(57)【要約】  実施形態に係る電力変換装置は、電力変換部と、制御部とを備える。電力変換部は、複数の直流側端子と複数の交流側端子との間に配置される複数の第１の双方向スイッチと、交流側端子間に配置される第２の双方向スイッチおよびリアクトルとを有する。制御部は、直流電力から交流電力への降圧による電力変換における還流モード時、および／または、交流電力から直流電力への昇圧による電力変換におけるリアクトルへの電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、第２の双方向スイッチをオンにする。
2014013620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源または直流負荷に接続される複数の直流側端子と交流負荷または交流電源に接続される複数の交流側端子との間に配置される複数の第１の双方向スイッチと、前記交流側端子間に配置される第２の双方向スイッチおよびリアクトルとを有する電力変換部と、
前記電力変換部を制御して、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電力から前記交流電力への降圧による電力変換における還流モード時、および／または、前記交流電力から前記直流電力への昇圧による電力変換における前記リアクトルへの電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、前記第２の双方向スイッチをオンにする
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記還流モード時および／または前記エネルギー蓄積モード時に、前記複数の第１の双方向スイッチをすべてオフにする
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】
前記制御部は、
前記還流モード時および／または前記エネルギー蓄積モード時に、前記複数の第１の双方向スイッチのうち一つの第１の双方向スイッチを除いた第１の双方向スイッチをすべてオフにする
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４】
前記複数の第１の双方向スイッチは、
前記直流側端子間に直列に接続され、その接続点で前記交流側端子の一方に接続される２つの双方向スイッチと、
前記直流側端子間に直列に接続され、その接続点で前記リアクトルを介して前記交流側端子の一方に接続される２つの双方向スイッチと、
前記直流側端子間に直列に接続され、その接続点で前記交流側端子の他方に接続される２つの双方向スイッチと、を含み、
前記第２の双方向スイッチは、
前記リアクトルを介して前記交流側端子間に接続される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記リアクトルとして、互いに磁気結合され、前記複数の交流側端子のそれぞれに一端が接続される第１および第２のリアクトルを有し、
前記第１の双方向スイッチは、
前記直流側端子間に前記第１のリアクトルを介して直列に接続される２つの双方向スイッチと、
前記直流側端子間に前記第２のリアクトルを介して直列に接続される２つの双方向スイッチと、を含み、
前記第２の双方向スイッチは、
前記直流側端子間に前記第１のリアクトルを介して前記交流側端子間に接続される双方向スイッチと、
前記直流側端子間に前記第２のリアクトルを介して前記交流側端子間に接続される双方向スイッチと、を含む、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記交流側端子間に接続されたコンデンサを備え、
前記制御部は、
前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチを制御して、前記直流側端子から供給される直流電圧を昇降圧して交流電圧を生成し、当該交流電圧を前記交流側端子から出力する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記直流側端子間に接続されたコンデンサを備え、
前記制御部は、
前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチを制御して、前記交流側端子から供給される交流電圧を昇降圧して直流電圧を生成し、当該直流電圧を前記直流側端子から出力する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記電力変換部を制御して、前記直流電源または前記直流負荷と、前記交流負荷または前記交流電源との間で双方向に電力変換する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる電力変換装置は、複数のスイッチを備え、これらのスイッチをオン／オフ制御することによって電力変換を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０４１４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電力変換装置では、還流モード時の電流経路上に複数個のスイッチが配置されるために、スイッチの数に応じた導通損失が発生する。また、直流から交流への変換における降圧モード、および、交流から直流への変換における昇圧モードにおいて、オン／オフ制御されるスイッチを介して交流側端子の一方が直流側の正極端子と負極端子に交互に接続され、直流側端子にパルス状の大きなコモンモード電圧が発生する。【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、還流モード時の電流経路におけるスイッチ数を減らして導通損失を低減し、また、直流から交流への変換における降圧モード、または、交流から直流への変換における昇圧モードにおいて、直流側端子にパルス状の大きなコモンモード電圧の発生を抑制することができ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】
【０００６】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部と、制御部とを備える。前記電力変換部は、直流電源または直流負荷に接続される複数の直流側端子と交流負荷または交流電源に接続される複数の交流側端子との間に配置される複数の第１の双方向スイッチと、前記交流側端子間に配置される第２の双方向スイッチおよびリアクトルとを有する。前記制御部は、前記電力変換部を制御して、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う。前記制御部は、前記直流電力から前記交流電力への降圧による電力変換における還流モード時、および／または、前記交流電力から前記直流電力への昇圧による電力変換における前記リアクトルへの電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、前記第２の双方向スイッチをオンにする。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、直流側端子にパルス状の大きなコモンモード電圧が発生することを抑制できる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、双方向スイッチの構成を示す図である。
【図３】図３は、単相交流電圧の１周期内での制御部の制御動作を説明するための図（その１）である。
【図４】図４は、単相交流電圧の１周期内での制御部の制御動作を説明するための図（その２）である。
