(57)【要約】【課題】本発明は、マルチポイント変換回路と、少なくとも１つのフルブリッジインバータ回路と、を備えるマルチレベル電圧変換器を提供する。【解決手段】マルチポイント変換回路は、ＤＣ電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生する。【選択図】図１
2014023420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置されるマルチポイント変換回路と、
前記マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、前記中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生させる少なくとも１つのフルブリッジインバータ回路と
を備えるマルチレベル電圧変換器。
【請求項２】
前記フルブリッジインバータ回路は、
プライマリノードにおいて直列接続する２つのスイッチ装置を含む第１スイッチ対と、
前記マルチレベル出力電圧を出力するために配置されるセカンダリノードにおいて直列接続する２つのスイッチ装置を含む第２スイッチ対と、
前記第１スイッチ対及び前記第２スイッチ対に電気的に並列接続される電圧支持装置と、
を更に含む請求項１に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項３】
前記マルチポイント変換回路は、
第１スイッチユニットと、
前記プライマリノードに接続されて前記中間マルチレベル電圧を出力するために配置される中間出力端子において、前記第１スイッチユニットと電気的に直列接続する第２スイッチユニットと、
中性点端子において電気的に直列接続し、直列接続する前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットと並列する２つのコンデンサーを含める中間ユニットと、
前記中間出力端子と前記中性点端子との間に電気的に接続される第３スイッチユニットと
を更に含む請求項２に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項４】
前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に接続されるスイッチ装置を更に含む請求項３に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項５】
前記第３スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続される２つのスイッチ装置を更に含む請求項４に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項６】
前記第１スイッチ対、前記第２スイッチ対、前記第１スイッチユニット、前記第２スイッチユニット、前記第３スイッチユニットのそれぞれは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、集積ゲート整流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタからなる群から選ばれるスイッチによって実施され、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される請求項５に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項７】
前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に電気的に直列接続される複数のスイッチ装置を更に含む請求項３に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項８】
前記第３スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続され、それぞれが電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含む２つの群のスイッチ装置を更に含む請求項７に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項９】
前記第１スイッチ対、前記第２スイッチ対、前記第１スイッチユニット、前記第２スイッチユニット、前記第３スイッチユニットのそれぞれは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、集積ゲート整流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタからなる群から選ばれるスイッチによって実施され、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される請求項８に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１０】
