(57)【要約】【課題】各ゲートドライブ回路に個別の専用電源を使用せずに各ゲートドライブ回路に電源の供給を実現する電力変換装置を提供する。【解決手段】第２インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路はブートストラップ回路で構成されている。共用電源３９から、ブートストラップ回路４０を介して第２ゲートドライバに電源を供給し、同様に第３ゲートドライバ〜第ｍゲートドライバまで第３インターフェース回路〜第ｍインターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して共用電源３９から電源が供給される。本発明では、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは２つとすることができ、１つの共用電源３９から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。【選択図】図８
2014033614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、
前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、少なくとも一つの電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記第１インターフェース回路は一つの電源供給端子に一端が接続された単一の第１コンデンサからなり、第２インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は各々アノードが一つの電源供給端子に接続されたダイオードと前記ダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサとからなるブートストラップ回路であり、第ｍインターフェース回路は更に前記第ｍインターフェース回路を構成するダイオードのカソードとコンデンサと第ｍゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子とする構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第１インターフェース回路〜前記第ｍインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、第（ｍ＋１）インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第ｍインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路のうち、前記第ｍインターフェース回路が、前記ブートストラップ回路に代えて、信号発生器から出力されるスイッチング信号により半導体スイッチをスイッチングして低圧側の電源又は一方のコンデンサから高圧側の他方のコンデンサを充電するチャージポンプ回路により構成され、かつ、二つの電源供給端子と前記他方のコンデンサの一端と前記第ｍゲートドライバの電源入力端子とに接続された電源転送用端子とを有する構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第１インターフェース回路〜前記第ｍインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端と前記第ｍインターフェース回路のもう一つの電源供給端子を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第（ｍ＋１）インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第ｍインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記第（ｍ＋１）インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各コンデンサを前記第ｍインターフェース回路の前記他方のコンデンサから出力された電源で充電することで、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路のうち、前記第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路が、前記ブートストラップ回路内のダイオードのカソードとコンデンサと１対１に対応して接続される前記ゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子として更に有する構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第１インターフェース回路〜前記第ｍインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続するとともに、ｋ番目（ただし、ｋ＝２〜ｍ−１）の第ｋインターフェース回路の前記電源転送用端子を（ｍ−１）段上の第（ｋ＋ｍ−１）インターフェース回路の前記一つの電源供給端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、
前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１及び第２の電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記第１インターフェース回路は単一の第１コンデンサから構成され、かつ、前記第２インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路はそれぞれチャージポンプ回路により構成され、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第１コンデンサの一端と前記第１インターフェース回路の第１の電源供給端子と前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第１の電源供給端子とを前記共用電源の高圧側端子にそれぞれ接続し、かつ、前記第１コンデンサの他端と前記第１インターフェース回路の第２の電源供給端子と前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第２の電源供給端子とを前記共用電源の接地側端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、
前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１及び第２の電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、
信号発生器と前記信号発生器からのスイッチング信号によりスイッチングされる半導体スイッチとからなり、チャージポンプ回路の一部を構成する共用回路部と、
前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記第１インターフェース回路は一端が前記共用電源の高圧側端子に接続された単一の第１コンデンサから構成され、前記第２インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路はそれぞれ前記共用回路部とともにチャージポンプ回路を構成し、かつ、第１及び第２の電源供給端子と電源転送用端子とを有するチャージポンプ部分回路から構成され、
前記個別ゲートドライブ部は、
前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各々の前記第１の電源供給端子を前記共用回路部に接続し、ｊ番目（ただし、ｊ＝３〜２ｍ−２）の第ｊインターフェース回路の前記第２の電源供給端子を第（ｊ−１）インターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、
前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１及び第２の電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、
前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部と
を有し、
前記個別ゲートドライブ部内の前記第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は、それぞれ対応して設けられた前記第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチの高圧側端子に電源入力端子が接続された自己給電回路により構成され、前記個別ゲートドライブ部は、共用電源を有することなく前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、
前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
前記主回路は、ダイオード型クランプ型マルチレベル電力変換回路であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記主回路は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関し、特に複数スイッチから構成される電力変換器の高電力密度化またはパワー集積回路を実現する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３２〜図３５は、従来の２レベル電力変換回路の構成図であり、図３２は三相インバータ、図３３は単相インバータ、図３４はＤＣ／ＤＣコンバータ、図３５は三相−三相電力変換器を示している。いずれの場合も、直流電源電圧Ｖｄｃを６個乃至４個乃至２個の半導体素子のオンオフで２レベルに切り換え、さらにその出力に受動フィルタを接続することにより、三相乃至単相の交流出力や直流出力を得るものである。このような２レベル電力変換回路を対象にして、従来の電力変換器の高電力密度化は、その体積を減少させることにより達成され、その方法は、（１）電力変換装置の損失を低減して冷却装置体積を小型化する、（２）スイッチング周波数を増加させ、インダクタやコンデンサにより構成される受動フィルタ等の受動部品体積を小型化する、の２通りであった（非特許文献１、２参照）。しかし、２レベル電力変換回路は高調波が必ず含まれるために、受動フィルタが不可欠であり、スイッチング周波数の増加は半導体素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失を増大して冷却装置が増大するため、高電力密度化に限界が生じる。
【０００３】
