(57)【要約】【課題】電力変換効率をさらに向上させる電力変換回路を提供する。【解決手段】電力変換回路１０は、第１端子１０２、第２端子１０４、第１スイッチ素子１０６、第２スイッチ素子１０８、第１整流素子１１０、第２整流素子１１２、第３スイッチ素子１１４、第４スイッチ素子１１６、第３端子１１８、第１リアクトル１２０、ＬＣ回路１２２を備えるユニット回路と、第１端子１０２及び第２端子１０４の間に接続される第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６とを含み、ＬＣ回路１２２は、第１スイッチ素子１０６と第１整流素子１１０との接続点と、第３端子１１８との間に配置され、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の間は、第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２の間と接続され、ＬＣ回路１２２に直接接続していない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極端子に接続される第１端子と、
前記直流電源の負極端子に接続される第２端子と、
一端が前記第１端子に接続される第１スイッチ素子と、
一端が前記第２端子に接続される第２スイッチ素子と、
同一方向に互いに直列に接続されており、前記第１スイッチ素子の他端と前記第２スイッチ素子の他端との間に接続される第１及び第２整流素子と、
互いに直列に接続されており、前記第１及び第２整流素子に並列に接続される第３及び第４スイッチ素子と、
交流電源に接続される第３端子と、
一端が前記第３及び第４スイッチ素子の間に接続され、他端が前記第３端子に接続される第１リアクトルと、
前記第１スイッチ素子の他端と前記第１整流素子との接続点と、前記第３端子との間に配置されるＬＣ回路と、
を備えるユニット回路と、
互いに直列に接続されており、前記第１及び第２端子の間に接続される第１及び第２キャパシタと、
を有し、
前記第１及び第２キャパシタの間は、前記第１及び第２整流素子の間と接続され、前記ＬＣ回路に直接接続していない、
電力変換回路。
【請求項２】
前記ＬＣ回路は、
前記第１及び第２整流素子と、前記第３及び第４スイッチ素子との間に配置され、
一端が前記第１スイッチ素子の前記他端と前記第１整流素子との間に接続される第２リアクトルと、
一端が前記第２スイッチ素子の他端と前記第２整流素子との間に接続され、他端が前記第２リアクトルの他端に接続される第３キャパシタと、により構成される、
請求項１に記載の電力変換回路。
【請求項３】
前記ＬＣ回路は、
前記第３及び第４スイッチ素子の接続点と、前記第３端子との間に配置され、
前記第１リアクトルと、
一端が前記第１リアクトルの他端と前記第３端子との間に接続される第３キャパシタと、により構成される、
請求項１に記載の電力変換回路。
【請求項４】
互いに直列に接続されており、前記第１及び第２整流素子、並びに、前記第３及び第４スイッチ素子と並列に接続される第５及び第６スイッチ素子と、
前記第５及び第６スイッチ素子との間に接続される第４端子と、
を更に有する、
請求項２に記載の電力変換回路。
【請求項５】
互いに直列に接続されており、前記第１及び第２整流素子、並びに、前記第３及び第４スイッチ素子と並列に接続される第５及び第６スイッチ素子と、
前記第５及び第６スイッチ素子との間に接続される第４端子と、
を更に有し、
前記第３キャパシタの他端は、前記第５及び第６スイッチ素子の接続点と前記第４端子との間に接続される、
請求項３に記載の電力変換回路。
【請求項６】
一端が前記第５及び第６スイッチ素子の間に接続され、他端が前記第４端子に接続される第３リアクトルを更に有する、
請求項４又は５に記載の電力変換回路。
【請求項７】
前記ユニット回路を３つ有し、
前記３つのユニット回路は、
それぞれの前記第１端子が、前記直流電源の正極端子に接続され、
それぞれの前記第２端子が、前記直流電源の負極端子に接続され、
それぞれの前記第３端子が、３相交流電源に接続され、１つは第１相の電圧、他の１つは第２相の電圧、最後の１つは第３相の電圧を印加され、
前記第１及び第２キャパシタの間は、前記３つのユニット回路それぞれの前記第１及び第２スイッチ素子の間と接続される、
請求項２に記載の電力変換回路。
【請求項８】
前記ユニット回路を３つ有し、
前記３つのユニット回路は、
それぞれの前記第１端子が、前記直流電源の正極端子に接続され、
それぞれの前記第２端子が、前記直流電源の負極端子に接続され、
それぞれの前記第３端子が、３相交流電源に接続され、１つは第１相の電圧、他の１つは第２相の電圧、最後の１つは第３相の電圧を印加され、
それぞれの前記第３キャパシタの他端同士が接続され、
前記第１及び第２キャパシタの間は、前記３つのユニット回路それぞれの前記第１及び第２スイッチ素子の間と接続される、
請求項３に記載の電力変換回路。
【請求項９】
前記第１及び第２整流素子のそれぞれに、スイッチ素子が並列に接続され、
前記第１乃至第４スイッチ素子のそれぞれに、整流素子が並列に接続される、