前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットのそれぞれが含む前記直列接続するスイッチ装置の量は、前記２つの群のスイッチ装置のそれぞれの前記直列接続するスイッチ装置の量の２倍である請求項８または９に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１１】
ＤＣ電圧を中間３レベル電圧に変換するために配置されるマルチポイント変換回路と、
前記マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、前記中間３レベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応する（２ｎ＋１＋１）レベル出力電圧を発生させる複数の縦続接続するフルブリッジインバータ回路と、を備え、
ｎは、縦続接続するフルブリッジインバータ回路の個数であるマルチレベル電圧変換器。
【請求項１２】
前記縦続接続するフルブリッジインバータ回路のそれぞれは、
プライマリノードにおいて直列接続する２つのスイッチユニットを含む第１スイッチ対と、
次のフルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続されるセカンダリノードにおいて直列接続する２つのスイッチユニットを含む第２スイッチ対と、
前記第１スイッチ対及び前記第２スイッチ対に電気的に並列接続される電圧支持装置と
を更に含む請求項１１に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１３】
一番目の前記フルブリッジインバータ回路のプライマリノードは、前記中間３レベル電圧を受信するために配置され、最後の前記フルブリッジインバータ回路のセカンダリノードは、前記（２ｎ＋１＋１）レベル出力電圧を出力するために配置される請求項１２に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１４】
ｉ番目の前記フルブリッジインバータ回路の前記第１スイッチ対及び前記第２スイッチ対における前記スイッチユニットのそれぞれは、２（ｎ−i）個のスイッチ装置を更に含んで、
ｉは１からｎの何れか１つの整数である請求項１２または１３に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１５】
前記マルチポイント変換回路は、
第１スイッチユニットと、
一番目の前記フルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続されて前記中間３レベル電圧を出力するために配置される中間出力端子において、前記第１スイッチユニットと電気的に直列接続する第２スイッチユニットと、
中性点端子において電気的に直列接続し、直列接続する前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットと並列する２つのコンデンサーを含む中間ユニットと、
前記中間出力端子と前記中性点端子との間に電気的に接続される第３スイッチユニットと
を更に含む請求項１２から１４の何れか１項に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１６】
前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に接続されるスイッチ装置を更に含む請求項１５に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１７】
前記第３スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続される２つのスイッチ装置を更に含む請求項１６に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１８】
前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットのそれぞれは、前記中間出力端子に電気的に直列接続される複数のスイッチ装置を更に含む請求項１５に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項１９】
前記第３スイッチユニットは、前記中間出力端子と前記中性点端子との間に逆直列接続され、それぞれが電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含む２つの群のスイッチ装置を更に含む請求項１８に記載のマルチレベル電圧変換器。
【請求項２０】