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘導電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流を引き起こして半導体素子損失増加および電磁ノイズの原因となる。該電磁ノイズは、ゲートドライブ回路の誤動作、電力変換器に接続するモータの絶縁劣化やベアリングの電食を引き起こす等様々な問題を発生させる。したがって、スイッチング周波数を増加させないで、受動フィルタ除去および半導体素子損失低減を同時に達成する高電力密度電力変換回路が必要になる。
【０００４】
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動により、電力変換回路のコモンモード電圧が振動するため、周囲の機器に悪影響を及ぼす。このため、コモンモードチョークコイルやＥＭＩフィルタ等のノイズ抑制フィルタが必要となる。
【０００５】
スイッチング周波数を増加させずに受動フィルタの除去を実現するため、図３６〜図３８に示すマルチレベル電力変換器のレベル数ｍを増加させて、電力変換器自体の出力電圧の高調波含有率を低減する方法が挙げられる（特許文献１参照）。マルチレベル電力変換器の出力電圧高調波成分はレベル数の増加とともに減少し、１７レベルでは出力相電圧の総合ひずみ率は５％以内、２５レベルでは出力相電圧の総合ひずみ率は３％以内、３５レベルでは出力相電圧は２％以内となる。このことにより、レベル数ｍを増加させることで受動フィルタが不要となる。しかし、１７レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり３２個、逆並列ダイオード数は３２個、２５レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり４８個、逆並列ダイオード数は４８個、３５レベル電力変換器の半導体素子数は一相あたり６８個、逆並列ダイオード数は６８個となるため、電力変換器主回路および主回路スイッチに接続するゲートドライブ回路が大規模になり、電力変換器の実装が困難となる。
【０００６】
図３６〜図３８はそれぞれマルチレベル電力変換回路の代表的な方式であり、図３６はダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の三相インバータ、図３７はフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器の三相インバータ、図３８はカスケード接続型マルチレベル電力変換器の三相インバータを示している。それぞれ三相インバータを示しているが、三相のＡＣ／ＤＣ電力変換、単相インバータ、単相のＡＣ／ＤＣ電力変換、ＤＣ／ＤＣコンバータ，ＡＣ／ＡＣコンバータとして構成し、使用することも可能である。
【０００７】
図３６〜図３８に示すマルチレベル電力変換回路は、個々のスイッチング半導体素子に対してゲート駆動回路を必要とするため、レベル数が増えるとともにゲートドライブ回路が増える。図３６〜図３８に示すｍレベル電力変換回路では一相あたり（２ｍ−２）個のゲートドライブ回路を必要とする。
【０００８】
図３９は、従来のマルチレベル電力変換回路の一相の構成図であり、直列に接続されるスイッチと各スイッチに接続されるゲートドライバおよび専用電源を示している。直列に接続される各スイッチの低電位側の電位は、スイッチごとに異なるため、専用電源はそれぞれ絶縁を取る必要がある。このため、専用電源にはトランス等が用いられるため、集積化が困難となる。
【０００９】
ＬＳＩ技術を用いたワンチップパワーＩＣやインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）が開発され、様々な分野で応用されている。前記技術を用いたゲートドライブ回路を備える集積化２レベル電力変換器が提案されているが、マルチレベル電力変換器において増加するゲートドライブ回路の絶縁電源も含めたパワー集積回路は提案されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−３２５４８０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Y. Hayashi, K. Takao, K. Adachi, and H. Ohashi, “Design Consideration for High Output Power Density (OPD) Converter Based on Power-Loss Limit Analysis Method,” in Proc. CD-ROM, EPE, 2005.
【非特許文献２】M. Tsukuda, I. Omura, W Saito, and T. Ogura, “Demonstration of High Output Power Density (30W/cc) Converter using 600V SiC-SBD and Low Impedance Gate Driver,” in Proc. CD-ROM, IPEC Niigata, 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の２レベル電力変換器を用いた高電力密度化電力変換装置は、スイッチング周波数を増加させてフィルタの小型化を図るため、半導体素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失が増大し、電力変換装置の高電力密度化に限界が訪れる。
【００１３】
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘起電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流を引き起こし、また電力変換回路のコモンモード電圧の振動を引き起こすため、大量の電磁ノイズを発生する。このため、コモンモードチョークコイルやＥＭＩフィルタ等のノイズ抑制フィルタが必要となり、電力変換装置の高電力密度化に限界が訪れる。
【００１４】
高いスイッチング周波数による電力変換装置の駆動は、電磁ノイズを大量に発生するため、該電力変換装置に接続されるモータの高速回転を実現することができず、モータの高出力密度化に限界が訪れる。
【００１５】
上記手法とは全く異なった手法、即ち、スイッチング周波数を増加させずに受動フィルタの小型化を達成することで、高密度化電力変換器を実現することが提案されているが（特許文献１参照）、ゲートドライブ回路の絶縁電源も含めたマルチレベル電力変換回路による電力変換装置の高電力密度化またはパワー集積回路の提案はされていない。
【００１６】
ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数１０ｋＶＡ以下では、スイッチを多数使った電力変換装置は実現されていない。また、ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数１０ｋＶＡ以下では、受動フィルタなしで相電圧のひずみ率が１０％以下の電力変換装置は実現されていない。
【００１７】
ゲートドライブ回路の絶縁電源にトランス等により構成される専用電源を必要とするため、電力変換装置の出力電力容量が数１０ｋＶＡ以下では、ノイズ抑制フィルタなしで周囲に電磁ノイズの影響を及ぼさない電力変換装置は実現されていない。
【００１８】
本発明は、係る問題点を解決するため、各ゲートドライブ回路に個別の専用電源を使用せずに各ゲートドライブ回路に電源の供給を実現する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】
【００１９】
上記の目的を達成するため、第１の発明の電力変換装置は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、少なくとも一つの電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
ここで、前記第１インターフェース回路は一つの電源供給端子に一端が接続された単一の第１コンデンサからなり、第２インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は各々アノードが一つの電源供給端子に接続されたダイオードと前記ダイオードのカソードに一端が接続されたコンデンサとからなるブートストラップ回路であり、第ｍインターフェース回路は更に前記第ｍインターフェース回路を構成するダイオードのカソードとコンデンサと第ｍゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子とする構成である。また、前記個別ゲートドライブ部は、前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第１インターフェース回路〜前記第ｍインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、第（ｍ＋１）インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第ｍインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
【００２０】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路のうち、前記第ｍインターフェース回路が、前記ブートストラップ回路に代えて、信号発生器から出力されるスイッチング信号により半導体スイッチをスイッチングして低圧側の電源又は一方のコンデンサから高圧側の他方のコンデンサを充電するチャージポンプ回路により構成され、かつ、二つの電源供給端子と前記他方のコンデンサの一端と前記第ｍゲートドライバの電源入力端子とに接続された電源転送用端子とを有する構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、前記第１インターフェース回路〜前記第ｍインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続し、前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端と前記第ｍインターフェース回路のもう一つの電源供給端子を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第（ｍ＋１）インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記第ｍインターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記第（ｍ＋１）インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各コンデンサを前記第ｍインターフェース回路の前記他方のコンデンサから出力された電源で充電することで、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