請求項１乃至３、７及び８のいずれか１項に記載の電力変換回路。
【請求項１０】
前記第１及び第２整流素子のそれぞれに、スイッチ素子が並列に接続され、
前記第１乃至第６スイッチ素子のそれぞれに、整流素子が並列に接続される、
請求項４乃至６のいずれか１項に記載の電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流と直流を双方向に変換する電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池や太陽光発電パネル等から供給される直流電力を交流電力に変換して商用電源に供給したり、商用電源から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池等に蓄えたりする電力変換器が普及している。このような電力変換器では、電力を変換する際に電力の損失が幾らか発生する。そのため、できる限り高い電力変換効率を有する電力変換器が求められる。
【０００３】
特許文献１には、入力された直流電力を交流電力に変換する電力変換回路の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２４２１１３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている電力変換回路では、出力側に直列に配置されている２つのキャパシタの中点が、入力側のＤＣ母線と接続されている。このため、交流電力を出力する際、出力側のキャパシタとリアクトルが並列に接続されているように見えてしまう。これにより整流素子の中点からの電流は、リアクトルを介して流れる電流と、キャパシタを介して流れる電流に分流される。これにより、特許文献１に記載されている電力変換回路では、キャパシタとリアクトルが本来のＬＣフィルタとしての機能を果たせず、電力変換効率を悪化させてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、電力変換効率をさらに向上させる電力変換回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
直流電源の正極端子に接続される第１端子と、
前記直流電源の負極端子に接続される第２端子と、
一端が前記第１端子に接続される第１スイッチ素子と、
一端が前記第２端子に接続される第２スイッチ素子と、
同一方向に互いに直列に接続されており、前記第１スイッチ素子の他端と前記第２スイッチ素子の他端との間に接続される第１及び第２整流素子と、
互いに直列に接続されており、前記第１及び第２整流素子に並列に接続される第３及び第４スイッチ素子と、
交流電源に接続される第３端子と、
一端が前記第３及び第４スイッチ素子の間に接続され、他端が前記第３端子に接続される第１リアクトルと、
前記第１スイッチ素子の他端と前記第１整流素子との接続点と、前記第３端子との間に配置されるＬＣ回路と、
を備えるユニット回路と、
互いに直列に接続されており、前記第１及び第２端子の間に接続される第１及び第２キャパシタと、
を有し、
前記第１及び第２キャパシタの間は、前記第１及び第２整流素子の間と接続され、前記ＬＣ回路に直接接続していない、
電力変換回路が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力変換時の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態における電力変換回路の構成例を示す図である。
【図２】第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を切り替えることによって変化する電力変換回路の状態を説明するための図である。
【図３】電力変換回路が第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子を切り替えることによって半波を生成する流れを説明するための図である。
【図４】第１実施形態の変形例における電力変換回路の構成を示す図である。
【図５】第２実施形態の電力変換回路の構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の第１変形例における電力変換回路の構成を示す図である。
【図７】第２実施形態の第２変形例における電力変換回路１０の構成を示す図である。
【図８】第２実施形態の第１及び第２変形例を合わせたときの電力変換回路の構成を示す図である。
【図９】第３実施形態における電力変換回路の構成を示す図である。
【図１０】第３実施形態における電力変換回路に用いられるユニット回路の構成を示す図である。
【図１１】第３実施形態の変形例における電力変換回路の構成を示す図である。
【図１２】第３実施形態の変形例における電力変換回路に用いられるユニット回路の構成を示す図である。
【図１３】双方向に電力を変換する電力変換回路の構成例を示す図である。
【図１４】単相交流電源に接続され双方向に電力を変換する電力変換回路の構成例を示す図である。