【図５Ａ】図５Ａは、正の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、正の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、正の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、正の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、負の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、負の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、負の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、負の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、単相交流電圧の１周期内での制御部の制御動作を説明するための図（その１）である。
【図１１】図１１は、単相交流電圧の１周期内での制御部の制御動作を説明するための図（その２）である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、正の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、正の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、正の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、正の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、負の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、負の降圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、負の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、負の昇圧モードでの双方向スイッチの状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図、図２は、双方向スイッチの構成を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、直流側端子ＴＰ、ＴＮに直流電源２ａまたは直流負荷２ｂが接続され、交流側端子ＴＲ、ＴＳに交流負荷３ａまたは交流電源３ｂが接続される。直流側端子ＴＰは、直流側の正極端子であり、直流側端子ＴＮは、直流側の負極端子である。なお、電力変換装置１内に直流電源２ａを含むこともできる。
【００１１】
電力変換装置１は、直流電力と交流電力との間での双方向の電力変換、すなわち、直流電源２ａ／直流負荷２ｂと交流負荷３ａ／交流電源３ｂとの間の電力変換を可逆的に行う。直流電源２ａから交流負荷３ａへ電力変換する場合には、直流電源２ａから供給される直流電圧Ｖｂを単相交流電圧Ｖａｃへ変換して、交流負荷３ａへ出力する。交流電源３ｂから直流負荷２ｂへ電力変換する場合には、交流電源３ｂから供給される単相交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｂへ変換して、直流負荷２ｂへ出力する。
【００１２】
直流電源２ａは、例えば、太陽電池、燃料電池、蓄電池などであり、直流負荷２ｂは、例えば、電気機器や蓄電池などである。また、交流負荷３ａは、例えば、電気機器や単相交流電源などであり、交流電源３ｂは、例えば、商用単相交流電源である。単相交流電圧Ｖａｃは、例えば、代表的なものは１００Ｖまたは２００Ｖであり、その周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。
【００１３】
電力変換装置１は、電力変換部１０と、制御部２０と、ＬＣフィルタ３１と、ＬＣＬフィルタ３２と、直流電圧検出部３３と、交流電圧検出部３４と、直流電流検出部３５とを備える。
【００１４】
電力変換部１０は、ＬＣフィルタ３１を介して、直流側端子ＴＰ、ＴＮに接続され、ＬＣＬフィルタ３２を介して交流側端子ＴＲ、ＴＳに接続される。かかる電力変換部１０は、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７と、リアクトルＬ１と、コンデンサＣ１とを備える。
【００１５】
図１に示すように、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ６（第１の双方向スイッチの一例に相当）は、直流側端子ＴＰ、ＴＮと交流側端子ＴＲ、ＴＳとの間に配置される。また、双方向スイッチＳＷ７（第２の双方向スイッチの一例に相当）は、交流側端子ＴＲ、ＴＳ間に配置される。
【００１６】
具体的には、双方向スイッチＳＷ１は、直流側端子ＴＰと交流側端子ＴＲとの間に配置され、双方向スイッチＳＷ３は、直流側端子ＴＮと交流側端子ＴＲとの間に配置される。すなわち、双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ３は、直流側端子ＴＰ、ＴＮ間に直列に接続され、その接続点Ｎ１で交流側端子ＴＲに接続される。
【００１７】
双方向スイッチＳＷ２は、直流側端子ＴＰと交流側端子ＴＳとの間に配置され、双方向スイッチＳＷ４は、直流側端子ＴＮと交流側端子ＴＳとの間に配置される。すなわち、双方向スイッチＳＷ２、ＳＷ４は、直流側端子ＴＰ、ＴＮ間に直列に接続され、その接続点Ｎ２で交流側端子ＴＳに接続される。
【００１８】
双方向スイッチＳＷ５は、直流側端子ＴＰと交流側端子ＴＲとの間にリアクトルＬ１を介して配置され、双方向スイッチＳＷ６は、直流側端子ＴＮと交流側端子ＴＲとの間にリアクトルＬ１を介して配置される。すなわち、双方向スイッチＳＷ５、ＳＷ６は、直流側端子ＴＰ、ＴＮ間に直列に接続され、その接続点Ｎ３でリアクトルＬ１を介して交流側端子ＴＲに接続される。リアクトルＬ１は、後述する降圧モードでは、コンデンサＣ１への電流を抑制する機能を有し、また、後述する昇圧モードでは、昇圧動作を行うための定電流源として機能する。
【００１９】
双方向スイッチＳＷ７は、交流側端子ＴＲ、ＴＳ間の経路上に配置され、リアクトルＬ１およびＬＣＬフィルタ３２を構成するリアクトルＬ３、Ｌ４を介して交流側端子ＴＲ、ＴＳ間を接続する。かかる双方向スイッチＳＷ７は、後述するように還流モードで制御部２０によってオンにされる。
【００２０】
双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、例えば、図２に示すように、逆阻止型ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）で構成される片方向スイッチ５１、５２を備えており、これら片方向スイッチ５１、５２は互いに逆方向に並列接続される。
【００２１】
制御部２０は、図示していない電力変換の方向指示信号、直流電圧検出部３３や交流電圧検出部３４での電圧検出結果、および、直流電流検出部３５での電流検出結果に応じて、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の制御を行う。以下、直流電源２ａから交流負荷３ａへ電力変換する場合について説明する。
【００２２】
なお、交流負荷３ａ側から直流電源２ａ側への電力変換動作は、直流電流検出部３５の電流検出結果の符号を逆にすれば、直流電源２ａから交流負荷３ａへ電力変換する場合の説明と同一であるため、その説明は省略する。また、交流電源３ｂと直流負荷２ｂとの間の電力変換も、直流電源２ａと交流負荷３ａとの間の電力変換と同様の動作である。
【００２３】
双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７のそれぞれは、制御部２０から出力されるＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ７によって駆動される。ＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ７は、Ｈｉｇｈレベルのときに双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７をオン状態にするオン指令となる。制御部２０による双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の制御については、後で詳述する。なお、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、Ｌｏｗレベルのときにオン状態となるように構成することもでき、この場合、ＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ７は、Ｌｏｗレベルのときにオン指令となる。
