に挿設される。これにより、これらのキャパシタＣ１１〜Ｃ２２に印加される電圧が片側方向のみになるので、図１３に示した例よりも、設計信頼度を高めることができる。
【００７４】
[変形例１−４]
上記実施の形態では、図２に示したように、トランジスタＱ１がボディダイオードＤＱを有し、トランジスタＱ２がボディダイオードＤＱを含むようにしたが。さらに、トランジスタＱ１とは別に、トランジスタＱ１のソースに接続されたアノードと、トランジスタＱ１のドレインに接続されたカソードとを有するダイオードを設けてもよい。このダイオードの順方向電圧は、トランジスタＱ１のボディダイオードＤＱの順方向電圧よりも小さい。同様に、トランジスタＱ２とは別に、トランジスタＱ２のソースに接続されたアノードと、トランジスタＱ２のドレインに接続されたカソードとを有するダイオードを設けてもよい。このダイオードの順方向電圧は、トランジスタＱ２のボディダイオードＤＱの順方向電圧よりも小さい。
【００７５】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る電力変換装置２について説明する。本実施の形態は、６つの双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮの制御方法を変更したものである。なお、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７６】
図１に示したように、電力変換装置２は、制御部３０を備えている。制御部３０は、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１の制御部１０と同様に、電力変換装置２の動作を制御するように構成される。
【００７７】
電力変換装置２では、上記実施の形態に係る電力変換装置１（図６）と同様に、６つの期間Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれにおいて、６つの双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮに含まれる１２個のトランジスタＲＰ１，ＲＰ２，ＲＮ１，ＲＮ２，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＮ１，ＳＮ２，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＮ１，ＴＮ２のうちの２個トランジスタがオン状態を維持するように動作する。そして、電力変換装置２では、電力変換装置１と同様に、出力端子Ｔ２１，Ｔ２２に現れる単相交流信号の１周期（スイッチング周期ＰＳＷ）に対応する時間ＴＳＷにおいて、これらの１２個のトランジスタのうちの残りの１０個のトランジスタのそれぞれが、１回オンオフするように動作する。また、電力変換装置２では、電力変換装置１と同様に、６つの期間Ｐ１１〜Ｐ１６において、１２個のトランジスタの動作が入れ替わるように動作する。
【００７８】
図１５は、期間Ｐ１１におけるあるタイミングでの電力変換装置２の一動作例を表すものである。図１６Ａ〜１６Ｆは、電力変換装置２の動作状態を表すものである。期間Ｐ１００〜Ｐ１０２，Ｐ１０４〜Ｐ１０７，Ｐ１０９，Ｐ１１０における動作は、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様である。
【００７９】
タイミングｔ４１〜ｔ４２の期間Ｐ１００（図８Ａ）において、電力変換装置２では、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様に、電流は、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。
【００８０】
そして、タイミングｔ４２において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＰ１，ＳＳＰ１を高レベルから低レベルに変化させる（図１５（Ａ），（Ｅ））。これにより、電力変換装置２では、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様に、期間Ｐ１０１（図８Ｂ）において、電流が、電源８（電圧ＶＳ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＰ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れる。そして、双方向スイッチＴＰの寄生容量がディスチャージされる。
【００８１】
そして、タイミングｔ４３において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＳＮ２，ＳＴＰ２，ＳＴＮ２を低レベルから高レベルに変化させる（図１５（Ｈ），（Ｊ），（Ｌ））。これにより、電力変換装置２では、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様に、期間Ｐ１０２において、まず、図８Ｃに示したように、電流が、電源８（電圧ＶＳ）、導通状態である双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＴＰ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れ、その後に、図８Ｄに示したように、電流が、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。その際、双方向スイッチＳＮのトランジスタＳＮ２、および双方向スイッチＴＰのトランジスタＴＰ２はＺＶＳ動作を行う。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＴおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加される。
