(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、上側スイッチング素子１Ｕと下側スイッチング素子１Ｘとに並列に接続されたフローティングコンデンサ２を含むインバータセル１００と、第１スイッチング素子１Ｕｎと、第１ダイオード４Ｕｎと、第１コンデンサ３Ｕｎと、を備えた第１スイッチ回路１０１ｎを、一または複数直列に接続して構成された、上アームと、第２スイッチング素子１Ｘｍと、第２ダイオード４Ｘｍと、第２コンデンサ３Ｘｍと、を備えた第２スイッチ回路１０２ｍを、一または複数直列に接続して構成された下アームと、インバータセル１００の低電位側端と第１コンデンサ３Ｕｎの低電位側端とを接続するとともに、インバータセル１００の高電位側端と第２コンデンサ３Ｘｍの高電位側端とを接続する回生整流回路と、を備える。【選択図】図１
2020108326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、
前記インバータセルの高電位側端に接続され、第１スイッチング素子を有する第１スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、
前記インバータセルの低電位側端に接続され、第２スイッチング素子を有する第２スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、
を備え、
前記第１スイッチ回路の少なくとも１つが、前記第１スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第１ダイオードと、前記第１ダイオードのアノードと前記第１スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第１コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの低電位側端と前記第１コンデンサの低電位側端とを接続する第１整流回路を有し、
前記第２スイッチ回路の少なくとも１つが、前記第２スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第２ダイオードと、前記第２ダイオードのカソードと前記第２スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第２コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの高電位側端と前記第２コンデンサの高電位側端とを接続する第２整流回路を有する
電力変換装置。
【請求項２】
前記第１整流回路は、一または複数直列に接続した第１回生整流ダイオードと、この一つの前記第１回生整流ダイオードのカソードと前記第１コンデンサの低電位側端との間に接続された第１抵抗器、または複数の前記第１回生整流ダイオードのカソードとそれぞれ対応する前記第１コンデンサの低電位側端との間に接続された複数の第１抵抗器と、を有し、
前記第２整流回路は、一または複数直列に接続した第２回生整流ダイオードと、この一つの第２回生整流ダイオードのアノードと前記第２コンデンサの高電位側端との間に接続された第２抵抗器、または複数の前記第２回生整流ダイオードのアノードとそれぞれ対応する前記第２コンデンサの高電位側端との間に接続された複数の第２抵抗器と、を有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
一または複数直列に接続された前記第２スイッチ回路の前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子よりも高耐圧、若しくは、一または複数直列に接続された前記第１スイッチ回路の前記第１スイッチング素子は、前記第２スイッチング素子よりも高耐圧である
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１抵抗器に代えて第１インダクタンス素子を備え、前記第２抵抗器に代えて第２インダクタンス素子を備える
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記インバータセルは、前記上側スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された上側ダイオードと、前記上側ダイオードのアノードと前記上側スイッチング素子の高電位側端との間に接続された上側コンデンサと、前記下側スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された下側ダイオードと、前記下側ダイオードのカソードと前記下側スイッチング素子の低電位側端との間に接続された下側コンデンサと、を備え、
前記第１整流回路は、前記上側コンデンサの低電位側端と前記インバータセルの低電位側端との間をさらに接続し、
前記第２整流回路は、前記下側コンデンサの高電位側と前記インバータセルの高電位側端との間をさらに接続する
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記上側スイッチング素子、および、前記下側スイッチング素子は、それぞれ、直列に接続された複数のスイッチング素子を備える
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
複数の前記第１スイッチング素子および複数の前記第２スイッチング素子は、所定の時間間隔を空けて順次スイッチングされ、
前記上アームにおいて、複数の前記第１コンデンサの静電容量は、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が短い前記第１スイッチング素子と接続された前記第１コンデンサよりも、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が長い前記第１スイッチング素子と接続された前記第１コンデンサが小さく、
前記下アームにおいて、複数の前記第２コンデンサの静電容量は、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が短い前記第２スイッチング素子と接続された前記第２コンデンサよりも、ターンオンされてからターンオフされるまでの期間が長い前記第２スイッチング素子と接続された前記第２コンデンサが小さい
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記フローティングコンデンサの電圧を検出する電圧検出器と、
前記フローティングコンデンサの電圧指令値と前記電圧検出器で検出された電圧検出値との差にゲインを乗じる制御器と、
前記制御器の出力値に基づいて前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記上側スイッチング素子、および、前記下側スイッチング素子のスイッチングタイミングを調整する補償量を生成する補償器と、を更に備える
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記インバータセルの交流端に流れる電流を検出する電流検出器と、
前記制御器の出力値と前記電流検出器で検出された出力電流値とを乗じる乗算器と、を更に備え、
前記補償器は、前記乗算器の出力値に基づいて前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記上側スイッチング素子、および、前記下側スイッチング素子のスイッチングタイミングを調整する補償量を生成する
請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記フローティングコンデンサの電圧指令値は、入力される直流電圧を、前記上アームに含まれる複数の前記第１スイッチング素子の数と前記下アームに含まれる複数の前記第２スイッチング素子の数との内の小さい数に１を加えた数値で除算した値よりも高くする
請求項８又は請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、
前記インバータセルの高電位側端に接続され、第１スイッチング素子を有する第１スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、
前記インバータセルの低電位側端に接続され、第２スイッチング素子を有する第２スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、
を備え、
前記第１スイッチ回路の少なくとも１つは、前記第１スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第１ダイオードと、前記第１ダイオードのアノードと前記第１スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第１コンデンサと、を有し、
前記第２スイッチ回路の少なくとも１つは、前記第２スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第２ダイオードと、前記第２ダイオードのカソードと前記第２スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第２コンデンサと、を有し、
前記インバータセルの低電位側端と前記第１コンデンサの低電位側端とを接続する一または複数直列に接続した第１回生整流ダイオードと、この一つの前記第１回生整流ダイオードのカソードと前記第１コンデンサの低電位側端との間に接続された第１抵抗器、または複数の前記第１回生整流ダイオードのカソードとそれぞれ対応する前記第１コンデンサの低電位側端との間に接続された複数の第１抵抗器と、を有する第１整流回路と、
前記インバータセルの高電位側端と前記第２コンデンサの高電位側端とを接続する一または複数直列に接続した第２回生整流ダイオードと、この一つの前記第２回生整流ダイオードのアノードと前記第２コンデンサの高電位側端との間に接続された第２抵抗器、または複数の前記第２回生整流ダイオードのアノードとそれぞれ対応する前記第２コンデンサの高電位側端との間に接続された複数の第２抵抗器と、を有する第２整流回路と、を有し、
最も低電位側の前記第１スイッチ回路の前記第１コンデンサの低電位側端と最も高電位側の前記第２スイッチ回路の前記第２コンデンサの高電位側端との間は、直接接続され、抵抗器を介して接続され、または、抵抗器および回生整流ダイオードを介して接続されている
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、スイッチングループに存在する寄生インダクタンスと、スイッチングにより生じるサージ電圧とを抑制するスナバ回路を備えた電力変換装置によれば、スナバ回路に吸収されたサージ電圧のエネルギーを直流電源に回生することにより、エネルギー効率を改善することが可能である。
また、近年、複数レベルの電圧出力が可能なマルチレベル電力変換装置が提案されている。マルチレベル電力変換器では、出力電圧を多レベル化することにより、スイッチング速度を高速にすることなく、スイッチング損失を抑制することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１３０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のスナバ回路を備えた電力変換装置は、スイッチング速度を高速にしたことにより生じるサージ電圧のエネルギーをスナバ回路に吸収させるものであって、スイッチング速度が低速であるときにスイッチングによる損失を抑制することが困難であった。
【０００５】
また、ダイオードクランプ型のマルチレベル変換装置や、フライングキャパシタ型のマルチレベル変換装置においては、スイッチング素子の１素子当たりの印加電圧を下げることによりスイッチングスピードを高くせずにスイッチング損失を減らすことができる。ただし、ダイオードクランプ型およびフライングキャパシタ型のマルチレベル電力変換装置は、スイッチングループ内の寄生インダクタンスが従来の２レベルの電力変換装置よりも大きくなり、より大きなサージ電圧が発生することがある。この場合には、スイッチング速度を更に低くしてサージ電圧を抑制しなければならず、スイッチング損失の低減効果を十分に生かすことができなかった。
【０００６】
