(57)【要約】【課題】本発明では、リカバリ電流を抑制して損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】第三半導体スイッチＱ３と第四半導体スイッチＱ４との間にコイルを直列に挿入し、コイルと第三半導体スイッチＱ３との間と第二直流端子１２とを第二経路第二ダイオードＤ８で接続し、コイルと第四半導体スイッチＱ４との間と第一直流端子１１とを第二経路第一ダイオードＤ７で接続することとした。スイッチＳ４がオンする時に付随ダイオードＤ３には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第一ダイオードＤ７に流れている。また、スイッチ３がオンする時に付随ダイオードＤ４には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第二ダイオードＤ８に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。【選択図】図６
2010011555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第二半導体スイッチとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路第一コイルと、第二経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第四半導体スイッチと前記第二経路第二コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第二経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路第一コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイル、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第四半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第三半導体スイッチを迂回して前記第二経路第一ダイオード、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第四半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路第二ダイオード、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとが共通のコアで磁気結合していることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、第一経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路コイルと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第一経路ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間及び前記第二接続点と前記第二交流端子との間に接続されるチョークコイル、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、並びに、
前記第一直流端子と前記第二直流端子との間で直列接続された２つの容量間の電位を出力する第三交流端子、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第二交流端子及び前記第三交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路ダイオード、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子、前記第二直流端子の経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第二直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイル、前記第二半導体スイッチの経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第三交流端子及び前記第一交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路ダイオード、前記第一直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリに接続され、バッテリの充電時、外部の電源から入力される交流電力を直流電力に変換してバッテリに出力すると共に、交流電力出力時、バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し外部の負荷に出力する双方向ＤＣ／ＡＣインバータが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
図１に、直流回路と交流回路との間を双方向に電力変換を行う従来のインバータの構成例を示す。図１のインバータは、第一直流端子１１と第二直流端子１２との間を並列に接続される第一経路Ｐａｓ１と第二経路Ｐａｓ２と備える。第一経路Ｐａｓ１は、第一直流端子１１から第二直流端子１２に向けて、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ１とスイッチＳ１とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチＱ１と、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ２とスイッチＳ２とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチＱ２と、が順に直列に接続され、第一半導体スイッチＱ１と第二半導体スイッチＱ２との間に第一交流端子２１へ接続される第一接続点Ｐ１がある。第二経路Ｐａｓ２は、第一直流端子１１から第二直流端子１２に向けて、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ３とスイッチＳ３とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチＱ３と、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ４とスイッチＳ４とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチＱ４と、が順に直列に接続され、第三半導体スイッチＱ３と第四半導体スイッチＱ４との間に第二交流端子２２へ接続される第二接続点Ｐ２がある。図１のインバータは、第一接続点Ｐ１と第一交流端子２１との間にチョークコイルＬ１及び第二接続点Ｐ２と第二交流端子２２との間にチョークコイルＬ２をさらに備える。第一半導体スイッチＱ１から第四半導体スイッチＱ４は、一般的に寄生容量を持つことから、図１では、この寄生容量を考慮して、この寄生容量分を容量Ｃ３からＣ６で記載している。
【０００４】
図１のインバータは次のように動作する。
【０００５】
（交流から直流へ電力変換）
第一交流端子２１の電位が高い場合、第二半導体スイッチＱ２のオンで、付随ダイオードＤ４を介して、チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２にエネルギーを蓄積し、第二半導体スイッチＱ２のオフで電流は、チョークコイルＬ１、付随ダイオードＤ１、第一直流端子１１、第二直流端子１２、付随ダイオードＤ４、チョークコイルＬ２、第二交流端子２２の順で流れ、チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが直流側に放出される。第二交流端子２２の電位が高い場合、第四半導体スイッチＱ４のオンで、付随ダイオードＤ２を介して、チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２にエネルギーを蓄積し、第四半導体スイッチＱ４のオフで電流は、チョークコイルＬ２、付随ダイオードＤ３、第一直流端子１１、第二直流端子１２、付随ダイオードＤ２、チョークコイルＬ１、第一交流端子２１の順で流れ、チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２に蓄積されたエネルギーが直流側に放出される。従って、第一直流端子１１を正極とし、第二直流端子１２を負極とした直流電力を得ることができる。
【０００６】
（直流から交流へ電力変換）
直流から交流へ電力変換する場合を図２から図５で説明する。直流側は、第一直流端子１１が正極であり、第二直流端子１２が負極である。交流側の電圧は、初め第二交流端子２２の電位を高くし、その後、第一交流端子２１の電位を高くするものとする。なお、以降の図面において、図面上部に第一半導体スイッチＱ１から第四半導体スイッチＱ４の状態を表示している。「Ｐ」はオン状態、「Ｎ」はオフ状態を示す。
【０００７】
図２は、チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２のエネルギーが消滅し、第一交流端子２１の電位が高くなった場合の電流の流れを示した図である。循環電流は、容量Ｃ１、スイッチＳ１、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、スイッチＳ４、容量Ｃ１のループで流れ、直流側容量Ｃ１から交流側容量Ｃ２（負荷）にエネルギーを送っている。図２の状態で、第一交流端子２１の電位が高くなり、交流側には今までとは逆向きの電流が流れる。
【０００８】
図３は、第四半導体スイッチＱ４をオフとしたときの電流の流れを示した図である。チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２を流れた電流は、第二接続点Ｐ２で、容量Ｃ６、容量Ｃ１、スイッチＳ１、チョークコイルＬ１のループと容量Ｃ５、スイッチＳ１、チョークコイルＬ１のループとに分離される。それぞれのループの電流量はそれぞれ容量Ｃ５と容量Ｃ６との容量比に応じて定まる。図３の状態では、容量Ｃ５が放電し、容量Ｃ６が充電される。
【０００９】
図４は、図３で容量Ｃ５の放電が完了し、容量Ｃ６の充電が完了した後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、付随ダイオードＤ３、スイッチＳ１、チョークコイルＬ１のループで流れる。