【図１５】交流電力を直流電力に変換する方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における電力変換回路１０の構成例を示す図である。電力変換回路１０は、第１端子１０２、第２端子１０４、第１スイッチ素子１０６、第２スイッチ素子１０８、第１整流素子１１０、第２整流素子１１２、第３スイッチ素子１１４、第４スイッチ素子１１６、第３端子１１８、第１リアクトル１２０、及びＬＣ回路１２２を備えるユニット回路と、第１キャパシタ１２４と、第２キャパシタ１２６とを有する。第１乃至第４スイッチ素子１０６、１０８、１１４、１１６には、例えば、バイポーラ型のトランジスタやＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等を用いることができる。
【００１２】
第１端子１０２は、直流電源（不図示）の正極端子に接続されている。第２端子１０４は、直流電源の負極端子に接続されている。第１スイッチ素子１０６の一端は第１端子１０２に接続されており、第２スイッチ素子１０８の一端は第２端子１０４に接続されている。第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２は、互いに直列に接続されている。第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２は、第１スイッチ素子１０６の他端と第２スイッチ素子１０８の他端の間に接続されている。第１整流素子１１０は第１スイッチ素子１０６の他端に接続されており、第２整流素子１１２は第２スイッチ素子１０８の他端に接続されている。第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６は、互いに直列に接続されている。第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６は、第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２に、並列に接続されている。第３端子１１８は、交流電源（不図示）に接続されている。第１リアクトル１２０の一端は、第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６の間に接続されている。また、第１リアクトル１２０の他端は、第３端子１１８に接続されている。
【００１３】
ＬＣ回路１２２は、第１スイッチ素子１０６及び第１整流素子１１０の接続点と、第３端子１１８との間に配置される。図１では、第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２と、第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６との間に配置される例を示す。図１において、ＬＣ回路１２２は、第２リアクトル１２８と、第３キャパシタ１３０とにより構成される。また、図１において、第２リアクトル１２８の一端は、第１スイッチ素子１０６と第１整流素子１１０との間に接続される。また、第３キャパシタ１３０の一端は第２スイッチ素子１０８と第２整流素子１１２との間に接続され、他端は第２リアクトル１２８の他端と接続される。
【００１４】
図１に示されるように、入力側に配置される第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の中点は、ＬＣ回路１２２に直接接続されない。これによって、ＬＣ回路１２２は本来のＬＣフィルタとしての機能を果たすことができ、電力変換効率の悪化を防ぐことができる。
【００１５】
次に、電力変換回路１０の動作について説明する。直流電源の電圧をＶｉｎ［Ｖ］とすると、入力電圧は、図１に示されるように、第１キャパシタ１２４と第２キャパシタ１２６によって、Ｖｉｎ／２［Ｖ］ずつに分圧される。これにより、電力変換回路１０は、Ｖｉｎ［Ｖ］、Ｖｉｎ／２［Ｖ］、０［Ｖ］の３つのレベルの電圧を生成することができる。詳細には、電力変換回路１０は、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８のＯＮ／ＯＦＦ状態を、図２に示すように切り替えることで、３つのレベルの電圧をそれぞれ使い分ける。図２は、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８を切り替えることによって変化する電力変換回路１０の状態を説明するための図である。図２（Ａ）は、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８が共にＯＮ状態の場合であり、この場合、入力電圧はＶｉｎ［Ｖ］になる。図２（Ｂ）は、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８が共にＯＦＦ状態の場合であり、この場合、入力電圧は０［Ｖ］になる。図２（Ｃ）は、第２スイッチ素子１０８のみがＯＮ状態の場合であり、この場合、入力電圧はＶｉｎ／２［Ｖ］になる。図２（Ｄ）は、第１スイッチ素子１０６のみがＯＮ状態の場合であり、この場合、入力電圧はＶｉｎ／２［Ｖ］になる。