また、モジュラー型のマルチレベル変換装置は２直列のスイッチングデバイスに並列接続された直流コンデンサで構成される１モジュール内でスイッチングループが閉じた構成を備える。この構成により寄生インダクタンスが大きくなることはないため、サージ電圧を抑制するためにスイッチング速度を低くする必要はない。一方で、直流コンデンサに交流周波数の１次成分（基本波成分）、または、２次成分の電流が流れるため、直流コンデンサを大きくする必要があり、電力変換装置を小型化することが困難であった。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態よる電力変換装置は、交流端と高電位側端との間に接続された上側スイッチング素子と、交流端と低電位側端との間に接続された下側スイッチング素子と、高電位側端と低電位側端との間において前記上側スイッチング素子および前記下側スイッチング素子に対して並列に接続されたフローティングコンデンサと、を有するインバータセルと、前記インバータセルの高電位側端に接続され、第１スイッチング素子を有する第１スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された上アームと、前記インバータセルの低電位側端に接続され、第２スイッチング素子を有する第２スイッチ回路を一または複数直列に接続して構成された下アームと、を備え、前記第１スイッチ回路の少なくとも１つが、前記第１スイッチング素子の低電位側端にカソードが接続された第１ダイオードと、前記第１ダイオードのアノードと前記第１スイッチング素子の高電位側端との間に接続された第１コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの低電位側端と前記第１コンデンサの低電位側端とを接続する第１整流回路を有し、前記第２スイッチ回路の少なくとも１つが、前記第２スイッチング素子の高電位側端にアノードが接続された第２ダイオードと、前記第２ダイオードのカソードと前記第２スイッチング素子の低電位側端との間に接続された第２コンデンサと、を有するときは、前記インバータセルの高電位側端と前記第２コンデンサの高電位側端とを接続する第２整流回路を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、一実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。
【図３Ａ】図３Ａは、従来の２レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオンすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることにより生じる損失の一例を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることにより生じる損失の一例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、従来の２レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオフすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることにより生じる損失の一例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることにより生じる損失の一例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来の２レベルインバータにおいて生じるリカバリ損失の一例を比較例として示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、一実施形態の電力変換装置において生じるリカバリ損失の一例を示す図である。
【図６】図６は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図７】図７は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図８】図８は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図９】図９は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１１】図１１は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１２】図１２は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１３】図１３は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１４】図１４は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１５】図１５は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１６】図１６は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１７】図１７は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図１８】図１８は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の電力変換装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、例えば、直流電力と単相の交流電力とを相互に変換可能な電力変換装置であって、インバータセル１００と、上アームと、下アームと、ｎ個（ｎは２以上の整数）の第１回生整流回路（回生整流ダイオード６ＵＮおよび第１抵抗器５ＵＮ）と、ｍ個（ｍは２以上の整数）の第２回生整流回路（回生整流ダイオード６ＸＭおよび第２抵抗器５ＸＭ）と、プラス直流端子２０９と、マイナス直流端子２１０と、交流端子２１１と、を備えている。ここで、ＮとＭはそれぞれＮ＝２〜ｎ、Ｍ＝２〜ｍであり、以後、他の定義が示されていなければ同様とする。
【００１１】
本実施形態の電力変換装置の上アームは、ｎ個のスイッチ回路（電圧型クランプ型スイッチ回路）１０１Ｎを備える。本実施形態の電力変換装置の下アームは、ｍ個のスイッチ回路（電圧型クランプ型スイッチ回路）１０２Ｍを備える。
なお、本実施形態の電力変換装置には、プラス直流端子２０９とマイナス直流端子２１０との間に直流コンデンサ（図示せず）が電気的に接続される。直流コンデンサは、電力変換装置に含まれていてもよく、電力変換装置の外部に取り付けられても構わない。
【００１２】
インバータセル１００は、スイッチング素子（上側スイッチング素子）１Ｕと、スイッチング素子（下側スイッチング素子）１Ｘと、フローティングコンデンサ２と、正側セル端子（高電位側端）２００と、負側セル端子（低電位側端）２０１と、セル交流端子（交流端）２０２と、を備えている。なお、正側セル端子２００と、負側セル端子２０１と、セル交流端子２０２とは、これらの端子の位置にて回路が電気的に接続可能な構成であればよく、端子は省略されても構わない。
【００１３】
スイッチング素子１Ｕとスイッチング素子１Ｘとは、例えばＭＯＳＦＥＴ（半導体電界効果トランジスタ：metal-oxide semiconductor field-effect transistor）である。スイッチング素子１Ｕのドレイン（高電位側端）は正側セル端子２００と電気的に接続され、ソース（低電位側端）はスイッチング素子１Ｘのドレイン（高電位側端）と電気的に接続されている。スイッチング素子１Ｘのソース（低電位側端）は負側セル端子２０１と電気的に接続されている。スイッチング素子１Ｕとスイッチング素子１Ｘとの間は、セル交流端子２０２と電気的に接続されている。
【００１４】
フローティングコンデンサ２は、スイッチング素子１Ｕおよびスイッチング素子１Ｘと並列に接続している。フローティングコンデンサ２の一端は、スイッチング素子１Ｕのドレインおよび正側セル端子２００と電気的に接続し、フローティングコンデンサ２の他端はスイッチング素子１Ｘのソースおよび負側セル端子２０１と電気的に接続されている。
【００１５】
ｎ個のスイッチ回路（第１スイッチ回路）１０１Ｎのそれぞれは、スイッチング素子（第１スイッチング素子）１ＵＮと、ダイオード（第１ダイオード）４ＵＮと、コンデンサ（第１コンデンサ）３ＵＮと、スナバ端子２０５Ｎと、正側端子２０３Ｎと、負側端子２０４Ｎと、を備えている。
なお、スナバ端子２０５Ｎと、正側端子２０３Ｎと、負側端子２０４Ｎとは、これらの端子の位置において回路が電気的に接続可能な構成であればよく、端子を省略しても構わない。また、スイッチ回路１０１Ｎは、複数のスイッチング素子１ＵＮを備えていてもよい。その場合、複数のスイッチング素子１ＵＮは、正側端子２０３Ｎと負側端子２０４Ｎとの間において、コンデンサ３ＵＮおよびダイオード４ＵＮに対して並列に接続される。複数のスイッチング素子１ＵＮは互いに直列に接続されてもよく、互いに並列に接続されてもよい。
【００１６】
スイッチング素子１ＵＮは、例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１ＵＮのドレイン（高電位側端）は正側端子２０３Ｎと電気的に接続され、スイッチング素子１ＵＮのソース（低電位側端）は負側端子２０４Ｎと電気的に接続されている。
【００１７】
ダイオード４ＵＮは、カソードがスイッチング素子１ＵＮのソースおよび負側端子２０４Ｎと電気的に接続され、アノードがスナバ端子２０５Ｎと電気的に接続されている。なお、ダイオード４ＵＮは、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。
【００１８】
コンデンサ３ＵＮは、一端（高電位側端）がスイッチング素子１ＵＮのドレインおよび正側端子２０３Ｎと電気的に接続され、他端（低電位側端）がダイオード４ＵＮのアノードと電気的に接続するとともにスナバ端子２０５Ｎと電気的に接続されている。
【００１９】
ｎ個のスイッチ回路１０１Ｎは、直列に接続されている。すなわち、スイッチ回路１０１Ｎの正側端子（高電位側端）２０３Ｎは高電位側にて隣り合うスイッチ回路１０１Ｎの負側端子（低電位側端）２０４Ｎと電気的に接続され、最も高電位側のスイッチ回路１０１Ｎの正側端子２０３Ｎ（Ｎ＝ｎ）は、プラス直流端子２０９と電気的に接続されている。スイッチ回路１０１Ｎの負側端子２０４Ｎは低電位側にて隣り合うスイッチ回路１０１Ｎの正側端子２０３Ｎと電気的に接続され、最も低電位側のスイッチ回路１０１Ｎの負側端子２０４Ｎ（Ｎ＝１）は、インバータセル１００の正側セル端子２００と電気的に接続されている。
【００２０】
ｎ個の回生整流ダイオード６ＵＮ（Ｎ＝１〜ｎ）は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、スイッチング素子１Ｘの低電位側の端子（インバータセル１００の低電位側端）と最も低電位側に配置された第１スイッチ回路１０１１のコンデンサ３Ｕ１の低電位側端との間、および、隣接した第１スイッチ回路１０１Ｎのコンデンサ３ＵＮの低電位側端の間にそれぞれ接続され、互いに直列に接続されている。
【００２１】
回生整流ダイオード（第１回生整流ダイオード）６ＵＮ（Ｎ＝１〜ｎ）それぞれのカソードは、スイッチ回路１０１Ｎのスナバ端子２０５Ｎ（Ｎ＝１〜ｎ）および高電位側にて隣接する回生整流ダイオード６ＵＮ（Ｎ＝１〜ｎ）のアノードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード６Ｕｋ（１≦ｋ≦ｎ−１）のカソードは、スイッチ回路１０１ｋのスナバ端子２０５ｋおよび回生整流ダイオード６Ｕ（ｋ＋１）のアノードと電気的に接続されている。
【００２２】
抵抗器５ＵＮは、一端において、ダイオード４ＵＮとコンデンサ３ＵＮとの並列回路に直列に接続されている。抵抗器５ＵＮの他端は、低電位側に接続されたスイッチ回路１０１Ｎのコンデンサ３ＵＮと抵抗器５ＵＮとが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード６ＵＮを介して電気的に接続される。最も低電位側に配置されたスイッチ回路１０１Ｎ（Ｎ＝１）の抵抗器５ＵＮの他端は、スナバ端子２０５Ｎおよび回生整流ダイオード６ＵＮを介して、インバータセル１００の負側セル端子２０１と電気的に接続されている。
【００２３】
ｍ個のスイッチ回路（第２スイッチ回路）１０２Ｍのそれぞれは、スイッチング素子（第２スイッチング素子）１ＸＭと、ダイオード(第２ダイオード)４ＸＭと、コンデンサ（第２コンデンサ）３ＸＭと、スナバ端子２０８Ｍと、正側端子２０６Ｍと、負側端子２０７Ｍと、を備えている。
なお、正側端子２０６Ｍと、負側端子２０７Ｍと、スナバ端子２０８Ｍとは、これらの端子の位置にて回路が電気的に接続可能な構成であればよく、端子を省略しても構わない。また、スイッチ回路１０２Ｍは、複数のスイッチング素子１ＸＭを備えていてもよい。その場合、複数のスイッチング素子１ＸＭは、正側端子２０６Ｍと負側端子２０７Ｍとの間において、コンデンサ３ＸＭおよびダイオード４ＸＭに対して並列に接続される。複数のスイッチング素子１ＸＭは互いに直列に接続されてもよく、互いに並列に接続されてもよい。
【００２４】
スイッチング素子１ＸＭは、例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１ＸＭのドレイン（高電位側端）は、正側端子２０６Ｍと電気的に接続され、ソース（低電位側端）は負側端子２０７Ｍと電気的に接続されている。
【００２５】
ダイオード４ＸＭは、アノードがスイッチング素子１ＸＭのドレインおよび正側端子２０６Ｍと電気的に接続し、カソードがスナバ端子２０８Ｍと電気的に接続している。なお、ダイオード４ＸＭは、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。
【００２６】
コンデンサ３ＸＭは、一端（低電位側端）がスイッチング素子１ＸＭのソースおよび負側端子２０７Ｍと電気的に接続され、他端（高電位側端）がダイオード４ＸＭのカソード電気的に接続されているとともにスナバ端子２０８Ｍと電気的に接続している。
【００２７】
ｍ個のスイッチ回路１０２Ｍは、直列に接続している。すなわち、スイッチ回路１０２Ｍの正側端子２０６Ｍは高電位側にて隣り合うスイッチ回路１０２Ｍの負側端子２０７Ｍと電気的に接続し、最も高電位側のスイッチ回路１０２Ｍの正側端子２０６Ｍ（Ｍ＝１）は、インバータセル１００の負側セル端子２０１と電気的に接続する。スイッチ回路１０２Ｍの負側端子２０７Ｍは低電位側にて隣り合うスイッチ回路１０２Ｍの正側端子２０６Ｍと電気的に接続し、最も低電位側のスイッチ回路１０２Ｍの負側端子２０７Ｍ（Ｍ＝ｍ）は、マイナス直流端子２１０と電気的に接続する。