【００８２】
そして、タイミングｔ４４において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＴＰ１を高レベルから低レベルに変化させることにより（図１５（Ｉ））、トランジスタＴＰ１がオフ状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ４４〜ｔ４５の期間Ｐ１２３において、図１６Ａに示したように、双方向スイッチＴＰがダイオードとして動作する。これにより、電流は、期間Ｐ１０２に引き続き、電源８（電圧ＶＴ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＴおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００８３】
そして、タイミングｔ４５において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＰ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図１５（Ｂ））、トランジスタＲＰ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ４５〜ｔ４６の期間Ｐ１２４において、図１６Ｂに示したように、双方向スイッチＲＰがダイオードとして動作する。電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合（ＶＴ＞ＶＲ）には、電流は、図１６Ｂにおいて実線で示したように、期間Ｐ１２３に引き続き、電源８（電圧ＶＴ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この場合には、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＴおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。電圧ＶＲが電圧ＶＴよりも高い場合（ＶＲ＞ＶＴ）には、電流は、図１６Ｂにおいて破線で示したように、電源８（電圧ＶＲ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この場合には、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。電圧ＶＲ，ＶＴが同程度である場合には、電流は、電源８（電圧ＶＴ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れるとともに、電源８（電圧ＶＲ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この場合には、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲ，ＶＴおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００８４】
そして、タイミングｔ４６において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＴＰ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図１５（Ｊ））、トランジスタＴＰ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ４５〜ｔ４６の期間Ｐ１２５において、図１６Ｃに示したように、双方向スイッチＴＰが非導通状態になる。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００８５】
そして、タイミングｔ４７において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＰ１を低レベルから高レベルに変化させることにより（図１５（Ａ））、トランジスタＲＰ１がオン状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ４７〜ｔ４８の期間Ｐ１０４において、図８Ｆに示したように、双方向スイッチＲＰが導通状態になる。これにより、電流は、期間Ｐ１２５に引き続き、電源８（電圧ＶＲ）、導通状態である双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が、高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００８６】
そして、タイミングｔ４８において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＰ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図１５（Ｂ））、トランジスタＲＰ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ４８〜ｔ４９の期間Ｐ１０５において、図８Ｇに示したように、双方向スイッチＲＰがダイオードとして動作する。そして、電流が、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＮの順に還流する。これにより、高調波パルス電圧は低下する。
【００８７】
