(57)【要約】【課題】小型かつ低コストのマルチセルコンバータ装置を提供する。【解決手段】ＡＣ側がＡＣ電源に対して直列に接続された複数のＡＣ／ＤＣ変換セルと、縦続に接続された複数の絶縁部品であって、それぞれが入力および出力間を絶縁しつつ入力する電位差を後段に伝送する複数の絶縁部品と、を備え、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、ＡＣ／ＤＣ変換セル内において基準電位となる端子と、複数の絶縁部品のうち対応する絶縁部品の端子とが接続されるマルチセルコンバータ装置を提供する。【選択図】図３
2018064436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ側がＡＣ電源に対して直列に接続された複数のＡＣ／ＤＣ変換セルと、
縦続に接続された複数の絶縁部品であって、それぞれが入力および出力間を絶縁しつつ入力する電位差を後段に伝送する複数の絶縁部品と、
を備え、
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、ＡＣ／ＤＣ変換セル内において基準電位となる端子と、前記複数の絶縁部品のうち対応する絶縁部品の端子とが接続される
マルチセルコンバータ装置。
【請求項２】
前記複数の絶縁部品のそれぞれは、入力および出力の間を絶縁する絶縁トランスを有する請求項１に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項３】
前記絶縁トランスは、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのうち対応するＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位に接続される中間端子を有する請求項２に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項４】
前記縦続に接続された前記複数の絶縁部品のうち、縦続接続の一端に接続された絶縁部品には、電源部からの電源電圧が入力され、
前記複数の絶縁部品は、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルにそれぞれ前記基準電位に応じた電源電圧を供給する請求項１から３のいずれか一項に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項５】
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、前記電源部からの電源電圧の少なくとも一部の電圧をレベルシフトするレベルシフタを有する請求項４に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項６】
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、ＤＣ側に複数のＤＣ／ＤＣ変換部を有する請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項７】
前記複数のＤＣ／ＤＣ変換部は、ＤＣ側の出力が並列に接続される請求項６に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項８】
前記複数の絶縁部品は、前記複数のＤＣ／ＤＣ変換部のうち対応するＤＣ／ＤＣ変換部にそれぞれ前記基準電位に応じた電源電圧を供給する請求項６または７に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項９】
前記複数の絶縁部品は、更に、制御装置と前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれとの間を接続する複数の伝送路を形成し、
前記複数の伝送路のうちの少なくとも１つは、
前記縦続に接続された前記複数の絶縁部品のうち、一端に接続された絶縁部品が、前記制御装置からの制御信号を一次側に入力し、
前記複数の絶縁部品のそれぞれが、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルにそれぞれの基準電位に応じた制御信号を供給する請求項１から８のいずれか一項に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項１０】
前記複数の伝送路のうちの少なくとも１つは、一のＡＣ／ＤＣ変換セルから前記制御装置へと電気信号を伝送し、
前記縦続に接続された前記複数の絶縁部品のうち、
縦続接続の一端に接続された絶縁部品が、前記一のＡＣ／ＤＣ変換セルに接続され、前記一のＡＣ／ＤＣ変換セルが出力する前記電気信号を受け取り、
前記縦続接続の他端に接続された絶縁部品が、前記制御装置に接続され、前記一のＡＣ／ＤＣ変換セルから受け取った前記電気信号を前記制御装置に供給する請求項９に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項１１】
前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セル内の故障を検出する検出部を有し、
前記検出部は、故障を検出したことを通知する検出信号を、前記一端に接続された絶縁部品に前記電気信号として出力する請求項１０に記載のマルチセルコンバータ装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのうち１または複数のＡＣ／ＤＣ変換セルから故障を検出したことを通知する検出信号を受信したことに応じて、全てのＡＣ／ＤＣ変換セルの制御動作を停止させる請求項１１に記載のマルチセルコンバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチセルコンバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＣ／ＤＣコンバータは、複数のＡＣ／ＤＣコンバータセルを備え、マルチセルコンバータを構成することが知られていた（例えば、特許文献１から４参照）。
特許文献１  特開２００８−２２８４４０号公報
特許文献２  特開２００６−１０９６８６号公報
特許文献３  特開２００６−０８１２３２号公報
特許文献４  特開２００５−０１２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなマルチセルコンバータに設けられた複数のＡＣ／ＤＣコンバータセルは、内部の駆動回路がセル毎に異なる基準電位で動作するものがある。このような異なる基準電位で動作する駆動回路には、互いに電気的な絶縁を保持した駆動電力および制御信号が供給されなければならない。しかしながら、マルチセルコンバータのＡＣ入力電圧が、例えば数百Ｖを超える高電圧になると、絶縁を確保する目的で用いられる絶縁部品の耐圧も高電圧に対応した部品を採用することになり、実装面積の大型化およびコストの上昇を招くことがあった。また、複数のＡＣ／ＤＣコンバータセルに供給する制御信号を、絶縁を確保する目的で、光信号を用いて送受信することも知られているが、光部品は電気部品と比較して高額なので、コストの上昇を更に招くことがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、ＡＣ側がＡＣ電源に対して直列に接続された複数のＡＣ／ＤＣ変換セルと、縦続に接続された複数の絶縁部品であって、それぞれが入力および出力間を絶縁しつつ入力する電位差を後段に伝送する複数の絶縁部品と、を備え、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、ＡＣ／ＤＣ変換セル内において基準電位となる端子と、複数の絶縁部品のうち対応する絶縁部品の端子とが接続されるマルチセルコンバータ装置を、提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ＡＣ／ＤＣコンバータの構成例を示す。
【図２】図１に示すＡＣ／ＤＣコンバータ１００の各部における動作波形の一例を示す。
【図３】本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００の構成例を示す。
【図４】本実施形態に係る複数の絶縁部品２７０が、電源部２６０からの電源電圧を複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに伝送する構成例を示す。