【００２８】
ｍ個の回生整流ダイオード（第２回生整流ダイオード）６ＸＭ（Ｍ＝１〜ｍ）は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、隣接した第２スイッチ回路１０２Ｍのコンデンサ３ＸＭの高電位側端の間、および、スイッチング素子１Ｕの高電位側の端子（インバータセル１００の高電位側端）と最も高電位側に配置された第２スイッチ回路１０２１のコンデンサ３Ｘ１との高電位側端の間にそれぞれ接続され、互いに直列に接続されている。
【００２９】
回生整流ダイオード６ＸＭ（Ｍ＝１〜ｍ）それぞれのアノードは、スイッチ回路１０２Ｍのスナバ端子２０８Ｍ（Ｍ＝１〜ｍ）および低電位側にて隣接する回生整流ダイオード６ＸＭ（Ｍ＝１〜ｍ）のカソードと電気的に接続されている。例えば、回生整流ダイオード６Ｘｊ（１≦ｊ≦ｍ−１）のアノードは、スイッチ回路１０２ｊのスナバ端子２０８ｊおよび回生整流ダイオード６Ｘ（ｊ＋１）のカソードと電気的に接続されている。
【００３０】
抵抗器５ＸＭは、一端において、ダイオード４ＸＭとコンデンサ３ＸＭとの並列回路と直列に接続されている。抵抗器５ＸＭの他端は、高電位側に接続されたスイッチ回路１０２Ｍのコンデンサ３ＸＭと抵抗器５ＸＭとが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード６ＸＭを介して電気的に接続される。最も高電位側に配置されたスイッチ回路１０２Ｍ（Ｍ＝１）の抵抗器５ＸＭの他端は、スナバ端子２０８Ｍおよび回生整流ダイオード６ＸＭを介して、インバータセル１００の正側セル端子２００と電気的に接続されている。
【００３１】
すなわち、本実施形態の電力変換装置は、第１スイッチ回路１０１Ｎの少なくとも１つが第１スイッチング素子１ＵＮの低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４ＵＮと、第１ダイオード４ＵＮのアノードと第１スイッチング素子１ＵＮの高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３ＵＮと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端とを接続する回生整流回路を備えている。
また、本実施形態の電力変換装置は、第２スイッチ回路１０２Ｘの少なくとも１つが第２スイッチング素子１ＸＭの高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４ＸＭと、第２ダイオード４ＸＭのカソードと第２スイッチング素子１ＸＭの低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３ＸＭと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回生整流回路を備えている。
【００３２】
なお、本実施形態の電力変換装置において、スイッチ回路１０１Ｎの数ｎとスイッチ回路１０２Ｍの数ｍとは、同じであることが望ましいが、ｎとｍとは異なる数であっても構わない。
【００３３】
また、本実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子１Ｕ、１Ｘ、１ＵＮ、１ＸＭは、ＭＯＳＦＥＴに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar transistor）や機械スイッチなどでも構わない。
【００３４】
また、電圧定格や電流定格が異なる素子をスイッチング素子１Ｕ、１Ｘ、１ＵＮ、１ＸＭとして用いた場合であっても本実施形態の効果を得ることができるが、電圧定格や電流定格が同一である素子をスイッチング素子１Ｕ、１Ｘ、１ＵＮ、１ＸＭとして用いることが望ましい。
【００３５】
本実施形態の電力変換装置では、プラス直流端子２０９と、マイナス直流端子２１０と、直流コンデンサとを介して閉回路が構成される。この閉回路に寄生する寄生インダクタンス（図示せず）によりサージ電圧が発生するときがある。このとき、本実施形態の電力変換装置では、コンデンサ３ＵＮ、３ＸＭにて発生したサージ電圧を抑制することが可能である。
【００３６】
次に、本実施形態の電力変換装置の動作の一例について説明する。
本実施形態の電力変換装置では、後述のように、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【００３７】
インバータセル１００のスイッチング素子１Ｕ、１Ｘと、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとの全てがオフしている状態において、交流端子２１１から電流が出力されているときには、電流は、インバータセル１００のスイッチング素子１Ｘの寄生ダイオードと、スイッチ回路１０２Ｍのスイッチング素子１ＸＭの寄生ダイオードとに通流している。
【００３８】
この状態において、インバータセル１００のスイッチング素子１Ｕをオンすると、電流は、下アームのスイッチ回路１０２Ｍの複数のスイッチング素子１ＸＭの寄生ダイオードを通流するとともに、インバータセル１００においてフローティングコンデンサ２を放電する方向に通流し、スイッチング素子１Ｕを通流して交流端子２１１へ流れる。
【００３９】
続いて、上アームのスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮのいずれかをオンする。ここでは、スイッチ回路１０１ｎのスイッチング素子１Ｕｎをオンした場合について説明する。
【００４０】
スイッチング素子１Ｕｎをオンすると、複数のスイッチ回路１０１Ｎの１つに印加されていた電圧が、複数のスイッチ回路１０２Ｍの直列数（＝ｍ）に分圧されて、複数のスイッチ回路１０２Ｍのそれぞれに印加される。このため、複数のスイッチ回路１０２Ｍのスイッチング素子１ＸＭの寄生ダイオードのリカバリ時に印加される電圧が小さくなり、リカバリ時に発生する損失（リカバリ損失）が低減される。さらに、複数のスイッチ回路１０２Ｍの直列数に応じて増加するスイッチングループの寄生インダクタンスによって、リカバリ電流の変化量が少なくなり、その結果、リカバリ電荷が減少し、リカバリ損失が低減される。
【００４１】
スイッチ回路１０２Ｍに電圧が印加されると、電流は、スイッチング素子１ＸＭの寄生ダイオードを通流することができなくなり、スイッチ回路１０１Ｎへ転流する。したがって、スイッチ回路１０１ｎでは、オンされているスイッチング素子１Ｕｎに電流が通流し、スイッチ回路１０１１〜１０１（ｎ−１）では、コンデンサ３Ｕ１〜３Ｕ（ｎ−１）とダイオード４Ｕ１〜４Ｕ（ｎ−１）とに電流が通流する。
【００４２】
上記電流が通流する状態が遷移することにより、例えば従来の２レベルインバータではスイッチング損失として熱に変換されるエネルギーが、本実施形態の電力変換装置では、コンデンサ３Ｕ１〜３Ｕ（ｎ−１）に蓄えられることとなる。すなわち、本実施形態の電力変換装置におけるスイッチング損失は、複数のスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮのスイッチングに伴う損失分のみであり、従来の２レベルインバータと比較して十分に小さくなる。
【００４３】
また、例えば、スイッチング素子１Ｕｎがオンすることで、スイッチ回路１０１ｎのダイオード４Ｕｎとコンデンサ３Ｕｎとが並列接続される。
【００４４】
抵抗器５Ｕｎの一端は、ダイオード４Ｕｎとコンデンサ３Ｕｎとの並列回路と直列に接続される。抵抗器５Ｕｎの他端は、スイッチ回路１０１（ｎ−１）のコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）と抵抗器５Ｕ（ｎ−１）とが直列に接続された回路と、回生整流ダイオード６Ｕｎを介して電気的に接続される。このことにより、コンデンサ３Ｕｎに蓄えられたエネルギーは、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）に放電される。上記放電は、コンデンサ３Ｕｎとコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）との電圧が等しくなったときに終了する。
【００４５】
なお、上記の例において、コンデンサ３Ｕｎの電圧がコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）の電圧よりも高いときに、コンデンサ３Ｕｎが放電される。また、コンデンサ３Ｕｎの電圧とコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）の電圧との差が、コンデンサ３Ｕｎ、３Ｕ（ｎ−１）それぞれの電圧よりも十分小さいため、放電されるエネルギーの経路に抵抗器５Ｕｎ、５Ｕ（ｎ−１）が介在していても、高効率に放電することができる。
【００４６】
複数のスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮが順次オンされて全てのスイッチング素子１ＵＮがオンされると、コンデンサ３ＵＮに蓄えられたエネルギーが順次放電されて、放電されたエネルギーがフローティングコンデンサ２へ蓄積される。この状態で、電力変換装置の上アームのスイッチング素子がオンされた状態となる。
【００４７】
その後、複数のスイッチング素子１ＵＮを順次オフさせて、複数のスイッチング素子１ＵＮの全てがオフされた状態となると、フローティングコンデンサ２が放電され、スイッチングにより生じるエネルギーを効率よく回生することが可能である。その後、スイッチング素子１Ｕがオフされた状態となり、電力変換装置の上アームがオフされた状態となる。
【００４８】
また、スイッチング素子１Ｘおよび複数のスイッチ回路１０２Ｍについても同様に動作させることにより、スイッチングにより生じるエネルギーを、複数のコンデンサ３ＸＭを介してフローティングコンデンサ２へ蓄積させることが可能であり、フローティングコンデンサ２を放電することによりスイッチングにより生じるエネルギーを効率よく回生することが可能である。
【００４９】
上記のように、本実施形態の電力変換装置では、例えば従来の２レベルインバータでは損失であったスイッチング時のエネルギーの大部分を、コンデンサ３ＵＮ、３ＸＭを介してフローティングコンデンサ２に蓄積させることが可能であり、フローティングコンデンサ２を放電することにより、スイッチング速度を速くすることなく、スイッチング損失を低減することが可能である。また、スイッチング素子１ＵＮ、１ＸＭの寄生ダイオードのリカバリ時にスイッチング素子１ＵＮ、１ＸＭに低電圧を印加することにより、リカバリ損失を低減することができる。
【００５０】
図２は、一実施形態の電力変換装置の動作の一例を説明するための図である。
ここでは、スイッチング素子１Ｕのゲート信号Ｓｕと上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮのゲート信号Ｓｕ（Ｎ）とのターンオンタイミングおよびターンオフタイミングの一例を示すタイミングチャートと、複数のコンデンサ３ＵＮに通流する電流ｉｃｕ（Ｎ）と、フローティングコンデンサ２に通流する電流ｉｃｆとの関係の一例を示している。なお、図２では、電流ｉｃｕ（Ｎ）と電流ｉｃｆとは、交流端子２１１から出力される方向を正としている。また、図２に示した期間において、スイッチング素子１Ｘと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとはオフされている状態である。
【００５１】
最初に、スイッチング素子１Ｕと、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮとがオフされている状態から、インバータセル１００のスイッチング素子１Ｕがターンオンされる。これにより、フローティングコンデンサ２に電流ｉｃｆが通流し、蓄えられたエネルギーが放電される。
【００５２】
続いて、上アームの複数のスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮが順次ターンオンされる。複数のスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮをターンオンする順序は、限定されるものではない。ここでは、プラス直流端子２０９に近い側（電位が高い側）のスイッチ回路１０１ｎのスイッチング素子１Ｕｎから順に、インバータセル１００に近い側（電位が低い側）のスイッチ回路１０１１のスイッチング素子１Ｕ１まで、順次、ターンオンされる例について説明する。
【００５３】
スイッチング素子１Ｕｎがターンオンされると、マイナス直流端子２１０から下アームの複数のスイッチ回路１０２Ｍのスイッチング素子１ＸＭの寄生ダイオードを通流していた電流が、プラス直流端子２０９に流れるように転流する。これにより、フローティングコンデンサ２の放電は終了する。
【００５４】
電流がプラス直流端子２０９へ転流すると、ターンオンされたスイッチング素子１Ｕｎと、オフされているスイッチング素子１Ｕ１〜１Ｕ（ｎ−１）に並列に接続されたコンデンサ３Ｕ１〜３Ｕ（ｎ−１）およびダイオード４Ｕ１〜４Ｕ（ｎ−１）に電流が通流する。
【００５５】