そして、タイミングｔ４９において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＮ２，ＳＳＮ２を高レベルから低レベルに変化させる（図１５（Ｄ），（Ｈ））これにより、電力変換装置２では、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様に、期間Ｐ１０６（図８Ｈ）において、電流が、電源８（電圧ＶＳ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＮ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れる。そして、双方向スイッチＴＮの寄生容量がディスチャージされる。
【００８８】
そして、タイミングｔ５０において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＴＰ１，ＳＴＮ１を低レベルから高レベルに変化させる（図１５（Ｅ），（Ｉ），（Ｋ））。これにより、電力変換装置２では、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様に、期間Ｐ１０７において、まず、図８Ｉに示したように、電流が、電源８（電圧ＶＳ）、導通状態である双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＴＮ、電源８（電圧ＶＴ）の順に流れ、その後に、図８Ｊに示したように、電流が、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＮ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。その際、双方向スイッチＳＰのトランジスタＳＰ１、および双方向スイッチＴＮのトランジスタＴＮ１はＺＶＳ動作を行う。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＴの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加される。
【００８９】
そして、タイミングｔ５１において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＴＮ２を高レベルから低レベルに変化させることにより（図１５（Ｌ））、トランジスタＴＮ２がオフ状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ５１〜ｔ５２の期間Ｐ１２８において、図１６Ｄに示したように、双方向スイッチＴＮがダイオードとして動作する。これにより、電流は、期間Ｐ１０７に引き続き、電源８（電圧ＶＴ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＴの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００９０】
そして、タイミングｔ５２において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＮ１を低レベルから高レベルに変化させることにより（図１５（Ｃ））、トランジスタＲＮ１がオン状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ５２〜ｔ５３の期間Ｐ１２９において、図１６Ｅに示したように、双方向スイッチＲＮがダイオードとして動作する。電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合（ＶＴ＞ＶＲ）には、電流は、図１６Ｅにおいて実線で示したように、期間Ｐ１２８に引き続き、電源８（電圧ＶＴ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この場合には、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＴの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。電圧ＶＲが電圧ＶＴよりも高い場合（ＶＲ＞ＶＴ）には、電流は、図１６Ｅにおいて破線で示したように、電源８（電圧ＶＲ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この場合には、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＲの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。電圧ＶＲ，ＶＴが同程度である場合には、電流は、電源８（電圧ＶＴ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＴＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れるとともに、電源８（電圧ＶＲ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この場合には、トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＲ，ＶＴの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００９１】
そして、タイミングｔ５３において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＴＮ１を高レベルから低レベルに変化させることにより（図１５（Ｋ））、トランジスタＴＮ１がオフ状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ５３〜ｔ５４の期間Ｐ１３０において、図１６Ｆに示したように、双方向スイッチＴＮが非導通状態になる。これにより、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＲの差電圧（負電圧）が高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００９２】