【００２１】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、第１の発明における前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路のうち、前記第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路が、前記ブートストラップ回路内のダイオードのカソードとコンデンサと１対１に対応して接続される前記ゲートドライバの電源入力端子との接続点を電源転送用端子として更に有する構成であり、
前記個別ゲートドライブ部は、前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第１インターフェース回路〜前記第ｍインターフェース回路の各々の前記一つの電源供給端子を前記共用電源の前記高圧側端子に接続するとともに、ｋ番目（ただし、ｋ＝２〜ｍ−１）の第ｋインターフェース回路の前記電源転送用端子を（ｍ−１）段上の第（ｋ＋ｍ−１）インターフェース回路の前記一つの電源供給端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
【００２２】
また、上記の目的を達成するため、第４の発明は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１及び第２の電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する構成である。
ここで、前記第１インターフェース回路は単一の第１コンデンサから構成され、かつ、前記第２インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路はそれぞれチャージポンプ回路により構成される。また、前記個別ゲートドライブ部は、前記第１コンデンサの一端と前記第１インターフェース回路の第１の電源供給端子と前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第１の電源供給端子とを前記共用電源の高圧側端子にそれぞれ接続し、かつ、前記第１コンデンサの他端と前記第１インターフェース回路の第２の電源供給端子と前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路を構成する前記チャージポンプ回路の第２の電源供給端子とを前記共用電源の接地側端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、第５の発明は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１及び第２の電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、高圧側端子と接地側端子とを備える一つの共用電源と、信号発生器と前記信号発生器からのスイッチング信号によりスイッチングされる半導体スイッチとからなり、チャージポンプ回路の一部を構成する共用回路部と、前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
ここで、前記第１インターフェース回路は一端が前記共用電源の高圧側端子に接続された単一の第１コンデンサから構成され、前記第２インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路はそれぞれ前記共用回路部とともにチャージポンプ回路を構成し、かつ、第１及び第２の電源供給端子と電源転送用端子とを有するチャージポンプ部分回路から構成される。また、前記個別ゲートドライブ部は、前記第１インターフェース回路の前記第１コンデンサの他端を前記共用電源の前記接地側端子に接続し、前記第２インターフェース回路〜前記第（２ｍ−２）インターフェース回路の各々の前記第１の電源供給端子を前記共用回路部に接続し、ｊ番目（ただし、ｊ＝３〜２ｍ−２）の第ｊインターフェース回路の前記第２の電源供給端子を第（ｊ−１）インターフェース回路の前記電源転送用端子に接続することにより、前記共用電源から前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成するとともに、前記共用電源を前記２並列又は３並列接続された前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とでそれぞれ共用する構成としたことを特徴とする。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、第６の発明は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続されて構成された、変換レベル数ｍの主回路と、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、前記第１スイッチ〜前記第（２ｍ−２）スイッチ及び前記第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１及び第２の電源供給端子を備える第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とから構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部と、前記第１ゲートドライバ〜前記第（２ｍ−２）ゲートドライバに、それぞれ絶縁をとって別々に信号を供給する信号出力部とを有する。
ここで、前記個別ゲートドライブ部内の前記第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は、それぞれ対応して設けられた前記第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチの高圧側端子に電源入力端子が接続された自己給電回路により構成され、前記個別ゲートドライブ部は、共用電源を有することなく前記第１インターフェース回路〜前記第(２ｍ−２)インターフェース回路を通して対応して接続された前記第１ゲートドライバ〜前記第(２ｍ−２)ゲートドライバへ電源を別々に供給する構成であり、前記主回路と前記個別ゲートドライブ部とを２並列又は３並列接続し、単相又は三相のマルチレベル電力変換器の各相を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、受動フィルタを使わず、また低損失化による冷却装置の小型化を図り、従来の２レベル電力変換装置の限界であった電力変換装置の高電力密度化を提供する。
【００２６】
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、受動フィルタなしで相電圧ひずみ率が１０％以下の電力変換装置を提供する。
【００２７】
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、ノイズ抑制フィルタを必要としない、電磁ノイズが非常に少ない電力変換装置を提供する。
【００２８】
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を提供することにより、主回路配線の寄生インダクタンスによる誘起電圧および寄生キャパシタンスによる変位電流による電磁ノイズをなくし、ゲートドライブ回路の誤動作や、電力変換装置に接続するモータの絶縁劣化およびベアリングの電食等様々な問題を起こさない電力変換装置を提供する。
【００２９】
本発明は、上記マルチレベル電力変換器による電力変換装置またはパワー集積回路を実現することにより、該変換装置に接続されるモータの高速回転を実現し、モータの高出力密度化を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の変換レベル数ｍのマルチレベル電力変換装置の一相を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した複数直列スイッチおよびゲートドライバ部の一相分を２並列にした単相マルチレベル電力変換装置を示す構成図である。
【図３】図１に示した複数直列スイッチおよびゲートドライバ部の一相分を３並列にした三相マルチレベル電力変換装置を示す構成図である。
【図４】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第１の接続例の概略ブロック図である。
【図５】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図４に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図６】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図４に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図７】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第２の接続例の概略ブロック図である。
【図８】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続及び直列接続で実現したインターフェース回路を備える図７に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図９】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続及び直列接続で実現したインターフェース回路を備える図７に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１０】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第３の接続例の概略ブロック図である。
【図１１】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続およびチャージポンプ回路の併用で実現したインターフェース回路を備える図１０に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１２】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続およびチャージポンプ回路の併用で実現したインターフェース回路を備える図１０に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１３】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第４の接続例の概略ブロック図である。