【図５】本実施形態に係る複数の絶縁部品２７０が、制御装置２８０からの制御信号を複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに伝送する構成例を示す。
【図６】本実施形態に係る第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の構成例を示す。
【図７】本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００の構成例を示す。図１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００がＡＣ側で直列に接続された３つのコンバータセルを有する場合において、各コンバータに対して制御信号および駆動用の電源を独立して供給する構成とした例を示す。図１に示すＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、ＡＣ電源１０から供給されるＡＣ電圧入力をＤＣ電圧に変換して、第１負荷５０、第２負荷７０、および第３負荷９０のそれぞれに供給する例を示す。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、整流部２０、リアクトル３０、第１コンバータセル４０、第２コンバータセル６０、第３コンバータセル８０、電源部１１０、絶縁部品１２０、絶縁部品１２２、絶縁部品１２４、制御装置１３０、および光導波路１３２を備える。
【０００９】
整流部２０は、ＡＣ電源１０に接続され、ＡＣ電源１０から入力されるＡＣ電圧を整流する。整流部２０は、複数のダイオード素子を有し、入力するＡＣ電圧を半波整流または全波整流する。図１は、整流部２０が、ダイオード素子２２、ダイオード素子２４、ダイオード素子２６、およびダイオード素子２８を有し、ＡＣ電圧を全波整流する例を示す。ここで、整流部２０の出力電圧をＶｒ１とする。
【００１０】
リアクトル３０は、一端が整流部２０の正側出力に接続され、入力する電圧を平滑化する。リアクトル３０の他端は、第１コンバータセル４０の一方の入力端子に接続される。第１コンバータセル４０、第２コンバータセル６０、および第３コンバータセル８０は、２つの入力端子間に入力する整流されたＡＣ電圧を、ＤＣ電圧にそれぞれ変換して出力する。
【００１１】
第１コンバータセル４０の他方の入力端子は、第２コンバータセル６０の一方の入力端子に接続される。また、第２コンバータセル６０の他方の入力端子は、第３コンバータセル８０の一方の入力端子に接続される。そして、第３コンバータセル８０の他方の入力端子は、整流部２０の負側出力に接続される。即ち、第１コンバータセル４０、第２コンバータセル６０、および第３コンバータセル８０の２つの入力端子は、直列に接続される。ここで、第１コンバータセル４０の一方の入力端子および第３コンバータセル８０の他方の入力端子の間の電圧をＶｒ２とする。
【００１２】
第１コンバータセル４０は、スイッチ素子４２と、ダイオード素子４４と、容量素子４６と、を有する。スイッチ素子４２は、入力端子間の電気的接続を、接続および切断のいずれかに切り換える。スイッチ素子４２は、半導体デバイスで形成されることが望ましい。スイッチ素子４２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、およびＢＪＴ等の半導体スイッチを含む。スイッチ素子４２は、一例として、ゲート端子に入力する信号電圧に応じて、ドレイン端子およびソース端子の間の電気的接続を、接続および切断のいずれかに切り換える。
【００１３】
ダイオード素子４４は、当該第１コンバータセル４０に入力する正の電圧を出力端子側に伝達して整流する。容量素子４６は、ダイオード素子４４から供給される電荷を充電して略一定の電圧に平滑化したＤＣ電圧を第１負荷５０に出力する。なお、第１コンバータセル４０は、スイッチ素子４２を駆動する駆動回路を更に有する。
【００１４】
図１は、第１コンバータセル４０、第２コンバータセル６０、および第３コンバータセル８０が略同一の回路構成を有する例を示す。即ち、第２コンバータセル６０は、スイッチ素子６２と、ダイオード素子６４と、容量素子６６と、駆動回路とを有し、入力する電圧を平滑化したＤＣ電圧を第２負荷７０に出力する。また、第３コンバータセル８０は、スイッチ素子８２と、ダイオード素子８４と、容量素子８６と、駆動回路とを有し、入力する電圧を平滑化したＤＣ電圧を第３負荷９０に出力する。
【００１５】
電源部１１０は、それぞれのコンバータセルの駆動回路に電源電圧を供給する。電源部１１０は、それぞれのコンバータセルの駆動回路の基準電位が異なるので、コンバータセル間の電気的な絶縁を保持したまま電源電圧を供給する。電源部１１０は、例えば、絶縁部品を介して駆動回路に電源電圧をそれぞれ供給する。図１は、電源部１１０が、絶縁部品１２０を介して第１コンバータセル４０の駆動回路に電源電圧を供給する例を示す。また、電源部１１０は、絶縁部品１２２を介して第２コンバータセル６０の駆動回路に電源電圧を供給する。また、電源部１１０は、絶縁部品１２４を介して第３コンバータセル８０の駆動回路に電源電圧を供給する。
【００１６】
制御装置１３０は、それぞれのコンバータセルの駆動回路に制御信号を供給する。制御装置１３０は、それぞれのコンバータセルの駆動回路の基準電位が異なるので、コンバータセル間の電気的な絶縁を保持したまま制御信号を供給する。制御装置１３０は、例えば、光信号に変換した制御信号を駆動回路に供給する。これに代えて、制御装置１３０は、電源部１１０と同様に、絶縁部品を介して制御信号を駆動回路に供給してもよい。図１は、制御装置１３０が、制御信号を光信号に変換して、それぞれの駆動回路に変換した光信号を供給する例を示す。この場合、制御装置１３０は、光導波路１３２を介して光信号をコンバータセルにそれぞれ供給する。光導波路１３２は、一例として、光ファイバである。
【００１７】
以上のＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、３つのコンバータセルを用いて、３つの負荷にＤＣ電圧を供給する。ここで、第１コンバータセル４０、第２コンバータセル６０、および第３コンバータセル８０の入力電圧に対する耐圧をそれぞれＶｐとする。ＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、それぞれのコンバータセルのスイッチ素子の切り換えタイミングを調整することで、個々のコンバータセルの耐圧Ｖｐよりも当該ＡＣ／ＤＣコンバータ１００の入力電圧を大きくすることができる。このようなＡＣ／ＤＣコンバータ１００のスイッチ素子の切り換えタイミングについて次に説明する。
【００１８】
図２は、図１に示すＡＣ／ＤＣコンバータ１００の各部における動作波形の一例を示す。図２の横軸は時間を示し、縦軸は電圧値または電流値を示す。それぞれのコンバータセルの駆動回路は、予め定められたキャリア信号に応じて、スイッチ素子の切り換えを実行する。ここで、それぞれのコンバータセルは、例えば、振幅値および周波数が略同一で、位相が異なるキャリア信号を用いることで、互いのスイッチ素子の切り換えタイミングを調節する。キャリア信号は、一例として、互いに位相が１２０度異なる三角波信号である。
【００１９】
図２は、第１コンバータセル４０がキャリアａを、第２コンバータセル６０がキャリアｂを、第３コンバータセル８０がキャリアｃを、それぞれキャリア信号として用いる例を示す。また、図２は、それぞれのコンバータセルが、入力する電圧と予め定められた周波数の三角波信号とを比較して、三角波信号の方が小さい場合に、スイッチ素子を切断状態に切り換える例を示す。このように、それぞれのコンバータセルは、入力信号と振幅値および周波数が同一のキャリア信号とに基づいてスイッチ素子の切り換えを制御するので、後段の容量素子にそれぞれ伝達する信号（ＰＷＭパルス）を平滑化（平均化）すると、略同一のＤＣ電圧となる。
【００２０】
ここで、それぞれのコンバータセルの駆動回路は、ＰＷＭパルスの波高値の最大値を予め定められた電圧未満の電圧値とするフィードバック回路を更に有してよい。これにより、整流部２０の出力電圧Ｖｒ１を分圧したＶｒ２ａ、Ｖｒ２ｂ、およびＶｒ２ｃがそれぞれのコンバータセルに入力される場合、第１コンバータセル４０の入力電圧Ｖｒ２ａの最大値をＥａに、第２コンバータセル６０の入力電圧Ｖｒ２ｂの最大値をＥｂに、第３コンバータセル８０の入力電圧Ｖｒ２ｃの最大値をＥｃにすることができる。
【００２１】