また、ターンオンされたスイッチング素子１Ｕｎと並列に接続されたコンデンサ３Ｕｎと、低電位側に接続されたスイッチ回路１０１（ｎ−１）のコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）とが回生整流ダイオード６Ｕｎを介して接続され、コンデンサ３Ｕｎに蓄えられたエネルギーがコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）へ放電される。
【００５６】
次に、スイッチ回路１０１ｎの低電位側に接続されたスイッチ回路１０１（ｎ−１）のスイッチング素子１Ｕ（ｎ−１）がターンオンされると、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）に通流していた電流がスイッチング素子１Ｕ（ｎ−１）へ転流し、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）への充電が終了する。
【００５７】
続いて、スイッチ回路１０１（ｎ−１）のスイッチング素子１Ｕ（ｎ−１）がターンオンされると、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）と、低電位側に接続されたスイッチ回路１０１（ｎ−２）のコンデンサ３Ｕ（ｎ−２）とが、回生整流ダイオード６Ｕ（ｎ−１）を介して接続され、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）に蓄えられたエネルギーがコンデンサ３Ｕ（ｎ−２）へ放電される。
【００５８】
図２に示す例では、コンデンサ３Ｕｎからコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）への放電と、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）からコンデンサ３Ｕ（ｎ−２）への放電との、２度の放電動作のタイミングが示されているが、コンデンサ３ＵＮ間の放電はコンデンサ３ＵＮの電圧関係に応じて変わるため、この例に限定されるものではない。例えば、コンデンサ３Ｕｎの電圧が、コンデンサ３Ｕ（ｎ−１）およびコンデンサ３Ｕ（ｎ−２）よりも高いときには、コンデンサ３Ｕｎに蓄えられたエネルギーがコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）およびコンデンサ３Ｕ（ｎ−２）へ放電される。すなわち、コンデンサ３Ｕｎに蓄えられたエネルギーは、より電圧の低い１又は複数の他のコンデンサ３ＵＮに放電され得る。
【００５９】
例えば図２に示すように、スイッチング素子１Ｕをターンオンし、スイッチング素子１Ｕｎからスイッチング素子１Ｕ１まで、順次、ターンオンさせると、電力変換装置の上アームのスイッチング素子が全てターンオンされ、コンデンサ３Ｕｎからコンデンサ３Ｕ１へ順次放電されたエネルギーが、最終的にフローティングコンデンサ２に充電される。
【００６０】
続いて、インバータセル１００のスイッチング素子１Ｕと、複数のスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮとが順次ターンオフされる。なお、スイッチング素子１ＵＮをターンオフする順序は、限定されるものではない。ここでは、インバータセル１００に近い側（電位が低い側）のスイッチ回路１０１１のスイッチング素子１Ｕ１から順に、プラス直流端子２０９に近い側（電位が高い側）のスイッチ回路１０１ｎのスイッチング素子１Ｕｎまで、順次、ターンオフされる例について説明する。スイッチング素子１Ｕは、複数のスイッチング素子１ＵＮが全てターンオフされた後にターンオフされる。
【００６１】
スイッチング素子１Ｕと、スイッチング素子１ＵＮとが全てオンされている状態において、例えばスイッチング素子１Ｕ１がターンオフされると、スイッチング素子１Ｕ１に通流していた電流はコンデンサ３Ｕ１へ流れ、コンデンサ３Ｕ１が充電される。このとき、例えば従来の２レベルインバータではスイッチング損失として熱となるエネルギーがコンデンサ３Ｕ１に充電されるため、高効率なスイッチング動作を行うことが可能となる。
【００６２】
上記のターンオフの動作が、スイッチング素子１Ｕ１から順にスイッチング素子１Ｕｎまで順次行われる。これにより、コンデンサ３Ｕ１〜３Ｕ（ｎ−１）に充電されたエネルギーは、順次コンデンサ３Ｕｎまで放電される。続いて、スイッチング素子１Ｕｎがターンオフされると、最終的に、コンデンサ３Ｕｎに蓄えられたエネルギーがフローティングコンデンサ２に充電される。
【００６３】
上記ターンオフの動作が終了すると、スイッチング素子１Ｕがオンされ、複数のスイッチング素子１ＵＮが全てオフされた状態となり、フローティングコンデンサ２に充電されたエネルギーが放電される。このことにより、フローティングコンデンサ２に蓄えられたエネルギーを効率よく回生することができる。
その後、スイッチング素子１Ｕがターンオフされると、フローティングコンデンサ２の放電が終了する。
【００６４】
なお、上記スイッチング素子１Ｕ、１ＵＮのスイッチング動作によれば、最初にターンオンされたスイッチング素子１Ｕｎに並列に接続されたコンデンサ３Ｕｎに流れる充電電流は少なく、最後にターンオンされたスイッチング素子１Ｕ１に並列に接続されたコンデンサ３Ｕ１に流れる充電電流が多くなる。
【００６５】
また、最初にターンオフされたスイッチング素子１Ｕ１に並列に接続されたコンデンサ３Ｕ１に流れる充電電流は多く、最後にターンオフされたスイッチング素子１Ｕｎに並列に接続されたコンデンサ３Ｕｎに流れる充電電流は少なくなる。
【００６６】
したがって、ターンオンされるタイミングがより遅く、ターンオフされるタイミングがより早いスイッチング素子１ＵＮと並列に接続されたコンデンサ３ＵＮに流れる充電電流が増加し、その責務が多くなる傾向にある。その責務に合わせて、コンデンサ３ＵＮの静電容量を調整することで、コンデンサ３ＵＮ自体の発熱や電圧上昇を抑えることができる。
【００６７】
以下、本実施形態の電力変換装置の効果の一例について説明する。
図３Ａ乃至図５Ｂは、一実施形態の電力変換装置の効果の一例を説明するための図である。
図３Ａは、従来の２レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオンすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。
図３Ｂは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることによりアームに生じる損失の一例を示す図である。
図３Ｃは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオンすることにより素子毎に生じる損失の一例を示す図である。
【００６８】
例えば図３Ａに示すように、従来の２レベルインバータでは、スイッチング素子がターンオンするタイミングにて、スイッチング素子に流れる電流が上昇し、スイッチング素子に印加される電圧が降下する。スイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子に印加される電圧によりスイッチング素子にて生じるエネルギーは他の素子にて吸収されることなく熱となり、スイッチング損失となる。
【００６９】
これに対し、本実施形態の電力変換装置では、図３Ｃに示すように、スイッチング素子毎に見ると、従来と同様にターンオン時にエネルギーが発生しているが、図３Ｂに示すように、アーム全体として見ると、スイッチング時に生じるエネルギーがコンデンサ３ＵＮに吸収されている。コンデンサ３ＵＮに蓄えられたエネルギーは、フローティングコンデンサ２へ放電され、フローティングコンデンサ２の放電エネルギーとして回生される。このため、スイッチング素子１Ｕ、１ＵＮがターンオンする際生じるエネルギーのうち、アーム全体としての損失となるのは一部であり、エネルギー効率が改善されることとなる。
【００７０】
図４Ａは、従来の２レベルインバータにおいて、スイッチング素子がターンオフすることにより生じる損失の一例を比較例として示す図である。
図４Ｂは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることによりアームに生じる損失の一例を示す図である。
図４Ｃは、一実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子がターンオフすることにより素子毎に生じる損失の一例を示す図である。
【００７１】
例えば図４Ａに示すように、従来の２レベルインバータでは、スイッチング素子がターンオフするタイミングにて、スイッチング素子に印加される電圧が上昇し、スイッチング素子に流れる電流が降下する。このようにスイッチング素子に流れる電流とスイッチング素子に印加される電圧によりスイッチング素子にて生じるエネルギーは他の素子に吸収されることなく熱となり、スイッチング損失となる。
【００７２】
これに対し、本実施形態の電力変換装置では、図４Ｃに示すように、スイッチング素子毎に見ると、従来と同様にターンオフ時にエネルギーが発生しているが、図４Ｂに示すように、アーム全体として見ると、スイッチング時に生じるエネルギーがコンデンサ３ＵＮに吸収され、フローティングコンデンサ２の放電エネルギーとして回生されている。このため、スイッチング素子１Ｕ、１ＵＮがターンオフする際生じるエネルギーのうち、アーム全体としての損失となるのは一部であり、エネルギー効率が改善されることとなる。
【００７３】
図５Ａは、従来の２レベルインバータにおいて生じるリカバリ損失の一例を比較例として示す図である。
図５Ｂは、一実施形態の電力変換装置において生じるリカバリ損失の一例を示す図である。
【００７４】
例えば図５Ａに示すように、従来の２レベルインバータにおいて、下アームのスイッチング素子がターンオンされるとき、上アームのスイッチング素子の寄生ダイオードのリカバリ時に寄生ダイオードに流れる電流と印加される電圧とによりリカバリ損失が発生する。
【００７５】
これに対し本実施形態の電力変換装置では、例えばスイッチング素子１ＸＭのいずれかがターンオンされると、図５Ｂに示すように、複数のスイッチ回路１０２Ｍの１つに印加されていた電圧が、複数のスイッチ回路１０１Ｎの直列数（＝ｎ）に分圧されて、複数のスイッチ回路１０１Ｎのそれぞれに印加される。このため、複数のスイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮの寄生ダイオードのリカバリ時に印加される電圧が小さくなり、リカバリ時に発生する損失（リカバリ損失）が低減される。
【００７６】
なお、本実施形態では、電力変換装置の上アーム（複数のスイッチ回路１０１Ｎ）の動作について説明したが、下アーム（複数のスイッチ回路１０１Ｍ）についても同様である。すなわち、下アームをターンオンする際には、最初にインバータセル１００のスイッチング素子１Ｘをターンオンした後、複数のスイッチング素子１ＸＭを所定の時間間隔を空けて順次ターンオンさせる。下アームをターンオフする際には、複数のスイッチング素子１ＸＭを順次ターンオフした後、インバータセル１００のスイッチング素子１Ｘをターンオフさせる。このことにより、高速にスイッチングすることなく、スイッチング素子１Ｘ、１ＸＭのスイッチング損失およびリカバリ損失を低減することが可能となる。
【００７７】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、高速なスイッチングを行うことなくスイッチング損失を抑制することを実現することができる。また、本実施形態の電力変換装置では、スナバコンデンサ相当の小さい容量のコンデンサを使用し、容量の大きなコンデンサを備える必要がなく、電力変換装置が大型化することを回避することが可能である。
すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【００７８】
なお、本実施形態の電力変換装置において、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮを同時にスイッチングすること、および、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭを同時にスイッチングすることで、高耐圧かつ高ｄｖ／ｄｔを実現し、かつ、コンデンサ３ＵＮおよびコンデンサ３ＸＭにおける高ｄｉ／ｄｔと寄生インダクタンスによるサージ電圧を抑制する動作を行うことも可能である。
【００７９】
次に、第２実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、上述の第１実施形態にて説明した電力変換装置の異なる動作の例について説明する。
【００８０】
図６は、一実施形態の電力変換装置の動作の他の例を説明するための図である。
ここでは、スイッチング素子１Ｕのゲート信号Ｓｕと上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮのゲート信号Ｓｕ（Ｎ）とのターンオンタイミングおよびターンオフタイミングの一例を示すタイミングチャートと、複数のコンデンサ３ＵＮに通流する電流ｉｃｕ（Ｎ）と、フローティングコンデンサ２に通流する電流ｉｃｆとの関係の一例を示している。なお、図６では、電流ｉｃｕ（Ｎ）と電流ｉｃｆとは、交流端子２１１から出力される方向を正としている。また、図６に示す期間において、スイッチング素子１Ｘと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとはオフされている状態である。
【００８１】