前記第１スイッチユニット及び前記第２スイッチユニットのそれぞれの直列接続するスイッチ装置の量は、２（ｎ＋１）であり、前記２つの群のスイッチ装置のそれぞれの直列接続するスイッチ装置の量は、２ｎである請求項１９に記載のマルチレベル電圧変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換器に関し、特に、マルチレベル電圧変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
所要出力電圧を提供でき、良好なスペクトル性能及び制御を有する電圧電力変換システムに対する需要が増え続けている。電力変換システムから所要出力電圧レベルを達成するための既知の方法としては、マルチレベル電力変換器トポロジーを利用することがある。
【０００３】
マルチレベル電力変換器トポロジーは、例えば、変速駆動（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｓｐｅｅｄ  ｄｒｉｖｅ；ＶＳＤ）システム、風力発電機、配電システム等の電力用途に広く用いられている。より多くの電圧レベルを持つパワー電圧は、より調和的なスペクトルを持つ波形の合成に用いられる。つまり、マルチレベル変換器は、所要電圧に到達し、誘起調波（induced harmonics）を最小化することができる。
【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、一般のマルチレベル変換器は、出力電圧レベルの数を増やすと制御が難しくなるので、出力電圧レベルの数を増やしてパワー電圧を出力することは限度がある。また、どんなマルチレベル変換器トポロジーでも、必要な変換器レベルの数は、所要出力電圧レベルに依存するので、変換器レベルの数が増加すると、変換回路の制御複雑さ及びコストも増加する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、マルチレベル電圧変換器に関する。マルチレベル電圧変換器は、マルチポイント変換回路と、少なくとも１つのフルブリッジインバータ回路と、を備える。マルチポイント変換回路は、ＤＣ電圧を中間マルチレベル電圧に変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間マルチレベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧を発生する。
【０００６】
本発明の別の態様は、マルチレベル電圧変換器に関する。マルチレベル電圧変換器は、マルチポイント変換回路と、複数の縦続接続（cascade-connected）するフルブリッジインバータ回路と、を備える。マルチポイント変換回路は、ＤＣ電圧を中間３レベル電圧に変換するために配置される。縦続接続するフルブリッジインバータ回路は、マルチポイント変換回路と電気的に直列接続し、中間３レベル電圧を受信するために配置されて、単相出力に対応する（２ｎ＋１＋１）レベル出力電圧を発生し、ｎは、縦続接続するフルブリッジインバータ回路の量である。
【０００７】
上記一般的な解説及び下記詳細な解説の何れも、ほんの一例として、主張されている本発明の更なる説明を提供するためのものであって、理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
下記添付の図面を参照しながら、実施例についての下記詳細な解説を読んで、本発明をより十分に理解することができる。
【０００９】
【図１】本発明の一実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。
【図２】本発明の別の実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例を完全的に理解させるために、具体的な細部を下記に示す。しかしながら、当技術分野における通常の知識を有する者は、１つ又はそれ以上の前記具体的な細部、或いはその他の部品との組み合わせがなくても、本発明を実施できる。本発明の多種の実施例の態様から脱線しないために、熟知された実施又は操作を詳しく記載しない。
【００１１】
一般的に、本明細書で使用される用語は、当該技術分野及び各用語を使用した特定の文章前後において、正規の意味を持つ。ここで討論する用語の実例を含めて、本明細書で使用される実例も、説明に過ぎないし、本発明で使用される用語又は開示の範囲や意味を制限しない。同様に、本発明は、本明細書が開示している多種の実施例に制限されない。
【００１２】
本文において、「ほぼ」、「約」、「近似」又は「実質上」は、大体、所定値又は所定範囲が２０％、好ましくは１０％、より好ましくは５％の誤差範囲を有することを意味する。本文で所定した量の数値が、近似であり、意味が明確に記述されない場合、「ほぼ」、「約」、「近似」又は「実質上」の定義を適用する。
【００１３】