【００２４】
ＬＣフィルタ３１は、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とを有し、直流電源２ａと電力変換部１０との間に接続される。かかるＬＣフィルタ３１によって電力変換部１０から直流電源２ａへ出力される電圧から高周波成分が除去される。なお、例えば、電力変換装置１において、交流側端子ＴＲ、ＴＳに供給される単相交流電圧Ｖａｃを昇降圧して直流電圧Ｖｂへ変換し、直流側端子ＴＰ、ＴＮから出力する場合、電力変換部１０と直流側端子ＴＰ、ＴＮとの間に配置されたコンデンサＣ２が平滑用コンデンサとして機能する。
【００２５】
ＬＣＬフィルタ３２は、直列に接続されたリアクトルＬ３、Ｌ４と、リアクトルＬ３、Ｌ４の接続点に接続されたコンデンサＣ３とを有し、電力変換部１０と交流負荷３ａとの間に接続される。かかるＬＣＬフィルタ３２によって電力変換部１０から交流負荷３ａへ出力される交流電圧から高周波成分が除去される。
【００２６】
直流電圧検出部３３は、直流側端子ＴＰ、ＴＮ間の瞬時電圧値を検出する。例えば、直流電圧検出部３３は、直流電源２ａから出力される直流電圧Ｖｂの瞬時電圧値を検出する。かかる検出結果は、直流電圧検出部３３から制御部２０へ通知される。
【００２７】
交流電圧検出部３４は、交流側端子ＴＲ、ＴＳ間の瞬時電圧値を検出する。例えば、交流電圧検出部３４は、電力変換部１０から交流負荷３ａへ出力される単相交流電圧Ｖａｃの瞬時電圧値を検出する。かかる検出結果は、交流電圧検出部３４から制御部２０へ通知される。
【００２８】
直流電流検出部３５は、直流側端子ＴＮと電力変換部１０との間に配置され、直流側端子ＴＮと電力変換部１０との間に流れる電流を検出する。かかる直流電流検出部３５は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用した電流センサである。なお、直流電流検出部３５の配置は、図１に示すものに限られず、直流側端子ＴＰと電力変換部１０との間に配置されるようにしてもよい。
【００２９】
このように構成された電力変換装置１は、直流と交流との電力変換を可逆的に行うことができる。制御部２０は、電力変換部１０を制御して、直流電圧Ｖｂから単相交流電圧Ｖａｃへ電力変換し、また、単相交流電圧Ｖａｃから直流電圧Ｖｂへ電力変換する。
【００３０】
例えば、直流電源２ａが太陽電池であり、交流負荷３ａが単相交流電源である場合、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７を制御して、太陽電池から供給される直流電圧Ｖｂを単相交流電源と同期した単相交流電圧Ｖａｃへ変換して単相交流電源へ出力する。かかる制御では、直流電圧検出部３３で検出された太陽電池の直流電圧Ｖｂと、交流電圧検出部３４で検出された単相交流電圧Ｖａｃの電圧値とに基づいて調整されたオン／オフ比率で、電力変換部１０に対するＰＷＭ制御が行われる。
【００３１】
また、例えば、直流電源２ａが二次電池（蓄電池）であり、交流負荷３ａが単相交流電源である場合、単相交流電源から供給される単相交流電圧Ｖａｃを直流電圧Ｖｂへ変換して二次電池に充電電流を流す。かかる制御では、制御部２０において、直流電流検出部３５で検出された電流値が電流指令と比較され、その偏差量に比例積分（ＰＩ）制御を施す等によって生成した制御信号に基づき調整されたオン／オフ比率で電力変換部１０に対するＰＷＭ制御が行われる。
【００３２】
以下、直流電圧Ｖｂから単相交流電圧Ｖａｃへ電力変換する場合の動作の一例について具体的に説明する。単相交流電圧Ｖａｃの振幅が直流電圧Ｖｂよりも大きい場合、単相交流電圧Ｖａｃの１周期内で単相交流電圧Ｖａｃの瞬時電圧値の絶対値が直流電圧Ｖｂよりも大きい場合と、小さい場合が存在する。直流電圧Ｖｂが単相交流電圧Ｖａｃよりも小さい場合には、昇圧する必要があり、直流電圧Ｖｂが単相交流電圧Ｖａｃよりも大きい場合には、降圧する必要がある。
【００３３】
そこで、制御部２０は、直流電圧Ｖｂから単相交流電圧Ｖａｃへ電力変換する場合、単相交流電圧Ｖａｃの１周期内において、正の降圧モード、正の昇圧モード、負の降圧モードおよび負の昇圧モードの４つの制御モードで電力変換部１０を制御する。
【００３４】
図３および図４は、単相交流電圧Ｖａｃの１周期内での制御部２０の制御動作を説明するための図である。図３では、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７をそれぞれ駆動するＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ７と、各制御モードとの関係が示される。なお、降圧モードでは、後述するＰＷＭ信号Ｓ２１がオンの区間をＴｏｎ１、オフの区間をＴｏｆｆ１、昇圧モードでは、後述するＰＷＭ信号Ｓ２２がオンの区間をＴｏｎ２、オフの区間をＴｏｆｆ２としている。
【００３５】
また、図４では、各制御モードにおいて、後述する変圧比率ＭＩ１、昇圧スイッチ比率ＭＩ２、ＰＷＭ信号Ｓ２１およびＰＷＭ信号Ｓ２２の関係、並びに、各ＰＷＭ信号Ｓ１〜Ｓ７（各双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７）の状態を示している。なお、期間Ａは正の降圧モード、期間Ｂは正の昇圧モード、期間Ｃは負の降圧モード、期間Ｄは負の昇圧モードである。
【００３６】
ＰＷＭ信号Ｓ２１は、出力電圧指令Ｖａｃ*と直流電源２ａの直流電圧Ｖｂとの比で表わされる変圧比率ＭＩ１に基づいて決められるＰＷＭ信号である。かかる変圧比率ＭＩ１は、下記式（１）のように表される。
ＭＩ１＝Ｔｏｎ１／Ｔｃ１＝|Ｖａｃ*|／Ｖｂ・・・（１）
なお、ここで、ＰＷＭ信号Ｓ２１によるＰＷＭ制御の一定周期時間をＴｃ１、オンしている時間をＴｏｎ１としている。
【００３７】
また、ＰＷＭ信号Ｓ２２は、昇圧スイッチ比率ＭＩ２に基づいて決められるＰＷＭ信号である。かかる昇圧スイッチ比率ＭＩ２は、下記式（２）のように表される。
ＭＩ２＝Ｔｏｎ２／Ｔｃ２＝１−１／ＭＩ１・・・（２）
なお、ここで、ＰＷＭ信号Ｓ２２によるＰＷＭ制御の一定周期時間をＴｃ２、オンしている時間をＴｏｎ２としている。
【００３８】
出力電圧指令Ｖａｃ*は、制御部２０によって生成される指令であり、単相交流電圧Ｖａｃの実効値Ｖｏ*と単相交流電圧Ｖａｃの周波数ｆｏ*とから下記式（３）で表される。
Ｖａｃ*＝Ｖｏｐ*ｃｏｓωｏ*ｔ＝√２Ｖｏ*ｃｏｓ２πｆｏ*ｔ・・・（３）
Ｖｏｐ*は単相交流電圧Ｖａｃのピーク値指令、ωｏ*は角周波数指令である。
【００３９】
昇圧スイッチ比率ＭＩ２はゼロよりも小さくならないように制限される。この結果、変圧比率ＭＩ１が１以下であった場合、昇圧スイッチ比率ＭＩ２はゼロに固定される。変圧比率ＭＩ１、昇圧スイッチ比率ＭＩ２は定義上は正値であるが、便宜上、出力電圧指令Ｖａｃ*が負の場合には負として図示している。以下、各制御モードについて具体的に説明する。
【００４０】
（正の降圧モード）
まず、正の降圧モードについて説明する。正の降圧モードでは、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ４、ＳＷ５と双方向スイッチＳＷ７とを交互にオン状態にする（図３および図４参照）ことで、電力変換部１０から直流電圧Ｖｂを出力させる。なお、かかる正の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ４、ＳＷ５を制御するＰＷＭ信号Ｓ４、Ｓ５は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１と同一であり、双方向スイッチＳＷ７を制御するＰＷＭ信号Ｓ７は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１の反転信号である。