本実施形態の電力変換装置の動作は、複数のスイッチング素子１ＵＮをターンオフさせる順序が上述の第１実施形態と異なっている。この例では、複数のスイッチング素子１ＵＮをターンオンさせた順序と同じ順序で、複数のスイッチング素子１ＵＮがターンオフされる。例えば図６に示す例では、スイッチング素子１Ｕがターンオンされた後、プラス直流端子２０９に近い側（電位が高い側）のスイッチ回路１０１ｎのスイッチング素子１Ｕｎから順に、インバータセル１００に近い側（電位が低い側）のスイッチ回路１０１１のスイッチング素子１Ｕ１まで、順次、ターンオンされ、これと同じ順序で、スイッチング素子１Ｕｎからスイッチング素子１Ｕ１までターンオフされる。スイッチング素子１Ｕは、複数のスイッチング素子１ＵＮが全てターンオフされた後にターンオフされる。
【００８２】
ここでは、複数のスイッチング素子１ＵＮをターンオフする動作について説明する。
スイッチング素子１Ｕと、スイッチング素子１ＵＮとが全てオンされている状態において、例えばスイッチング素子１Ｕｎがターンオフされると、スイッチング素子１Ｕｎに通流していた電流はコンデンサ３Ｕｎへ流れ、コンデンサ３Ｕｎが充電される。
【００８３】
上記のターンオフの動作が、スイッチング素子１Ｕｎから順にスイッチング素子１Ｕ１まで順次行われる。これにより、コンデンサ３Ｕｎに充電されたエネルギーは、順次コンデンサ３Ｕ１へ放電され、最終的にフローティングコンデンサ２に充電される。
【００８４】
複数のスイッチング素子１ＵＮの上記ターンオフの動作が終了すると、スイッチング素子１Ｕがオンされ、複数のスイッチング素子１ＵＮが全てオフされた状態となり、フローティングコンデンサ２に充電されたエネルギーが放電される。このことにより、フローティングコンデンサ２に蓄えられたエネルギーが効率よく回生される。
その後、スイッチング素子１Ｕがターンオフされると、フローティングコンデンサ２の放電が終了する。
【００８５】
上記スイッチング素子１Ｕ、１ＵＮのスイッチング動作によれば、最初にターンオンされたスイッチング素子１Ｕｎに並列に接続されたコンデンサ３Ｕｎに流れる充電電流は少なく、最後にターンオンされたスイッチング素子１Ｕ１に並列に接続されたコンデンサ３Ｕ１に流れる充電電流が多くなる。
【００８６】
また、最初にターンオフされたスイッチング素子１Ｕｎに並列に接続されたコンデンサ３Ｕｎに流れる充電電流は多く、最後にターンオフされたスイッチング素子１Ｕ１に並列に接続されたコンデンサ３Ｕ１に流れる充電電流は少なくなる。
【００８７】
したがって、複数のコンデンサ３ＵＮそれぞれに流れる充電電流がほぼ等しくなり、複数のコンデンサ３ＵＮの責務も略等しくなる。これにより、複数のコンデンサ３ＵＮの静電容量を等しくすることで、コンデンサ３ＵＮ自体の発熱や電圧上昇を抑えることができる。
【００８８】
上記のことから、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様に、高速なスイッチングを行うことなくスイッチング損失を抑制することを実現することができ、電力変換装置が大型化することを回避することが可能である。
すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【００８９】
次に、第３実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第１および第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図７は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【００９０】
本実施形態の電力変換装置は、電圧検出器１０と、減算器１２と、制御器１４と、補償器１６とを備えている点で上述の第１実施形態と異なる。
減算器１２には、フローティングコンデンサ２の電圧指令値Ｖｃｆ＊と、電圧検出器１０にて検出されたフローティングコンデンサ２の電圧検出値Ｖｃｆとが入力される。減算器１２は、電圧指令値Ｖｃｆ＊から電圧検出値Ｖｃを引いた差ΔＶｃｆを制御器１４へ出力する。
【００９１】
なお、本実施形態において、フローティングコンデンサ２の電圧指令値Ｖｃｆ＊は、例えば下記式（１）により設定された値である。
【００９２】
【数１】
2020108326.tif 000003
上記式（１）においてαはゼロよりも大きい値であって、Ｖはプラス直流端子２０９とマイナス直流端子２１０との間に印加される電圧である。
【００９３】
ここで、上記式（１）によれば、フローティングコンデンサ２の電圧指令値Ｖｃｆ＊は、スイッチ回路１０１Ｎそれぞれに印加される電圧（Ｖ／（ｎ＋１））およびスイッチ回路１０２Ｍそれぞれに印加される電圧（Ｖ／（ｍ＋１））の最大値よりも大きくなる。このよう電圧指令値Ｖｃｆ＊を設定することにより、プラス直流端子２０９からマイナス直流端子２１０、もしくは、マイナス直流端子２１０からプラス直流端子２０９へ電流が転流するときに、寄生インダクタンスに印加される電圧が大きくなり、特に、スイッチング素子をターンオフするときの転流時間を短くすることができる。
【００９４】
なお、フローティングコンデンサ２の放電によるエネルギーと、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍのコンデンサ３ＵＮ、３ＸＭの放電によるエネルギーおよび寄生インダクタンスにたまった磁気エネルギーの充電によるエネルギーとが等しくなるように、フローティングコンデンサ２の電圧が制御されることが望ましい。
【００９５】
制御器１４は、減算器１２から入力された差ΔＶｃｆをゼロとする操作量を演算して出力する。制御器１４は、例えば、入力された値に所定のゲインを乗じて出力するＰＩ（比例積分）制御器である。
補償器１６は、制御器１４から入力された操作量に基づいて、スイッチング素子１Ｕ、１ＵＮ、１Ｘ、１ＸＭのスイッチングタイミングを調整するための調整補償量を演算し、図示しないゲート信号生成器へ出力する。ここで、補償器１６にて演算される調整補償量は、例えば、電力変換装置の変調率やキャリア波の位相などを調整するための補償量である。
【００９６】
ゲート信号生成器は、補償器１６から受信した補償量を用いて、変調率やキャリア波の位相を調整し、例えば出力指令値とキャリア波を比較することによりスイッチング素子１ＵＮ、１ＸＭのゲート信号Ｓｕ、Ｓｕ（Ｎ）、Ｓｘ、Ｓｘ（Ｍ）を生成して出力することができる。
【００９７】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の電力変換装置によれば、フローティングコンデンサ２の電圧を制御することが可能となり、これにより、例えば、フローティングコンデンサ２に高電圧が印加されて素子が壊れることを回避することができ、安定した回路動作を実現することができる。
【００９８】
次に、第４実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第３実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図８は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【００９９】
本実施形態の電力変換装置は、電圧検出器１０と、減算器１２と、制御器１４と、補償器１６、電流検出器１７と、乗算器１８とを備えている点で上述の第１実施形態と異なる。
減算器１２には、フローティングコンデンサ２の電圧指令値Ｖｃｆ＊と、電圧検出器１０にて検出されたフローティングコンデンサ２の電圧検出値Ｖｃｆとが入力される。減算器１２は、電圧指令値Ｖｃｆ＊から電圧検出値Ｖｃを引いた差ΔＶｃｆを制御器１４へ出力する。なお、本実施形態において、フローティングコンデンサ２の電圧指令値Ｖｃｆ＊は、上述の第４実施形態の電力変換装置と同様に、例えば下記式（１）により設定された値である。
【０１００】
制御器１４は、減算器１２から入力された差ΔＶｃｆをゼロとする操作量を演算して出力する。制御器１４は、例えば、入力された値に所定のゲインを乗じて出力するＰＩ（比例積分）制御器である。
電流検出器１７は、電力変換装置の交流端子２１１に流れる電流の値（若しくは電流に相当する値）を検出して、検出値を乗算器１８に供給する。
【０１０１】
乗算器１８は、制御器１４から入力された操作量と、電流検出器１７から入力された検出値とを乗じた積を、補償器１６へ出力する。
補償器１６は、乗算器１８から入力された操作量と電流検出値との積に基づいて、スイッチング素子１Ｕ、１ＵＮ、１Ｘ、１ＸＭのスイッチングタイミングを調整するための調整補償量を演算し、図示しないゲート信号生成器へ出力する。ここで、補償器１６にて演算される調整補償量は、例えば、電力変換装置の変調率やキャリア波の位相などを調整するための補償量である。
【０１０２】
ゲート信号生成器は、補償器１６から受信した補償量を用いて、変調率やキャリア波の位相を調整し、例えば出力指令値とキャリア波を比較することによりスイッチング素子１ＵＮ、１ＸＭのゲート信号Ｓｕ、Ｓｕ（Ｎ）、Ｓｘ、Ｓｘ（Ｍ）を生成して出力することができる。
【０１０３】
上記のように、電力変換装置から出力される電流値（若しくは電流相当値）に更に基づく操作量を用いてフローティングコンデンサ２の電圧を制御することにより、より精度よくフローティングコンデンサ２の電圧を制御することが可能である。これにより、例えば、フローティングコンデンサ２に高電圧が印加されて素子が壊れることを回避することができる。
【０１０４】
したがって、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、フローティングコンデンサ２の電圧を制御することが可能となり、安定した回路動作を実現することができる。
【０１０５】
次に、第５実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図９は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第４実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態の電力変換装置は、コンデンサ３Ｕ０、３Ｘ０と、ダイオード４Ｕ０、４ＵＸと、抵抗器５Ｕ０、５Ｘ０と、回生整流ダイオード６Ｕ０、６Ｘ０と、を更に備えている。
【０１０７】
ダイオード（上側ダイオード）４Ｕ０は、カソードがスイッチング素子１Ｕのソースおよび交流端子２１１と電気的に接続し、アノードが抵抗器５Ｕ０と電気的に接続する。なお、ダイオード４Ｕ０は、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。
【０１０８】
コンデンサ（上側コンデンサ）３Ｕ０は、一端がスイッチング素子１Ｕのドレインと電気的に接続し、他端がダイオード４Ｕ０のアノードおよび抵抗器５Ｕ０と電気的に接続されている。
抵抗器（上側抵抗器）５Ｕ０の一端は、ダイオード４Ｕ０のアノードとコンデンサ３Ｕ０の他端とに電気的に接続されている。抵抗器５Ｕ０の他端は、回生整流ダイオード６Ｕ１のアノードと、回生整流ダイオード６Ｕ０のカソードとに電気的に接続されている。
【０１０９】
ダイオード（下側ダイオード）４Ｘ０は、アノードがスイッチング素子１Ｘのドレインおよび交流端子２１１と電気的に接続し、カソードが抵抗器５Ｘ０と電気的に接続している。なお、ダイオード４Ｘ０は、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。
【０１１０】
コンデンサ（下側コンデンサ）３Ｘ０は、一端がスイッチング素子１Ｘのソースと電気的に接続され、他端がダイオード４Ｘ０のカソードおよび抵抗器５ＸＭと電気的に接続されている。
抵抗器（下側抵抗器）５Ｘ０の一端は、ダイオード４Ｘ０のカソードとコンデンサ３Ｘ０の他端とに電気的に接続されている。抵抗器５Ｘ０の他端は、回生整流ダイオード６Ｘ０のアノードと、回生整流ダイオード６Ｘ１のカソードとに電気的に接続されている。
【０１１１】
上記のように、本実施形態の電力変換装置は、インバータセル１００の上側のアームが、スイッチ回路１０１Ｎと同様の構成を備えた電圧型クランプ型スイッチ回路であり、インバータセル１００の下側のアームが、スイッチ回路１０２Ｍと同様の構成を備えた電圧型クランプ型スイッチ回路である。したがって、本実施形態では、インバータセル１００の上側のアームと下側のアームとは、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍと同様のスイッチ回路として共通の回路を用いることができる。
本実施形態において、複数の第１回生整流回路は、最も低電位側の第１スイッチ回路の第１コンデンサと上側コンデンサとの間、及び、上側コンデンサと下側スイッチング素子の低電位側の端子との間にさらに接続されている。
また、本実施形態において、複数の第２回生整流回路は、最も高電位側の第２スイッチ回路の第２コンデンサと下側コンデンサとの間、及び、下側コンデンサと上側スイッチング素子の高電位側の端子との間にさらに接続されている。
【０１１２】
本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様である。すなわち、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１１３】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１１４】