また、第１コンバータセル４０、第２コンバータセル６０、および第３コンバータセル８０を略同一の回路とすることにより、Ｅａ、Ｅｂ、およびＥｃを略同一の値とすることができる。一例として、整流部２０の出力電圧Ｖｒ１の最大値をＥとすると、Ｅａ＝Ｅｂ＝Ｅｃ≒Ｅ／３とすることができる。なお、最大値Ｅは、ＡＣ電源１０が供給するＡＣ電圧入力の最大振幅値と略同一の値であるから、それぞれのコンバータの耐圧Ｖｐは、入力するＡＣ電圧に対応する耐圧の略１／３に低減させることができる。
【００２２】
したがって、それぞれのコンバータセルに設けられる部品を低耐圧の部品にすることができ、実装面積およびコストを低減させることができる。また、それぞれのコンバータセルが取り扱う電圧を低減できるので、スイッチング損失も低減させることができる。また、図２に示す電圧Ｖｒ２の波形のとおり、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００の全体の動作によって、電圧Ｖｒ２の波形は、それぞれのコンバータセルで用いられるキャリア周波数の３倍となる。即ち、それぞれのコンバータセルのキャリア周波数は、コンバータセルの数だけ低減させることができる。
【００２３】
以上のように、複数のコンバータセルを直列に接続したＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、小型化、低コスト化、および高効率化等を実現することができる。しかしながら、このようなＡＣ／ＤＣコンバータ１００は、コンバータセル毎に基準電圧が異なってしまうので、それぞれのコンバータセルが有する駆動回路に、互いに電気的に絶縁した電源および制御信号をそれぞれ供給しなければならない。この場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ１００の入力側は、最大値Ｅの電圧Ｖｒ１が発生しているので、絶縁部品１２０、絶縁部品１２２、および絶縁部品１２４等を用いて電源電圧を供給する場合、当該絶縁部品の耐圧を最大値Ｅよりも大きくしなければならない。
【００２４】
即ち、絶縁部品１２０、絶縁部品１２２、および絶縁部品１２４等は、高耐圧部品を用いることになり、実装面積が大きく、コストが高くなってしまう。また、光導波路１３２を用いることで、絶縁部品を省略することができるが、この場合においても、電光変換部、光電変換部、および光導波路等の高額な光部品を用いるので、コストは高くなってしまう。そこで、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置は、このような実装面積およびコストの増加を防止して、小型かつ低コストの装置を提供する。
【００２５】
図３は、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００の構成例を示す。図３に示すマルチセルコンバータ装置２００は、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルを備え、ＡＣ電源２１０から供給されるＡＣ電圧入力をＤＣ電圧に変換する例を示す。マルチセルコンバータ装置２００は、複数の絶縁部品を従属接続することにより、電源電圧および／または制御信号等を伝送させる。マルチセルコンバータ装置２００は、リアクトル２２０と、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０、および第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０を含む複数のＡＣ／ＤＣ変換セルと、電源部２６０と、絶縁部品２７０と、絶縁部品３７０と、制御装置２８０と、を備える。
【００２６】
リアクトル２２０は、一端がＡＣ電源２１０に接続され、入力する電圧を平滑化する。リアクトル３０の他端は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の一方の入力端子に接続される。第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０、および第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０を含む複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、２つの入力端子間に入力するＡＣ電圧を、ＤＣ電圧にそれぞれ変換して出力する。
【００２７】
第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の他方の入力端子は、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０の一方の入力端子に接続される。また、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０の他方の入力端子は、次のＡＣ／ＤＣ変換セルの一方の入力端子に接続される。このように、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、一のＡＣ／ＤＣ変換セルの一方の入力端子が他のＡＣ／ＤＣ変換セルの他方の入力端子に接続され、最後に配置された第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０の他方の入力端子は、ＡＣ電源２１０に接続される。即ち、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、ＡＣ側がＡＣ電源２１０に対して直列に接続される。
【００２８】
第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２３２と、容量素子２３４と、ＤＣ／ＤＣ変換部２３６と、を有する。ＡＣ／ＤＣ変換部２３２は、リアクトル２２０で平滑化されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換して出力する。容量素子２３４は、ＡＣ／ＤＣ変換部２３２から出力される電圧を平滑したＤＣ電圧を後段に放電する。
【００２９】
ＤＣ／ＤＣ変換部２３６は、容量素子２３４が出力するＤＣ電圧が入力され、予め定められたＤＣ電圧を出力する。ＤＣ／ＤＣ変換部２３６は、例えば、入力するＤＣ電圧を内部で交流に変換してから昇圧または降圧して、予め定められたＤＣ電圧を出力する。このように、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、ＤＣ側にＤＣ／ＤＣ変換部２３６を有するので、ＡＣ側から入力するＡＣ電圧から電気的に絶縁されたＤＣ電圧を出力することができる。なお、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２３２およびＤＣ／ＤＣ変換部２３６を駆動する駆動回路を更に有する。
【００３０】
図３は、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルが略同一の回路構成を有する例を示す。即ち、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２４２と、容量素子２４４と、ＤＣ／ＤＣ変換部２４６と、駆動回路とを有し、予め定められたＤＣ電圧を出力する。また、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２５２と、容量素子２５４と、ＤＣ／ＤＣ変換部２５６と、駆動回路とを有し、予め定められたＤＣ電圧を出力する。同様に、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、ＡＣ／ＤＣ変換部と、容量素子と、ＤＣ／ＤＣ変換部と、駆動回路とを有し、予め定められたＤＣ電圧を出力する。
【００３１】
以上のように、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、ＤＣ側に複数のＤＣ／ＤＣ変換部を有するので、ＡＣ側から入力するＡＣ電圧から電気的に絶縁されたＤＣ電圧を出力することができる。ここで、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、それぞれ略同一のＤＣ電圧Ｖｏｕｔを出力してよい。この場合、図３の例に示すように、複数のＤＣ／ＤＣ変換部がＤＣ側の出力が並列に接続されことで、大電力出力のマルチセルコンバータ装置２００として動作することができる。
【００３２】