【図１４】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続および直列接続で実現したインターフェース回路を備える図１３に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１５】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続および直列接続で実現したインターフェース回路を備える図１３に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１６】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第５の接続例の概略ブロック図である。
【図１７】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の直列接続で実現したインターフェース回路を備える図１６に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１８】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の直列接続で実現したインターフェース回路を備える図１６に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図１９】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第６の接続例の概略ブロック図である。
【図２０】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図１９に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図２１】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図１９に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図２２】本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の概略ブロック図である。
【図２３】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部に自己給電回路を接続することで実現したインターフェース回路を備える図２２に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図２４】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部に自己給電回路を接続することで実現したインターフェース回路を備える図２２に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図である。
【図２５】カスケード接続型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部に自己給電回路を接続することにより実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図２６】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部への信号絶縁をレベルシフト回路により実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図２７】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部への信号絶縁をレベルシフト回路により実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図２８】カスケード接続型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部への信号絶縁をレベルシフト回路により実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図２９】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部への信号絶縁を磁気カップリングにより実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図３０】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部への信号絶縁を磁気カップリングにより実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図３１】カスケード接続型マルチレベル電力変換器の各ゲートドライブ部への信号絶縁を磁気カップリングにより実現する電力変換装置の要部の概略構成図である。
【図３２】従来の２レベル三相インバータの構成図である。
【図３３】従来の２レベル単相インバータの構成図である。
【図３４】従来の２レベルＤＣ／ＤＣコンバータの構成図である。
【図３５】従来の２レベル三相−三相電力変換器の構成図である。
【図３６】ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換回路の三相インバータの構成図である。
【図３７】フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換回路の三相インバータの構成図である。
【図３８】カスケード接続型マルチレベル電力変換回路の三相インバータの構成図である。
【図３９】マルチレベル電力変換回路のゲートドライブ回路の従来例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、複数スイッチを使ったマルチレベル電力変換装置を例として説明するが、本発明では、これに限定されず、直流から交流、交流から直流、直流から直流、交流から交流を変換するあらゆる電力変換装置、および多重化、多並列化の電力変換装置、さらにこれらを組み合わせた電力変換装置としても適用することができる。
【００３２】
（一相のマルチレベル電力変換器）
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のマルチレベル電力変換装置の要部を構成する一相のマルチレベル電力変換器の一実施形態の構成図を示す。図１に示す一相のマルチレベル電力変換器は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ（メインスイッチ）からなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続された主回路１と、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチにそれぞれ対応して接続される第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバおよび第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部２、個別ゲートドライブ部２に電力を供給する共用電源３、信号源から各信号について絶縁を取り、第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部４を備えている。
【００３３】
図１に示した変換レベル数ｍの一相のマルチレベル電力変換器を２並列にすることで単相のマルチレベル電力変換装置を実現する。また、この一相のマルチレベル電力変換器を３並列にすることで三相のマルチレベル電力変換装置を実現する。また、この一相のマルチレベル電力変換器を６並列にすることで三相交流から三相交流に変換するマルチレベル電力変換装置を実現する。
【００３４】
図１に示したように、各インターフェース回路はそれぞれ電源供給端子を備えている。各インターフェース回路は、その電源供給端子を、詳細は後述するように、他の電源供給端子、及び共用電源と接続することで、対応して接続されたゲートドライバに電源を供給する。また、これらの電源供給端子を第１スイッチから第（２ｍ−２）スイッチの直列接続により構成される主回路１と接続することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、これらの電源供給端子を他の電源供給端子、共用電源３、主回路１に接続することで、ゲートドライバに電源を供給する。共用電源３は０または１または（２ｍ−２）未満の複数用いることで、インターフェース回路を介してゲートドライバ部に電力を供給する。主回路１は第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチの直列接続により構成されており、変換レベル数ｍの電力変換装置の入出力間の電力を扱う部分である。
【００３５】
インターフェース回路とは、それぞれ１または複数の電源供給端子を備え、これらの接続により共用電源３または主回路１からゲートドライバに電力を供給する回路である。インターフェース回路の詳細は後述する。インターフェース回路に２レベルでも使用されるブートストラップ回路を適用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に２レベルでも使用されるチャージポンプ回路を適用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に２レベルでも使用されるブートストラップ回路およびチャージポンプ回路を併用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に２レベルでも使用される主回路１から電源を供給する、自己給電方式を適用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に２レベルでも使用される主回路１から電源を供給する、自己給電方式とブートストラップ回路を併用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に２レベルでも使用される主回路１から電源を供給する、自己給電方式とチャージポンプ回路を併用することで、ゲートドライバに電源を供給する。また、インターフェース回路に２レベルでも使用される主回路１から電源を供給する、自己給電方式とブートストラップ回路とチャージポンプ回路を併用することでゲートドライバに電源を供給する。
【００３６】
図１に示したように、本発明の電力変換装置は信号出力部４内に信号源を備えている。信号出力部４は、この信号源と第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバを接続し、間で信号絶縁を取ることで、各ゲートドライバに信号を伝達する。この信号絶縁は、レベルシフト回路または磁気カップリングまたは光絶縁により取ることができる（詳細は図２６〜図３１参照）。
【００３７】
図１に示したマルチレベル電力変換器を有する本発明の電力変換装置は、全体を１つのチップとして集積化する。また、複数のチップに分けて集積化し、基板に載せて実装する。また、電力変換装置の一部分を集積化し、集積化した部分と個別の部品を基板上で組み合わせて実装する。これらの集積化は、シリコン、窒化ガリウム、炭化珪素、ダイヤモンド等の１つの材料または複数の材料を組み合わせて実現する。