次に、第６実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１０は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第５実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１５】
本実施形態の電力変換装置は、回生整流ダイオード６Ｕ１、６Ｘ１が省略されている。また、回生整流ダイオード６Ｕ２のアノードは、スイッチング素子１Ｘのソースと電気的に接続されることなく、回生整流ダイオード６Ｘ２のカソードと電気的に接続されている。回生整流ダイオード６Ｘ２のカソードは、スイッチング素子１Ｕのドレインと接続されることなく、回生整流ダイオード６Ｕ２のアノードと電気的に接続されている。
すなわち、本実施形態の電力変換装置は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、隣接したスイッチ回路１０１Ｎ間、及び、隣接したスイッチ回路１０２Ｍ間にそれぞれ接続され、互いに直列に接続された複数の回生整流ダイオード６ＵＮ、６ＸＭ（Ｎ＝２〜ｎ、Ｍ＝２〜ｍ）と、を備えている。
【０１１６】
本実施形態では、回生整流回路が、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、隣接した第１スイッチ回路の第１コンデンサ間、及び、隣接した第２スイッチ回路の第２コンデンサ間にそれぞれ接続され、複数の回生整流回路が互いに直列に接続されている。
すなわち、本実施形態の電力変換装置は、第１スイッチ回路１０１Ｎの少なくとも１つが第１スイッチング素子１ＵＮの低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４ＵＮと、第１ダイオード４ＵＮのアノードと第１スイッチング素子１ＵＮの高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３ＵＮと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端とを接続する回生整流回路を備えている。
また、本実施形態の電力変換装置は、第２スイッチ回路１０２Ｘの少なくとも１つが第２スイッチング素子１ＸＭの高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４ＸＭと、第２ダイオード４ＸＭのカソードと第２スイッチング素子１ＸＭの低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３ＸＭと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回生整流回路を備えている。
【０１１７】
なお、本実施形態において、インバータセル１００の構成は、第１実施形態と同様であってもよく、第５実施形態と同様であってもよい。インバータセル１００が第５実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端、上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端、および、上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端を接続し、かつ、インバータセル１００の高電位側端、下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端、および、下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回路を備える。
【０１１８】
本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様である。すなわち、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１１９】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１２０】
次に、第７実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１１は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第６実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２１】
本実施形態の電力変換装置は、回生整流回路が抵抗器７Ｃ、７ＵＮ（Ｎ＝２〜ｎ）、７ＸＭ（Ｍ＝２〜ｍ）を更に備えている点において上述の第６実施形態の電力変換装置と異なる。
【０１２２】
抵抗器７ＵＮ（Ｎ＝２〜ｎ）は、スイッチ回路１０１（Ｎ−１）のスナバ端子２０５（Ｎ−１）と回生整流ダイオード６ＵＮとを電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード６ＵＮと直列に接続されている。
【０１２３】
抵抗器７ＸＭ（Ｍ＝２〜ｍ）は、スイッチ回路１０２Ｍのスナバ端子２０８Ｍと回生整流ダイオード６ＸＭとを電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード６ＸＭと直列に接続されている。
【０１２４】
抵抗器７Ｃは、スイッチ回路１０１１のスナバ端子２０５１と、スイッチ回路１０２１のスナバ端子２０８１との間を電気的に接続する経路において、スナバ端子２０５１およびスナバ端子２０８１に直列に接続されている。
【０１２５】
上記のように、本実施形態の電力変換装置は、回生整流ダイオード６ＵＮ、６ＸＭと直列に接続された抵抗器７Ｃ、７ＵＮ（Ｎ＝２〜ｎ）、７ＸＭ（Ｍ＝２〜ｍ）を備える構成であり、スナバ端子２０５Ｎ、２０８Ｍを介してスイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍのコンデンサ３ＵＮ、３ＸＭ間を電気的に接続する経路に介在する抵抗器の数を減らすことができる。例えば、図１に示す構成では、コンデンサ３Ｕｎとコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）とがスナバ端子２０５ｎ、２０５（ｎ−１）を介して電気的に接続される経路には、抵抗器５Ｕｎと抵抗器５Ｕ（ｎ−１）とが介在している。これに対し、図１１に示す構成では、コンデンサ３Ｕｎとコンデンサ３Ｕ（ｎ−１）とがスナバ端子２０５ｎ、２０５（ｎ−１）を介して電気的に接続される経路には、抵抗器７ｎが介在している。これにより、スイッチ回路１０１Ｎ間およびスイッチ回路１０２Ｍ間を電気的に接続する経路を介して充電されるエネルギーを、より効率よく回生することができる。
【０１２６】
なお、本実施形態において、インバータセル１００の構成は、第１実施形態と同様であってもよく、第５実施形態と同様であってもよい。インバータセル１００が第５実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端、上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端、および、上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端を接続し、かつ、インバータセル１００の高電位側端、下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端、および、下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回路を備える。
本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様である。すなわち、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１２７】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１２８】
次に、第８実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１２は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第７実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
本実施形態の電力変換装置は、上述の第７実施形態の電力変換装置において回生整流ダイオード６Ｃを更に備えた構成である。
回生整流ダイオード６Ｃは、スイッチ回路１０１１のスナバ端子２０５１（図１１に示す）と抵抗器７Ｃとの間を電気的に接続する経路において、抵抗器７Ｃと直列に接続されている。
【０１３０】
また、本実施形態の電力変換装置では、抵抗器７ＸＭは、回生整流ダイオード６ＸＭとスイッチ回路１０２（Ｍ−１）のスナバ端子２０８（Ｍ−１）との間において、回生整流ダイオード６ＸＭと直列に接続されている。
本実施形態の電力変換装置は、上記構成以外は上述の第７実施形態の電力変換装置と同様の構成である。
【０１３１】
本実施形態では、上述の第７実施形態と同様に、スナバ端子２０５Ｎ、２０８Ｍを介してスイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍのコンデンサ３ＵＮ、３ＸＭ間を電気的に接続する経路に介在する抵抗器の数を減らすことができる。これにより、スイッチ回路１０１Ｎ間およびスイッチ回路１０２Ｍ間を電気的に接続する経路を介して充電されるエネルギーを、より効率よく回生することができる。
【０１３２】
なお、本実施形態において、インバータセル１００の構成は、第１実施形態と同様であってもよく、第５実施形態と同様であってもよい。インバータセル１００が第５実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端、上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端、および、上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端を接続し、かつ、インバータセル１００の高電位側端、下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端、および、下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回路を備える。
本実施形態の電力変換装置の動作は、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様である。すなわち、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１３３】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１３４】
次に、第９実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１３は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第８実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３５】
本実施形態の電力変換装置は、下アームの構成が上述の第１実施形態と異なっている。
本実施形態の電力変換装置は、マイナス直流端子２１０とインバータセル１００との間の経路にスイッチング素子１ＸＨが接続されている。なお、スイッチング素子１ＸＨは、スイッチ回路１０１Ｎのスイッチング素子１ＵＮよりも高耐圧の素子を用いることが望ましい。また、図１３では、電力変換装置は、下アームに１つのスイッチング素子１ＸＨを備えているが、下アームにおいて複数のスイッチング素子１ＸＨを直列に接続しても構わない。なお、電力変換方向は一方方向になるが、下アームは、スイッチング素子１ＸＨに代えて高耐圧のダイオード（受動半導体素子）を備えていてもよい。
【０１３６】
上記のように、本実施形態の電力変換装置は、下アームの構成が第１実施形態と異なっているものであって、第１スイッチ回路１０１Ｎの少なくとも１つが第１スイッチング素子１ＵＮの低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４ＵＮと、第１ダイオード４ＵＮのアノードと第１スイッチング素子１ＵＮの高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３ＵＮと、を備えるとき、および、第２スイッチ回路１０２Ｘの少なくとも１つが第２スイッチング素子１ＸＭの高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４ＸＭと、第２ダイオード４ＸＭのカソードと第２スイッチング素子１ＸＭの低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３ＸＭと、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端と、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。
【０１３７】