電源部２６０は、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに電源電圧をそれぞれ供給する。電源部２６０は、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位がＡＣ／ＤＣ変換セル毎に異なるので、ＡＣ／ＤＣ変換セル間の電気的な絶縁を保持したまま電源電圧を供給する。電源部１１０は、複数の絶縁部品２７０を介して駆動回路に電源電圧をそれぞれ供給する。
【００３３】
制御装置２８０は、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セルの駆動回路に制御信号を供給する。制御装置２８０は、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セルの駆動回路の基準電位が異なるので、ＡＣ／ＤＣ変換セル間の電気的な絶縁を保持したまま制御信号を供給する。制御装置２８０は、電源部２６０と同様に、複数の絶縁部品３７０を介して制御信号を駆動回路に供給する。
【００３４】
複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０は、縦続に接続され、それぞれが入力および出力間を絶縁しつつ入力する電位差を後段に伝送する。複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０は、ＡＣ／ＤＣ変換セルの数に応じた数が縦続に接続される。複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０は、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換セルの数と同数の数が縦続にそれぞれ接続される。そして、図３の例のように、縦続に接続された複数の絶縁部品２７０は、電源部２６０から電源電圧を１つの絶縁部品２７０を伝送させる毎に、対応する１つのＡＣ／ＤＣ変換セルに当該電源電圧を供給する。また、縦続に接続された複数の絶縁部品３７０は、制御装置２８０から制御信号を１つの絶縁部品３７０を伝送させる毎に、対応する１つのＡＣ／ＤＣ変換セルに当該制御信号を供給する。
【００３５】
これに代えて、複数の絶縁部品２７０および／または絶縁部品３７０は、ｎ個のＡＣ／ＤＣ変換セルに対して１個の数の割合で縦続に接続されてもよい。ここで、ｎは２以上の自然数である。この場合、縦続に接続された複数の絶縁部品２７０は、電源部２６０から電源電圧を１つの絶縁部品２７０を伝送させる毎に、対応するｎ個のＡＣ／ＤＣ変換セルに当該電源電圧を供給する。同様に、縦続に接続された複数の絶縁部品３７０は、制御装置２８０から制御信号を１つの絶縁部品３７０を伝送させる毎に、対応するｎ個のＡＣ／ＤＣ変換セルに当該制御信号を供給する。複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０は、例えば、絶縁トランス、パルストランス、デジタルアイソレータ、およびアイソレーションアンプ等である。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００は、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのＡＣ側がＡＣ電源２１０に対して直列に接続されるので、図１および図２で説明したＡＣ／ＤＣコンバータ１００と同様に、各部の駆動タイミングを調節することで、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セルの耐圧を低減させることができる。したがって、マルチセルコンバータ装置２００は、小型化、低コスト化、および高効率化等を実現させた複数のＡＣ／ＤＣ変換セルを設けることができる。
【００３７】
そして、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００は、複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０を用いて、電源電圧および制御信号を複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに供給する。複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０による電源部２６０の電源電圧の伝送について、次に説明する。
【００３８】
図４は、本実施形態に係る複数の絶縁部品２７０が、電源部２６０からの電源電圧を複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに伝送する構成例を示す。本実施形態において、複数の絶縁部品２７０のそれぞれが、入力および出力の間を絶縁する絶縁トランスを有する例を説明する。なお、それぞれの絶縁トランスは、入力側の２つの入力端子の間に中間端子を有し、また、出力側の２つの出力端子の間に中間端子を有するものとする。
【００３９】
電源部２６０は、ＡＣ電源として動作する。図４は、電源部２６０が一定の電位Ｅ０を基準として、振幅電圧Ｅ１の交流電圧を出力する例を示す。電源部２６０は、電源回路２６２と、制御回路２６４と、第１スイッチ２６６と、第２スイッチ２６８と、を有する。
【００４０】
電源回路２６２は、ＤＣ電源であり、予め定められたＤＣ電圧Ｅ１を発生して出力する。電源回路２６２は、縦続に接続された絶縁部品２７０のうち、一端に配置された（即ち、電源部２６０から見て縦続接続の１段目の）絶縁部品２７０−１の入力側の中間端子に、ＤＣ電圧Ｅ１を供給する。
【００４１】
制御回路２６４は、第１スイッチ２６６および第２スイッチ２６８の切り換えを制御する。制御回路２６４は、例えば、第１スイッチ２６６および第２スイッチ２６８の一方を接続状態にし、他方を切断状態とするように制御する。この場合、制御回路２６４は、予め定められた一定の周波数に応じて、第１スイッチ２６６および第２スイッチ２６８の切り換えを制御する。
【００４２】
第１スイッチ２６６および第２スイッチ２６８は、制御回路２６４から供給される切り換え信号に応じて、それぞれの一端および他端の電気的な接続および切断をそれぞれ切り換える。第１スイッチ２６６および第２スイッチ２６８は、半導体スイッチであることが望ましい。第１スイッチ２６６および第２スイッチ２６８は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、およびＢＪＴ等の半導体スイッチを含む。
【００４３】
第１スイッチ２６６は、例えば、ドレイン端子に１段目の絶縁部品２７０−１の一方の入力端子が接続され、ソース端子に一定の電位Ｅ０が接続され、ゲート端子に供給される切り換え信号に応じて、ドレイン端子およびソース端子間の電気的な接続を切り換える。また、第２スイッチ２６８は、例えば、ドレイン端子に１段目の絶縁部品２７０−１の他方の入力端子が接続され、ソース端子に一定の電位Ｅ０が接続され、ゲート端子に供給される切り換え信号に応じて、ドレイン端子およびソース端子間の電気的な接続を切り換える。
【００４４】
これにより、電源部２６０は、一例として、１段目の絶縁部品２７０−１の一方の入力端子および中間端子の間への電源電圧Ｅ０＋Ｅ１の供給と、他方の入力端子および中間端子の間への電源電圧Ｅ０−Ｅ１の供給と、を一定の周期で切り換える。縦続に接続された複数の絶縁部品２７０のうち、縦続接続の一端に接続された絶縁部品２７０−１の入力端子間には、このような電源部２６０からの電源電圧が入力され、２段目以降の絶縁部品２７０に当該電源電圧を伝送する。なお、それぞれの絶縁部品２７０は、入力する電源電圧を昇圧または降圧して伝送させてもよい。
【００４５】
そして、縦続に接続された複数の絶縁部品２７０は、１つの絶縁部品２７０を用いて電源電圧を伝送させる毎に、対応する１つのＡＣ／ＤＣ変換セルに当該電源電圧を供給する。また、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、ＡＣ／ＤＣ変換セル内において基準電位となる端子と、複数の絶縁部品２７０のうち対応する絶縁部品２７０の端子とが接続される。この場合、絶縁部品２７０である絶縁トランスは、中間端子が複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのうち対応するＡＣ／ＤＣ変換セルと接続される。
【００４６】