理解すべきなのは、本文では、用語「第１」、「第２」などで多種の素子を解説できるが、これらの素子は、これらの用語に限定されない。これらの用語は、１つの素子を別の素子から区分することしか用いられない。例としては、実施例の領域から逸脱しない限り、第１素子を第２素子と呼んでもよく、同様に、第２素子を第１素子と呼んでもよい。本文において、用語「及／又は」は、関連例示項目の１つ、又はそれ以上の何れ及び全ての組み合わせを含む。
【００１４】
本文において、用語「含む」、「備える」、「有する」、「含める」、「関する」及び類似な用語は、開放式のものとして理解すべきであり、つまり、含まることを意味する（しかし、それに限定されない）。
【００１５】
明細書に渡って引用した「一実施例」又は「実施例」は、実施例に合わせて解説した特定の特徴、構造、実施又は特性は、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。そのため、明細書に渡って使用した用語「一実施例において」又は「実施例において」は、何れも同一の実施例を参照することではない。また、１つ又はそれ以上の実施例において、如何なる適当な方式で、特定の特徴、構造、実施又は特性を組み合わせてよい。
【００１６】
下記解説及び特許請求の範囲において、用語「結合」と「接続」、及びそれらの派生用語を使用することができる。特定の実施例において、「接続」及び「結合」は、２つ又はそれ以上の素子が互いに直接して物理的に接触又は電気的に接触し、又は互いに間接して接触することを指すことができる。また、「結合」及び「接続」は、２つ又はそれ以上の素子の相互協力又は相互作用を指すこともできる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。マルチレベル電圧変換器１００は、少なくとも１つのフルブリッジインバータ回路１１０と、マルチポイント変換回路１２０と、を備える（つまり、Ｎポイント変換回路）。マルチポイント変換回路１２０は、ＤＣ電圧２Ｕを中間マルチレベル電圧ＶＬに変換するために配置される。フルブリッジインバータ回路１１０は、マルチポイント変換回路１２０と、単相出力に電気的に直列接続され、中間マルチレベル電圧ＶＬを受信するために配置されて、単相出力に対応するマルチレベル出力電圧ＶＰを発生する。
【００１８】
多相出力を有するマルチレベル電圧変換器の１つの相の機能及び操作を容易に説明及び解釈するために、マルチレベル電圧変換器の単相のみについて、本発明におけるマルチポイント変換回路とフルブリッジインバータ回路との直列接続を図示する。つまり、３つの回路（以下で図示された図１又は図２又は図３で配置されたような回路）がＤＣ側に電気的に並列接続されて、マルチレベル電圧変換器を３相電圧変換器に組み立てる場合がある。
【００１９】
本実施例において、フルブリッジインバータ回路１１０は、第１スイッチ対１１２と、第２スイッチ対１１４と、電圧支持装置１１６と、を更に含む。第１スイッチ対１１２は、プライマリノードＱ１においてポジノード（positive node）ＰＳとネガノード(negative node）ＮＳとの間に直列接続される２つのスイッチ装置Ｓ１及びＳ２を含める。第２スイッチ対１１４は、マルチレベル出力電圧ＶＰを出力するために配置されるセカンダリノードＱ２においてポジノードＰＳとネガノードＮＳの間に直列接続される２つのスイッチ装置Ｓ３及びＳ４を含める。電圧支持装置１１６は、ポジノードＰＳとネガノードＮＳとの間において、第１スイッチ対１１２及び第２スイッチ対１１４に電気的に並列接続される。
【００２０】
実際には、電圧支持装置１１６は、コンデンサー、ＤＣ電圧源等であってよく、ＤＣ電圧を十分な期間まで維持することができる。また、スイッチ装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の何れも、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＩＧＢＴ）、集積ゲート整流サイリスタ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｇａｔｅ−ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ；ＩＧＣＴ）、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される。また、第１スイッチ対１１２及び第２スイッチ対１１４の何れも、２つのＩＧＢＴからなるＩＧＢＴモジュール、及び前記ＩＧＢＴモジュールに並列接続される逆並列ダイオードのそれぞれによって実施することができる。
【００２１】
フルブリッジインバータ回路１１０の配置によって、フルブリッジインバータ回路１１０を容易に設計及操作することができる。なぜならば、前記フルブリッジインバータ回路１１０は、モジュールで構成されて、複雑な電源回路でなくても、レベルの数を容易に拡張する柔軟性を提供できる。