【００４１】
電力変換部１０からの出力はＬＣＬフィルタ３２によって高周波成分が除去され交流負荷３ａへ出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが降圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂ以下の正電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【００４２】
ここで、正の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、正の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態を示す図である。
【００４３】
正の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ４、ＳＷ５がオン状態で、双方向スイッチＳＷ７がオフ状態の場合、図５Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ５、リアクトルＬ１、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ４、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。
【００４４】
一方、双方向スイッチＳＷ４、ＳＷ５がオフ状態で、双方向スイッチＳＷ７がオン状態の場合、図５Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、双方向スイッチＳＷ７の一端、リアクトルＬ１、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ７の他端の経路で電流が流れる還流モードとなる。この時、電流が流れる双方向スイッチは１つとなり導通損失が低減できる。
【００４５】
（正の昇圧モード）
次に、正の昇圧モードについて説明する。正の昇圧モードでは、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ５を常にオン状態にし、双方向スイッチＳＷ３と双方向スイッチＳＷ４とを交互にオン状態にする（図３および図４参照）。
【００４６】
これにより、リアクトルＬ１に電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを放出する。なお、かかる正の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ３を制御するＰＷＭ信号Ｓ３は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２と同一であり、双方向スイッチＳＷ４を制御するＰＷＭ信号Ｓ４は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２の反転信号である。
【００４７】
リアクトルＬ１から放出された電気エネルギーはコンデンサＣ１によって平滑されて電力変換部１０から出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが昇圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂより大きい正電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【００４８】
ここで、正の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、正の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態を示す図である。
【００４９】
正の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ３、ＳＷ５がオン状態で双方向スイッチＳＷ４がオフ状態の場合、図６Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ５、リアクトルＬ１、双方向スイッチＳＷ３、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。これにより、リアクトルＬ１に電流エネルギーが蓄積される。
【００５０】
この状態から、双方向スイッチＳＷ３がオフ状態になり、双方向スイッチＳＷ４がオン状態になった場合、図６Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ５、リアクトルＬ１、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ４、直流電源２ａの負極の経路が形成され、リアクトルＬ１に蓄積された電気エネルギーが交流負荷３ａ側へ放出される。
【００５１】
このように、正の昇圧モードでは、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ５を常にオン状態とし、双方向スイッチＳＷ３と双方向スイッチＳＷ４を交互にオン状態にすることで、昇圧した正のパルス電圧を出力する。
【００５２】
（負の降圧モード）
次に、負の降圧モードについて説明する。負の降圧モードでは、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ２、ＳＷ６と双方向スイッチＳＷ７とを交互にオン状態にする（図３および図４参照）ことで、電力変換部１０から直流電圧Ｖｂを出力させる。なお、かかる負の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ２、ＳＷ６を制御するＰＷＭ信号Ｓ２、Ｓ６は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１の反転信号であり、双方向スイッチＳＷ７を制御するＰＷＭ信号Ｓ７は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１と同一である。
【００５３】
電力変換部１０からの出力はＬＣＬフィルタ３２によって高周波成分が除去され交流負荷３ａへ出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが降圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂ以下の負電圧部分が交流負荷３ａに出力される。
【００５４】
ここで、負の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態について説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、負の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態を示す図である。
【００５５】
負の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ２、ＳＷ６がオン状態で双方向スイッチＳＷ７がオフ状態の場合、図７Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ２、交流負荷３ａ、リアクトルＬ１、双方向スイッチＳＷ６、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。
【００５６】
一方、双方向スイッチＳＷ２、ＳＷ６がオフ状態で双方向スイッチＳＷ７がオン状態の場合、図７Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、双方向スイッチＳＷ７の一端、交流負荷３ａ、リアクトルＬ１、双方向スイッチＳＷ７の他端の経路で電流が流れる還流モードとなる。この時、電流が流れる双方向スイッチは１つとなり導通損失が低減できる。
