(57)【要約】【課題】フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電／放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で２レベル以上の電圧変化が生じることを防止する。【解決手段】フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタＣFCに流れる電流極性を制御するスイッチ群の切り替えを行う必要があるとき、フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相の電位を、その電位と１レベル差のフライングキャパシタＣFCを利用しない電位に変更する。このとき、電位変更するすべての相において、電位を変更する極性を同じとする。次に、フライングキャパシタＣFCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。最後に、各相の電位を元の電位に戻す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
電圧選択回路制御部が、第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する第１ステップと、
充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、
前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に変更する第３ステップと、を有することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
【請求項２】
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
電圧選択回路制御部が、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第１ステップと、
充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、
前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第３ステップと、有することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
【請求項３】
前記マルチレベル電力変換装置は、
前記共通モジュールをＮ（Ｎ＝２以上の整数）個備え、
Ｋ（１〜Ｎ−１までの整数）番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端と、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続し、
Ｋ番目の前記共通モジュールの第４スイッチングデバイスと、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの第１スイッチングデバイスと、を接続し、
Ｋ番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端とＫ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする請求項１または２記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法。
【請求項４】
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する電圧選択回路制御部と、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う充放電制御部と、を備え、
前記電圧選択回路制御部が、
前記状態遷移前に前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端に変更した相の電圧選択回路を、前記状態遷移後に、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に変更することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
【請求項５】
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスをオンの状態と、の間の状態遷移前に、
前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する電圧選択回路制御部と、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスをオンの状態と、の間の状態遷移を行う充放電制御部と、を備え、
前記電圧選択回路制御部が、
前記状態遷移前に前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端に変更した相の電圧選択回路を、前記状態遷移後に、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライングキャパシタ方式のマルチレベル変換装置に係り、特に、フライングキャパシタの充放電制御に伴うスイッチの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧型の直流／交流電力変換器（インバータ）において、その交流出力の高電圧化・大容量化・高品質化・低損失化・装置の小型化などを目的として、その出力電圧レベルを３レベル以上に増加させるマルチレベルインバータ回路が種々公開されている。
【０００３】
特許文献１は、直流電圧源に対し、コンデンサ及びそのコンデンサの両端に接続されるスイッチングデバイスによって構成される回路が開示されている。直流電圧源と交流出力端子との間の電流経路のスイッチングデバイスをオンオフすることにより、直流電圧源に対しコンデンサを直列接続したり、切り離したり、コンデンサの接続向きを切り替える。
【０００４】
これにより、直流電圧源の両端電位に加えて、その複数のコンデンサによる電圧を、任意の数だけ加算・減算した電位を交流出力端子に出力することが可能となる。一般的に、このコンデンサはフライングキャパシタと呼ばれ、このような電力変換装置はフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置などと呼ばれる。
【０００５】
特許文献２には、フライングキャパシタを複数の交流出力相において共有する構成のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置が開示されている。特許文献１では、交流出力相毎に独立したフライングキャパシタが設けられている。例えば、三相のフライングキャパシタ式３レベル電力変換回路の場合、一つの直流電圧源に対して、フライングキャパシタは３つ必要となる。
【０００６】
特許文献２では、フライングキャパシタは複数の出力相において共同で利用できる構成となっている。例えば、３レベル電力変換回路の場合、１つの直流電圧源に対して、出力相数がいくつであってもフライングキャパシタは１つでよい。５レベル電力変換回路の場合、直流電圧源が２つ（２分圧される）に対して、出力相数がいくつであってもフライングキャパシタは２つで良い。
【０００７】
これにより、マルチレベル電力変換回路を構成するために必要なフライングキャパシタの数・容量を減らすことができる。
【０００８】
フライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置におけるフライングキャパシタの両端電圧は、所望の電圧出力をパルス幅変調（ＰＷＭ）によって実現するため、規定の電圧に維持されることを前提としている。例えば、直流リンク電圧の１／２，１／４などに維持される。
【０００９】
また、フライングキャパシタの両端電圧は，通常外部からの電力供給・消費によって制御されるのではなく、そのフライングキャパシタを利用することによって流れる電流によって充電・放電され変動する。従って、フライングキャパシタの両端電圧を規定電圧に維持するためには、そのフライングキャパシタに流れる電流を任意に制御する事によって規定電圧に制御する必要がある。
【００１０】
図１９は、特許文献１における３レベルマルチレベル電力変換回路の例である。直流電圧源の電圧ＶDCの大きさをＥとした場合，フライングキャパシタＣFCの電圧をＥ／２に制御することで、３レベルの電圧が出力可能である。ここで、出力電圧ＶOUTはＥ／２，０，−Ｅ／２となる。なお、図１９では、基準電位を決める便宜上、直流電圧源を構成するコンデンサをＣDC1とＣDC2に分割し、同時に電圧ＥをＥ／２に分圧している。また、ＣDC1とＣDC2との共通接続点を基準電位点とする。
【００１１】