複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、図２に示したように、内部のスイッチ素子を対応するタイミングで切り換えた場合、それぞれの内部の電位が切り換えタイミングに応じて変動することがある。この場合、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれにおいて、基準となる電位も切り換えタイミングに応じて変動することもある。そこで、ＡＣ／ＤＣ変換セル毎に、基準電位となる端子と絶縁部品２７０の中間端子とを接続することで、当該基準電位が変動しても、絶縁部品２７０は、中間端子の電位と当該基準電位とを一致させ、当該基準電位を基準とした電位差（即ち、電源電圧）を、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルに供給することができる。
【００４７】
なお、本実施形態において、このように、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セル内において、切り換えタイミングに応じて変動することがある基準となる電位を、「基準電位」として表現する。即ち、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セル内の基準電位は、例えばグラウンド電位等の装置全体の基準となる電位と比較して略一定の電位差となる電位に限定されることはなく、スイッチ素子の切り換え動作に応じて変動しても、各セル内における回路動作の基準となる電位を含む。
【００４８】
図４は、１段目の絶縁部品２７０−１の出力端子が第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０に電源電圧を供給し、絶縁部品２７０−１の出力側の中間端子が第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０の基準電位に接続される例を示す。また、１段目の絶縁部品２７０−１の出力端子は、２段目の絶縁部品２７０の入力端子に接続される。これにより、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０には、１段目の絶縁部品２７０−１および２段目の絶縁部品の間で絶縁され、基準電位に応じてレベルシフトされた電源電圧が供給されることになる。
【００４９】
なお、１段目の絶縁部品２７０−１および第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０の間に、整流回路２７２が設けられてもよい。整流回路２７２は、半波整流または全波整流する回路でよく、一例として、図１で説明した整流部２０のように、４つのダイオードを有する回路を構成する。
【００５０】
また、図４は、絶縁部品の数をｍ個とすると、ｍ−１段目の絶縁部品２７０−２の出力端子が第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０に電源電圧を供給し、絶縁部品２７０−２の出力側の中間端子が第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０の基準電位に接続される例を示す。また、ｍ−１段目の絶縁部品２７０−２の出力端子は、ｍ段目の絶縁部品２７０−３の入力端子に接続される。これにより、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０には、ｍ−１段目の絶縁部品２７０−２およびｍ段目の絶縁部品２７０−３の間で絶縁され、基準電位に応じてレベルシフトされた電源電圧が供給されることになる。
【００５１】
同様に、ｍ段目の絶縁部品２７０−３の出力端子は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０に電源電圧を供給し、絶縁部品２７０−３の出力側の中間端子は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の基準電位に接続される。これにより、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０には、ｍ段目の絶縁部品２７０−３で絶縁され、基準電位に応じてレベルシフトされた電源電圧が供給されることになる。
【００５２】
このように、複数の絶縁部品２７０のそれぞれは、中間端子が対応するＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電圧に接続され、出力端子が当該対応するＡＣ／ＤＣ変換セルに電源電圧を供給する。これにより、複数の絶縁部品２７０は、当該対応するＡＣ／ＤＣ変換セルにそれぞれの基準電位に応じた電源電圧を供給することができる。
【００５３】
ここで、一例として、３つのＡＣ／ＤＣ変換セルが直列に接続されたマルチセルコンバータ装置２００に、ＡＣ電源２１０が振幅の最大値が２．４ｋＶの交流電圧を供給する例を考える。この場合、直流電圧の入力電圧変動範囲を１０％程度の余裕を考慮して略２．６４ｋＶとすると、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位の電圧変動量の最大値は、２．６４ｋＶ／３＝８８０Ｖ程度となる。この場合、ＡＣ電源２１０の０Ｖから８００Ｖ程度の範囲の交流電圧に対応する（１番目の）ＡＣ／ＤＣ変換セルは、当該基準電位となる端子を、１段目の絶縁部品２７０の中間端子に接続してセル内の電位と一致させる。これにより、１段目の絶縁部品２７０は、１番目のＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位と一致させた電源電圧を、１番目のＡＣ／ＤＣ変換セルの駆動回路に供給することができる。
【００５４】
この場合、ＡＣ電源２１０の８００Ｖから１．６ｋＶ程度の範囲の交流電圧に対応する（２番目の）ＡＣ／ＤＣ変換セルは、当該セル内の基準電位となる端子を、２段目の絶縁部品２７０の中間端子に接続する。これにより、２段目の絶縁部品２７０は、２番目のＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位と一致させた電源電圧を、２番目のＡＣ／ＤＣ変換セルの駆動回路に供給することができる。同様にして、ＡＣ電源２１０の１．６ｋＶから２．４ｋＶ程度の範囲の交流電圧に対応する（３番目の）ＡＣ／ＤＣ変換セルは、当該セル内の基準電位となる端子と、３段目の絶縁部品２７０の中間端子に接続する。これにより、３段目の絶縁部品２７０は、３番目のＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位と一致させた電源電圧を、３番目のＡＣ／ＤＣ変換セルの駆動回路に供給することができる。
【００５５】
即ち、ＡＣ電源２１０が２．４ｋＶの交流電圧を出力しても、絶縁部品２７０のそれぞれには、電圧変動を含めても、一のＡＣ／ＤＣ変換セルに加わる９００Ｖの範囲程度の電圧が加わることになる。したがって、絶縁部品２７０のそれぞれは、一のＡＣ／ＤＣ変換セルに加わる電圧範囲程度の耐圧があればよく、ＡＣ電源２１０の出力電圧と比較して、耐圧を低減させることができる。以上のように、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００は、複数の絶縁部品２７０を縦続に接続し、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルから基準電位を受け取ることにより、それぞれの絶縁部品２７０の耐圧を低減させつつ、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルにレベルシフトした電源電圧を供給することができる。
【００５６】
複数の絶縁部品３７０による制御装置２８０の制御信号の伝送について、次に説明する。図５は、本実施形態に係る複数の絶縁部品３７０が、制御装置２８０からの制御信号を複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに伝送する構成例を示す。図５において、複数の絶縁部品３７０は、デジタルアイソレータを有する例を示す。即ち、複数の絶縁部品３７０は、電源電圧と比較して電力の小さい制御信号を伝送するので、より小型かつ小容量の絶縁部品を用いることができる。複数の絶縁部品３７０は、図４と同様に、縦続に接続され、制御装置２８０と複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれとの間を接続する複数の伝送路を形成する。