そして、タイミングｔ５４において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＮ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図１５（Ｄ））、トランジスタＲＮ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ５４〜ｔ５５の期間Ｐ１０９において、図８Ｌに示したように、双方向スイッチＲＮが導通状態になる。これにより、電流は、期間Ｐ１３０に引き続き、電源８（電圧ＶＲ）、導通状態である双方向スイッチＲＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＳおよび電圧ＶＲの差電圧（負電圧）が、高調波パルス電圧として印加され続ける。
【００９３】
そして、タイミングｔ５５において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＮ１を高レベルから低レベルに変化させることにより（図１５（Ｃ））、トランジスタＲＮ１がオフ状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ５５〜ｔ５６の期間Ｐ１００において、図８Ａに示したように、双方向スイッチＲＮがダイオードとして動作する。そして、電流が、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。これにより、高調波パルス電圧は低下する。
【００９４】
電力変換装置２は、期間Ｐ１１において、このような期間Ｐ１００〜Ｐ１０２，Ｐ１２３〜Ｐ１２５，Ｐ１０４〜Ｐ１０７，Ｐ１２８〜Ｐ１３０，Ｐ１０９（図８Ａ〜８Ｌ）の動作を繰り返す。このように、電力変換装置２は、例えば、期間Ｐ１１の期間Ｐ１００（図８Ａ）において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行い、期間Ｐ１０１（図８Ｂ）において、双方向スイッチＳＰから双方向スイッチＴＰに電流経路を変更し、期間Ｐ１０２，Ｐ１２３〜Ｐ１２５，Ｐ１０４（図８Ｄ，１６Ａ〜１６Ｃ，８Ｆ）において、正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加する。そして、電力変換装置２は、期間Ｐ１０５（図８Ｇ）において、双方向スイッチＳＰ，ＳＮ（レグＬＳ）に電流を流すことにより還流動作を行い、期間Ｐ１０６（図８Ｈ）において、双方向スイッチＳＮから双方向スイッチＴＮに電流経路を変更し、期間Ｐ１０７，Ｐ１２８〜Ｐ１３０，Ｐ１０９（図８Ｊ，１６Ｄ〜１６Ｆ，８Ｌ）において、負の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加する。
【００９５】
ここで、期間Ｐ１１〜Ｐ１６は、本開示における「第１の区分期間、第２の区分期間、第３の区分期間、第４の区分期間、第５の区分期間、第６の区分期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１２３は、本開示における「第５の期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１２４は、本開示における「第６の期間」の一具体例に対応する。期間Ｐ１２７は、本開示における「第７の期間」の一具体例に対応する。
【００９６】
図１７は、期間Ｐ１１および期間Ｐ１２の境界付近における電力変換装置２の一動作例を表すものである。
【００９７】
タイミングｔ６１〜ｔ６２の期間Ｐ１００において、電力変換装置２では、図８Ａに示したように、電流は、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＳＰの順に還流する。
【００９８】
そして、タイミングｔ６２において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＳＰ１，ＳＴＰ１を高レベルから低レベルに変化させる（図１７（Ｅ），（Ｉ））。これにより、電力変換装置２では、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１と同様に、期間Ｐ２０１（図１０Ａ）において、電流が、電源８（電圧ＶＳ）、ダイオードとして動作する双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、ダイオードとして動作する双方向スイッチＲＰ、電源８（電圧ＶＲ）の順に流れる。そして、双方向スイッチＲＰの寄生容量がディスチャージされる。
【００９９】
そして、タイミングｔ６３において、制御部３０がスイッチング制御信号ＳＲＰ２，ＳＳＮ２，ＳＴＰ２を低レベルから高レベルに変化させることにより（図１７（Ｂ），（Ｈ），（Ｊ））、トランジスタＲＰ２，ＳＮ２，ＴＰ２がオン状態になる。これにより、電力変換装置２では、タイミングｔ６３〜ｔ６４の期間Ｐ２０２において、図１０Ｂ，１０Ｃに示したように、双方向スイッチＲＰ，ＳＮが導通状態になるとともに、双方向スイッチＴＰがダイオードとして動作する。これにより、まず、図１０Ｂに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＳ）、導通状態である双方向スイッチＳＮ、トランスＴＲ１、導通状態である双方向スイッチＲＰ、電源８（電圧ＶＲ）の順に流れ、その後に、図１０Ｃに示したように、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。その際、双方向スイッチＳＮのトランジスタＳＮ２、および双方向スイッチＴＰのトランジスタＴＰ２はＺＶＳ動作を行う。トランスＴＲ１の１次側巻線Ｗ１には、電圧ＶＲおよび電圧ＶＳの差電圧（正電圧）が高調波パルス電圧として印加される。