【００１０】
図５は、スイッチ４をオンにしたときの電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、スイッチＳ４、容量Ｃ１、スイッチＳ１、チョークコイルＬ１のループで流れるとともに、付随ダイオードＤ３のリカバリによる電流が容量Ｃ１、付随ダイオードＤ３、スイッチＳ４、容量Ｃ１のループで流れて損失となる。以後第一交流端子２１と第二交流端子２２の正負切替わりまで、図２から図５が繰り返される。
【００１１】
図１のインバータの第一半導体スイッチＱ１、第二半導体スイッチＱ２、第三半導体スイッチＱ３、第四半導体スイッチＱ４の動作の関係を図２９に示す。第一半導体スイッチＱ１及び第二半導体スイッチＱ２の動作では図２９（ａ）のような低周波で駆動される。例えば、低周波の周波数は５０〜６０Ｈｚである。また、第三半導体スイッチＱ３及び第四半導体スイッチＱ４の動作では図２９（ｂ）のような高周波で駆動される。例えば、高周波の周波数は２０〜３０ｋＨｚである。図２９（ｃ）は図２９（ｂ）の高周波信号における１周期分の各半導体スイッチの動作を示す。「Ｎ」はオフ状態、「Ｐ」がオン状態である。
【００１２】
以上説明したように、図１のインバータは直流回路と三相交流回路との間で双方向に電力変換することができる。
【特許文献１】特開２００７−１１０８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、ダイオードには電流導通状態で逆方向バイアスが印加されると、所定時間逆方向に電流が流れてしまうリカバリという現象が存在する。特に、半導体スイッチに使用されるＦＥＴに寄生する寄生ダイオードは、デイスクリートタイプのダイオードに比べてリカバリ時間が長い。寄生ダイオードのリカバリ現象は、図５においてリカバリ電流を発生させる。すなわち、スイッチＳ４をオンとしたときに、容量Ｃ１、付随ダイオードＤ３、第四半導体スイッチＱ４、容量Ｃ１のリカバリ電流が流れる。図５において、リカバリ電流を一点鎖線で示している。リカバリ現象は、リカバリ電流が交流電力に寄与しないため損失を発生させることになる。さらに、リカバリ現象が完了する時急峻にリカバリ電流が遮断されるので、第三半導体スイッチＱ３にサージ電圧が加わりノイズ発生の原因にもなる。なお、本明細書では、主にＦＥＴに寄生する寄生ダイオードを付随ダイオードと記載して説明しているが、半導体スイッチは、その他の内部に寄生ダイオードを有する半導体素子や、半導体素子に外付で並列にダイオードを接続したものであってもよい。
【００１４】
そこで、本発明では、リカバリ電流を損失及びノイズを低減させた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】
【００１５】
第三半導体スイッチと第四半導体スイッチとの間にコイルを直列に挿入し、コイルと第三半導体スイッチとの間と第二直流端子とをダイオードで接続し、コイルと第四半導体スイッチとの間と第一直流端子とをダイオードで接続することとした。
【００１６】
具体的に、本発明に係る電力変換装置は、第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第二半導体スイッチとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路第一コイルと、第二経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第四半導体スイッチと前記第二経路第二コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第二経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路第一コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイル、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第四半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第三半導体スイッチを迂回して前記第二経路第一ダイオード、前記第一半導体スイッチ、前記第一接続点、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第四半導体スイッチをオンとすること、及び、
前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路第二ダイオード、前記第二経路第一コイル、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一接続点、前記第二半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする。
【００１７】
第二経路第一コイル、第二経路第二コイル、第二経路第一ダイオード及び第二経路第二ダイオードにより、第三半導体スイッチ及び第四半導体スイッチの付随ダイオードに電流が流れていない状態で第四半導体スイッチ及び第三半導体スイッチのスイッチを動作させることができる。従って、本発明は、付随ダイオードのリカバリ現象を回避でき、リカバリ電流による損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することができる。
【００１８】
なお、第一経路と第二経路を入れ替えても同様の効果が得られる。具体的には、第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、第一経路第一コイルと、第一経路第二コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一経路第一コイルと前記第一経路第二コイルとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第三半導体スイッチと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一接続点との間と前記第一直流端子とを接続する第一経路第一ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第一半導体スイッチと前記第一接続点との間と前記第二直流端子とを接続する第一経路第二ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間あるいは前記第二接続点と前記第二交流端子との間の少なくとも一方に接続されるチョークコイル、及び
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
前記第一直流端子、前記第一半導体スイッチ、前記第一経路第一コイル、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二接続点、前記第四半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第一半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第二半導体スイッチを迂回して前記第一経路第二ダイオード、前記第一経路第一コイル、前記第一交流端子、前記第二交流端子、前記第二接続点、前記第四半導体スイッチの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第一半導体スイッチをオンとすること、及び、
前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二接続点、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路第二コイル、前記第二半導体スイッチ、前記第二直流端子の経路で循環電流が流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第一交流端子及び前記第二交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路第一ダイオード、前記第三半導体スイッチ、前記第二接続点、前記第二交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路第二コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、
を特徴とする電力変換装置でもよい。
【００１９】
第一経路第一コイル、第一経路第二コイル、第一経路第一ダイオード及び第一経路第二ダイオードにより、第一半導体スイッチ及び第二半導体スイッチの付随ダイオードに電流が流れていない状態で第二半導体スイッチ及び第一半導体スイッチのスイッチを動作させることができる。この電力変換装置も付随ダイオードのリカバリ現象を回避でき、リカバリ電流による損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することができる。
【００２０】
本発明に係る電力変換装置の前記第二経路第一コイルと前記第二経路第二コイルとが共通のコアで磁気結合していることが好ましい。第二経路第一コイル及び第二経路第二コイルを小型化でき、電力変換装置を小型化することができる。
【００２１】
第一経路と第二経路を入れ替えた電力変換装置の場合は、前記第一経路第一コイルと前記第一経路第二コイルとが共通のコアで磁気結合していることが好ましい。第一経路第一コイル及び第一経路第二コイルを小型化でき、電力変換装置を小型化することができる。
【００２２】
本発明に係る電力変換装置は、第一直流端子から第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチと、第一経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第一半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間に第一交流端子へ接続される第一接続点がある第一経路、
前記第一経路と並列になるように前記第一直流端子から前記第二直流端子に向けて、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチと、第二経路コイルと、カソードが前記第一直流端子方向に向く付随ダイオードとスイッチとがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチと、が順に直列に接続され、前記第二経路コイルと前記第四半導体スイッチとの間に第二交流端子へ接続される第二接続点がある第二経路、