【００５７】
（負の昇圧モード）
次に、負の昇圧モードについて説明する。負の昇圧モードでは、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ６を常にオン状態にし、双方向スイッチＳＷ１と双方向スイッチＳＷ２とを交互にオン状態にする（図３および図４参照）。
【００５８】
これにより、リアクトルＬ１に電気エネルギーを蓄積し、蓄積した電気エネルギーを放出する。なお、かかる負の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ２を制御するＰＷＭ信号Ｓ２は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２と同一であり、双方向スイッチＳＷ１を制御するＰＷＭ信号Ｓ１は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２の反転信号である。
【００５９】
リアクトルＬ１から放出された電気エネルギーはコンデンサＣ１によって平滑されて電力変換部１０から出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが昇圧されて単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂより大きい負電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【００６０】
ここで、負の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態について説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、負の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７の状態を示す図である。
【００６１】
負の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１、ＳＷ６がオン状態で双方向スイッチＳＷ２がオフ状態の場合、図８Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１、リアクトルＬ１、双方向スイッチＳＷ６、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。これにより、リアクトルＬ１に電流エネルギーが蓄積される。
【００６２】
この状態から、双方向スイッチＳＷ１がオフ状態になり、双方向スイッチＳＷ２がオン状態になった場合、図８Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ２、交流負荷３ａ、リアクトルＬ１、双方向スイッチＳＷ６、直流電源２ａの負極の経路が形成され、リアクトルＬ１に蓄積された電気エネルギーが交流負荷３ａ側へ放出される。
【００６３】
このように、負の昇圧モードでは、制御部２０は、双方向スイッチＳＷ６を常にオン状態とし、双方向スイッチＳＷ１と双方向スイッチＳＷ２を交互にオン状態にすることで、昇圧した負のパルス電圧を出力する。
【００６４】
以上のように、第１の実施形態に係る電力変換装置１では、直流から交流への変換における降圧モードにおいて、還流モード時にオンにする双方向スイッチを交流側端子ＴＲ、ＴＳ間の接続を行う双方向スイッチＳＷ７とすることで、導通損失を低減できる。
【００６５】
また、第１の実施形態に係る電力変換装置１では、交流から直流への変換における昇圧モードにおいて、リアクトルＬ１に電気エネルギーを蓄積するモード（以下、エネルギー蓄積モードと記載する）時にオンにする双方向スイッチを、双方向スイッチＳＷ７とすることで、導通損失を低減できる。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電力変換装置について説明する。第２の実施形態に係る電力変換装置は、第１の実施形態に係る電力変換装置１に対して電力変換部の構成および制御部による制御が異なる。以下においては、第１の実施形態と異なる部分を主として説明し、共通する部分については同一符号を付し適宜説明を省略する。
【００６７】
図９は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。図９に示すように、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａの電力変換部１０Ａは、リアクトルＬ１１、Ｌ１２と、双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６と、コンデンサＣ１とを備える。
【００６８】
双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６のそれぞれは、制御部２０Ａから出力されるＰＷＭ信号Ｓ１１〜Ｓ１６によって駆動される。ＰＷＭ信号Ｓ１１〜Ｓ１６は、Ｈｉｇｈレベルのときに双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６をオン状態にするオン指令となる。なお、双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６は、Ｌｏｗレベルのときにオン状態となるように構成することもでき、この場合、ＰＷＭ信号Ｓ１１〜Ｓ１６は、Ｌｏｗレベルのときにオン指令となる。
【００６９】
リアクトルＬ１１、Ｌ１２は、互いに磁気結合され、交流側端子ＴＲ、ＴＳのそれぞれに接続される。かかるリアクトルＬ１１、Ｌ１２は、後述する降圧モードでは、コンデンサＣ１への電流を抑制する機能を有し、また、後述する昇圧モードでは、昇圧動作を行うための定電流源として機能する。
【００７０】
双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１４（第１の双方向スイッチの一例に相当）は、直流側端子ＴＰ、ＴＮと交流側端子ＴＲ、ＴＳとの間に配置される。また、双方向スイッチＳＷ１５、ＳＷ１６（第２の双方向スイッチの一例に相当）は、交流側端子ＴＲ、ＴＳ間に配置される。
【００７１】
双方向スイッチＳＷ１１は、リアクトルＬ１１（第１のリアクトルの一例に相当）を介して直流側端子ＴＰと交流側端子ＴＲとの間に配置され、双方向スイッチＳＷ１２は、直流側端子ＴＮと交流側端子ＴＲとの間に配置される。すなわち、双方向スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２は、直流側端子ＴＰ、ＴＮ間にリアクトルＬ１１を介して直列に接続される。
【００７２】
双方向スイッチＳＷ１３は、リアクトルＬ１２（第２のリアクトルの一例に相当）を介して直流側端子ＴＰと交流側端子ＴＳとの間に配置され、双方向スイッチＳＷ１４は、直流側端子ＴＮと交流側端子ＴＳとの間に配置される。すなわち、双方向スイッチＳＷ１３、ＳＷ１４は、直流側端子ＴＰ、ＴＮ間にリアクトルＬ１２を介して直列に接続される。
【００７３】
双方向スイッチＳＷ１５は、交流側端子ＴＲ、ＴＳ間の経路上に配置され、リアクトルＬ１２を介して交流側端子ＴＲ、ＴＳ間を接続する。双方向スイッチＳＷ１６は、交流側端子ＴＲ、ＴＳ間の経路上に配置され、リアクトルＬ１１を介して交流側端子ＴＲ、ＴＳ間を接続する。かかる双方向スイッチＳＷ１５、ＳＷ１６は、後述するように還流モードで制御部２０Ａによってオンにされる。
【００７４】
双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６は、例えば、双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ７と同様に、逆阻止型ＩＧＢＴで構成される片方向スイッチ５１、５２（図２参照）を備えており、これら片方向スイッチ５１、５２は互いに逆方向に並列接続される。
【００７５】