なお、本実施形態において、インバータセル１００の構成は、第１実施形態と同様であってもよく、第５実施形態と同様であってもよい。インバータセル１００が第５実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端、上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端、および、上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端を接続するとともに、インバータセル１００の高電位側端および下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端を接続する回路を備える。
【０１３８】
本実施形態の電力変換装置は、上アームは上述の第１および第２実施形態と同様の動作となり、下アームは、スイッチング素子１Ｘとスイッチング素子１ＸＨとを同時にスイッチングすることにより、従来の２レベルインバータと同様に動作させることが可能である。したがって、本実施形態の電力変換装置では、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮを、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１３９】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１４０】
次に、第１０実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１４は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第９実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４１】
本実施形態の電力変換装置は、上アームの構成が上述の第１実施形態と異なっている。
本実施形態の電力変換装置は、プラス直流端子２０９とインバータセル１００との間の経路にスイッチング素子１ＵＨが接続されている。なお、スイッチング素子１ＵＨは、スイッチ回路１０２Ｍのスイッチング素子１ＸＭよりも高耐圧の素子を用いることが望ましい。また、図１４では、電力変換装置は、上アームに１つのスイッチング素子１ＵＨを備えているが、上アームにおいて複数のスイッチング素子１ＵＨを直列に接続しても構わない。なお、電力変換方向は一方方向になるが、上アームは、スイッチング素子１ＵＨに代えて高耐圧のダイオード（受動半導体素子）を備えていてもよい。
【０１４２】
上記のように、本実施形態の電力変換装置は、上アームの構成が第１実施形態と異なっているものであって、第１スイッチ回路１０１Ｎの少なくとも１つが第１スイッチング素子１ＵＮの低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４ＵＮと、第１ダイオード４ＵＮのアノードと第１スイッチング素子１ＵＮの高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３ＵＮと、を備えるとき、および、第２スイッチ回路１０２Ｘの少なくとも１つが第２スイッチング素子１ＸＭの高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４ＸＭと、第２ダイオード４ＸＭのカソードと第２スイッチング素子１ＸＭの低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３ＸＭと、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端と、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。
【０１４３】
なお、本実施形態において、インバータセル１００の構成は、第１実施形態と同様であってもよく、第５実施形態と同様であってもよい。インバータセル１００が第５実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端を接続するとともに、インバータセル１００の高電位側端、下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端、および、下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回路を備える。
【０１４４】
本実施形態の電力変換装置は、下アームは上述の第１および第２実施形態と同様の動作となり、上アームは、スイッチング素子１Ｕとスイッチング素子１ＵＨとを同時にスイッチングすることにより、従来の２レベルインバータと同様に動作させることが可能である。したがって、本実施形態の電力変換装置では、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭを、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせることにより、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１４５】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１４６】
次に、第１１実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１５は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第１０実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４７】
本実施形態の電力変換装置は、回生整流回路の構成が上述の第１実施形態と異なっている。
複数の第１回生整流回路は、それぞれ回生整流ダイオード６ＵＮと抵抗器５ＵＮとを備えている。回生整流ダイオード６ＵＮは、インバータセル１００の負側セル端子２０１からスイッチ回路１０１Ｎのスナバ端子２０５Ｎへ向かう方向を順方向として、負側セル端子２０１とスナバ端子２０５Ｎとの間に接続されている。抵抗器５ＵＮは、回生整流ダイオード６ＵＮのカソードとスナバ端子２０５Ｎとの間を電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード６ＵＮと直列に接続されている。すなわち、複数の回生整流ダイオード６ＵＮのアノードは、他の回生整流ダイオード６ＵＮを介さずに、インバータセル１００の負側セル端子２０１と電気的に接続されている。
【０１４８】
すなわち、本実施形態において、複数の第１回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、下側スイッチング素子の低電位側の端子（インバータセル１００の低電位側端）と複数の第１スイッチ回路の第１コンデンサの低電位側端との間にそれぞれ接続されている。
【０１４９】
上記のように、本実施形態の電力変換装置は、第１スイッチ回路１０１Ｎの少なくとも１つが第１スイッチング素子１ＵＮの低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４ＵＮと、第１ダイオード４ＵＮのアノードと第１スイッチング素子１ＵＮの高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３ＵＮと、を備えるとき、および、第２スイッチ回路１０２Ｘの少なくとも１つが第２スイッチング素子１ＸＭの高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４ＸＭと、第２ダイオード４ＸＭのカソードと第２スイッチング素子１ＸＭの低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３ＸＭと、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端と、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。
【０１５０】
複数の第２回生整流回路は、それぞれ回生整流ダイオード６ＸＭと抵抗器５ＸＭとを備えている。回生整流ダイオード６ＸＭは、スイッチ回路１０２Ｍのスナバ端子２０８Ｍからインバータセル１００の正側セル端子２００へ向かう方向を順方向として、スナバ端子２０８Ｍと正側セル端子２００との間に接続されている。抵抗器５ＸＭは、回生整流ダイオード６ＸＭのアノードとスナバ端子２０８Ｍとの間を電気的に接続する経路において、回生整流ダイオード６ＸＭと直列に接続されている。すなわち、複数の回生整流ダイオード６ＸＭのカソードは、他の回生整流ダイオード６ＸＭを介さずに、インバータセル１００の正側セル端子２００と電気的に接続されている。
【０１５１】
すなわち、本実施形態において、複数の第２回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、上側スイッチング素子の高電位側の端子（インバータセル１００の高電位側端）と複数の第２スイッチ回路の第２コンデンサの高電位側端との間にそれぞれ接続されている。
【０１５２】
なお、本実施形態において、インバータセル１００の構成は、第１実施形態と同様であってもよく、第５実施形態と同様であってもよい。インバータセル１００が第５実施形態と同様の構成である場合には、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端と上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端との間に接続された回路と、インバータセル１００の高電位側端と下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端との間にそれぞれ接続された回路と、をさらに備える。
本実施形態の電力変換装置において、スイッチング素子１Ｕ、１Ｘと、複数のスイッチング素子１ＵＮと複数のスイッチング素子１ＸＭとのスイッチング動作は、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様である。すなわち、上アームの複数のスイッチング素子１ＵＮと、下アームの複数のスイッチング素子１ＸＭとを、それぞれ、所定の時間間隔をあけて順次スイッチングさせる。
【０１５３】
本実施形態では、上記スイッチング動作および回生整流ダイオード６ＵＮ、６ＸＭの構成により、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍのコンデンサ３ＵＮ、３ＸＭに蓄えられたエネルギーは、複数の回生整流ダイオード６ＵＮ、６ＸＭを介すことなくフローティングコンデンサ２へ充電される。
【０１５４】
したがって、本実施形態の電力変換装置によれば、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能であるとともに、コンデンサ３ＵＮ、３ＸＭからフローティングコンデンサ２へエネルギーを放電する経路において、エネルギーの損失が少なくなり、より効率的にエネルギーを回生することが可能となる。
【０１５５】
なお、本実施形態の電力変換装置では、上述の第１実施形態の電力変換装置の回路構成と比較して回生整流ダイオード６ＵＮ、６ＸＭに印加され電圧が高くなるため、回生整流ダイオード６ＵＮ、６ＸＭとして第１実施形態よりも高耐圧の素子を適用することが望ましい。
【０１５６】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１５７】
次に、第１２実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１６は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第１１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１５８】
本実施形態の電力変換装置は、例えば、上述の第１実施形態の電力変換装置が備えている第１抵抗器５ＵＮおよび第２抵抗器５ＸＭに代えて、第１リアクトル８ＵＮおよび第２リアクトル８ＸＭ（若しくは第１インダクタンス素子８ＵＮおよび第２隠宅タンス素子８ＸＭ）に置き換えた構成である。抵抗器５ＵＮ、５ＸＭに替えてリアクトル８ＵＮ、８ＸＭを用いることにより、例えば、コンデンサ３ＵＮ間の電圧差が大きい場合や、コンデンサ３ＸＭ間の電圧差が大きい場合であっても、効率よくエネルギーを回生することが可能である。
【０１５９】
したがって、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様に、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
なお、図１６では、第１実施形態の電力変換装置における抵抗器５ＵＮ、５ＸＭをリアクトル８ＵＮ、８ＸＭに置き換えた例を示しているが、他の複数の実施形態の電力変換器の回路構成についても、抵抗器に替えてリアクトルを用いることにより同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
次に、第１３実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１７は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において、上述の第１乃至第１１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１６１】
本実施形態の電力変換装置は、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍの構成が上述の第１実施形態と異なっている。