【００１６】
図３は、電力変換回路１０が第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８を切り替えることによって半波を生成する流れを説明するための図である。電力変換回路１０は、生成する半波の電圧の瞬時値が、Ｖｉｎ／２［Ｖ］より大きいか否かに応じて、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示される各状態を切り替える。
【００１７】
詳細には、図３の領域（ａ）に示される、半波の電圧の瞬時値がＶｉｎ／２［Ｖ］以下の領域では、電力変換回路１０は、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）との間、又は、図２（Ｂ）と図２（Ｄ）と間で状態を切り替える。図２（Ｂ）と図２（Ｃ）との間で切り替える場合は、第２キャパシタ１２６に蓄積された電荷が放出される。図２（Ｂ）と図２（Ｄ）との間で切り替える場合は、第１キャパシタ１２４に蓄積された電荷が放出される。また、電力変換回路１０は、図２（Ｃ）又は図２（Ｄ）の状態となる時間の長さと、図２（Ｂ）の状態となる時間の長さとを調整することにより、電圧の瞬時値が０［Ｖ］〜Ｖｉｎ／２［Ｖ］の部分に対応するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成する。このＰＷＭ信号を用いて、（ａ）の領域の半波が生成される。
【００１８】
また、図３の領域（ｂ）に示される、半波の電圧の瞬時値がＶｉｎ／２［Ｖ］を超える領域では、電力変換回路１０は、図２（Ａ）と図２（Ｃ）との間、又は、図２（Ａ）と図２（Ｄ）と間で状態を切り替える。図２（Ａ）と図２（Ｃ）との間で切り替える場合は、第２キャパシタ１２６に蓄積された電荷が放出される。図２（Ａ）と図２（Ｄ）との間で切り替える場合は、第１キャパシタ１２４に蓄積された電荷が放出される。また、電力変換回路１０は、図２（Ｃ）又は図２（Ｄ）の状態となる時間の長さと、図２（Ａ）の状態となる時間の長さとを調整することにより、電圧の瞬時値がＶｉｎ／２［Ｖ］〜Ｖｉｎ［Ｖ］の部分に対応するＰＷＭ信号を生成する。このＰＷＭ信号を用いて、（ｂ）の領域の半波が生成される。
【００１９】
ここで、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６のうちの一方のみを使い続けると、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６間の電圧のバランスが崩れてしまう。具体的には、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６は、入力電圧を分圧しているため、一方のキャパシタに蓄積された電荷が放出され、その電圧が低くなった場合、他方のキャパシタの電圧は高くなる。この電圧アンバランスは、出力波形が歪む原因となる。そのため、電力変換回路１０は、第１キャパシタ１２４と第２キャパシタ１２６の電圧のバランスが過剰に崩れないように制御する。例えば、電力変換回路１０は、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の電圧を監視しておき、現在使用しているキャパシタの電圧が所定の閾値電圧以下となった場合に、使用するキャパシタを他方のキャパシタに切り替えるように制御する。この閾値電圧は、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の特性等を考慮して、適切な値に設定される。
【００２０】
電力変換回路１０は、第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６を用いて、半波の極性を一部反転させて正弦波を生成する。例えば、ここで生成された正弦波は、交流電力として、第３端子１１８を介して出力される。なお、第１リアクトル１２０は、交流電源から出力される電圧と、電力変換回路１０から出力される電圧とを分離する役割を果たす。電力変換回路１０は、第１リアクトル１２０を介して、電力変換回路１０から出力される電圧と、交流電源の電圧とをそれぞれ計測し、電力変換回路１０から出力される電圧の位相を調整することにより、交流電源に変換した電力を供給できる。
【００２１】
以上、本実施形態によれば、入力側に配置される第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の中点が、ＬＣ回路１２２に直接接続されず、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８をどのように切り替えても、ＬＣ回路１２２と直接接続されない。これにより、電力変換効率が悪化することを防止できる。ここで、１０ｋＷ（ＤＣ：４００Ｖ、ＡＣ：２００Ｖ）出力時の効率は、特許文献１に記載された従来方式では９７．７％であった。一方、同条件において、本実施形態の電力変換回路１０を用いた新方式では、その効率が９８．１％となることを確認した。この新方式を、例えばメガソーラー等のメガワット級の電力を扱うシステムに採用すれば、扱う電力の母数が大きくなるため、より顕著な効果が期待できる。