制御部２０Ａは、制御部２０と同様に、ＰＷＭ信号Ｓ２１およびＰＷＭ信号Ｓ２２を生成し、電力変換部１０ＡのＰＷＭ制御を行って、直流電圧Ｖｂから単相交流電圧Ｖａｃへ電力変換し、また、単相交流電圧Ｖａｃから直流電圧Ｖｂへ電力変換する。
【００７６】
以下、第１の実施形態と同様に、直流電源２ａから交流負荷３ａへ電力変換する場合について説明する。なお、図１０および図１１は、図３および図４に対応する図であり、単相交流電圧Ｖａｃの１周期内での制御部２０Ａの制御動作を説明するための図である。
【００７７】
制御部２０Ａは、制御部２０と同様に、直流電圧Ｖｂから単相交流電圧Ｖａｃへ電力変換する場合、単相交流電圧Ｖａｃの１周期内において、正の降圧モード、正の昇圧モード、負の降圧モードおよび負の昇圧モードの４つの制御モードで電力変換部１０Ａを制御する。
【００７８】
（正の降圧モード）
まず、正の降圧モードについて説明する。正の降圧モードでは、制御部２０Ａは、双方向スイッチＳＷ１４を常にオン状態にし、双方向スイッチＳＷ１１と双方向スイッチＳＷ１６とを交互にオン状態にする（図１０および図１１参照）ことで、電力変換部１０Ａから直流電圧Ｖｂを出力させる。なお、かかる正の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１１を制御するＰＷＭ信号Ｓ１１は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１と同一であり、双方向スイッチＳＷ１６を制御するＰＷＭ信号Ｓ１６は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１の反転信号である。
【００７９】
電力変換部１０Ａからの出力はＬＣＬフィルタ３２によって高周波成分が除去され交流負荷３ａへ出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが降圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂ以下の正電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【００８０】
ここで、正の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態について説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、正の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態を示す図である。
【００８１】
正の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１１、ＳＷ１４がオン状態で、双方向スイッチＳＷ１６がオフ状態の場合、図１２Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１１、リアクトルＬ１１、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ１４、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。
【００８２】
一方、双方向スイッチＳＷ１１がオフ状態で、双方向スイッチＳＷ１４、ＳＷ１６がオン状態の場合、図１２Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、双方向スイッチＳＷ１６の一端、リアクトルＬ１１、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ１６の他端の経路で電流が流れる還流モードとなる。この時、電流が流れる双方向スイッチは１つとなり導通損失が低減できる。
【００８３】
また、還流モードにおいて、双方向スイッチＳＷ１４が常にオン状態であり、直流側端子ＴＮは交流側端子ＴＳに接続される。そのため、正の降圧モードでは、パルス状の大きなコモンモード電圧が直流側端子ＴＰ、ＴＮに発生することを抑制できる。
【００８４】
（正の昇圧モード）
次に、正の昇圧モードについて説明する。正の昇圧モードでは、制御部２０Ａは、双方向スイッチＳＷ１４を常にオン状態にし、双方向スイッチＳＷ１１と双方向スイッチＳＷ１３とを交互にオン状態にする（図１０および図１１参照）。
【００８５】
これにより、リアクトルＬ１２に電気エネルギーを蓄積し、かかる電気エネルギーをリアクトルＬ１２に磁気的に結合されたリアクトルＬ１１から放出する。なお、かかる正の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１３を制御するＰＷＭ信号Ｓ１３は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２と同一であり、双方向スイッチＳＷ１１を制御するＰＷＭ信号Ｓ１１は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２の反転信号である。
【００８６】
リアクトルＬ１１から放出された電気エネルギーはコンデンサＣ１によって平滑されて電力変換部１０Ａから出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが昇圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂより大きい正電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【００８７】
ここで、正の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態について説明する。図１３Ａおよび図１３Ｂは、正の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態を示す図である。
【００８８】
正の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１３、ＳＷ１４がオン状態で双方向スイッチＳＷ１１がオフ状態の場合、図１３Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１３、リアクトルＬ１２、双方向スイッチＳＷ１４、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。これにより、リアクトルＬ１２に電流エネルギーが蓄積される。
【００８９】
この状態から、双方向スイッチＳＷ１３がオフ状態になり、双方向スイッチＳＷ１１がオン状態になった場合、図１３Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１１、リアクトルＬ１１、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ１４、直流電源２ａの負極の経路が形成され、リアクトルＬ１２に蓄積された電気エネルギーがリアクトルＬ１１から交流負荷３ａ側へ放出される。
【００９０】
このように、正の昇圧モードでは、制御部２０Ａは、双方向スイッチＳＷ１４を常にオン状態とし、双方向スイッチＳＷ１１と双方向スイッチＳＷ１３を交互にオン状態にすることで、昇圧した正のパルス電圧を出力する。正の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１４が常にオン状態であり、直流側端子ＴＮは交流側端子ＴＳに接続される。そのため、正の昇圧モードにおいても、パルス状の大きなコモンモード電圧が直流側端子ＴＰ、ＴＮに発生することを抑制できる。
【００９１】
（負の降圧モード）
次に、負の降圧モードについて説明する。負の降圧モードでは、制御部２０Ａは、双方向スイッチＳＷ１２を常にオン状態にし、双方向スイッチＳＷ１３と双方向スイッチＳＷ１５とを交互にオン状態にする（図１０および図１１参照）ことで、電力変換部１０Ａから直流電圧Ｖｂを出力させる。なお、かかる負の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１５を制御するＰＷＭ信号Ｓ１５は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１と同一であり、双方向スイッチＳＷ１３を制御するＰＷＭ信号Ｓ１３は上述のＰＷＭ信号Ｓ２１の反転信号である。