【００５７】
なお、複数の絶縁部品３７０が縦続に接続されて形成される１つの伝送路は、１つの制御信号を伝送する。例えば、制御装置２８０から一のＡＣ／ＤＣ変換セルに複数の制御信号を伝送する場合、複数の絶縁部品３７０は複数の伝送線路を形成する。なお、デジタルアイソレータ等の部品は、集積化することができるので、複数のアイソレータＩＣを従属接続することで、複数の伝送路を容易に形成することができる。図５は、１つの絶縁部品３７０が複数のデジタルアイソレータを有し、デジタルアイソレータ毎に異なる信号を伝送する例を示す。
【００５８】
ここで、制御装置２８０は、ＡＣ／ＤＣ変換セル毎に異なる制御信号を供給してよく、複数の絶縁部品３７０は、ＡＣ／ＤＣ変換セル毎に複数の伝送路を形成してよい。図５は、絶縁部品３７０−１が、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０に複数の制御信号を供給する複数の伝送路を形成する例を示す。絶縁部品３７０−１は、絶縁された制御信号を第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０に供給し、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０は、基準電位となる端子と絶縁部品３７０−１の対応する端子とを接続する。これにより、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０は、基準電位に応じてレベルシフトした制御信号を受け取ることができる。また、絶縁部品３７０−１の耐圧は、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０に用いられる部品の耐圧程度に低減させることができる。
【００５９】
なお、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０は、駆動回路２５８を有し、絶縁部品３７０−１から制御信号を受信する。即ち、駆動回路２５８は、図４で説明した様に、電源部２６０から受け取った電源電圧で動作し、絶縁部品３７０−１を介して制御装置２８０から受け取った制御信号に基づき、ＡＣ／ＤＣ変換部２５２およびＤＣ／ＤＣ変換部２５６を制御する。この場合、ＤＣ／ＤＣ変換部２５６は、ＡＣ／ＤＣ変換部２５２と同様に、電源部２６０から電源電圧を受け取ってよい。
【００６０】
また、図５は、絶縁部品３７０−２から絶縁部品３７０−３までの複数の絶縁部品が縦続接続され、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０に複数の制御信号を供給する複数の伝送路を形成する例を示す。この場合においても、絶縁部品３７０−３は、制御信号を第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０に供給し、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０は、基準電位となる端子と絶縁部品３７０−３の対応する端子とを接続する。これにより、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０は、基準電位に応じてレベルシフトした制御信号を受け取ることができる。この場合、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０は、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０と同様に、駆動回路２４８を有し、絶縁部品３７０−３から制御信号を受信する。
【００６１】
また、伝送路を形成する複数の絶縁部品３７０のうち、端部に配置された絶縁部品３７０以外の絶縁部品３７０も、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位にそれぞれ接続される。例えば、絶縁部品３７０−２は、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０から基準電位を受け取る。このように、複数の絶縁部品３７０は、対応ずる基準電圧をそれ受け取ることにより、それぞれレベルシフトすることができるので、当該複数の絶縁部品３７０の耐圧は、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルに用いられる部品の耐圧程度に低減させることができる。
【００６２】
また、図５は、絶縁部品３７０−４から絶縁部品３７０−６までの複数の絶縁部品が縦続接続され、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０に複数の制御信号を供給する複数の伝送路を形成する例を示す。絶縁部品３７０−６は、制御信号を第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０に供給し、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、基準電位となる端子と絶縁部品３７０−６の対応する端子とを接続する。これにより、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、基準電位に応じてレベルシフトした制御信号を受け取ることができる。この場合、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０と同様に、駆動回路２９０を有し、絶縁部品３７０−６から制御信号を受信する。
【００６３】
また、伝送路を形成する他の絶縁部品３７０は、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位にそれぞれ接続される。例えば、第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０は、基準電位を絶縁部品３７０−４に接続し、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０は、基準電位を絶縁部品３７０−５に接続する。これにより、絶縁部品３７０−４から絶縁部品３７０−６までの複数の絶縁部品３７０の耐圧は、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルに用いられる部品の耐圧程度に低減させることができる。
【００６４】
以上のように、複数の絶縁部品３７０を縦続に接続して形成した複数の伝送路のうちの少なくとも１つは、縦続接続の一端に接続された絶縁部品３７０が、制御装置２８０からの制御信号を一次側に入力する。そして、複数の絶縁部品３７０のそれぞれは、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルから基準電位をそれぞれ受け取る。これにより、縦続接続の他端に接続された絶縁部品３７０は、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルにそれぞれの基準電位に応じた制御信号を供給する。したがって、マルチセルコンバータ装置２００は、それぞれの絶縁部品３７０の耐圧を低減させつつ、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルに制御信号を供給することができる。このような制御信号に基づくＡＣ／ＤＣ変換セル内の動作について、次に説明する。
【００６５】
図６は、本実施形態に係る第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の構成例を示す。第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、図４で説明した様に、電源部２６０から縦続接続された複数の絶縁部品２７０を介して、電源電圧が供給される。図６は、縦続接続の最終段の絶縁部品２７０−３から第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０に電源電圧が供給される例を示す。図６は、絶縁部品２７０−３からの電源電圧が、駆動回路２９０に加えて、ＤＣ／ＤＣ変換部２３６にも供給される例を示す。このように、複数の絶縁部品２７０は、複数のＤＣ／ＤＣ変換部２３６のうち対応するＤＣ／ＤＣ変換部２３６にそれぞれ基準電位に応じた電源電圧を供給してもよい。
【００６６】