【００３８】
（単相マルチレベル電力変換装置）
図２は、図１に示した一相分のマルチレベル電力変換器を２並列にし、単相マルチレベル電力変換装置としたものである。図２に示すように単相マルチレベル電力変換装置は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続された主回路１と５、主回路１，５の各スイッチにそれぞれ接続される各（２ｍ−２）個のゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部２と６、これらの個別ゲートドライブ部２と６に電力を供給する共用電源３、信号源から各信号について絶縁を取り、主回路１，５の各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部４を備えている。個別ゲートドライバ部は相ごとに必要となるが、共用電源３は個別ゲートドライバ部２と６で共用することが可能なため、主回路１，５の直列スイッチを２並列にし、単相マルチレベル電力変換装置としても共用電源の数を増加する必要はない。
【００３９】
（三相マルチレベル電力変換装置）
図３は、図１に示した一相分のマルチレベル電力変換器を３並列にし、三相マルチレベル電力変換装置としたものである。図３に示すように三相マルチレベル電力変換装置は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチからなる（２ｍ−２）個のスイッチが直列接続された主回路１と５と７、主回路１と５と７の各スイッチにそれぞれ接続されるゲートドライバおよびインターフェース回路から構成される専用電源を必要としない個別ゲートドライブ部２と６と８、これらの個別ゲートドライブ部２と６と８に電力を供給する共用電源３、信号源から各信号について絶縁を取り、各スイッチに接続されるゲートドライバへと信号を伝達する信号出力部４を備えている。個別ゲートドライバ部は相ごとに必要となるが、共用電源３はゲートドライバ部２と６と８で共用することが可能なため、主回路１，５，７の直列スイッチを３並列にし、三相マルチレベル電力変換装置としても共用電源の数を増加する必要はない。
【００４０】
本発明は、上記の図２の単相マルチレベル電力変換装置又は図３の三相マルチレベル電力変換装置における各相の個別ゲートドライブ部の構成に特徴がある。以下、各相の個別ゲートドライブ部におけるゲートドライバへの電源供給の各例について説明する。
【００４１】
（ゲートドライバへの電源供給例１）
図４は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第１の接続例（ゲートドライバへの電源供給例１）の概略ブロック図を示す。図４において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。
【００４２】
ここで、図４に示す第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は各々２つの電源供給端子を有しており、例えば、第１インターフェース回路は電源供給端子２１と２５を有し、第２インターフェース回路は電源供給端子２２と２６を有し、第（２ｍ―２）インターフェース回路は電源供給端子２３と２７を有する。第１インターフェース回路の電源供給端子２１と第２インターフェース回路の電源供給端子２２と第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子２３と第３インターフェース回路〜第（２ｍ−１）インターフェース回路の各一方の電源供給端子は、共用電源１９の接地側端子２０に接続されている。また、第１インターフェース回路の電源供給端子２５と第２インターフェース回路の電源供給端子２６と第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子２７と第３インターフェース回路〜第（２ｍ−１）インターフェース回路の各他方の電源供給端子は、共用電源１９の高圧側端子２４に接続されている。これにより、１つの共用電源１９から、各インターフェース回路を介して第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にする。
【００４３】
図５は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図４に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。チャージポンプ回路とは、内部に備える能動素子のスイッチングにより、低圧側の電源またはコンデンサから高圧側のコンデンサを充電する回路で、ダイオードとコンデンサと半導体スイッチで構成される。図５において、第２ゲートドライバに接続された第２インターフェース回路は、２つの電源供給端子を有するチャージポンプ回路２９により構成されている。チャージポンプ回路２９の一方の電源供給端子が共用電源２８の高圧側端子に接続され、他方の電源供給端子が共用電源２８の接地側端子に接続されている。また、第３インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路も同様に共用電源２８に接続されたチャージポンプ回路で構成されている。また、第１ゲートドライバに接続された第１インターフェース回路は単一のコンデンサＣにより構成されている。図５において、１つの共用電源２８（図４の共用電源１９に相当）は、チャージポンプ回路２９を介して第２ゲートドライバに電源を供給し、同様に他の各ゲートドライバにもチャージポンプ回路を介して電源を供給する。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側の電位変動に影響されず、低圧側から高圧側へのコンデンサに電荷を充電可能で、主回路の動作と関係なく、１つの共用電源２８から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
【００４４】
図６は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図４に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図６に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図５に示した変換レベル数ｍのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器と異なる構成の、変換レベル数ｍのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図５に示した回路と同じであるので、図５と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、主回路のスイッチングによる各メインスイッチの低圧側の電位変動に影響されず、低圧側から高圧側へのコンデンサに電荷を充電可能で、主回路の動作と関係なく、１つの共用電源２８から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００４５】
（ゲートドライバへの電源供給例２）
図７は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第２の接続例（ゲートドライバへの電源供給例２）の概略ブロック図を示す。図７において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。
【００４６】
ここで、図７に示す第１インターフェース回路は２つの電源供給端子３２と３４を有し、残りの第２インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は少なくとも１つの電源供給端子を有している。更に第ｍインターフェース回路は、一つの電源転送用端子を有している。例えば、第２インターフェース回路は電源供給端子３５を有し、第ｍインターフェース回路は電源供給端子３６と電源転送用端子３７を有し、第（２ｍ―２）インターフェース回路は電源供給端子３８を有する。第１インターフェース回路の電源供給端子３２は、共用電源３０の接地側端子３１に接続されている。また、第１インターフェース回路の電源供給端子３４と第２インターフェース回路の電源供給端子３５と第ｍインターフェース回路の電源供給端子３６は、共用電源３０の高圧側端子３３に並列に接続されている。
【００４７】
さらに、第ｍインターフェース回路の電源転送用端子３７が第（ｍ＋１）インターフェース回路から第（２ｍ−２）インターフェース回路までの各インターフェース回路の電源供給端子に並列に接続されている。第ｍインターフェース回路は電源供給端子３６に供給された共用電源３０からの電源を第ｍインターフェース回路の電源転送用端子３７から出力して第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子３８にそれぞれ入力する。これにより、１つの共用電源３０から、各インターフェース回路を介して第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
【００４８】
図８は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図７に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図８において、第２ゲートドライバに接続された第２インターフェース回路は、ダイオードとコンデンサからなるブートストラップ回路４０により構成されている。また、第３インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路も同様にブートストラップ回路で構成されている。また、第１ゲートドライバに接続された第１インターフェース回路は単一のコンデンサＣにより構成されている。図８において、１つの共用電源３９（図７の共用電源３０に相当）から、ブートストラップ回路４０を介して第２ゲートドライバに電源を供給し、同様に第３ゲートドライバ〜第ｍゲートドライバまで第３インターフェース回路〜第ｍインターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して共用電源３９から電源が供給される。
【００４９】
さらに、第ｍインターフェース回路は、電源供給端子であるブートストラップ回路４１内のダイオードのアノードに共用電源３９から供給された電源電圧でコンデンサ４２を充電し、ブートストラップ回路４１内のダイオードのカソードとコンデンサ４２と第ｍゲートドライバの高圧側電源入力端子との接続点を電源転送用端子として電源を出力する。第ｍインターフェース回路は出力した電源を第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路のブートストラップ回路を介して第（ｍ＋１）ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバへ供給する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは２つとすることができ、１つの共用電源３９から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