【００２２】
（第１実施形態の変形例）
ＬＣ回路１２２は、例えば、図４に示すような位置に配置することができる。図４は、第１実施形態の変形例における電力変換回路１０の構成を示す図である。
【００２３】
図４において、ＬＣ回路１２２は、第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６の接続点と、第３端子１１８との間に配置される。また、図４において、ＬＣ回路１２２は、第１リアクトル１２０と、第３キャパシタ１３０とにより構成される。図４において、第１リアクトル１２０は、図１に示される第２リアクトル１２８の役割を兼ねており、第３キャパシタ１３０と共にＬＣフィルタとして機能する。
【００２４】
以上、本変形例においても、ＬＣ回路１２２を構成するリアクトルとキャパシタが並列に接続されているように見えることはなく、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例によれば、リアクトルの個数が図１に示される電力変換回路１０よりも少なくなるため、リアクトルによる導通損を低減させ、電力変換効率をさらに向上できる。
【００２５】
（第２実施形態）
本実施形態は、以下の点を除き、第１実施形態と同様である。
【００２６】
図５は、第２実施形態の電力変換回路１０の構成を示す図である。図５において、電力変換回路１０は、第５スイッチ素子１３２と、第６スイッチ素子１３４と、第４端子１３６とを更に有する。本構成により、本実施形態における電力変換回路１０は、直流電力から変換された交流電力を、単相交流電源に供給することができる。なお、第５スイッチ素子１３２及び第６スイッチ素子１３４には、第１乃至第４スイッチ素子１０６、１０８、１１４、１１６と同様に、バイポーラ型のトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等を用いることができる。
【００２７】
第５スイッチ素子１３２及び第６スイッチ素子１３４は、互いに直列に接続されている。第５スイッチ素子１３２及び第６スイッチ素子１３４は、第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２、並びに、第３スイッチ素子１１４及び第４スイッチ素子１１６と並列に接続されている。第４端子１３６は、第５スイッチ素子１３２及び第６スイッチ素子１３４の間に接続されている。また、第４端子１３６は、第３端子１１８と共に単相交流電源（不図示）に接続されている。
【００２８】
本実施形態における電力変換回路１０では、第１実施形態と同様に生成された半波の一部の極性が、第１乃至第４スイッチ素子１０６、１０８、１３２、１３４で反転され、正弦波が生成される。具体的には、半波の極性を反転させる場合は、第３スイッチ素子１１４及び第６スイッチ素子１３４がＯＦＦ状態となり、第４スイッチ素子１１６及び第５スイッチ素子１３２がＯＮ状態となる。また、半波の極性を反転させない場合は、第３スイッチ素子１１４及び第６スイッチ素子１３４がＯＮ状態となり、第４スイッチ素子１１６及び第５スイッチ素子１３２がＯＦＦ状態となる。この動作を、生成された半波に対して、１つおきに実行することにより、正弦波が生成される。
【００２９】
以上、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、第１実施形態の構成を用いて直流電力から変換された交流電力を、単相交流電源に供給できる。
【００３０】
（第２実施形態の第１変形例）
本実施形態においても、第１実施形態と同様に、ＬＣ回路１２２の配置を変更することができる。ＬＣ回路１２２は、例えば、図６に示すような位置に配置することができる。図６は、第２実施形態の第１変形例における電力変換回路１０の構成を示す図である。図６において、第３キャパシタ１３０の他端は、第５スイッチ素子１３２及び第６スイッチ素子１３４の接続点と、第４端子１３６との間に接続されている。
【００３１】
本変形例においても、第１実施形態の変形例で説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（第２実施形態の第２変形例）
電力変換回路１０を適用した装置全体の経路を考慮すると、電力変換回路１０は図７に示すような構成とすることもできる。図７は、第２実施形態の第２変形例における電力変換回路１０の構成を示す図である。
【００３３】
図７において、電力変換回路１０は、第３リアクトル１３８をさらに有する。ここで、第１リアクトル１２０を介して第３端子１１８から出力された電流は、交流負荷（不図示）を経由して第４端子１３６に戻り、第３リアクトル１３８を通ることになる。すなわち、第１リアクトル１２０と第３リアクトル１３８との合成リアクタンスの値が、図６の第１リアクトルのリアクタンスの値と同じであれば、同様の効果を得ることができる。
【００３４】