また、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の駆動回路２９０は、図５で説明した様に、制御装置２８０から縦続接続された複数の絶縁部品３７０を介して、制御信号を受信する。図６は、縦続接続の最終段の絶縁部品３７０−６からの制御信号が、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０に供給される例を示す。また、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、基準電位を対応する絶縁部品２７０−３および絶縁部品３７０−６に接続する。
【００６７】
図６は、ＡＣ／ＤＣ変換部２３２が、第１スイッチ素子３３１、第２スイッチ素子３３２、第３スイッチ素子３３３、および第４スイッチ素子３３４を含む例を示す。第１スイッチ素子３３１、第２スイッチ素子３３２、第３スイッチ素子３３３、および第４スイッチ素子３３４は、半導体スイッチであることが望ましい。第１スイッチ素子３３１、第２スイッチ素子３３２、第３スイッチ素子３３３、および第４スイッチ素子３３４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、およびＢＪＴ等の半導体スイッチを含む。
【００６８】
ＡＣ／ＤＣ変換部２３２がこのような複数のスイッチ素子を含む場合、駆動回路２９０は、当該複数のスイッチ素子を駆動する駆動信号を、それぞれ発生させて供給する。駆動回路２９０は、例えば、第１ゲート駆動回路２９１、第２ゲート駆動回路２９２、第３ゲート駆動回路２９３、および第４ゲート駆動回路２９４を含む。
【００６９】
第１ゲート駆動回路２９１は、第１スイッチ素子３３１を駆動する駆動信号（一例として、ゲート・ソース間電圧）を発生させて、当該第１スイッチ素子３３１に供給する。第２ゲート駆動回路２９２は、第２スイッチ素子３３２を駆動する駆動信号を発生させて、当該第２スイッチ素子３３２に供給する。第３ゲート駆動回路２９３は、第３スイッチ素子３３３を駆動する駆動信号を発生させて、当該第３スイッチ素子３３３に供給する。第４ゲート駆動回路２９４は、第４スイッチ素子３３４を駆動する駆動信号を発生させて、当該第４スイッチ素子３３４に供給する。
【００７０】
以上のように、ＡＣ／ＤＣ変換部２３２が複数のスイッチ素子を含む場合、それぞれのスイッチを駆動する駆動信号の基準電位が異なることがある。図６の例の場合、第１スイッチ素子３３１を駆動する駆動信号と、第２スイッチ素子３３２を駆動する駆動信号と、第３スイッチ素子３３３および第４スイッチ素子３３４を駆動する駆動信号とは、それぞれ基準となる信号が異なる。この場合、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０内においても、絶縁した駆動信号を発生させることが望ましい。
【００７１】
そこで、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれは、電源部２６０から受け取った電源電圧の少なくとも一部の電圧をレベルシフトするレベルシフタを有する。図６は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０が、第１レベルシフタ３１０および第２レベルシフタ３２０を有する例を示す。
【００７２】
第１レベルシフタ３１０は、入力側が絶縁部品２７０−３に接続され、出力側が第１ゲート駆動回路２９１に接続される。なお、第１レベルシフタ３１０および第１ゲート駆動回路２９１の間には、整流回路３１２が設けられてもよい。第２レベルシフタ３２０は、入力側が絶縁部品２７０−３に接続され、出力側が第２ゲート駆動回路２９２に接続される。なお、第２レベルシフタ３２０および第２ゲート駆動回路２９２の間には、整流回路３２２が設けられてもよい。
【００７３】
第１レベルシフタ３１０および第２レベルシフタ３２０は、例えば、絶縁トランス、パルストランス、およびデジタルアイソレータ等の絶縁部品である。なお、第１レベルシフタ３１０および第２レベルシフタ３２０は、第１スイッチ素子３３１および第２スイッチ素子３３２のオンまたはオフを切り換える程度の電力を供給する伝送路に設けられるので、絶縁部品２７０と比較して同程度、または、更に小型、小容量の部品を用いることができる。これにより、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０内で、更に、ＤＣ／ＤＣ変換器等を用いることなく、基準電位の異なる駆動信号を発生できる。
【００７４】
以上のように、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０が、第１レベルシフタ３１０および第２レベルシフタ３２０を有し、駆動回路２９０に電源電圧を供給する例を説明した。これに加えて、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、更にレベルシフタを有し、制御装置２８０から第１ゲート駆動回路２９１および第２ゲート駆動回路２９２に制御信号を供給する。図６は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０が、第３レベルシフタ４１０および第４レベルシフタ４２０を有する例を示す。
【００７５】
第３レベルシフタ４１０は、入力側が絶縁部品３７０−６に接続され、出力側が第１ゲート駆動回路２９１に接続される。第４レベルシフタ４２０は、入力側が絶縁部品３７０−６に接続され、出力側が第２ゲート駆動回路２９２に接続される。第３レベルシフタ４１０および第４レベルシフタ４２０は、例えば、絶縁トランス、パルストランス、およびデジタルアイソレータ等の絶縁部品である。なお、第３レベルシフタ４１０および第４レベルシフタ４２０は、絶縁部品２７０と比較して同程度、または、更に小型、小容量の部品を用いてよい。
【００７６】
なお、第３ゲート駆動回路２９３および第４ゲート駆動回路２９４は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０の基準電位で動作するので、レベルシフタは設けなくてもよい。即ち、第３ゲート駆動回路２９３および第４ゲート駆動回路２９４は、絶縁部品２７０−３と接続され、電源電圧を受け取ってよい。また、第３ゲート駆動回路２９３および第４ゲート駆動回路２９４は、絶縁部品３７０−６と接続され、制御信号を受け取ってよい。
【００７７】
なお、第３ゲート駆動回路２９３および第４ゲート駆動回路２９４と、絶縁部品２７０−３との間には、整流回路３２４が設けられてもよい。整流回路３１２、整流回路３２２、および整流回路３２４は、半波整流または全波整流する回路でよく、一例として、図１で説明した整流部２０のように、４つのダイオードを有する回路を構成する。
【００７８】
また、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０のＤＣ／ＤＣ変換部２３６は、制御装置２８０から縦続接続された複数の絶縁部品３７０を介して、制御信号を受信してもよい。図６は、縦続接続の最終段の絶縁部品３７０−７からの制御信号が、ＤＣ／ＤＣ変換部２３６に供給される例を示す。この場合においても、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、基準電位を絶縁部品３７０−７に接続する。
【００７９】
以上のように、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００は、複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０を用いて、電源電圧および制御信号を複数のＡＣ／ＤＣ変換セルに供給し、小型化、低コスト化、および高効率化等を実現させることができる。なお、マルチセルコンバータ装置２００は、複数の絶縁部品２７０および絶縁部品３７０を用いて、電気信号の伝送路を形成することができるので、伝送する信号が電源および制御信号に限定されることは無い。例えば、ＡＣ／ＤＣ変換セルの異常を検出する検出信号の送受信等にも、複数の絶縁部品２７０を用いることができる。このようなマルチセルコンバータ装置２００について、次に説明する。
【００８０】