【０１００】
これ以降の動作は、期間Ｐ１における動作と同様である。
【０１０１】
電力変換装置２では、例えば、期間Ｐ１１の期間Ｐ１０２（図８Ｄ）において正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加し始めた後、順次、トランジスタＴＰ１をオフ状態にし（図１６Ａ）、トランジスタＲＰ２をオン状態にし（図１６Ｂ）、トランジスタＴＰ２をオフ状態にし（図１６Ｃ）、トランジスタＲＰ１をオン状態にした（図８Ｆ）。すなわち、例えば、上記第１の実施の形態に係る電力変換装置１（図７）では、期間Ｐ１０２（図８Ｄ）において正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加した後、まずトランジスタＴＰ１，ＴＰ２をオフ状態し（図８Ｅ）、次にトランジスタＲＰ１，ＲＰ２をオン状態にしたが（図８Ｆ）、電力変換装置２では、１つずつトランジスタの状態を切り替えるようにした。これにより、電力変換装置２では、電力損失を抑えるとともに、ノイズを低減することができる。以下に、第１の実施の形態に係る電力変換装置１と対比して、電力変換装置２の動作について詳細に説明する。
【０１０２】
図１８Ａ〜１８Ｅは、期間Ｐ１０２，Ｐ１２３〜Ｐ１２５，Ｐ１０４における電力変換装置２の動作状態をより具体的に表すものである。この図１８Ａ〜１８Ｅは、双方向スイッチＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮに含まれるトランジスタの動作状態をそれぞれ図示している。また、双方向スイッチＲＰにおけるトランジスタＲＰ１，ＲＰ２のドレイン・ソース間の寄生キャパシタンスを示す容量素子を図示するとともに、双方向スイッチＴＰにおけるトランジスタＴＰ１，ＴＰ２のドレイン・ソース間の寄生キャパシタンスを示す容量素子を図示している。なお、説明の便宜上、双方向スイッチＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＮに含まれるトランジスタの寄生キャパシタンスについては、図示を省略している。
【０１０３】
まず、電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合（ＶＴ＞ＶＲ）について説明する。
【０１０４】
期間Ｐ１０２（図１８Ａ）では、電流は、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この期間Ｐ１０２では、双方向スイッチＴＰにおいて、電流は、オン状態であるトランジスタＴＰ２、およびオン状態であるトランジスタＴＰ１に流れる。
【０１０５】
期間Ｐ１２３（図１８Ｂ）では、トランジスタＴＰ１がオフ状態になり、電流は、期間Ｐ１０２に引き続き、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このとき、双方向スイッチＴＰにおいて、電流は、オン状態であるトランジスタＴＰ２、およびオフ状態であるトランジスタＴＰ１のボディダイオードＤＱに流れる。このようにトランジスタＴＰ１がターンオフしたとき、トランジスタＴＰ１のドレイン・ソース間の電圧の変化は十分に小さいので、トランジスタＴＰ１のターンオフ損失は十分に低い。この期間Ｐ１０２では、双方向スイッチＲＰにおいて、トランジスタＲＰ１，ＲＰ２はともにオフ状態である。
【０１０６】
期間Ｐ１２４（図１８Ｃ）では、トランジスタＲＰ２がオン状態になる。この例では、電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高いので、電流は、図１８Ｃにおいて実線で示したように、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このようにトランジスタＲＰ２がターンオンしたとき、トランジスタＲＰ２のドレイン・ソース間の電圧の変化は十分に小さいので、トランジスタＲＰ２のターンオン損失は十分に低い。
【０１０７】
期間Ｐ１２５（図１８Ｄ）では、トランジスタＴＰ２がオフ状態になり、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このとき、双方向スイッチＲＰにおいて、電流は、オン状態であるトランジスタＲＰ２、およびオフ状態であるトランジスタＲＰ１のボディダイオードＤＱに流れる。このようにトランジスタＴＰ２がターンオフしたとき、トランジスタＴＰ２のドレイン・ソース間の電圧は“ＶＴ−ＶＲ”だけ変化する。よって、トランジスタＴＰ２の寄生キャパシタンスでは、この電圧の変化に応じた電荷が充放電されるので、トランジスタＴＰ２にターンオフ損失が生じる。
【０１０８】
期間Ｐ１０４（図１８Ｅ）では、トランジスタＲＰ１がオン状態になり、電流は、期間Ｐ１２５に引き続き、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このとき、双方向スイッチＲＰにおいて、電流は、オン状態であるトランジスタＲＰ２、およびオン状態であるトランジスタＲＰ１に流れる。このようにトランジスタＲＰ１がターンオンしたときのトランジスタＲＰ１のドレイン・ソース間の電圧の変化は十分に小さいので、トランジスタＲＰ１のターンオン損失は十分に低い。
【０１０９】
次に、電圧ＶＲが電圧ＶＴよりも高い場合（ＶＲ＞ＶＴ）について説明する。期間Ｐ１０２（図１８Ａ）および期間Ｐ１０３（図１８Ｂ）については、電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合と同様である。