以上、本変形例においても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３リアクトル１３８を更に設けることにより、コモンモードを除去するコモンモードフィルタとして機能させることが出来、装置のノイズ品質の向上を得ることができる。
【００３５】
また、第２実施形態の第１変形例を本変形例に適応し、電力変換回路１０を図８のような構成とすることもできる。図８は、第２実施形態の第１及び第２変形例を合わせたときの電力変換回路１０の構成を示す図である。このようにすれば、第２実施形態の第１及び第２変形例を合わせた効果を得ることできる。
【００３６】
（第３実施形態）
本実施形態は、以下の点を除き、第１実施形態と同様である。
【００３７】
図９は、第３実施形態の電力変換回路１０の構成を示す図である。図９において、電力変換回路１０は、３つのユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ、及び１００Ｗを有する。各ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗは、第１実施形態の図１で説明した電力変換回路１０内に配置されるユニット回路と同じである。図１０は、第３実施形態における電力変換回路１０に用いられるユニット回路１００の構成を示す図である。図１０において、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗは、正極直流端子１４０、負極直流端子１４２、交流端子１４４、及び中間端子１４６を有する。
【００３８】
図９では、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのそれぞれの正極直流端子１４０は、第１端子１０２に接続されている。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのそれぞれの負極直流端子１４２は、第２端子１０４に接続されている。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのそれぞれの交流端子１４４は、３相交流電源（不図示）に接続されている。ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうちの１つは、交流端子１４４を介して第１相の電圧を出力する。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうちの他の１つは、交流端子１４４を介して第２相の電圧を出力する。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうちの最後の１つは、交流端子１４４を介して第３相の電圧を出力する。なお、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうち、どのユニット回路からどの相の電圧が出力されるかについて、その組み合わせは任意であり、特に限定されない。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ、及び１００Ｗのそれぞれの中間端子１４６は、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の間に接続されている。これにより、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ、及び１００Ｗのそれぞれにおいて、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の間と、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８の間が接続される。
【００３９】
本実施形態における電力変換回路１０において、各ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗでは、第１実施形態で説明したように正弦波が生成され、当該正弦波がそれぞれの交流端子１４４を介して出力される。ここで、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうち、第１相の電圧を出力するユニット回路では、第１実施形態と同様に半波が生成され、その半波から正弦波が生成される。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうち、第２相の電圧を出力するユニット回路では、第１相で生成した半波に対して、位相が１２０度ずれた半波が生成され、その半波から正弦波が生成される。第２相の電圧を出力するユニット回路は、第１相の電圧を出力するユニット回路に対して、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えるタイミングをずらすことにより、位相が１２０度ずれた矩形波を生成することができる。そして、第２相の電圧を出力するユニット回路は、位相が１２０度ずれた矩形波を用いて、位相が１２０度ずれた半波を生成する。また、ユニット回路１００Ｕ、１００Ｖ及び１００Ｗのうち、第３相の電圧を出力するユニット回路では、第１相で生成した半波に対して、位相が２４０度ずれた半波が生成され、その半波から正弦波が生成される。第３相の電圧を出力するユニット回路は、第２相の電圧を出力するユニット回路と同様に、位相が２４０度ずれた矩形波を生成し、その矩形波から位相が２４０度ずれた半波を生成する。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、３相交流電力を用いる場合にも適用することができる。