前記第一直流端子側をカソードとして、前記第二半導体スイッチと前記第一経路コイルとの間と前記第一直流端子とを接続する第一経路ダイオード、
前記第二直流端子側をアノードとして、前記第三半導体スイッチと前記第二経路コイルとの間と前記第二直流端子とを接続する第二経路ダイオード、
前記第一接続点と前記第一交流端子との間及び前記第二接続点と前記第二交流端子との間に接続されるチョークコイル、
前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのスイッチング動作を制御する制御回路、並びに、
前記第一直流端子と前記第二直流端子との間で直列接続された２つの容量間の電位を出力する第三交流端子、
を備える電力変換装置であって、
直流から交流へ電力変換する場合に、前記制御回路は、
循環電流が、前記第一直流端子、前記第三半導体スイッチ、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子の経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第二交流端子及び前記第三交流端子へ電力を供給しているときに前記第三半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第四半導体スイッチを迂回して前記第二経路ダイオード、前記第二経路コイル、前記第二交流端子、前記第三交流端子、前記第二直流端子の経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第三半導体スイッチをオンとすること、及び、
循環電流が、前記第二直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイル、前記第二半導体スイッチの経路で流れ、前記第一直流端子及び前記第二直流端子から前記第三交流端子及び前記第一交流端子へ電力を供給しているときに前記第二半導体スイッチをオフとし、循環電流が前記第一半導体スイッチを迂回して前記第一経路ダイオード、前記第一直流端子、前記第三交流端子、前記第一交流端子、前記第一経路コイルの経路で流れているとき又は該経路で流れていた循環電流が消滅してゼロの状態にあるときに再度前記第二半導体スイッチをオンとすること、でもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、半導体スイッチに付随するダイオードのリカバリ現象を回避でき、リカバリ電流による損失及びノイズを低減させた電力変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２５】
（第一の実施形態）
図６に、本実施形態の電力変換装置の概略構成図を示す。本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子１１と第二直流端子１２との間を第一経路Ｐａｓ１と第二経路Ｐａｓ２とで並列に接続する。
【００２６】
第一経路Ｐａｓ１は、第一直流端子１１から第二直流端子１２に向けて、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ１とスイッチＳ１とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第一半導体スイッチＱ１と、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ２とスイッチＳ２とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第二半導体スイッチＱ２と、が順に直列に接続され、第一半導体スイッチＱ１と第二半導体スイッチＱ２との間に第一交流端子２１へ接続される第一接続点Ｐ１がある。本実施形態の電力変換装置の第一経路Ｐａｓ１には、第一半導体スイッチＱ１と第一接続点Ｐ１との間に第一経路第一コイルＬ３１と、第二半導体スイッチＱ２と第一接続点Ｐ１との間に第一経路第二コイルＬ３２と、がさらに接続されている。本実施形態の電力変換装置では、第一経路第一コイルＬ３１と第一経路第二コイルＬ３２とが共通のコアで磁気結合しているが、共通のコアで磁気結合していなくても同様に動作する。
【００２７】
第二経路Ｐａｓ２は、第一経路Ｐａｓ１と並列になるように第一直流端子１１から第二直流端子１２に向けて、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ３とスイッチＳ３とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第三半導体スイッチＱ３と、第二経路第一コイルＬ４１と、第二経路第二コイルＬ４２と、カソードが第一直流端子１１方向に向く付随ダイオードＤ４とスイッチＳ４とがそれぞれ並列に接続された等価回路で表される第四半導体スイッチＱ４と、が順に直列に接続され、第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２との間に第二交流端子２２へ接続される第二接続点Ｐ２がある。本実施形態の電力変換装置では、第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２とが共通のコアで磁気結合しているが、共通のコアで磁気結合していなくても同様に動作する。
【００２８】
本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子１１側をカソードとして、第二半導体スイッチＱ２と第一経路第二コイルＬ３２との間と第一直流端子１１とを接続する第一経路第一ダイオードＤ５、及び、第二直流端子１２側をアノードとして、第一半導体スイッチＱ１と第一経路第一コイルＬ３１との間と第二直流端子１２とを接続する第一経路第二ダイオードＤ６、を備える。
【００２９】
本実施形態の電力変換装置は、第一直流端子１１側をカソードとして、第四半導体スイッチＱ４と第二経路第二コイルＬ４２との間と第一直流端子１１とを接続する第二経路第一ダイオードＤ７、及び、第二直流端子１２側をアノードとして、第三半導体スイッチＱ３と第二経路第一コイルＬ４１との間と第二直流端子１２とを接続する第二経路第二ダイオードＤ８、を備える。
【００３０】
本実施形態の電力変換装置は、第一接続点Ｐ１と第一交流端子２１との間にチョークコイルＬ１、及び、第二接続点Ｐ２と第二交流端子２２との間にチョークコイルＬ２を備える。チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２はいずれか一方でもよい。チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２は高周波を平滑化するフィルタ機能を有する。
【００３１】
さらに、本実施形態の電力変換装置は、第一半導体スイッチＱ１、第二半導体スイッチＱ２、第三半導体スイッチＱ３及び第四半導体スイッチＱ４のスイッチング動作を制御する制御回路を備える。この制御回路は図示していない。
【００３２】
第一半導体スイッチＱ１、第二半導体スイッチＱ２、第三半導体スイッチＱ３及び第四半導体スイッチＱ４は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とすることができる。いずれのＦＥＴも第一直流端子１１側をドレインとして接続する。付随ダイオードＤ１、付随ダイオードＤ２、付随ダイオードＤ３及び付随ダイオードＤ４は第一半導体スイッチＱ１、第二半導体スイッチＱ２、第三半導体スイッチＱ３及び第四半導体スイッチＱ４に存在する寄生ダイオードを利用することができる。また、第一半導体スイッチＱ１、第二半導体スイッチＱ２、第三半導体スイッチＱ３及び第四半導体スイッチＱ４は、寄生出力容量を有する。これらの寄生出力容量をそれぞれ容量Ｃ３、容量Ｃ４、容量Ｃ５及び容量Ｃ６で示している。なお、半導体スイッチは、その他の内部に寄生ダイオードを有する半導体素子や、半導体素子に外付で並列にダイオードを接続したものであってもよい。
【００３３】
第一経路第一ダイオードＤ５、第一経路第二ダイオードＤ６、第二経路第一ダイオードＤ７及び第二経路第二ダイオードＤ８は、付随ダイオードＤ１、付随ダイオードＤ２、付随ダイオードＤ３及び付随ダイオードＤ４よりも高速にリカバリが完了する高速ダイオードである。例えば、ＳｉＣダイオードやショットキーダイオードである。
【００３４】
第一直流端子１１と第二直流端子１２との間に接続された容量Ｃ１は、高周波雑音除去（ローパスフィルタ）機能を持つ。また、容量Ｃ１は、第一直流端子１１及び第二直流端子１２に接続される直流回路の容量を利用してもよい。
【００３５】
第一交流端子２１と第二交流端子２２との間に接続された容量Ｃ２は、高周波を平滑化するフィルタ（ローパスフィルタ）機能を持つ。また、容量Ｃ２は、第一交流端子２１及び第二交流端子２２に接続される交流回路の容量を利用してもよい。
【００３６】
本実施形態の電力変換装置は、制御回路が第一半導体スイッチＱ１、第二半導体スイッチＱ２、第三半導体スイッチＱ３及び第四半導体スイッチＱ４のスイッチング動作を制御している。制御回路は、直流から交流へ電力変換する場合に、以下のようにスイッチング動作を制御する。
【００３７】
第一直流端子１１が第二直流端子１２より電位が高く、第一交流端子２１が第二交流端子２２より電位が高い場合に、制御回路は、第一直流端子１１、第一半導体スイッチＱ１、第一経路第一コイルＬ３１、第一交流端子２１、第二交流端子２２、第二経路第二コイルＬ４２、第四半導体スイッチＱ４、第二直流端子１２の経路で循環電流が流れ、第一直流端子１１及び第二直流端子１２から第一交流端子２１及び第二交流端子２２へ電力を供給しているときに第四半導体スイッチＱ４をオフとし、循環電流が第三半導体スイッチＱ３を迂回して第二経路第一ダイオードＤ７、第一半導体スイッチＱ１、第一経路第一コイルＬ３１、第一交流端子２１、第二交流端子２２、第二経路第二コイルＬ４２の経路で流れているときに再度第四半導体スイッチＱ４をオンとする。
【００３８】
また、制御回路は、第一直流端子１１、第一半導体スイッチＱ１、第一経路第一コイルＬ３１、第一交流端子２１、第二交流端子２２、第二経路第二コイルＬ４２、第四半導体スイッチＱ４、第二直流端子１２の経路で循環電流が流れ、第一直流端子１１及び第二直流端子１２から第一交流端子２１及び第二交流端子２２へ電力を供給しているときに第一半導体スイッチＱ１をオフとし、循環電流が第二半導体スイッチＱ２を迂回して第一経路第二ダイオードＤ６、第一経路第一コイルＬ３１、第一交流端子２１、第二交流端子２２、第二経路第二コイルＬ４２、第四半導体スイッチＱ４の経路で流れているときに再度第一半導体スイッチＱ１をオンとしてもよい。