【００５０】
図９は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図７に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図９に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図８に示した変換レベル数ｍのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の動作と異なる構成の、変換レベル数ｍのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図８に示したマルチレベル変換器と同じであるので、図８と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは２つとすることができ、１つの共用電源３９から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にする。
【００５１】
（ゲートドライバへの電源供給例３）
図１０は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第３の接続例（ゲートドライバへの電源供給例３）の概略ブロック図を示す。図１０において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。ここで、図１０に示す第１インターフェース回路は２つの電源供給端子４５及び４８を有し、第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路と第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は少なくとも１つの電源供給端子を有し、第ｍインターフェース回路は２つの電源供給端子４６、５０と１つの電源転送用端子５１とを有している。第２インターフェース回路は電源供給端子４９を有し、第（２ｍ―２）インターフェース回路は電源供給端子５２を有する。
【００５２】
第１インターフェース回路の電源供給端子４５と第ｍインターフェース回路の電源供給端子４６とは共用電源４３の接地側端子４４に接続され、第１インターフェース回路の電源供給端子４８と第２インターフェース回路の電源供給端子４９と第ｍインターフェース回路の電源供給端子５０と第３インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路の各電源供給端子は共用電源４３の高圧側端子４７に接続されている。さらに、第ｍインターフェース回路の電源転送用端子５１と第（ｍ＋１）インターフェース回路から第（２ｍ−２）インターフェース回路までの各インターフェース回路の電源供給端子とは互いに接続されており、第ｍインターフェース回路の電源供給端子５０、４６間に入力された電源電圧を、第ｍインターフェース回路の電源転送用端子５１から出力して第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子に入力する。これにより、１つの共用電源４３から、各インターフェース回路を介して第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
【００５３】
図１１は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続およびチャージポンプ回路の併用で実現したインターフェース回路を備える図１０に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図１１において、１つの共用電源５３（図１０の共用電源４３に相当）は、単一のコンデンサＣからなる第１インターフェース回路を介して第１ゲートドライバへ電源を供給するとともに、ブートストラップ回路５４を介して第２ゲートドライバに電源を供給し、同様に第３ゲートドライバから第（ｍ−１）ゲートドライバまで第３インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して電源を供給する。また、第ｍインターフェース回路を構成するチャージポンプ回路５５は、共用電源５３の高圧側端子と接地側端子とにそれぞれ接続された２つの電源供給端子と、コンデンサ５６の一端とダイオードのカソードと第ｍゲートドライバの高圧側電源入力端子との接続点である１つの電源転送用端子とを有している。共用電源５３は、第ｍゲートドライバへはチャージポンプ回路５５を通して、主回路のスイッチングとは独立に電源を供給する。さらに、第（ｍ＋１）から第（２ｍ−２）ゲートドライバへは、第ｍゲートドライバに接続されるチャージポンプ回路５５内のコンデンサ５６の一端（電源転送用端子）から第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して電源を供給する。
【００５４】
これにより、図１１に示す一相分のマルチレベル電力変換器では、第ｍインターフェース回路を構成するチャージポンプ回路５５は内部に３つのダイオードを有し、また、第２〜第（２ｍ−２）インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路は内部に１つのダイオードを有することから、２ｍ−２個の各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは３つとすることができる。さらに第ｍから第（２ｍ−２）ゲートドライバに安定して電源を供給することができ、１つの共用電源５３から第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路を介して第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
【００５５】
図１２は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路とチャージポンプ回路の併用で実現したインターフェース回路を備える図１０に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図１２中、図１１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１２に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図１１に示したマルチレベル電力変換回路ではダイオードクランプ型であるの対しフライングキャパシタ型である点で相違するが、個別ゲートドライブ部は図１１と同じである。よって、図１２に示すマルチレベル電力変換器は図１１に示したマルチレベル電力変換器と同様に、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは３つとすることができ、さらに第ｍゲートドライバから第（２ｍ−２）ゲートドライバに安定して電荷を供給することができ、１つの共用電源５３から第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路を介して第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
【００５６】
（ゲートドライバへの電源供給例４）
図１３は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第４の接続例（ゲートドライバへの電源供給例４）の概略ブロック図を示す。図１３において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。ここで、図１３に示す第１インターフェース回路は二つの電源供給端子５９及び６１を有し、第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路はそれぞれ電源供給端子と電源転送用端子とを有し、第ｍインターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は少なくとも１つの電源供給端子を有している。
【００５７】
第１インターフェース回路の電源供給端子５９は共用電源５７の接地側端子５８に接続され、第１インターフェース回路の電源供給端子６１と第２インターフェース回路の電源供給端子６２と第ｍインターフェース回路の電源供給端子６３と第３インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路の各電源供給端子は共用電源５７の高圧側端子６０に接続されている。さらに、第２インターフェース回路から第（ｍ−１）インターフェース回路の電源転送用端子はそれぞれ（ｍ−１）段上の第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子に別々に接続されている。
【００５８】
これにより、１つの共用電源５７から、第１インターフェース回路〜第ｍインターフェース回路を通して第１ゲートドライバ〜第ｍゲートドライバへ電源が供給される。また、第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路のそれぞれに共用電源５７から供給された電源はそれぞれのインターフェース回路の電源転送用端子から出力され、それぞれ（ｍ−１）段上の第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路に供給されるため、第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路を通して第（ｍ＋１）ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバへ共用電源５７からの電源が供給される。このようにして、１つの共用電源５７から、各インターフェース回路を介して第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバのすべてに電源供給を可能にすることができる。
【００５９】
図１４は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図１３に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図１４において、１つの共用電源６４（図１３の共用電源５７に相当）は、単一のコンデンサＣからなる第１インターフェース回路を介して第１ゲートドライバに電源を供給するとともに、ブートストラップ回路６５を介して第２ゲートドライバに電源を供給し、同様に第３ゲートドライバから第ｍゲートドライバまで第３インターフェース回路〜第ｍインターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して電源を供給する。