【０１１０】
期間Ｐ１２４（図１８Ｃ）では、トランジスタＲＰ２がオン状態になる。この例では、電圧ＶＲが電圧ＶＴよりも高いので、電流は、図１８Ｃにおいて破線で示したように、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このようにトランジスタＲＰ２がターンオンしたとき、トランジスタＲＰ２のドレイン・ソース間の電圧は“ＶＲ−ＶＴ”だけ変化する。よって、トランジスタＲＰ２は、この電圧の変化に応じた電荷がチャージされるので、トランジスタＲＰ２にターンオン損失が生じる。
【０１１１】
期間Ｐ１２５（図１８Ｄ）では、トランジスタＴＰ２がオフ状態になり、電流は、期間Ｐ１２４に引き続き、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このようにトランジスタＴＰ２がターンオフしたとき、双方向スイッチＴＰの両端間の電圧差は変化しないので、トランジスタＴＰ２のターンオフ損失は十分に低い。期間Ｐ１０４（図１８Ｅ）については、電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合と同様である。
【０１１２】
このように、電力変換装置２では、電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合には、トランジスタＴＰ２にターンオフ損失が生じ、電圧ＶＲが電圧ＶＴよりも高い場合には、トランジスタＲＰ２にターンオン損失が生じる。
【０１１３】
図１９Ａ〜１９Ｃは、第１の実施の形態に係る電力変換装置１の動作状態を具体的に表すものである。この図１９Ａ〜１９Ｃは、期間Ｐ１０２〜Ｐ１０４における動作状態を具体的に示している。
【０１１４】
期間Ｐ１０２（図１９Ａ）では、電流は、電源８（電圧ＶＴ）、双方向スイッチＴＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。この期間Ｐ１０２では、双方向スイッチＴＰにおいて、電流は、オン状態であるトランジスタＴＰ２、およびオン状態であるトランジスタＴＰ１に流れる。
【０１１５】
期間Ｐ１０３（図１９Ｂ）では、トランジスタＴＰ１，ＴＰ２がオフ状態になり、電流は、双方向スイッチＳＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮの順に還流する。このようにトランジスタＴＰ１，ＴＰ２がターンオフしたとき、トランジスタＴＰ１のドレイン・ソース間の電圧の変化は十分に小さいので、トランジスタＴＰ１のターンオフ損失は十分に低い。しかしながら、トランジスタＴＰ２のドレイン・ソース間の電圧は“ＶＴ−ＶＳ”だけ変化する。よって、トランジスタＴＰ２の寄生キャパシタンスでは、この電圧の変化に応じた電荷が充放電されるので、トランジスタＴＰ２にターンオフ損失が生じる。
【０１１６】
期間Ｐ１０４（図１９Ｃ）では、トランジスタＲＰ１，ＲＰ２がオン状態になり、電流は、電源８（電圧ＶＲ）、双方向スイッチＲＰ、トランスＴＲ１、双方向スイッチＳＮ、電源８（電圧ＶＳ）の順に流れる。このようにトランジスタＲＰ１，ＲＰ２がターンオンしたとき、トランジスタＲＰ１のドレイン・ソース間の電圧の変化は十分に小さいので、トランジスタＲＰ１のターンオフ損失は十分に低い。しかしながら、トランジスタＲＰ２のドレイン・ソース間の電圧は“ＶＲ−ＶＳ”だけ変化する。よって、トランジスタＲＰ２の寄生キャパシタンスでは、この電圧の変化に応じた電荷が充放電されるので、トランジスタＲＰ２にターンオン損失が生じる。
【０１１７】
このように、上記実施の形態に係る電力変換装置１では、トランジスタＴＰ２に電圧“ＶＴ−ＶＳ”の変化に応じたターンオフ損失が生じ、トランジスタＲＰ２に電圧“ＶＲ−ＶＳ”ターンオン損失が生じる。
【０１１８】
一方、本実施の形態に係る電力変換装置２では、電圧ＶＴが電圧ＶＲよりも高い場合には、トランジスタＴＰ２に電圧“ＶＴ−ＶＲ”の変化に応じたターンオフ損失が生じる。例えば、期間Ｐ１，Ｐ１１では、電圧“ＶＴ−ＶＳ”の平均値は１．６２×Ｖ０［Ｖ］であり、電圧“ＶＴ−ＶＲ”の平均値は０．４３×Ｖ０［Ｖ］である。ここで、電圧Ｖ０は、電圧ＶＡ，ＶＢ，ＶＣのピーク電圧である。よって、電力変換装置２では、上記実施の形態に係る電力変換装置１に比べて、トランジスタＴＰ２のターンオフ損失を約０．２７（＝０．４３／１．６２）に低減することができる。
【０１１９】
同様に、電力変換装置２では、電圧ＶＲが電圧ＶＴよりも高い場合には、トランジスタＲＰ２に電圧“ＶＲ−ＶＴ”の変化に応じたターンオン損失が生じる。電力変換装置２では、同様に、上記実施の形態に係る電力変換装置１に比べて、トランジスタＲＰ２のターンオン損失を約０．２７に低減することができる。
【０１２０】
このように、電力変換装置２では、期間Ｐ１１の期間Ｐ１０２において正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加し始めた後、順次、トランジスタＴＰ１をオフ状態にし、トランジスタＲＰ２をオン状態にし、トランジスタＴＰ２をオフ状態にし、トランジスタＲＰ１をオン状態にするようにした。これにより、期間Ｐ１１において、トランジスタＴＰ２のターンオフ損失およびトランジスタＲＰ２のターンオン損失を低減することができる。他の期間Ｐ１２〜Ｐ１６についても同様である。その結果、電力変換装置２では、消費電力を低減することができる。
【０１２１】