【００４１】
（第３実施形態の変形例）
第３実施形態の変形例として、第１実施形態の変形例で説明したユニット回路を用いることもできる。図１１は、第３実施形態の変形例における電力変換回路１０の構成を示す図である。
【００４２】
図１１において、電力変換回路１０は、３つのユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'を有する。各ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'は、第１実施形態の図４で説明した電力変換回路１０内に配置されるユニット回路と同じである。そして、図１１において、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のそれぞれの第３キャパシタ１３０の他端同士が接続されている。図１２は、第３実施形態の変形例における電力変換回路１０に用いられるユニット回路１００'の構成を示す図である。図１２において、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'は、図１０に示されるユニット回路１００と同様に、正極直流端子１４０、負極直流端子１４２、交流端子１４４、及び中間端子１４６を有する。
【００４３】
図１２では、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のそれぞれの正極直流端子１４０は、第１端子１０２に接続されている。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'及び１００Ｗ'のそれぞれの負極直流端子１４２は、第２端子１０４に接続されている。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'及び１００Ｗ'のそれぞれの交流端子１４４は、３相交流電源（不図示）に接続されている。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうちの１つは、交流端子１４４を介して第１相の電圧を出力する。また、１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうちの他の１つは、交流端子１４４を介して第２相の電圧を出力する。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうちの最後の１つは、交流端子１４４を介して第３相の電圧を出力する。なお、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうち、どのユニット回路からどの相の電圧が出力されるかについて、その組み合わせは任意であり、特に限定されない。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のそれぞれの中間端子１４６は、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の間に接続されている。これにより、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のそれぞれにおいて、第１キャパシタ１２４及び第２キャパシタ１２６の間と、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８の間が接続される。
【００４４】
本変形例における電力変換回路１０において、各ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'では、第１実施形態で説明したように正弦波が生成され、当該正弦波がそれぞれの交流端子１４４を介して出力される。ここで、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうち、第１相の電圧を出力するユニット回路では、第１実施形態と同様に半波が生成され、その半波から正弦波が生成される。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうち、第２相の電圧を出力するユニット回路では、第１相で生成した半波に対して、位相が１２０度ずれた半波が生成され、その半波から正弦波が生成される。第２相の電圧を出力するユニット回路は、第１相の電圧を出力するユニット回路に対して、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えるタイミングをずらすことにより、位相が１２０度ずれた矩形波を生成することができる。そして、第２相の電圧を出力するユニット回路は、位相が１２０度ずれた矩形波を用いて、位相が１２０度ずれた半波を生成する。また、ユニット回路１００Ｕ'、１００Ｖ'、及び１００Ｗ'のうち、第３相の電圧を出力するユニット回路では、第１相で生成した半波に対して、位相が２４０度ずれた半波が生成され、その半波から正弦波が生成される。第３相の電圧を出力するユニット回路は、第２相の電圧を出力するユニット回路と同様に、位相が２４０度ずれた矩形波を生成し、その矩形波から位相が２４０度ずれた半波を生成する。