【００６０】
また、第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路内のコンデンサ６６や６７等のコンデンサとダイオードのカソードとの各接続点が電源転送用端子とされており、各ブートストラップ回路に入力された電源が電源転送用端子からそれぞれ（ｍ−１）段上の第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路の各ブートストラップ回路に転送されて供給される。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは２つとすることができ、１つの共用電源６４から第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００６１】
図１５は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図１３に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図１５に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図１４に示した変換レベル数ｍのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器と異なる構成の、変換レベル数ｍのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図１４に示した回路と同じであるので、図１４と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、各ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードの数をレベル数ｍとは無関係に１つまたは２つとすることができ、１つの共用電源６４から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００６２】
（ゲートドライバへの電源供給例５）
図１６は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の接続例（ゲートドライバへの電源供給例５）の概略ブロック図を示す。図１６において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。ここで、図１６に示す第１インターフェース回路は二つの電源供給端子７０及び７５を有し、第２インターフェース回路〜第（２ｍ−１）インターフェース回路はそれぞれ２つの電源供給端子と電源を出力する１つの電源転送用端子とを有し、第（２ｍ−２）インターフェース回路は少なくとも２つの電源供給端子を有している。
【００６３】
共用電源６８は３つの端子６９、７１、７４を備える。７４は電源の高圧側端子、６９は電源の接地側端子、７１はインターフェース回路内の充放電を制御するスイッチング素子の高圧側に接続される制御端子である。該スイッチング素子の低圧側は接地側端子６９と共通電位である。第１インターフェース回路の電源供給端子７０と共用電源６８の接地側端子６９を接続し、第２インターフェース回路の電源供給端子７２から第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子７３までの各インターフェース回路の各一つの電源供給端子と共用電源６８の制御端子７１を接続する。また、第１インターフェース回路の電源供給端子７５と第２インターフェース回路のもう一つの電源供給端子７６と共用電源６８の高圧側端子７４を接続する。さらに第２インターフェース回路から第（２ｍ−２）インターフェース回路までについては、隣接する上下２段のインターフェース回路のうち下側のインターフェース回路の電源転送用端子を上側のインターフェース回路のもう一つの電源供給端子に接続する。
【００６４】
これにより、１つの共用電源６８から、第１インターフェース回路および第２インターフェース回路を別々に通して第１ゲートドライバおよび第２ゲートドライバへ電源が供給される。また、第２インターフェース回路から第（２ｍ−２）インターフェース回路では、第２インターフェース回路に共用電源６８から供給された電源が次々に上段側のインターフェース回路に供給されるとともに、第３インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路を通して第３ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバへ共用電源６８からの電源が供給される。このようにして、１つの共用電源６８から、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００６５】
図１７は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路で実現したインターフェース回路を備える図１６に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図１７において、１つの共用電源７８（図１６の共用電源６８に相当）は、単一のコンデンサＣからなる第１インターフェース回路を介して第１ゲートドライバに電源を供給するとともに、第２インターフェース回路７９を介して第２ゲートドライバに電源を供給し、同様に第３ゲートドライバから第（２ｍ−２）ゲートドライバまで第３インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路をそれぞれ介して電源を供給する。第２インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路は、共用電源部７７の内部に共用電源７８と共に設置された半導体スイッチ８０と信号発生器８１を共通で使用することでチャージポンプ回路を構成するチャージポンプ部分回路で構成されている。
【００６６】
信号発生器８１からの信号によりスイッチングされる半導体スイッチ８０の所定端子（図１６の制御端子７１に相当）は、第２インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路内の半導体スイッチのゲートにアノードが接続されたダイオードのカソード（図１６の電源供給端子７２等に相当）にそれぞれ接続されている。これにより、図１７に示すマルチレベル電力変換装置では、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路に信号発生器を必要とせず、各インターフェース回路の構成が簡単になり、１つの共用電源７８から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。なお、第２インターフェース回路７９内の共用電源７８の正側端子（図１６の高圧側端子７４に相当）にアノードが接続されたダイオードＤの当該アノードが前述した図１６の電源供給端子７６に相当し、ダイオードＤのカソードが前述した図１６の電源転送用端子に相当する。
【００６７】
図１８は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、チャージポンプ回路で実現したインターフェース回路を備える図１６に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図１８に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図１７に示した変換レベル数ｍのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の構成と異なる、変換レベル数ｍのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図１７に示した回路と同じであるので、図１７と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、図１８に示すマルチレベル変換器では、主回路のスイッチングとは独立に、インターフェース回路に信号発生器を必要とせず、各インターフェース回路の構成が簡単になり、１つの共用電源７８から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００６８】
（ゲートドライバへの電源供給例６）
図１９は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の一相分の第６の接続例（ゲートドライバへの電源供給例６）の概略ブロック図を示す。図１９において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。ここで、図１９に示す第１インターフェース回路は二つの電源供給端子８５及び８７を有し、第ｍインターフェース回路は二つの電源供給端子９１及び９３を有する。また、第２インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路、第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路はそれぞれ少なくとも１つの電源供給端子を有する。また、２つの共用電源８２及び８３が設けられている。
【００６９】
第１インターフェース回路の電源供給端子８５と共用電源８２の接地側端子８４を接続し、第１インターフェース回路の電源供給端子８７、第２インターフェース回路の電源供給端子８８、第（ｍ−１）インターフェース回路の電源供給端子８９などの第１インターフェース回路から第（ｍ−１）インターフェース回路までの各電源供給端子と共用電源８２の高圧側端子８６を接続する。さらに、第ｍインターフェース回路の電源供給端子９１と共用電源８３の接地側端子９０を接続し、第ｍインターフェース回路の電源供給端子９３と、第（ｍ＋１）インターフェース回路から第（２ｍ−２）インターフェース回路までの各電源供給端子と共用電源８３の高圧側端子９２を接続する。これにより、共用電源８２から第１インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路を別々に介して第１ゲートドライバ〜第（ｍ−１）ゲートドライバへ電源が供給され、共用電源８３から第ｍインターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路を別々に介して第ｍゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバへ電源が供給される。
【００７０】