【００３９】
第一直流端子１１が第二直流端子１２より電位が高く、第一交流端子２１が第二交流端子２２より電位が低い場合に、制御回路は、第一直流端子１１、第三半導体スイッチＱ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二交流端子２２、第一交流端子２１、第一経路第二コイルＬ３２、第二半導体スイッチＱ２、第二直流端子１２の経路で循環電流が流れ、第一直流端子１１及び第二直流端子１２から第一交流端子２１及び第二交流端子２２へ電力を供給しているときに第三半導体スイッチＱ３をオフとし、循環電流が第四半導体スイッチＱ４を迂回して第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、第二交流端子２２、第一交流端子２１、第一経路第二コイルＬ３２、第二半導体スイッチＱ２の経路で流れているときに再度第三半導体スイッチＱ３をオンとする。
【００４０】
また、制御回路は、第一直流端子１１、第三半導体スイッチＱ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二交流端子２２、第一交流端子２１、第一経路第二コイルＬ３２、第二半導体スイッチＱ２、第二直流端子１２の経路で循環電流が流れ、第一直流端子１１及び第二直流端子１２から第一交流端子２１及び第二交流端子２２へ電力を供給しているときに第二半導体スイッチＱ２をオフとし、循環電流が第一半導体スイッチＱ１を迂回して第一経路第一ダイオードＤ５、第三半導体スイッチＱ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二交流端子２２、第一交流端子２１、第一経路第二コイルＬ３２の経路で流れているときに再度第二半導体スイッチＱ２をオンとしてもよい。
【００４１】
すなわち、制御回路は、第二経路第一コイルＬ４１及び第二経路第二コイルＬ４２に蓄えられたエネルギーを利用して、電流を第二経路第一ダイオードＤ７及び第二経路第二ダイオードＤ８に回避させ、付随ダイオードＤ３及び付随ダイオードＤ４に電流が流れていない状態でスイッチＳ３及びスイッチＳ４の高周波スイッチング動作を行うように制御する。同様に、第一経路第一コイルＬ３１及び第一経路第二コイルＬ３２に蓄えられたエネルギーを利用して、付随ダイオードＤ１及び付随ダイオードＤ２に電流が流れていない状態でスイッチＳ１及びスイッチＳ２の高周波スイッチング動作を行うように制御する。
【００４２】
図６の電力変換装置は次のように動作する。
【００４３】
（交流から直流への電力変換）
図１のインバータで説明した電力変換と同様である。
【００４４】
（直流から交流へ電力変換）
直流から交流へ電力変換する場合を図７から図１９で説明する。直流側は、第一直流端子１１が正極であり、第二直流端子１２が負極である。交流側の電圧は、初め第二交流端子２２の電位を高くし、その後、第一交流端子２１の電位を高くするものとする。
【００４５】
図７は、交流電圧の正負が切替わる直前で第二交流端子２２の電位が高い場合の電流の流れを示した図である。この場合、第二半導体スイッチＱ２及び第三半導体スイッチＱ３がオン状態である。循環電流は、容量Ｃ１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１のループで流れている。
【００４６】
図８は、第二交流端子２２から第一交流端子２１の電位が高くなるモード切替わり時で、スイッチＳ２及びスイッチＳ３をオフ状態にした直後の電流を示した図である。循環電流は３つのループで流れる。すなわち、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、容量Ｃ４、容量Ｃ６、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループ、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、容量Ｃ４、容量Ｃ１、容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループ、及び、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第一コイルＬ３１、容量Ｃ３、容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループである。図８の状態では、容量Ｃ５及び容量Ｃ４が充電され、容量Ｃ３及び容量Ｃ６が放電する。
【００４７】
図９は、図８において、容量Ｃ５及び容量Ｃ４の充電が完了した後の電流を示した図である。この場合、チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２のエネルギーにより、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、容量Ｃ１のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第一コイルＬ３１、容量Ｃ３、容量Ｃ１のループとで流れる。また、容量Ｃ１からは、容量Ｃ１、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、容量Ｃ１、容量Ｃ６、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループとで流れる。
【００４８】
図１０は、図９において、さらに容量Ｃ３及び容量Ｃ６の放電が完了した後の電流を示した図である。この場合、チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２のエネルギーにより、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、容量Ｃ１のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第一コイルＬ３１、付随ダイオードＤ１、容量Ｃ１とで流れる。また容量Ｃ１からは、容量Ｃ１、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、容量Ｃ１、付随ダイオードＤ４、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループとで流れる。第一経路第一コイルＬ３１と第一経路第二コイルＬ３２は第一経路第一ダイオードＤ５及び付随ダイオードＤ１の導通により短絡されている。また、第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は第二経路第二ダイオード８及び付随ダイオードＤ４の導通により短絡されている。チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２に流れる循環電流の減少で、付随ダイオードＤ１及び付随ダイオードＤ４に流れる電流がゼロになるまで続く。
【００４９】
図１１は、図１０で付随ダイオードＤ１及び付随ダイオードＤ４の電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、容量Ｃ１、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループで流れ、この経路で流れる循環電流がゼロになるまで続く。
【００５０】
[前半の半周期の説明]
図１２は、図１１での循環電流がゼロになり、スイッチＳ１及びスイッチＳ４をオンさせた以後の電流を示す。交流電圧の向きが切替わり、循環電流は、第一直流端子１１及び第二直流端子１２に接続されるバッテリなどの直流回路から電流が供給される。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。図１２の状態でモードが切替わり、第一交流端子２１の電位が高くなり、交流側に逆向きの電流が流れる。
【００５１】
図１３は、第四半導体スイッチＱ４をオフとしたときの電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、容量Ｃ６、容量Ｃ１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、容量Ｃ５、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。容量Ｃ６が充電され、容量Ｃ５が放電する。
【００５２】
図１４は、図１３において容量Ｃ６の充電が完了した後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、容量Ｃ５、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。
【００５３】
図１５は、図１４において容量Ｃ５の放電が完了した後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、付随ダイオードＤ３、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。
【００５４】
付随ダイオードＤ３の導通により第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡される。チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２に流れている循環電流は、容量Ｃ２（負荷）の電圧でリセットされて減少しているため、第二経路第一コイルＬ４１の電流及び第二経路第二コイルＬ４２の電流は均等に減少し、第二経路第一コイルＬ４１の電流がゼロになるとモードが切替わる。
【００５５】
図１６は、図１５において第二経路第一コイルＬ４１に流れる電流がゼロになった後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。
【００５６】
図１５から次に説明する図１７までの間に第三半導体スイッチＱ３をオンし、その後オフしてもよい。これは、本発明の目的を達成するための必須の動作ではないが、この動作を行うことで損失を低減することができる。具体的には、図１５の状態で第三半導体スイッチＱ３をオンとすると、今まで流れている図１５の電流の経路とほぼ同じであるが、ダイオードＤ３の電流がインピーダンスの低いスイッチＳ３に移行する点で異なる。
【００５７】