【００４５】
以上、本変形例によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本変形例によれば、３相交流電力を用いる場合にも適用することができる。また、本変形例によれば、リアクトルの個数が図９に示される電力変換回路１０よりも少なくなるため、リアクトルによる導通損を低減させ、電力変換効率をさらに向上できる。
【００４６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、上述の各実施形態や各変形例は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００４７】
例えば、図１３に示されるように、第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２のそれぞれに、スイッチ素子が並列に接続され、第１乃至第４スイッチ素子１０６、１０８、１１４、及び１１６のそれぞれに、整流素子が並列に接続されていてもよい。図１３は、双方向に電力を変換する電力変換回路１０の構成例を示す図である。このようにすることで、交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換することもできる。第３実施形態のように、３相交流電源に接続される場合は、図１３に示される電力変換回路１０内に配置されるユニット回路を、図９又は図１１に示される電力変換回路１０に適用すればよい。
【００４８】
また、単相交流電源に接続する場合は、図１４のような構成とすれば、双方向に電力を変換することができる。図１４は、単相交流電源に接続され双方向に電力を変換する電力変換回路１０の構成例を示す図である。図１４では、第１整流素子１１０及び第２整流素子１１２のそれぞれに、スイッチ素子が並列に接続され、第１乃至第６スイッチ素子１０６、１０８、１１４、１１６、１３２、及び１３４のそれぞれに、整流素子が並列に接続される。
【００４９】
ここで、例として、図１４（ｃ）に示される電力変換回路１０を用いて交流電力を直流電力に変換する方法について説明する。図１５は、交流電力を直流電力に変換する方法を説明するための図である。
【００５０】
電力変換回路１０は、図１５のＡ及びＢのパターンを繰り返すことにより、交流電圧を直流電圧に変換する。図１４において、交流側に配置される第３乃至第６スイッチ素子１１４、１１６、１３２、及び１３４は整流器として機能する。交流電源から入力される交流電力は、第３乃至第６スイッチ素子１１４、１１６、１３２、及び１３４それぞれ並列に接続される整流素子によって整流され、半波となる。そして、第３乃至第６スイッチ素子１１４、１１６、１３２、及び１３４を介して生成された半波を入力として、第１スイッチ素子１０６及び第２スイッチ素子１０８のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えることにより、矩形波が生成される。この矩形波を平均化及び昇圧させて、直流電圧を生成する。なお、直流電圧の昇圧比は、図１５のＡ及びパターンの比に応じて決定される。
【符号の説明】
【００５１】
１０        電力変換回路
１００Ｕ    ユニット回路
１００Ｖ    ユニット回路
１００Ｗ    ユニット回路
１００Ｕ'  ユニット回路
１００Ｖ'  ユニット回路
１００Ｗ'  ユニット回路
１０２      第１端子
１０４      第２端子
１０６      第１スイッチ素子
１０８      第２スイッチ素子
１１０      第１整流素子
１１２      第２整流素子
１１４      第３スイッチ素子
１１６      第４スイッチ素子
１１８      第３端子
１２０      第１リアクトル
１２２      ＬＣ回路
１２４      第１キャパシタ
１２６      第２キャパシタ
１２８      第２リアクトル
１３０      第３キャパシタ
１３２      第５スイッチ素子
１３４      第６スイッチ素子
１３６      第４端子
１３８      第３リアクトル
１４０      正極直流端子
１４２      負極直流端子
１４４      交流端子
１４６      中間端子
【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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