図２０は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路の並列接続で実現したインターフェース回路を備える図１９に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。図２０において、共用電源９５から、単一のコンデンサＣ1からなる第１インターフェース回路を介して第１ゲートドライバに電源が供給され、また、共用電源９５から、第２インターフェース回路を構成するブートストラップ回路９６を介して第２ゲートドライバに電源が供給される。同様に、第３ゲートドライバ〜第（ｍ−１）ゲートドライバに第３インターフェース回路〜第（ｍ−１）インターフェース回路を構成するブートストラップ回路を介して電源が供給される。さらに、共用電源９７から、単一のコンデンサＣ2からなる第ｍインターフェース回路を介して第ｍゲートドライバに電源が供給され、また、共用電源９７から、第（ｍ＋１）インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路をそれぞれ構成するブートストラップ回路を介して第（ｍ＋１）ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバに電源が供給される。これにより、ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードをレベル数ｍとは無関係に１つとすることができ、２つの共用電源９５および９７から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００７１】
図２１は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ブートストラップ回路で実現したインターフェース回路を備える図１９に示した個別ゲートドライブ部を適用した概略構成図を示す。図２１に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図２０に示した変換レベル数ｍのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の構成と異なる、変換レベル数ｍのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図２０に示したマルチレベル電力変換器と同じであるので図２０と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、ゲートドライバに電力を供給する際に通過するダイオードをレベル数ｍとは無関係に１つとすることができ、２つの共用電源９５および９７から全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００７２】
（ゲートドライバへの電源供給例７）
図２２は、本発明の単相又は三相マルチレベル電力変換装置の各相の個別ゲートドライブ部の共用電源との第７の接続例（ゲートドライバへの電源供給例７）の概略ブロック図を示す。図２２において、個別ゲートドライブ部は、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチに１対１に対応して接続された第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバと、第１スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチ及び第１ゲートドライバ〜第（２ｍ−２）ゲートドライバにそれぞれ１対１に対応して接続された、第１インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路とを有する。ここで、図２２に示すマルチレベル電力変換装置は、各インターフェース回路の電源供給端子を、主回路を構成する対応する各スイッチの高圧側と接続することで、共用電源なしでゲートドライバへ電源を供給する構成である。第１インターフェース回路の電源供給端子９８は第１スイッチの高圧側９９に接続され、第２インターフェース回路の電源供給端子１００は第２スイッチの高圧側１０１に接続され、以下同様にして、第３インターフェース回路〜第（２ｍ−２）インターフェース回路の各電源供給端子は対応して設けられた第３スイッチ〜第（２ｍ−２）スイッチの高圧側にそれぞれ接続される。なお、１０２は第（２ｍ−２）インターフェース回路の電源供給端子、１０３は第（２ｍ−２）スイッチの高圧側端子である。これにより、共用電源なしで、各インターフェース回路を介して全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００７３】
図２３は、ダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器に、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したインターフェース回路を備える図２２に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。自己給電回路とは、主回路の半導体スイッチのスイッチングに伴う電位変動により、専用電源を使わずに内部に備えるコンデンサを充電し、ゲートドライバに電力を供給する回路である。図２３において、第１スイッチである半導体スイッチの高圧側１０４と第１インターフェース回路である自己給電回路１０５の電源入力端子とを接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と対応する全てのインターフェース回路を構成する自己給電回路の電源入力端子とを接続する。これにより、主回路の半導体スイッチのスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００７４】
図２４は、フライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器に、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したインターフェース回路を備える図２２に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の概略構成図を示す。図２４に示す一相分のマルチレベル電力変換器は、主回路が図２３に示した変換レベル数ｍのダイオードクランプ型マルチレベル電力変換器の構成と異なる、変換レベル数ｍのフライングキャパシタ型マルチレベル電力変換器である構成であり、それ以外の個別ゲートドライブ部の接続は図２３に示したマルチレベル電力変換器と同じであるので図２３と同一符号を付し、その説明は省略する。これにより、図２４のマルチレベル電力変換器も図２３のマルチレベル電力変換器と同様に主回路の半導体スイッチのスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００７５】
図２５は、カスケード接続型マルチレベル電力変換器に、ダイオード、ツェナーダイオード、コンデンサ、半導体スイッチで構成される自己給電回路で実現したインターフェース回路を備える図２２に示した個別ゲートドライブ部を適用した本発明の要部の概略構成図を示す。カスケード接続型マルチレベル電力変換器とは、２つの相から構成される単相フルブリッジ回路の出力端子を直列に接続することで実現するマルチレベル電力変換回路である。半導体スイッチの高圧側１０４と自己給電回路１０５を接続し、同様にして全ての半導体スイッチの高圧側と自己給電回路を接続する。これにより、主回路の半導体スイッチのスイッチングを利用して、共用電源を使わずに全てのゲートドライバへと電源供給を可能にすることができる。
【００７６】
（信号絶縁例１）
図２６は、図１に示したマルチレベル電力変換器における主回路１が、ダイオードクランプ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図２６に示すように、信号源１０６から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
【００７７】
図２７は、図１に示したマルチレベル電力変換器における主回路１が、フライングキャパシタ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図２７に示すように、信号源１０６から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
【００７８】
図２８は、図１に示したマルチレベル電力変換器における主回路１が、カスケード接続型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図２８に示すように、信号源１０６から共通の電位で出力された信号に、それぞれレベルシフト回路により絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
【００７９】
（信号絶縁例２）
図２９は、図１に示したマルチレベル電力変換器における主回路１が、ダイオードクランプ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図２９に示すように、信号源１０６から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
【００８０】
図３０は、図１に示したマルチレベル電力変換器における主回路１が、フライングキャパシタ型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図３０に示すように、信号源１０６から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
【００８１】
図３１は、図１に示したマルチレベル電力変換器における主回路１が、カスケード接続型マルチレベル回路である適用例を示している。このとき、図２８に示すように、信号源１０６から共通の電位で出力された信号に、それぞれ磁気カップリングにより絶縁を取ることで、各ゲートドライバによるスイッチングを可能にする。
【符号の説明】
【００８２】
１  直列接続（主回路）
２  個別ゲートドライブ部
３、９、１６、１９、２８、３０、３９、４３、５３、５７、６４、６８、７８、８２、８３、９５、９７  共用電源
４  信号出力部
１０、１３〜１５、２１〜２３、２５〜２７、３２、３４〜３８、４５、４６、４８〜５２、５９、６１〜６３、７０、７２、７３、７５、７６、８５、８７〜８９、９１、９３、９４、９８、１００、１０２  電源供給端子
１１、２０、３１、４４、５８、６９、７１、８４、９０  接地側端子
１２、２４、３３、４７、６０、７４、８６、９２  高圧側端子
１７  ダイオード
１８、６６、６７  コンデンサ
２９、５５、７９  チャージポンプ回路
４０、５４、６５、９６  ブートストラップ回路
８０  半導体スイッチ
８１  信号発生器
１０５  自己給電回路
１０６  信号源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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