第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２は第二経路第一ダイオードＤ７とスイッチＳ３で短絡されているため磁束は保持される。また、チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２に流れている循環電流は容量Ｃ２(負荷)の電圧でリセットされ減少している。循環電流が、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２の励磁電流以下になるとコイルの磁束保持のために、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２のループで補償電流が流れる。
【００５８】
次にスイッチＳ３をオフすると、循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。また、補償電流は、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２のループで流れる。容量Ｃ５は補償電流で充電される。
【００５９】
容量Ｃ５の充電が完了すると、補償電流が第二経路第二ダイオードＤ８を経由して流れる。循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。補償電流は、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２のループで流れ、容量Ｃ１の電圧でリセットされる。
【００６０】
図１７は、図１６においてスイッチＳ４がオン後の電流を示した図である。循環電流のチョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、容量Ｃ５を充電するために流れる電流が容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１、容量Ｃ５のループで流れる。スイッチＳ４がオンする時に付随ダイオードＤ３には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第一ダイオードＤ７に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第一ダイオードＤ７に流れている電流がゼロになった後（循環電流がゼロの状態が続いている期間）に、スイッチＳ４をオンしてもよい。
【００６１】
図１８は、図１７において容量Ｃ５の充電が完了した後の電流を示した図である。循環電流のチョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二第コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１のループで流れる。第二経路第二ダイオードＤ８が導通している期間は、第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡されている。チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２に流れる循環電流の増加と共に第二経路第二ダイオードＤ８に流れる電流は減少してゼロになる。なお、上述の第三半導体スイッチＱ３をオンオフした場合、スイッチＳ３をオフしたときに容量Ｃ５が充電され、容量Ｃ５の充電が完了してスイッチＳ４をオンすると図１８と同様の電流が流れる。
【００６２】
図１９は、図１８において第二経路第二ダイオードＤ８に流れる電流がゼロになった後の電流を示した図である。循環電流はチョークコイルＬ１、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二第コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れ、図１２の状態となる。以後は、第一交流端子２１と第二交流端子２２の正負切替わりまで、図１２から図１９が繰り返される。
【００６３】
[後半の半周期の説明]
次に第一交流端子２１と第二交流端子２２の正負が切替わった後の動作について説明する。図１９の状態で半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ４をオフとし、半導体スイッチＱ２及び半導体スイッチＱ３をオンとする。循環電流は図７のように流れる。この状態で半導体スイッチＱ２をオンのまま半導体スイッチＱ３をオンオフさせる。
【００６４】
半導体スイッチＱ３をオフとすると、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１、容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ６、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループで流れる。容量Ｃ５が充電され、容量Ｃ６が放電する。
【００６５】
容量Ｃ５の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ６、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループで流れる。
【００６６】
容量Ｃ６の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、付随ダイオードＤ４、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループで流れる。
【００６７】
付随ダイオードＤ４の導通により第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡される。チョークコイルＬ１及びチョークコイルＬ２に流れている循環電流は、容量Ｃ２（負荷）の電圧でリセットされて減少しているため、第二経路第一コイルＬ４１の電流及び第二経路第二コイルＬ４２の電流は均等に減少し、第二経路第二コイルＬ４２の電流がゼロになるとモードが切替わる。
【００６８】
第二経路第二コイルＬ４２の電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループで流れる。なお、付随ダイオードＤ４が導通している状態でスイッチＳ４をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで、付随ダイオードＤ４よりインピーダンスの低いスイッチＳ４に電流を移行できるので損失を低減することができる。
【００６９】
スイッチＳ３がオン後、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、容量Ｃ６を充電するために流れる電流が容量Ｃ６、容量Ｃ１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、容量Ｃ６のループで流れる。スイッチ３がオンする時に付随ダイオードＤ４には電流が流れずに高速ダイオードの第二経路第二ダイオードＤ８に流れている。このため、リカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第二ダイオードＤ８に流れている電流がゼロになった後（循環電流がゼロの状態が続いている期間）に、スイッチＳ３をオンしてもよい。
【００７０】
容量Ｃ６の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二第コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第二ダイオードＤ７、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１のループで流れる。第二経路第一ダイオードＤ７が導通している期間は、第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡されている。チョークコイルＬ１、チョークコイルＬ２に流れる循環電流の増加と共に第二経路第一ダイオードＤ７に流れる電流は減少してゼロになる。
【００７１】
第二経路第一ダイオードＤ７に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二第コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループで流れ、図７の状態となる。以後は、第一交流端子２１と第二交流端子２２の正負切替わりまで、上述の動作が繰り返される。
【００７２】
電源周波数でスイッチング動作する第一経路Ｐａｓ１側の第一経路第一コイルＬ３１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５及び第一経路第二ダイオードＤ６がなくても同様の効果を得ることができる。
【００７３】
以上説明したように、図６の電力変換装置は直流回路と交流回路との間で電力変換することができる。なお、本実施形態について、第一経路Ｐａｓ１が電源周波数でスイッチング動作し、第二経路Ｐａｓ２が高周波でスイッチング動作する場合を説明したが、第二経路Ｐａｓ２が電源周波数でスイッチング動作し、第一経路Ｐａｓ１が高周波でスイッチング動作しても同様に説明することができる。
【００７４】
（第二の実施形態）
図２０に、本実施形態の電力変換装置の概略構成図を示す。本実施形態の電力変換装置は、図６の電力変換装置に第一経路Ｐａｓ１と並列になるように第一直流端子１１から第二直流端子１２に向けて、容量Ｃ１１と、容量Ｃ１２と、が直列に接続され、容量Ｃ１１と容量Ｃ１２との間に第三交流端子２３が接続される第三経路Ｐａｓ３をさらに備え、かつ第一交流端子２１から第二交流端子２２に向けて、容量Ｃ２１と、容量Ｃ２２と、が直列に接続され容量Ｃ２１と容量Ｃ２２との間に第三交流端子２３を備えた事である。
【００７５】
第一直流端子１１と第二直流端子１２との間に接続された容量Ｃ１１と容量Ｃ１２は、高周波雑音除去（ローパスフィルタ）機能を持つ。また、容量Ｃ１１及び容量Ｃ１２は、第一直流端子１１及び第二直流端子１２に接続される直流回路の容量を利用してもよい。この場合、直流回路内で２つの容量が直列接続されており、この容量間の接続点に第三交流端子２３を接続する。
【００７６】
第一交流端子２１と第二交流端子２２との間に接続された容量Ｃ２１及び容量Ｃ２２は、高周波を平滑化するフィルタ（ローパスフィルタ）機能を持つ。また、容量Ｃ２１及び容量Ｃ２２は、第一交流端子２１及び第二交流端子２２に接続される交流回路の容量を利用してもよい。
【００７７】
図２０の電力変換装置は次のように動作する。
【００７８】