【００２２】
一方、マルチポイント変換回路１２０は、第１スイッチユニット１２２と、第２スイッチユニット１２４と、中間ユニット１２６と、第３スイッチユニット１２８と、を更に含むことができる。第２スイッチユニット１２４は、中間出力端子Ｌにおいて第１スイッチユニット１２２と電気的に直列接続する。中間出力端子Ｌは、フルブリッジインバータ回路１１０のプライマリノードＱ１に接続され、中間マルチレベル電圧ＶＬを出力するために配置される。第１スイッチユニット１２２は、中間出力端子ＬとポジＤＣ端子Ｐとの間に接続され、第２スイッチユニット１２４は、中間出力端子ＬとポジＤＣ端子Ｎとの間に接続される。中間ユニット１２６は、ポジＤＣ端子ＰとポジＤＣ端子Ｎとの間で中性点端子ＮＰにおいて電気的に直列接続し、直列接続する第１スイッチユニット１２２及び第２スイッチユニット１２４と並列する２つのコンデンサーＣ１及びＣ２を含める。また、第３スイッチユニット１２８は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間に電気的に接続される。
【００２３】
本実施例において、第１スイッチユニット１２２は、スイッチ装置Ｓ５を更に含め、第２スイッチユニット１２４は、スイッチ装置Ｓ６を更に含め、スイッチ装置Ｓ５及びスイッチ装置Ｓ６は、ポジＤＣ端子ＰとポジＤＣ端子Ｎとの間で中間出力端子Ｌに直列接続される。
【００２４】
また、第３スイッチユニット１２８は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間で逆直列接続（つまり、背中合わせに接続(back-to-back connection)）される２つのスイッチ装置Ｓ７１及びＳ７２を更に含めることができる。スイッチ装置Ｓ７１及びＳ７２は、逆直列接続して、電流を中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間で往復して流れさせるために配置される。
【００２５】
第１スイッチユニット１２２、第２スイッチユニット１２４、第３スイッチユニット１２８は、互いに並列して中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間に配置されるので、マルチポイント変換回路１２０の中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間の構造として、３つの転換経路(commutation path)があり、これらの転換経路の何れも短いため、容易に制御される。
【００２６】
実際には、スイッチ装置Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７１、Ｓ７２の何れも、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される。また、第１スイッチユニット１２２、第２スイッチユニット１２４、第３スイッチユニット１２８の何れも、ＩＧＢＴモジュールによって実施することができる。
【００２７】
マルチポイント変換回路１２０の配置によれば、マルチポイント変換回路１２０に、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間に複数の転換経路を持たせるように操作することができ、これらの転換経路の何れも短いため、容易に制御される。また、マルチポイント変換回路１２０の配置は、モジュール設計に活用されることもできるため、回路システムが簡素化されて、複雑回路システムが不要となる。また、従来のマルチポイント変換回路における回路に比べ、マルチポイント変換回路１２０の配置におけるスイッチ回路（例えば、中性点端子ＮＰから中間出力端子Ｌまで形成した回路）が簡素化されるため、バスバーの設計が簡素化される。
【００２８】
操作中、コンデンサーＣ１及びＣ２の何れも、電圧Ｕを維持でき、マルチポイント変換回路１２０は、３つのスイッチ段階を有する。第１スイッチ段階において、スイッチ装置Ｓ５をオンにしてスイッチ装置Ｓ６、Ｓ７１、Ｓ７２をオフにし、中間マルチレベル電圧ＶＬがＵになる。第２スイッチ段階において、スイッチ装置Ｓ７１、Ｓ７２をオンにしてスイッチ装置Ｓ５、Ｓ６をオフにし、中間マルチレベル電圧ＶＬがゼロに等しい。第３スイッチ段階において、スイッチ装置Ｓ６をオンにしてスイッチ装置Ｓ５、Ｓ７１、Ｓ７２をオフにし、中間マルチレベル電圧ＶＬが−Ｕになる。
【００２９】