【００９２】
電力変換部１０Ａからの出力はＬＣＬフィルタ３２によって高周波成分が除去され交流負荷３ａへ出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが降圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂ以下の負電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【００９３】
ここで、負の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態について説明する。図１４Ａおよび図１４Ｂは、負の降圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態を示す図である。
【００９４】
負の降圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１２、ＳＷ１３がオン状態で、双方向スイッチＳＷ１５がオフ状態の場合、図１４Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１３、リアクトルＬ１２、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ１２、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。
【００９５】
一方、双方向スイッチＳＷ１３がオフ状態で、双方向スイッチＳＷ１２、ＳＷ１５がオン状態の場合、図１４Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、双方向スイッチＳＷ１５の一端、リアクトルＬ１２、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ１５の他端の経路で電流が流れる還流モードとなる。この時、電流が流れる双方向スイッチは１つとなり導通損失が低減できる。
【００９６】
また、還流モードにおいて、双方向スイッチＳＷ１２が常にオン状態であり、直流側端子ＴＮは交流側端子ＴＲに接続される。そのため、負の降圧モードでは、パルス状の大きなコモンモード電圧が直流側端子ＴＰ、ＴＮに発生することを抑制できる。
【００９７】
（負の昇圧モード）
次に、負の昇圧モードについて説明する。負の昇圧モードでは、制御部２０Ａは、双方向スイッチＳＷ１２を常にオン状態にし、双方向スイッチＳＷ１１と双方向スイッチＳＷ１３とを交互にオン状態にする（図１０および図１１参照）。
【００９８】
これにより、リアクトルＬ１１に電気エネルギーを蓄積し、かかる電気エネルギーをリアクトルＬ１１に磁気的に結合されたリアクトルＬ１２から放出する。なお、かかる負の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１３を制御するＰＷＭ信号Ｓ１３は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２と同一であり、双方向スイッチＳＷ１１を制御するＰＷＭ信号Ｓ１１は上述のＰＷＭ信号Ｓ２２の反転信号である。
【００９９】
リアクトルＬ１２から放出された電気エネルギーはコンデンサＣ１によって平滑されて電力変換部１０Ａから出力される。これにより、直流電圧Ｖｂが昇圧されて、単相交流電圧Ｖａｃのうち絶対値が直流電圧Ｖｂより大きい負電圧部分が交流負荷３ａへ出力される。
【０１００】
ここで、負の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態について説明する。図１５Ａおよび図１５Ｂは、負の昇圧モードでの双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１６の状態を示す図である。
【０１０１】
負の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２がオン状態で双方向スイッチＳＷ１３がオフ状態の場合、図１５Ａに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１１、リアクトルＬ１１、双方向スイッチＳＷ１２、直流電源２ａの負極の経路で電流が流れる。これにより、リアクトルＬ１１に電流エネルギーが蓄積される。
【０１０２】
この状態から、双方向スイッチＳＷ１１がオフ状態になり、双方向スイッチＳＷ１３がオン状態になった場合、図１５Ｂに示すスイッチ状態となる。そのため、直流電源２ａの正極、双方向スイッチＳＷ１３、リアクトルＬ１２、交流負荷３ａ、双方向スイッチＳＷ１２、直流電源２ａの負極の経路が形成され、リアクトルＬ１１に蓄積された電気エネルギーがリアクトルＬ１２から交流負荷３ａ側へ放出される。
【０１０３】
このように、負の昇圧モードでは、制御部２０Ａは、双方向スイッチＳＷ１２を常にオン状態とし、双方向スイッチＳＷ１１と双方向スイッチＳＷ１３を交互にオン状態にすることで、昇圧した負のパルス電圧を出力する。負の昇圧モードでは、双方向スイッチＳＷ１２が常にオン状態であり、直流側端子ＴＮは交流側端子ＴＲに接続される。そのため、負の昇圧モードにおいても、パルス状の大きなコモンモード電圧が直流側端子ＴＰ、ＴＮに発生することを抑制できる。
【０１０４】
また、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａでは、交流から直流への変換における正の昇圧モードにおいて、リアクトルＬ１１に電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、双方向スイッチＳＷ１４、ＳＷ１６をオンし、双方向スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３をオフにする。また、交流から直流への変換における負の昇圧モードにおいて、リアクトルＬ１２に電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、双方向スイッチＳＷ１２、ＳＷ１６をオンにし、双方向スイッチＳＷ１１、ＳＷ１３、ＳＷ１４をオフにする。これにより、エネルギー蓄積モード時に、パルス状の大きなコモンモード電圧が直流側端子ＴＰ、ＴＮに発生することを抑制できる。
【０１０５】
なお、例えば、直流から交流への変換における正の降圧モードにおいて、双方向スイッチＳＷ１４をオフにし、負の降圧モードにおいて、双方向スイッチＳＷ１２をオフにすることで、還流モード時に直流電源２ａへ高周波の電位変動が加わることを防止してもよい。また、例えば、交流から直流への変換における正の昇圧モードにおいて、エネルギー蓄積モード時に、双方向スイッチＳＷ１４をオフにし、負の昇圧モードにおいて、エネルギー蓄積モード時に、双方向スイッチＳＷ１２をオフにすることで、エネルギー蓄積モード時に直流電源２ａへ高周波の電位変動が加わることを防止してもよい。これによっても直流側端子ＴＰ、ＴＮにパルス状の大きなコモンモード電圧が発生することを抑制できる。
【０１０６】
上述した第１および第２の実施形態では、昇降圧可能な電力変換装置１、１Ａを例に挙げて説明したが、降圧のみを行う電力変換装置でも、上記と同様の制御によって直流側端子ＴＰ、ＴＮのコモンモード電圧を安定させることができる。
【０１０７】
また、上述したように電力変換装置１、１Ａの直流側端子ＴＰ、ＴＮに直流負荷２ｂを、交流側端子ＴＲ、ＴＳに交流電源３ｂをそれぞれ接続し、交流電源３ｂから供給される交流電圧を直流電圧Ｖｂに変換して直流負荷２ｂへ出力することもできる。そして、このような場合でも、上記と同様の制御によってコモンモード電圧を安定させることができる。