（交流から直流への電力変換）
図２０の交流側は単相３線式で位相が１８０°ずれた単相１００Ｖ、２つからなる。第三交流端子２３をグランドとし第二交流端子２２が（＋）、第一交流端子２１が（−）とする。第二交流端子２２と第三交流端子２３の単相について動作説明をする。交流電圧を昇圧した直流電圧を出力する。
【００７９】
チョークコイルＬ２にエネルギーを蓄積するモードとして第四半導体スイッチＱ４がオンしているとする。循環電流として容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第四半導体スイッチＱ４、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２のループで流れ、チョークコイルＬ２にエネルギーを蓄積する。
【００８０】
第四半導体スイッチＱ４がオフとなることで容量Ｃ６が充電され、容量Ｃ５が放電する。循環電流は、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、容量Ｃ６、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２のループと容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、容量Ｃ５、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２のループで流れる。充放電の途中で、容量Ｃ２２の電圧と容量Ｃ５の電圧の和が、容量Ｃ１１の電圧より下がるとチョークコイルＬ２はエネルギーを放出し、リセットされる。
【００８１】
容量Ｃ５、容量Ｃ６の充放電が完了すると、循環電流は、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２のループと、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、付随ダイオードＤ３、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２のループで流れる。第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２は、第二経路第一ダイオードＤ７、付随ダイオードＤ３で短絡される。第二経路第一コイルＬ４１に流れる電流がゼロになると、付随ダイオードＤ３はオフする。その後も、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２の循環電流は継続して流れる。
【００８２】
なお、容量Ｃ５、容量Ｃ６の充放電が完了後、損失低減のために第三半導体スイッチＱ３をオンオフしてもよい。第三半導体スイッチＱ３をオンさせると、循環電流は、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２のループと、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、第三半導体スイッチＱ３、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２のループで流れる。チョークコイルＬ２を流れる循環電流は減少するが、第二経路第一コイルＬ４１，第二経路第二コイルＬ４２は短絡され第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、第三半導体スイッチＱ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２のループで補償電流が流れる。
【００８３】
第三半導体スイッチＱ３をオフすると循環電流は、容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２のループで流れ、補償電流は第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ１２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１で流れ、容量Ｃ１１，容量Ｃ１２でリセットされる。
【００８４】
容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２の循環電流が流れているときに第四半導体スイッチＱ４がオンとなることで容量Ｃ２２、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第四半導体スイッチＱ４、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２のループで流れ、前述のチョークコイルＬ２のエネルギー蓄積モードに戻る。第四半導体スイッチＱ４がオンの時、第三半導体スイッチＱ３に付随するリカバリ特性の良くない付随ダイオードＤ３はオフ状態で、高速リカバリタイプの第二経路第一ダイオードＤ７を導通しているので損失が小さい。
【００８５】
（直流から交流へ電力変換）
[前半の半周期の説明]
直流から交流へ電力変換する場合を図２１から図２８で説明する。直流側は、第一直流端子１１が正極であり、第二直流端子１２が負極である。直流側から第三交流端子２３と第二交流端子２２間への電力変換の経路を主アームとして説明する。図２１から図２８は主アームについて説明している。また、直流側から第三交流端子２３と第一交流端子２１間への電力変換の経路を反対アームとして説明する。反対アームの電力変換は主アームの電力変換と同様である。
【００８６】
（主アームの説明）
図２１は、第二交流端子２２の電圧が第三交流端子２３の電圧より高い場合で、第三半導体スイッチＱ３がオン状態で第二交流端子２２と第三交流端子２３との間に循環電流が流れる場合の電流の流れを示した図である。循環電流は、容量Ｃ１１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れる。
【００８７】
（反対アームの説明）
第一交流端子２１と第三交流端子２３との間に循環電流が流れる場合は、第二半導体スイッチＱ２がオン状態であり、循環電流は、容量Ｃ１２、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１２のループで流れる。
【００８８】
（主アームの説明）
図２２は、スイッチＳ３をオフ状態にした直後の電流を示した図である。循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１１、容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１２、容量Ｃ６、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループとで流れる。図２２の状態では、容量Ｃ５が充電され、容量Ｃ６が放電する。
【００８９】
（反対アームの説明）
第一交流端子２１と第三交流端子２３との間に循環電流が流れる場合は、スイッチＳ２をオフ状態とする。循環電流は、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、容量Ｃ４、容量Ｃ１２、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、第一経路第一コイルＬ３１、容量Ｃ３、容量Ｃ１１、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループとで流れる。
【００９０】
（主アームの説明）
図２３は、容量Ｃ５の充電が完了した後の電流を示した図である。第二経路第二ダイオードＤ８に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１２、容量Ｃ６、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループとで流れる。
【００９１】
（反対アームの説明）
第一交流端子２１と第三交流端子２３との間に循環電流が流れる場合、容量Ｃ４の充電が完了し、第一経路第一ダイオードＤ５に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、容量Ｃ１１、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、第一経路第一コイルＬ３１、容量Ｃ３、容量Ｃ１１、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループとで流れる。
【００９２】
（主アームの説明）
図２４は、容量Ｃ６の放電が完了した後の電流を示した図である。付随ダイオードＤ４に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１２、付随ダイオードＤ４、第二経路第二コイルＬ４２、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループで流れる。第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡されており、循環電流の減少で第二経路第二ダイオードＤ８と付随ダイオードＤ４に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードＤ４に流れる電流がゼロになるまで続く。
【００９３】
（反対アームの説明）
第一交流端子２１と第三交流端子２３との間に循環電流が流れる場合、容量Ｃ３の放電が完了し、付随ダイオードＤ１に循環電流が流れる。循環電流は、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、容量Ｃ１１、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、第一経路第一コイルＬ３１、付随ダイオードＤ１、容量Ｃ１１、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループとで流れる。第一経路第一コイルＬ３１と第一経路第二コイルＬ３２は短絡されており、循環電流の減少で第一経路第一ダイオードＤ５と付随ダイオードＤ１に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードＤ１に流れる電流がゼロになるまで続く。
【００９４】
（主アームの説明）