スイッチ回路１０１Ｎは、スイッチング素子１ＵＮに替えて、正側スイッチング素子１ＵＮＵと、負側スイッチング素子１ＵＮＬとを備えている。正側スイッチング素子１ＵＮＵと負側スイッチング素子１ＵＮＬとは直列に接続されている。
【０１６２】
スイッチ回路１０２Ｍは、スイッチング素子１ＸＭに替えて、正側スイッチング素子１ＸＭＵと、負側スイッチング素子１ＸＭＬとを備えている。正側スイッチング素子１ＸＭＵと負側スイッチング素子１ＸＭＬとは直列に接続されている。
【０１６３】
本実施形態の電力変換装置では、正側スイッチング素子１ＵＮＵと負側スイッチング素子１ＵＮＬとが同時にスイッチングされ、正側スイッチング素子１ＸＭＵと負側スイッチング素子１ＸＭＬとが同時にスイッチングされる。例えば、正側スイッチング素子１ＵＮＵと負側スイッチング素子１ＵＮＬとは、共通のゲート信号Ｓｕ（Ｎ）に基づいて動作を制御されてもよく、正側スイッチング素子１ＸＭＵと負側スイッチング素子１ＸＭＬとは、共通のゲート信号Ｓｘ（Ｍ）に基づいて動作を制御されてもよい。
【０１６４】
インバータセル１００は、上側スイッチング素子１Ｕに代えて、正側スイッチング素子１ＵＵと負側スイッチング素子１ＵＬとを備え、下側スイッチング素子１Ｘに代えて、正側スイッチング素子１ＸＵと負側スイッチング素子１ＵＬとを備えている。正側スイッチング素子１ＵＵと負側スイッチング素子１ＵＬとは直列に接続されている。正側スイッチング素子１ＸＵと負側スイッチング素子１ＸＬとは直列に接続されている。
【０１６５】
すなわち、本実施形態の電力変換装置は、第１スイッチ回路１０１Ｎの少なくとも１つが第１スイッチング素子１ＵＮの低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４ＵＮと、第１ダイオード４ＵＮのアノードと第１スイッチング素子１ＵＮの高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３ＵＮと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端とを接続する回生整流回路を備えている。
また、本実施形態の電力変換装置は、第２スイッチ回路１０２Ｘの少なくとも１つが第２スイッチング素子１ＸＭの高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４ＸＭと、第２ダイオード４ＸＭのカソードと第２スイッチング素子１ＸＭの低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３ＸＭと、を備えるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端を接続する回生整流回路を備えている。
【０１６６】
なお、本実施形態において、インバータセル１００は、第５実施形態と同様に、上側ダイオード４Ｕ０、上側コンデンサ３Ｕ０、下側ダイオード４Ｘ０、および、下側コンデンサ３Ｘ０を備えていてもよい。この場合、回生整流回路は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端と上側コンデンサ３Ｕ０の低電位側端との間に接続されるとともに、インバータセル１００の高電位側端と下側コンデンサ３Ｘ０の高電位側端との間に接続された回路をさらに備える。
【０１６７】
本実施形態の電力変換装置の動作は、例えば、上述の第１実施形態又は第２実施形態の電力変換装置においてスイッチング素子１ＵＮをスイッチング（ターンオン又はターンオフ）したタイミングにて、本実施形態の電力変換装置の正側スイッチング素子１ＵＮＵと負側スイッチング素子１ＵＮＬとをスイッチング（ターンオン又はターンオフ）し、上述の第１実施形態又は第２実施形態の電力変換装置においてスイッチング素子１ＸＭをスイッチング（ターンオン又はターンオフ）したタイミングにて、本実施形態の電力変換装置の正側スイッチング素子１ＸＭＵと負側スイッチング素子１ＸＭＬとをスイッチング（ターンオン又はターンオフ）する。このことにより、本実施形態の電力変換装置において、上述の第１実施形態および第２実施形態と同様に、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
【０１６８】
上記のように、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
【０１６９】
なお、図１７に示す例では、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍは、第１実施形態の電力変換装置のスイッチング素子１ＵＮ、１ＸＭに替えて直列に接続された２つのスイッチング素子を備えていたが、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍは、スイッチング素子１ＵＮ、１ＸＭに替えて直列に接続された３つ以上のスイッチング素子を備えていても構わない。その場合であっても、スイッチ回路１０１Ｎ、１０２Ｍそれぞれが備える複数のスイッチング素子を同じタイミングでスイッチングし、上述の第１実施形態又は第２実施形態と同様に動作させることにより、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１７０】
次に、第１４実施形態の電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。
図１８は、一実施形態の電力変換装置の構成の一例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換装置は、インバータセル１００と、スイッチ回路１０１と、スイッチ回路１０２と、回生整流ダイオード６と、抵抗器７と、を備えている。
【０１７１】
インバータセル１００は、上述の第１実施形態の電力変換装置と同様の構成であるためここでは説明を省略する。なお、本実施形態において、インバータセル１００は、第５実施形態と同様の構成であってもよい。
スイッチ回路１０１は、スイッチング素子１Ｕ１と、コンデンサ３Ｕ１と、ダイオード４Ｕ１と、を備えている。
【０１７２】
スイッチング素子１Ｕ１は、例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１Ｕ１のソースは、スイッチング素子１Ｕのドレインと電気的に接続され、スイッチング素子１Ｕ１のドレインはプラス直流端子２０９と電気的に接続される。
【０１７３】
ダイオード４Ｕ１は、カソードがスイッチング素子１Ｕ１のソースと電気的に接続され、アノードが回生整流ダイオード６のカソードと電気的に接続される。なお、ダイオード４Ｕ１は、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。
【０１７４】
コンデンサ３Ｕ１は、一端がスイッチング素子１Ｕ１のドレインと電気的に接続され、他端がダイオード４Ｕ１のアノードおよび回生整流ダイオード６のカソードと電気的に接続される。
【０１７５】
スイッチ回路１０２は、スイッチング素子１Ｘ１と、コンデンサ３Ｘ１と、ダイオード４Ｘ１と、を備えている。
スイッチング素子１Ｘ１は、例えばＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子１Ｘ１のドレインは、スイッチング素子１Ｘのソースと電気的に接続され、スイッチング素子１Ｘ１のソースはマイナス直流端子２１０と電気的に接続される。
【０１７６】
ダイオード４Ｘ１は、アノードがスイッチング素子１Ｘ１のドレインと電気的に接続され、カソードが抵抗器７およびコンデンサ３Ｘ１の一端と電気的に接続されている。なお、ダイオード４Ｘ１は、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。
【０１７７】
コンデンサ３Ｘ１は、一端がダイオード４Ｘ１のカソードと電気的に接続され、他端がスイッチング素子１Ｘ１のソースおよびマイナス直流端子２１０と電気的に接続される。
回生整流ダイオード６は、スイッチ回路１０２からスイッチ回路１０１へ向かう方向を順方向として、コンデンサ３Ｕ１と抵抗器７との間に接続されている。
抵抗器７は、スイッチ回路１０２と回生整流ダイオード６との間を接続する経路において、回生整流ダイオード６と直列に接続されている。すなわち、本実施形態の電力変換装置は、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３ＵＮの低電位側端と、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３ＸＭの高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。
【０１７８】
上記のように、本実施形態の電力変換装置は、第１スイッチ回路１０１が第１スイッチング素子１Ｕ１の低電位側端にカソードが接続された第１ダイオード４Ｕ１と、第１ダイオード４Ｕ１のアノードと第１スイッチング素子１Ｕ１の高電位側端との間に接続された第１コンデンサ３Ｕ１と、を備えるとき、および、第２スイッチ回路１０２の少なくとも１つが第２スイッチング素子１Ｘ１の高電位側端にアノードが接続された第２ダイオード４Ｘ１と、第２ダイオード４Ｘ１のカソードと第２スイッチング素子１Ｘ１の低電位側端との間に接続された第２コンデンサ３Ｘ１と、を備えるときの少なくとも一方であるとき、低電位側から高電位側へ向かう方向を順方向として、インバータセル１００の低電位側端および上アームの第１コンデンサ３Ｕ１の低電位側端と、インバータセル１００の高電位側端および下アームの第２コンデンサ３Ｘ１の高電位側端と、の少なくともいずれか一方を接続する回生整流回路を備えている。
【０１７９】
本実施形態の電力変換装置において、例えば、上アームをターンオンする際には、スイッチング素子１Ｕがターンオンされた後にスイッチング素子１Ｕ１がターンオンされる。また、例えば、上アームをターンオフする際には、スイッチング素子１Ｕ１がターンオフされた後にスイッチング素子１Ｕがターンオフされる。下アームも同様に、例えば、下アームをターンオンする際には、スイッチング素子１Ｘがターンオンされた後にスイッチング素子１Ｘ１がターンオフされる。また、例えば、下アームをターンオフする際には、スイッチング素子１Ｘ１がターンオフされた後にスイッチング素子１Ｘがターンオフされる。
【０１８０】
上記のように動作させることにより、本実施形態の電力変換装置によれば、ターンオン損失、ターンオフ損失、および、リカバリ損失などの損失を低減することが可能である。
すなわち、本実施形態の電力変換装置によれば、上述の第１実施形態と同様に、エネルギー損失を低く抑え、かつ、大型化を回避することが可能である。
また、本実施形態の電力変換装置によれば、スイッチング素子１Ｕ、１Ｕ１、１Ｘ、１Ｘ１が電力変換のための動作を行うと、同時に、フローティングコンデンサ２に蓄えられたエネルギーを回生させることができる。したがって、本実施形態の電力変換装置では、フローティングコンデンサ２に蓄えられたエネルギーを回生させるための動作をスイッチング素子１Ｕ、１Ｕ１、１Ｘ、１Ｘ１にさせる必要がなくなり、電力変換装置の動作の制約を回避することができる。
【０１８１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１８２】
１Ｕ、１Ｘ、１ＵＨ、１ＸＨ、１ＵＮ、１ＸＭ…スイッチング素子、１ＵＮＵ、１ＸＭＵ…正側スイッチング素子、１ＵＮＬ、１ＸＭＬ…負側スイッチング素子、２…フローティングコンデンサ、３ＵＮ、３ＸＭ…コンデンサ、４ＵＮ、４ＸＭ…ダイオード、５ＵＮ、５ＸＭ…抵抗器、６、６Ｃ、６ＵＮ、６ＸＭ…回生整流ダイオード、７Ｃ、７ＵＮ、７ＸＭ…抵抗器、８ＵＮ、８ＸＭ…リアクトル、１０…電圧検出器、１２…減算器、１４…制御器、１６…補償器、１７…電流検出器、１８…乗算器、１００…インバータセル、１０１Ｎ、１０２Ｍ…スイッチ回路、２０９…プラス直流端子、２１０…マイナス直流端子、２１１…交流端子（交流端）。
【図１】
2020108326.tif 000004
【図２】
2020108326.tif 000005
【図３Ａ】
2020108326.tif 000006
【図３Ｂ】
2020108326.tif 000007
【図３Ｃ】
2020108326.tif 000008
【図４Ａ】
2020108326.tif 000009
【図４Ｂ】
2020108326.tif 000010
【図４Ｃ】
2020108326.tif 000011
【図５Ａ】
2020108326.tif 000012
【図５Ｂ】
2020108326.tif 000013
【図６】
2020108326.tif 000014
【図７】
2020108326.tif 000015
【図８】
2020108326.tif 000016
【図９】
2020108326.tif 000017
【図１０】
2020108326.tif 000018
【図１１】
2020108326.tif 000019
【図１２】
2020108326.tif 000020
【図１３】
2020108326.tif 000021
【図１４】
2020108326.tif 000022
【図１５】
2020108326.tif 000023
【図１６】
2020108326.tif 000024
【図１７】
2020108326.tif 000025
【図１８】
2020108326.tif 000026