また、電圧支持装置１１６が電圧Ｕ／２を維持でき、マルチポイント変換回路１２０及びフルブリッジインバータ回路１１０の操作によると、マルチレベル出力電圧ＶＰは、５つの電圧レベル（つまり、Ｕ、Ｕ／２、０、−Ｕ／２、−Ｕ）を有する。具体的には、スイッチ装置Ｓ５をオンにした場合、スイッチ装置Ｓ１及びＳ３をオンにすると、マルチレベル出力電圧ＶＰはＵになり、スイッチ装置Ｓ５をオンにした場合、スイッチ装置Ｓ１及びＳ４をオンにすると、マルチレベル出力電圧ＶＰはＵ／２になり、スイッチ装置Ｓ７１、Ｓ７２をオンにした場合、スイッチ装置Ｓ１及びＳ３をオンにすると、マルチレベル出力電圧ＶＰはゼロに等しくなり、また、電圧レベル−Ｕ／２及び−Ｕは、類推によって推定することができる（例えば、スイッチ装置Ｓ６をオンにした場合の操作）。当技術分野における通常の知識を有する者は、前記操作を理解できるため、本文では更に詳しく解説しないことにする。
【００３０】
図２は、本発明の別の実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。図２に示すように、マルチレベル電圧変換器２００は、フルブリッジインバータ回路１１０と、マルチポイント変換回路２２０と、を備える。フルブリッジインバータ回路１１０及びマルチポイント変換回路２２０の接続及び操作は、図１で開示したものに類似し、第１スイッチユニット２２２、第２スイッチユニット２２４、中間ユニット１２６、第３スイッチユニット２２８の接続も、図１で開示したものに類似する。
【００３１】
本実施例において、図１に比べ、第１スイッチユニット２２２は、中間出力端子Ｌに電気的に直列接続される複数のスイッチ装置（例えば、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４）を更に含め、第２スイッチユニット２２４は、中間出力端子Ｌに電気的に直列接続される複数のスイッチ装置（例えば、Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３、Ｓ６４）を更に含め、第３スイッチユニット２２８は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間に逆直列接続され、何れも電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含める（例えば、１つの群がスイッチ装置Ｓ７１、Ｓ７２を含め、別の群がスイッチ装置Ｓ７３、Ｓ７４を含める）スイッチ装置の２つの群を更に含む。
【００３２】
具体的には、スイッチ装置Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間でコンデンサーＣ１と直列接続して、転換経路を形成し、スイッチ装置Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３、Ｓ６４は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間でコンデンサーＣ２と直列接続して、別の転換経路を形成する。スイッチ装置Ｓ７１、Ｓ７２を含む群、及びスイッチ装置Ｓ７３、Ｓ７４を含む別の群は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間で逆直列接続（つまり、背中合わせに接続）して、さらに他の転換経路を形成し、電流を中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間で往復して流れさせるために配置され、これらの転換経路の何れも短くなり、容易に制御される。
【００３３】
一実施例において、第１スイッチユニット２２２及び第２スイッチユニット２２４のそれぞれが含む直列接続するスイッチ装置の量は、スイッチ装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれにおける電圧の２倍を遮断できるように、第３スイッチユニット２２８が含む２つの群のスイッチ装置のそれぞれにおける直列接続するスイッチ装置の量の２倍に等しいなら、どんなに増えてもよい。
【００３４】
実際には、スイッチ装置Ｓ５１〜Ｓ５４、Ｓ６１〜Ｓ６４、Ｓ７１〜Ｓ７４の何れも、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは、前記スイッチに対して逆バイアスとなるように並列接続される。また、第１スイッチユニット２２２、第２スイッチユニット２２４、第３スイッチユニット２２８の何れも、１つ又はそれ以上のＩＧＢＴモジュールによって実施することもできる。
【００３５】
マルチレベル電圧変換器２００の操作は、図１に示した操作に類似するため、当技術分野における通常の知識を有する者は、これらの操作を理解できるので、本文では更に詳しく解説しないことにする。
【００３６】