図２５は、図２４で付随ダイオードＤ４に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１２、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第二コイルＬ４１、チョークコイルＬ２のループで流れる。なお、付随ダイオードＤ４が導通している状態でスイッチＳ４をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードＤ４よりインピーダンスの低いスイッチＳ４に電流を移行できるので損失を低減することができる。
【００９５】
（反対アームの説明）
付随ダイオードＤ１に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流は、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、容量Ｃ１１、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１のループで流れる。なお、付随ダイオードＤ１が導通している状態でスイッチＳ１をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードＤ１よりインピーダンスの低いスイッチＳ１に電流を移行できるので損失を低減することができる。
【００９６】
（主アームの説明）
図２６は、図２５の状態でスイッチＳ３をオンさせた後の電流を示す。循環電流は容量Ｃ１１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れる。また、容量Ｃ６を充電する電流が、容量Ｃ６、容量Ｃ１２、容量Ｃ１１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、容量Ｃ６のループで流れる。スイッチＳ３がオンの時に、付随ダイオードＤ４に電流が流れず、第二経路第二ダイオードＤ８に流れている。第二経路第二ダイオードＤ８がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第二ダイオードＤ８に流れている電流がゼロになった後（循環電流がゼロの状態が続いている期間）に、スイッチＳ３をオンしてもよい。
【００９７】
（反対アームの説明）
一方、第一交流端子２１と第三交流端子２３との間に循環電流が流れる場合、スイッチＳ２をオンとすると、循環電流は、容量Ｃ１２、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１２のループで流れる。また、容量Ｃ３を充電する電流が、容量Ｃ３、第一経路第一コイルＬ３１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１２、容量Ｃ１１、容量Ｃ３のループで流れる。スイッチＳ２がオンの時に、付随ダイオードＤ１に電流が流れず、第一経路第一ダイオードＤ５に流れている。第一経路第一ダイオードＤ５がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第一経路第一ダイオードＤ５に流れている電流がゼロになった後（循環電流がゼロの状態が続いている期間）に、スイッチＳ２をオンしてもよい。
【００９８】
（主アームの説明）
図２７は、図２６において容量Ｃ６の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量Ｃ１１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れる。また、容量Ｃ６の充電時に第二経路第二コイルＬ４２に蓄積された電流が、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２のループで流れている。このモードでは第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡されており、循環電流の増加で第二経路第二コイルＬ４２に流れる電流がゼロになるまで続く。
【００９９】
（反対アームの説明）
容量Ｃ３の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量Ｃ１２、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１２、のループで流れる。また、容量Ｃ３の充電時に第一経路第一コイルＬ３１に蓄積された電流が、第一経路第一コイルＬ３１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、第一経路第二ダイオードＤ６、第一経路第一コイルＬ３１のループで流れている。このモードでは第一経路第一コイルＬ３１と第一経路第二コイルＬ３２は短絡されており、循環電流の増加で第一経路第一コイルＬ３１に流れる電流がゼロになるまで続く。
【０１００】
（主アームの説明）
図２８は、図２７で第二経路第二コイルＬ４２に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流のみとなり、容量Ｃ１１、スイッチＳ３、第二経路第一コイルＬ４１、チョークコイルＬ２、容量Ｃ２２(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れ、図２１と同じになる。
【０１０１】
（反対アームの説明）
第一経路第一コイルＬ３１に流れる電流がゼロになった後の電流を示す。循環電流のみとなり、容量Ｃ１２、容量Ｃ２１(負荷)、チョークコイルＬ１、第一経路第二コイルＬ３２、スイッチＳ２、容量Ｃ１２のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
【０１０２】
[後半の半周期の説明]
次に、主アームにおいて、第二交流端子２２の電圧が第三交流端子２３の電圧より低い場合、反対アームにおいて、第三交流端子２３の電圧が第一交流端子２１の電圧より低い場合を説明する。
【０１０３】
（主アームの説明）
第四半導体スイッチＱ４がオン状態で、循環電流は、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１２のループで流れる。
【０１０４】
（反対アームの説明）
第一半導体スイッチＱ１がオン状態であり、循環電流は、容量Ｃ１１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れる。
【０１０５】
（主アームの説明）
スイッチＳ４をオフ状態にした直後、循環電流は、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、容量Ｃ５、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、容量Ｃ６、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２のループとで流れる。ここでは、容量Ｃ６が充電され、容量Ｃ５が放電する。
【０１０６】
（反対アームの説明）
スイッチＳ１をオフ状態にした直後、循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１２、容量Ｃ４、第一経路第二コイルＬ３２、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１１、容量Ｃ３、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループとで流れる。
【０１０７】
（主アームの説明）
容量Ｃ６の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、容量Ｃ５、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２（負荷）、チョークコイルＬ２のループとで流れる。
【０１０８】
（反対アームの説明）
容量Ｃ３の充電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１２、第一経路第二ダイオードＤ６、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１２、容量Ｃ４、第一経路第二コイルＬ３２、チョークコイルＬ１のループとで流れる。
【０１０９】
（主アームの説明）
容量Ｃ５の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ２、第二経路第一コイルＬ４１、付随ダイオードＤ３、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２のループと、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２（負荷）、チョークコイルＬ２のループとで流れる。第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡されており、循環電流の減少で第二経路第一ダイオードＤ７と付随ダイオードＤ３に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードＤ３に流れる電流がゼロになるまで続く。
【０１１０】
（反対アームの説明）
容量Ｃ４の放電が完了した後、循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１２、第一経路第二ダイオードＤ６、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループと、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１２、付随ダイオードＤ２、第一経路第二コイルＬ３２、チョークコイルＬ１のループとで流れる。第一経路第一コイルＬ３１と第一経路第二コイルＬ３２は短絡されており、循環電流の減少で第一経路第二ダイオードＤ６と付随ダイオードＤ２に流れる電流は均等に減少し、付随ダイオードＤ２に流れる電流がゼロになるまで続く。
【０１１１】
（主アームの説明）
付随ダイオードＤ３に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、第二経路第一ダイオードＤ７、容量Ｃ１１、容量Ｃ２２（負荷）、チョークコイルＬ２のループで流れる。なお、付随ダイオードＤ３が導通している状態でスイッチＳ３をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードＤ３よりインピーダンスの低いスイッチＳ３に電流を移行できるので損失を低減することができる。
【０１１２】
（反対アームの説明）