【０１０８】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１、１Ａ  電力変換装置
２ａ  直流電源
２ｂ  直流負荷
３ａ  交流負荷
３ｂ  交流電源
１０、１０Ａ  電力変換部
２０、２０Ａ  制御部
３０  直流電圧検出部
３１  ＬＣフィルタ
３２  ＬＣＬフィルタ
３３  直流電圧検出部
３４  交流電圧検出部
３５  直流電流検出部
Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ１１、Ｌ１２  リアクトル
ＳＷ１〜ＳＷ７、ＳＷ１１〜ＳＷ１６  双方向スイッチ
【図１】
2014013620.tif 000003
【図２】
2014013620.tif 000004
【図３】
2014013620.tif 000005
【図４】
2014013620.tif 000006
【図５Ａ】
2014013620.tif 000007
【図５Ｂ】
2014013620.tif 000008
【図６Ａ】
2014013620.tif 000009
【図６Ｂ】
2014013620.tif 000010
【図７Ａ】
2014013620.tif 000011
【図７Ｂ】
2014013620.tif 000012
【図８Ａ】
2014013620.tif 000013
【図８Ｂ】
2014013620.tif 000014
【図９】
2014013620.tif 000015
【図１０】
2014013620.tif 000016
【図１１】
2014013620.tif 000017
【図１２Ａ】
2014013620.tif 000018
【図１２Ｂ】
2014013620.tif 000019
【図１３Ａ】
2014013620.tif 000020
【図１３Ｂ】
2014013620.tif 000021
【図１４Ａ】
2014013620.tif 000022
【図１４Ｂ】
2014013620.tif 000023
【図１５Ａ】
2014013620.tif 000024
【図１５Ｂ】
2014013620.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月4日(2015.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源または直流負荷に接続される複数の直流側端子と交流負荷または交流電源に接続される複数の交流側端子とを接続する複数の第１の双方向スイッチと、前記交流側端子間に配置される、前記第１の双方向スイッチとは異なる第２の双方向スイッチおよびリアクトルとを有する電力変換部と、
前記電力変換部を制御して、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電力から前記交流電力への降圧による電力変換における還流モード時、および／または、前記交流電力から前記直流電力への昇圧による電力変換における前記リアクトルへの電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、前記第２の双方向スイッチをオンにすることによって前記リアクトルを介して前記交流側端子間を接続する
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記還流モード時および／または前記エネルギー蓄積モード時に、前記複数の第１の双方向スイッチをすべてオフにする
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】
前記制御部は、
前記還流モード時および／または前記エネルギー蓄積モード時に、前記複数の第１の双方向スイッチのうち一つの第１の双方向スイッチを除いた第１の双方向スイッチをすべてオフにする
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４】
直流電源または直流負荷に接続される複数の直流側端子と交流負荷または交流電源に接続される複数の交流側端子との間に配置される複数の第１の双方向スイッチと、前記交流側端子間に配置される第２の双方向スイッチおよびリアクトルとを有する電力変換部と、
前記電力変換部を制御して、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電力から前記交流電力への降圧による電力変換における還流モード時、および／または、前記交流電力から前記直流電力への昇圧による電力変換における前記リアクトルへの電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、前記第２の双方向スイッチをオンにすることによって前記リアクトルを介して前記交流側端子間を接続し、
前記複数の第１の双方向スイッチは、
前記直流側端子間に直列に接続され、その接続点で前記交流側端子の一方に接続される２つの双方向スイッチと、
前記直流側端子間に直列に接続され、その接続点で前記リアクトルを介して前記交流側端子の一方に接続される２つの双方向スイッチと、
前記直流側端子間に直列に接続され、その接続点で前記交流側端子の他方に接続される２つの双方向スイッチと、を含み、
前記第２の双方向スイッチは、
前記リアクトルを介して前記交流側端子間に接続される
ことを特徴とする電力変換装置。 
【請求項５】
直流電源または直流負荷に接続される複数の直流側端子と交流負荷または交流電源に接続される複数の交流側端子との間に配置される複数の第１の双方向スイッチと、前記交流側端子間に配置される第２の双方向スイッチおよびリアクトルとを有する電力変換部と、
前記電力変換部を制御して、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記直流電力から前記交流電力への降圧による電力変換における還流モード時、および／または、前記交流電力から前記直流電力への昇圧による電力変換における前記リアクトルへの電気エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積モード時に、前記第２の双方向スイッチをオンにすることによって前記リアクトルを介して前記交流側端子間を接続し、
前記リアクトルとして、互いに磁気結合され、前記複数の交流側端子のそれぞれに一端が接続される第１および第２のリアクトルを有し、
前記第１の双方向スイッチは、
前記直流側端子間に前記第１のリアクトルを介して直列に接続される２つの双方向スイッチと、
前記直流側端子間に前記第２のリアクトルを介して直列に接続される２つの双方向スイッチと、を含み、
前記第２の双方向スイッチは、
前記直流側端子間に前記第１のリアクトルを介して前記交流側端子間に接続される双方向スイッチと、
前記直流側端子間に前記第２のリアクトルを介して前記交流側端子間に接続される双方向スイッチと、を含む、
ことを特徴とする電力変換装置。 
【請求項６】
前記交流側端子間に接続されたコンデンサを備え、
前記制御部は、
前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチを制御して、前記直流側端子から供給される直流電圧を昇降圧して交流電圧を生成し、当該交流電圧を前記交流側端子から出力する
ことを特徴とする請求項４または５に記載の電力変換装置。 
【請求項７】
前記直流側端子間に接続されたコンデンサを備え、
前記制御部は、
前記第１の双方向スイッチおよび前記第２の双方向スイッチを制御して、前記交流側端子から供給される交流電圧を昇降圧して直流電圧を生成し、当該直流電圧を前記直流側端子から出力する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。 
【請求項８】
前記制御部は、
前記電力変換部を制御して、前記直流電源または前記直流負荷と、前記交流負荷または前記交流電源との間で双方向に電力変換する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【国際調査報告】
2014013620.tif 000026
2014013620.tif 000027