図３は、本発明のさらに他の実施例によるマルチレベル電圧変換器の模式図である。マルチレベル電圧変換器３００は、複数の縦続接続するフルブリッジインバータ回路（つまり、フルブリッジインバータ回路３１０１、３１０２、‥、３１０ｎ）と、マルチポイント変換回路３２０と、を備える。マルチポイント変換回路３２０は、ＤＣ電圧（例えば、電圧２Ｕ）を中間マルチレベル電圧の１例である中間３レベル電圧ＶＬ（例えば、Ｕ、０、−Ｕのレベルを持つ電圧ＶＬ）に変換するために配置される。縦続接続するフルブリッジインバータ回路３１０１、３１０２、‥、３１０ｎは、マルチポイント変換回路３２０と、単相出力に電気的に直列接続され、中間３レベル電圧ＶＬを受信するために配置されて、単相出力に対応する（２ｎ＋１＋１）レベル出力電圧ＶＰを発生すし、ｎは、縦続接続するフルブリッジインバータ回路の量である。
【００３７】
縦続接続するフルブリッジインバータ回路のそれぞれは、第１スイッチ対３１２と、第２スイッチ対３１４と、電圧支持装置３１６と、を更に含むことができる。第１スイッチ対３１２は、プライマリノード（例えば、Ｑ１１）において直列接続する２つのスイッチユニットＳ１１及びＳ２１を含める。第２スイッチ対３１４は、セカンダリノード（例えば、Ｑ２１）において直列接続する２つのスイッチユニットＳ３１及びＳ４１を含める。前記セカンダリノードは、次のフルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続される（例えば、フルブリッジインバータ回路３１０１のセカンダリノードＱ２１は、フルブリッジインバータ回路３１０２のプライマリノードＱ１２に接続される）。電圧支持装置３１６は、第１スイッチ対３１２及び第２スイッチ対３１４に電気的に並列接続される。
【００３８】
本実施例において、一番目の縦続接続するフルブリッジインバータ回路のプライマリノード（つまり、フルブリッジインバータ回路３１０１のプライマリノードＱ１１）は、中間３レベル電圧ＶＬを受信するために配置され、最後の縦続接続するフルブリッジインバータ回路のセカンダリノード（つまり、フルブリッジインバータ回路３１０ｎのセカンダリノードＱ２ｎ）は、（２ｎ＋１＋１）レベル出力電圧を出力するために配置される。つまり、実際の要求に応じてフルブリッジインバータ回路の量を増加して、マルチレベル電圧変換器３００の電圧レベルの数を増加することができる。また、マルチレベル電圧変換器３００の出力した波形が純粋な正弦波に接近するため、各出力相電圧においてより低い調波になる。
【００３９】
また、ｉ番目の縦続接続するフルブリッジインバータ回路（つまり、フルブリッジインバータ回路３１０ｉ）の第１スイッチ対３１２ｉ及び第２スイッチ対３１４ｉにおけるスイッチユニットのそれぞれは、２（ｎ−i）個（ｉ＝１、２、３、‥、ｎ）のスイッチ装置を更に含める。具体的には、スイッチユニットＳ１ｉ、Ｓ２ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ４ｉのそれぞれは、マルチレベル電圧変換器３００における最低電圧Ｕ／２ｎを遮断するために、必要に応じてプライマリノード又はセカンダリノードに直列接続される２（ｎ−i）個のスイッチ装置を含める。なお、図３においては、１番目（すなわちｉ＝１）に縦続接続するフルブリッジインバータ回路３１０１の第１スイッチ対３１２１及び第２スイッチ対３１４１にのみ符号を付している。
【００４０】
同じように、マルチポイント変換回路３２０は、第１スイッチユニットＳ５と、第２スイッチユニットＳ６と、中間ユニット３２６と、第３スイッチユニットＳ７と、を更に含むことができる。第２スイッチユニットＳ６は、中間出力端子Ｌおいて、第１スイッチユニットＳ５と電気的に直列接続する。前記中間出力端子Ｌは、一番目の縦続接続するフルブリッジインバータ回路のプライマリノードに接続されて、即ち、フルブリッジインバータ回路３１０１のプライマリノードＱ１１に接続されて、中間３レベル電圧ＶＬを出力するために配置される。そのうち、第１スイッチユニットＳ５は、中間出力端子ＬとポジＤＣ端子Ｐとの間に接続され、第２スイッチユニットＳ６は、中間出力端子ＬとポジＤＣ端子Ｎとの間に接続される。中間ユニット３２６は、ポジＤＣ端子ＰとポジＤＣ端子Ｎとの間で中性点端子ＮＰに電気的に直列接続し、直列接続する第１スイッチユニットＳ５及び第２スイッチユニットＳ６と並列する２つのコンデンサーＣ１及びＣ２を含める。また、第３スイッチユニットＳ７は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間に電気的に接続される。
【００４１】
一実施例において、図１に示した実施例と同じく、第１スイッチユニットＳ５及び第２スイッチユニットＳ６のそれぞれは、中間出力端子Ｌに接続される単一のスイッチ装置を含める。また、図１に示した実施例と同じく、第３スイッチユニットＳ７は、中間出力端子Ｌと中性点端子ＮＰとの間に逆直列接続される２つのスイッチ装置を更に含める。
【００４２】
別の実施例において、図２に示した実施例と同じく、第１スイッチユニットＳ５及び第２スイッチユニットＳ６のそれぞれは、中間出力端子ＶＬに電気的に直列接続される複数のスイッチ装置を更に含める。
【００４３】