また、電力変換装置２では、このように、トランジスタＴＰ２のターンオフ時におけるトランジスタＴＰ２のドレイン・ソース間の電圧変化を抑え、トランジスタＲＰ２のターンオン時における、トランジスタＲＰ２のドレイン・ソース間の電圧変化を抑えるようにしたので、ノイズを抑えることができる。すなわち、トランジスタのドレイン・ソース間の電圧変化が大きい場合には、トランジスタの寄生キャパシタンスにおける充放電電流が多くなり、このような充放電電流の高周波成分が、例えばトランスＴＲ１の漏れインダクタンスなどと共振することにより、高周波のノイズが生じるおそれがある。電力変換装置２では、トランジスタＴＰ２のターンオフ時や、トランジスタＲＰ２のターンオン時におけるドレイン・ソース間の電圧変化を抑えることができるので、トランジスタの寄生キャパシタンスにおける充放電電流を低減することができる。その結果、電力変換装置２では、ノイズを低減することができる。
【０１２２】
以上のように本実施の形態では、例えば、期間Ｐ１１の期間Ｐ１０２において正の高調波パルス電圧をトランスＴＲ１に印加し始めた後、順次、トランジスタＴＰ１をオフ状態にし、トランジスタＲＰ２をオン状態にし、トランジスタＴＰ２をオフ状態にし、トランジスタＲＰ１をオン状態にするようにした。これにより、消費電力を低減することができるとともに、ノイズを低減することができる。
【０１２３】
［変形例２］
上記実施の形態に係る電力変換装置２に、上記第１の実施の形態の各変形例を適用してもよい。
【０１２４】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【０１２５】
例えば、上記実施の形態等では、本技術に係るマトリクスコンバータをＡＣ／ＤＣ変換装置に適用したが、これに限定されるものではない。このマトリクスコンバータは、例えばモータ制御など、様々な用途に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ２…電力変換装置、８…電源、９…負荷、１０，３０…制御部、２０，２０Ｃ，２０Ｄ…マトリクスコンバータ、１０１，１０２…双方向スイッチ、Ｃ１〜Ｃ２２…キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ…レグ、Ｌ１〜Ｌ５…インダクタ、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１，Ｑ１２…トランジスタ、ＲＰ，ＲＮ，ＳＰ，ＳＮ，ＴＰ，ＴＮ…双方向スイッチ、ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＮ１，ＲＮ２，ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＮ１，ＳＮ２，ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＮ１，ＴＮ２…トランジスタ、ＳＲＰ１，ＳＲＰ２，ＳＲＮ１，ＳＲＮ２，ＳＳＰ１，ＳＳＰ２，ＳＳＮ１，ＳＳＮ２，ＳＴＰ１，ＳＴＰ２，ＳＴＮ１，ＳＴＮ２…スイッチング制御信号、ＴＯＰ，ＴＯＮ…出力端子、ＴＲ１，ＴＲ２…トランス、ＴＶＲ，ＴＶＳ，ＴＶＴ…入力端子、Ｔ１１〜Ｔ１３…入力端子、Ｔ２１，Ｔ２２…出力端子、ＶＲ，ＶＳ，ＶＴ…電圧、Ｗ１…１次側巻線、Ｗ２，Ｗ２１，Ｗ２２…２次側巻線。
【図１】
2020099131.tif 000003
【図２】
2020099131.tif 000004
【図３】
2020099131.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020099131.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020099131.tif 000009
【図８Ａ】
2020099131.tif 000010
【図８Ｂ】
2020099131.tif 000011
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2020099131.tif 000013
【図８Ｅ】
2020099131.tif 000014
【図８Ｆ】
2020099131.tif 000015
【図８Ｇ】
2020099131.tif 000016
【図８Ｈ】
2020099131.tif 000017
【図８Ｉ】
2020099131.tif 000018
【図８Ｊ】
2020099131.tif 000019
【図８Ｋ】
2020099131.tif 000020
【図８Ｌ】
2020099131.tif 000021
【図９】
2020099131.tif 000022
【図１０Ａ】
2020099131.tif 000023
【図１０Ｂ】
2020099131.tif 000024
【図１０Ｃ】
2020099131.tif 000025
【図１１】
2020099131.tif 000026
【図１２】
2020099131.tif 000027
【図１３】
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【図１４】
2020099131.tif 000029
【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
2020099131.tif 000033
【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
2020099131.tif 000039
【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
2020099131.tif 000042
【図１９Ａ】
2020099131.tif 000043
【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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