付随ダイオードＤ２に流れる電流がゼロになった後、循環電流は、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１２、第一経路第二ダイオードＤ６、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１のループで流れる。なお、付随ダイオードＤ２が導通している状態でスイッチＳ２をオンし、その後オフしてもよい。この動作を行うことで付随ダイオードＤ２よりインピーダンスの低いスイッチＳ２に電流を移行できるので損失を低減することができる。
【０１１３】
（主アームの説明）
スイッチＳ４をオンさせた後、循環電流は、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１２のループで流れる。また、容量Ｃ５を充電する電流が、容量Ｃ５、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１２、容量Ｃ１１、容量Ｃ５のループで流れる。スイッチＳ４がオンの時に、付随ダイオードＤ３に電流が流れず、第二経路第一ダイオードＤ７に流れている。第二経路第一ダイオードＤ７がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第二経路第一ダイオードＤ７に流れている電流がゼロになった後（循環電流がゼロの状態が続いている期間）に、スイッチＳ４をオンしてもよい。
【０１１４】
（反対アームの説明）
一方、スイッチＳ１をオンとすると、循環電流は、容量Ｃ１１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れる。また、容量Ｃ４を充電する電流が、容量Ｃ４、容量Ｃ１２、容量Ｃ１１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、第一経路第二コイルＬ３２、容量Ｃ４のループで流れる。スイッチＳ１がオンの時に、付随ダイオードＤ２に電流が流れず、第一経路第二ダイオードＤ６に流れている。第一経路第二ダイオードＤ６がリカバリすることになるが、高速ダイオードのためリカバリの影響は小さく損失も小さい。第一経路第二ダイオードＤ６に流れている電流がゼロになった後（循環電流がゼロの状態が続いている期間）に、スイッチＳ１をオンしてもよい。
【０１１５】
（主アームの説明）
容量Ｃ５の充電が終了した後、循環電流は、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１２のループで流れる。また、容量Ｃ５の充電時に第二経路第一コイルＬ４１に蓄積された電流が、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、第二経路第二ダイオードＤ８、第二経路第一コイルＬ４１、第二経路第二コイルＬ４２のループで流れている。このモードでは第二経路第一コイルＬ４１と第二経路第二コイルＬ４２は短絡されており、循環電流の増加で第二経路第一コイルＬ４１に流れる電流がゼロになるまで続く。
【０１１６】
（反対アームの説明）
容量Ｃ４の充電が終了した後の電流を示す。循環電流は、容量Ｃ１１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れる。また、容量Ｃ４の充電時に第一経路第二コイルＬ３２に蓄積された電流が、第一経路第一コイルＬ３１、第一経路第二コイルＬ３２、第一経路第一ダイオードＤ５、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１のループで流れている。このモードでは第一経路第一コイルＬ３１と第一経路第二コイルＬ３２は短絡されており、循環電流の増加で第一経路第二コイルＬ３２に流れる電流がゼロになるまで続く。
【０１１７】
（主アームの説明）
第二経路第一コイルＬ４１に流れる電流がゼロになった後、循環電流のみとなり、容量Ｃ１２、容量Ｃ２２(負荷)、チョークコイルＬ２、第二経路第二コイルＬ４２、スイッチＳ４、容量Ｃ１２のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
【０１１８】
（反対アームの説明）
第一経路第二コイルＬ３２に流れる電流がゼロになった後、循環電流のみとなり、容量Ｃ１１、スイッチＳ１、第一経路第一コイルＬ３１、チョークコイルＬ１、容量Ｃ２１(負荷)、容量Ｃ１１のループで流れ、初期状態と同じモードになる。
【０１１９】
以上で説明したように、図２０の電力変換装置は直流回路と三相交流回路との間で電力変換することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明に係る電力変換装置は、蓄電池や燃料電池を交流電流源に変換する自動車用、携帯機器用に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】従来のインバータを説明する概略構成図である。
【図２】図１の概略構成に電流を示した図である。
【図３】図１の概略構成に電流を示した図である。
【図４】図１の概略構成に電流を示した図である。
【図５】図１の概略構成に電流を示した図である。
【図６】本発明に係る電力変換装置を説明する概略構成図である。
【図７】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図８】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図９】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１０】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１１】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１２】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１３】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１４】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１５】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１６】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１７】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１８】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図１９】図６の概略構成に電流を示した図である。
【図２０】本発明に係る電力変換装置を説明する概略構成図である。
【図２１】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２２】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２３】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２４】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２５】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２６】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２７】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２８】図２０の概略構成に電流を示した図である。
【図２９】半導体スイッチの動作と出力される電圧との関係を示した図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１１：第一直流端子
１２：第二直流端子
２１：第一交流端子
２２：第二交流端子
２３：第三交流端子
Ｐａｓ１：第一経路
Ｐａｓ２：第二経路
Ｐａｓ３：第三経路
Ｐ１：第一接続点
Ｐ２：第二接続点
Ｑ１：第一半導体スイッチ
Ｑ２：第二半導体スイッチ
Ｑ３：第三半導体スイッチ
Ｑ４：第四半導体スイッチ
Ｓ１〜Ｓ４：スイッチ
Ｄ１〜Ｄ４：付随ダイオード
Ｃ１〜Ｃ６、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２：容量
Ｌ１、Ｌ２：チョークコイル
Ｌ３１：第一経路第一コイル
Ｌ３２：第一経路第二コイル
Ｌ４１：第二経路第一コイル
Ｌ４２：第二経路第二コイル
Ｄ５：第一経路第一ダイオード
Ｄ６：第一経路第二ダイオード
Ｄ７：第二経路第一ダイオード
Ｄ８：第二経路第二ダイオード
【図１】
2010011555.tif 000003
【図２】
2010011555.tif 000004
【図３】
2010011555.tif 000005
【図４】
2010011555.tif 000006
【図５】
2010011555.tif 000007
【図６】
2010011555.tif 000008
【図７】
2010011555.tif 000009
【図８】
2010011555.tif 000010
【図９】
2010011555.tif 000011
【図１０】
2010011555.tif 000012
【図１１】
2010011555.tif 000013
【図１２】
2010011555.tif 000014
【図１３】
2010011555.tif 000015
【図１４】
2010011555.tif 000016
【図１５】
2010011555.tif 000017
【図１６】
2010011555.tif 000018
【図１７】
2010011555.tif 000019
【図１８】
2010011555.tif 000020
【図１９】
2010011555.tif 000021
【図２０】
2010011555.tif 000022
【図２１】
2010011555.tif 000023
【図２２】
2010011555.tif 000024
【図２３】
2010011555.tif 000025
【図２４】
2010011555.tif 000026
【図２５】
2010011555.tif 000027
【図２６】
2010011555.tif 000028
【図２７】
2010011555.tif 000029
【図２８】
2010011555.tif 000030
【図２９】
2010011555.tif 000031