図７は、本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００の変形例を示す。本変形例のマルチセルコンバータ装置２００において、図３に示された本実施形態に係るマルチセルコンバータ装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図７は、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルは、それぞれのＡＣ／ＤＣ変換セル内の故障を検出する検出部３４０を有する例を示す。
【００８１】
検出部３４０は、ＡＣ／ＤＣ変換セル内において故障を検出したことを通知する検出信号を出力する。検出部３４０は、例えば、電源電圧が供給されないこと、過電流が流れていること、ＤＣ電圧を出力していないこと、および、出力しているＤＣ電圧の電圧範囲が予め定められた電圧範囲にないこと、等を検出する。
【００８２】
このような検出部３４０の検出信号を制御装置２８０に伝送すべく、複数の絶縁部品３７０で形成される複数の伝送路のうち、少なくとも１つは、一のＡＣ／ＤＣ変換セルから制御装置２８０へと電気信号を伝送する。即ち、縦続に接続された複数の絶縁部品３７０のうち、縦続接続の一端に接続された絶縁部品３７０が、一のＡＣ／ＤＣ変換セルに接続され、一のＡＣ／ＤＣ変換セルが出力する電気信号を受け取る。そして、縦続接続の他端に接続された絶縁部品３７０が、制御装置２８０に接続され、一のＡＣ／ＤＣ変換セルから受け取った電気信号を制御装置２８０に供給する。
【００８３】
これにより、検出部３４０は、検出信号を縦続接続の一端に接続された絶縁部品３７０に電気信号として出力することで、制御装置２８０は、当該検出信号を受信することができる。図７は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０、第２ＡＣ／ＤＣ変換セル２４０、および第３ＡＣ／ＤＣ変換セル２５０と、制御装置２８０とをそれぞれ接続する、３つの伝送路が設けられた例を示す。なお、伝送路を構成する複数の絶縁部品３７０のそれぞれは、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルから基準電圧とそれぞれ接続される。
【００８４】
制御装置２８０は、ＡＣ／ＤＣ変換セルからこのような検出信号を受信することができるので、当該マルチセルコンバータ装置２００の異常動作を停止させることができる。制御装置２８０は、例えば、複数のＡＣ／ＤＣ変換セルのうち１または複数のＡＣ／ＤＣ変換セルから故障を検出したことを通知する検出信号を受信したことに応じて、全てのＡＣ／ＤＣ変換セルの制御動作を停止させる。
【００８５】
これに代えて、制御装置２８０は、ＡＣ／ＤＣ変換セルから正常を示す電気信号を受け取る場合、このような電気信号を受け取らなかったことに応じて、ＡＣ／ＤＣ変換セルの制御動作を停止してもよい。以上のように、マルチセルコンバータ装置２００は、異常動作の継続、および暴走等を速やかに停止することができる。なお、制御装置２８０は、ＡＣ／ＤＣ変換セルの動作を停止させた後、異常停止させたことを外部に通知または表示してよい。
【００８６】
以上の本変形例におけるマルチセルコンバータ装置２００は、ＡＣ／ＤＣ変換セルの異常を検出する例を説明したが、これに限定されることはない。マルチセルコンバータ装置２００は、複数の絶縁部品を用いて、電気信号の伝送路を形成できるので、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換セルの電気的特性の検出および調整に用いてもよい。マルチセルコンバータ装置２００は、一例として、ＡＣ／ＤＣ変換セルの信号伝送の遅延検出および当該遅延の補正等に用いてよい。また、マルチセルコンバータ装置２００は、ＡＣ／ＤＣ変換セルの各部のアナログ量の検出および調整等に用いてもよい。
【００８７】
図７は、複数の絶縁部品４７０を用いて、このようなアナログ量を伝送する例を示す。図７は、ＡＣ／ＤＣ変換セルのそれぞれが、容量素子の両端の電圧値を検出して送信するアイソレーションアンプを絶縁部品４７０として有し、複数のアイソレーションアンプを従属接続した伝送路で、検出信号を伝送する例を示す。例えば、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０は、絶縁部品４７０を有する。絶縁部品４７０は、アイソレーションアンプを有し、容量素子２３４の両端電圧を入力し、当該両端電圧に応じた電気信号を出力する。なお、絶縁部品４７０は、第１ＡＣ／ＤＣ変換セル２３０から基準電圧と接続され、当該基準電圧から絶縁された電気信号を後段の絶縁部品４７０に出力する。
【００８８】
後段の絶縁部品４７０は、他の絶縁部品と同様に、対応するＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位と接続され、入力する電気信号を次の絶縁部品４７０に供給する。これにより、制御装置２８０は、容量素子の両端電圧の検出結果をそれぞれのＡＣ／ＤＣ変換セルから受信することができる。
【００８９】
以上の本実施形態におけるマルチセルコンバータ装置２００は、中間端子を有する絶縁トランスを絶縁部品２７０の例とし、当該中間端子に基準電位が接続されることを説明したが、これに限定されることはない。絶縁部品２７０の二次側の電位がＡＣ／ＤＣ変換セルによって定まればよく、ＡＣ／ＤＣ変換セルの基準電位は、絶縁部品２７０の出力端子の一方に接続されてもよい。
【００９０】
本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。（例えば、制御部、制御装置、制御回路、制御段階等の）特定の段階および「部」が、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【００９１】
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【００９２】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
【００９３】
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【００９４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００９５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００９６】
１０  ＡＣ電源、２０  整流部、２２  ダイオード素子、２４  ダイオード素子、２６  ダイオード素子、２８  ダイオード素子、３０  リアクトル、４０  第１コンバータセル、４２  スイッチ素子、４４  ダイオード素子、４６  容量素子、５０  第１負荷、６０  第２コンバータセル、６２  スイッチ素子、６４  ダイオード素子、６６  容量素子、７０  第２負荷、８０  第３コンバータセル、８２  スイッチ素子、８４  ダイオード素子、８６  容量素子、９０  第３負荷、１００  ＡＣ／ＤＣコンバータ、１１０  電源部、１２０  絶縁部品、１２２  絶縁部品、１２４  絶縁部品、１３０  制御装置、１３２  光導波路、２００  マルチセルコンバータ装置、２１０  ＡＣ電源、２２０  リアクトル、２３０  第１ＡＣ／ＤＣ変換セル、２３２  ＡＣ／ＤＣ変換部、２３４  容量素子、２３６  ＤＣ／ＤＣ変換部、２４０  第２ＡＣ／ＤＣ変換セル、２４２  ＡＣ／ＤＣ変換部、２４４  容量素子、２４６  ＤＣ／ＤＣ変換部、２４８  駆動回路、２５０  第３ＡＣ／ＤＣ変換セル、２５２  ＡＣ／ＤＣ変換部、２５４  容量素子、２５６  ＤＣ／ＤＣ変換部、２５８  駆動回路、２６０  電源部、２６２  電源回路、２６４  制御回路、２６６  第１スイッチ、２６８  第２スイッチ、２７０  絶縁部品、２７２  整流回路、２８０  制御装置、２９０  駆動回路、２９１  第１ゲート駆動回路、２９２  第２ゲート駆動回路、２９３  第３ゲート駆動回路、２９４  第４ゲート駆動回路、３１０  第１レベルシフタ、３１２  整流回路、３２０  第２レベルシフタ、３２２  整流回路、３２４  整流回路、３３１  第１スイッチ素子、３３２  第２スイッチ素子、３３３  第３スイッチ素子、３３４  第４スイッチ素子、３４０  検出部、３７０  絶縁部品、４１０  第３レベルシフタ、４２０  第４レベルシフタ、４７０  絶縁部品
【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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