また、図２に示した実施例と同じく、第３スイッチユニットＳ７は、中間出力端子ＶＬと中性点端子ＮＰとの間に逆直列接続され、それぞれが電気的に直列接続する複数のスイッチ装置を含むスイッチ装置の２つの群を更に含める。
【００４４】
さらに他の実施例において、第１スイッチユニットＳ５及び第２スイッチユニットＳ６のそれぞれの直列接続するスイッチ装置の量は、２（ｎ＋１）であり、第３スイッチユニットＳ７の２つの群のスイッチ装置のそれぞれにおける直列接続するスイッチ装置の量は、２ｎであり、よって、スイッチ装置Ｓ１ｎ、Ｓ２ｎ、Ｓ３ｎ、Ｓ４ｎのそれぞれでの電圧の複数倍の電圧を遮断できる。
【００４５】
そのため、前記のように、スイッチユニットＳ１ｉ、Ｓ２ｉ、Ｓ３ｉ、Ｓ４ｉ、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７のそれぞれは、実際の要求に応じて、適切な数のスイッチ装置を含める。例としては、２つの縦続接続するフルブリッジインバータ回路がマルチポイント変換回路３２０に直列接続される（つまり、ｎ＝２）場合、フルブリッジインバータ回路３１０２におけるスイッチユニットＳ１２、Ｓ２２、Ｓ３２、Ｓ４２のそれぞれは、単一のスイッチ装置を含め、フルブリッジインバータ回路３１０１におけるスイッチユニットＳ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１のそれぞれは、直列接続する２つのスイッチ装置を含め、マルチポイント変換回路３２０における第１スイッチユニットＳ５及び第２スイッチユニットＳ６のそれぞれは、８つの直列接続するスイッチ装置を含め、第３スイッチユニットＳ７における逆直列接続する２つの群のそれぞれは、４つのスイッチ装置を含める。
【００４６】
実際には、前記スイッチ装置中の各スイッチ装置は、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラ接合トランジスタ等からなる群から選ばれるスイッチによって実施することができ、逆並列ダイオードは並列接続され、前記スイッチに対して逆バイアスであり、また、前記スイッチユニットの何れも、１つ又はそれ以上のＩＧＢＴモジュールによって実施することができる。
【００４７】
当技術分野における通常の知識を有する者は、図１でマルチレベル電圧変換器３００の操作を推測できるため、本文では、これらの操作を更に詳しく解説しないことにする。
【００４８】
前記の実施例に基づいて、本発明のマルチレベル電圧変換器は、大量なフルブリッジインバータ回路を容易に配置するように、マルチレベル電圧変換器の電圧レベルの数を増加して、マルチレベル電圧変換器の出力波形をより純粋な正弦波にすることで、各出力相電圧を低い調波になるだけではなく、マルチポイント変換回路を採用するように、短くて、制御しやすい複数の転換経路を配置することで、前記マルチポイント変換回路中のスイッチ回路も簡素化される。
【００４９】
また、マルチポイント変換回路及フルブリッジインバータ回路の何れも、モジュールで構成されることによって、複雑な電源回路でなくても、レベルの数お容易に拡張する柔軟性を提供できる。
【００５０】
当技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の前記実施例が本発明を説明的なものであって、本発明を限定するものではないことを理解できる。添付の特許請求の範囲の精神や領域は、多種の変更と類似する配置も含むように、広く解釈すべきである。
【符号の説明】
【００５１】
１００、２００、３００  マルチレベル電圧変換器、１１０、３１０ｎ、３１０１、３１０２  フルブリッジインバータ回路、１１２  第１スイッチ対、１１４  第２スイッチ対、１１６、３１６  電圧支持装置、１２２、２２２  第１スイッチユニット、１２４、２２４  第２スイッチユニット、１２８、Ｓ７  第３スイッチユニット、１２６、３２６  中間ユニット、１２０、２２０、３２０  マルチポイント変換回路、Ｎ、Ｐ  ポジＤＣ端子、ＶＬ  中間マルチレベル電圧、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ６３、Ｓ６４、Ｓ７１、Ｓ７２、Ｓ７３、Ｓ７４  スイッチ装置、ＰＳ  ポジノード、ＮＳ  ネガノード、Ｑ１、Ｑ１１、Ｑ１２  プライマリノード、Ｌ  中間出力端子、Ｃ１、Ｃ２  コンデンサー、Ｕ  電圧、２Ｕ  ＤＣ電圧、Ｑ２、Ｑ２１、Ｑ２ｎ  セカンダリノード、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ１ｎ、Ｓ２ｎ、Ｓ３ｎ、Ｓ４ｎ  スイッチユニット、ＶＰ  マルチレベル出力電圧、ＮＰ  中性点端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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