フライングキャパシタＣFCに電流が流れるスイッチングパターンは、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオンで第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフの時と、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオンで、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオフの時がある。
【００１２】
フライングキャパシタＣFCの電圧がＥ／２であるとすると、この両者の場合に交流出力端子に出力される出力電圧ＶOUTはいずれも０となる。従って、０の電圧を出力するためのスイッチングパターンには２通り存在することになる。
【００１３】
交流出力電流ＩOUTが、図１９に示すように直流側から交流端子側の方向に流れている場合、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフのスイッチングパターンを選択すると、フライングキャパシタＣFCが充電する方向に電流が流れる。一方、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオフのスイッチングパターンを選択すると、フライングキャパシタＣFCが放電する方向に電流が流れることになる。
【００１４】
よって、出力電圧に０を出力する期間において、この２つのスイッチングパターンを適切な割合で選択することにより、フライングキャパシタＣFCの充電・放電を制御する事ができる。例えば、出力電流ＩOUTの方向が検出できる場合、スイッチング制御によって、適切なスイッチングパターンを選択することにより、フライングキャパシタＣFCの充放電を任意に制御する事ができる。
【００１５】
以上のフライングキャパシタ回路特性，およびその電圧制御の基本的な方法は、特許文献２で開示された複数の出力相でフライングキャパシタＣFCを共有する回路方式についても同様である。図２０に、特許文献２の実施形態１４〜１７で開示されているマルチレベル電力変換装置が備える基本回路を示し、それに含まれるフライングキャパシタＣFCの電圧制御について説明する。
【００１６】
図１９と同様、直流電圧源に対して、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4と、フライングキャパシタＣFCで構成されるフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路が並列に接続される。直流電圧源の電圧ＶDCをＥとしたとき、フライングキャパシタＣFCの電圧ＶFCをＥ／２と制御する事で、端子Ｐ2に０の電圧を出力することができる。
【００１７】
図１９の場合と異なり、第２，第３スイッチングデバイスＳ2，Ｓ3の中間点から出力される端子Ｐ2の電位は、常に０に制御される。従って、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4は、第１，第２スイッチングデバイスＳ1とＳ2，第３，第４スイッチングデバイスＳ3とＳ4が同時にオンすることはなく、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフのパターン、又は、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオフのパターンのみを選択する。
【００１８】
各相の出力は、直流電圧源の正極端Ｐ1の電位Ｖ1＝＋Ｅ／２，直流電圧源の負極端Ｐ3の電位Ｖ3＝−Ｅ／２，端子Ｐ2の電位Ｖ2＝０の３つの電位を入力し、それら３つの電位から一つの電位を電圧選択回路１，２によって選択することによって、マルチレベル（３レベル）電圧を出力する。
【００１９】
図２０では出力が２相ある場合の例を示しており、電圧選択回路１によって出力電位ＶOUT1，電圧選択回路２によって出力電位ＶOUT2の二つの出力が得られる。
【００２０】
以下の説明は出力が３相以上の場合においても、同様の原理となるが、簡単化のため、図２０のとおり２相で説明する。
【００２１】
フライングキャパシタＣFCの電圧は、図１９の場合と同じく、フライングキャパシタＣFCに流れる電流によって変動する。フライングキャパシタＣFCに流れる電流ＩFCは、端子Ｐ2に流れる電流と、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のスイッチングパターンによって決まり、端子Ｐ2に流れる電流は、端子Ｐ2の電位を選択した出力相の出力電流の合計によって決まる。
【００２２】
フライングキャパシタＣFCに流れる電流ＩFCおよび出力電流ＩOUT1，ＩOUT2の極性を、図２０の矢印方向が正とする。その時、例えば、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフで、電圧選択回路１が端子Ｐ2，電圧選択回路２が端子Ｐ2以外を選択していた場合，ＩFC＝ＩOUT1となる。
【００２３】
第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオフで，電圧選択回路１，２が上記と同じ状況の場合、ＩFC＝−ＩOUT1となる。さらに、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフで、電圧選択回路１，電圧選択回路２の両方が端子Ｐ2を選択していた場合，ＩFC＝ＩOUT1＋ＩOUT2となる。
【００２４】
電圧選択回路１，２の両方が端子Ｐ2以外を選択していた場合は、当然ＩFC＝０となり、電圧変動も発生しない。以上から、端子Ｐ2に流れる電流（極性）と、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のパターンによって、フライングキャパシタＣFCが充電するか放電するかが決定される。
【００２５】
従って、検出や推定などによって得られる出力電流情報や電圧選択回路１，２の選択状況と、フライングキャパシタＣFCの電圧情報を元に、端子Ｐ２に流れる電流を推定することによって、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のスイッチングパターンを決定し、フライングキャパシタＣFCの電圧制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特許３３０１７６１号
【特許文献２】特開２０１５−４７０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
フライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置は、フライングキャパシタに付属するスイッチングデバイスのうち、フライングキャパシタを介して電流を流す２つのスイッチングパターンを制御する事によって、フライングキャパシタの充電・放電の状態を切り替えて、その電圧を任意の大きさになるように制御する。
【００２８】
この２つのスイッチングパターンは、フライングキャパシタの電圧が規定値にあるとすると、どちらを選択しても同じ出力電位となる。図１９において、フライングキャパシタＣFCの電位が＋Ｅ／２ならば、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフのパターンと、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオフのパターンのいずれを選択しても出力電位ＶOUTは０になる。
【００２９】
特許文献１に見られるような一般的なフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置における充放電の切り替え時の問題について考える。図１９において、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオフとし、フライングキャパシタＣFCに電流が流れるスイッチングパターンを選択しているとする。
【００３０】
この状態から、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオフとするもう一つのフライングキャパシタＣFCに電流が流れるスイッチングパターンに切り替える場合、直流電圧源およびフライングキャパシタの短絡を防ぐために、一時的にすべての第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4スイッチをオフする必要がある。
【００３１】
その際、出力電流の経路は、フライングキャパシタＣFCに流れる経路から、第１，第２スイッチングデバイスＳ1，Ｓ2または第３，第４スイッチングデバイスＳ3，Ｓ4のスイッチ（ＩＧＢＴなど）に逆並列に接続されたダイオードを介して流れる経路に切り替わる。
【００３２】
従って、出力電位ＶOUTは、出力電流ＩOUTの方向に従って、＋Ｅ／２または−Ｅ／２となる。このような意図しない出力電位の変化により、指令値に対する出力電位ＶOUTの誤差や転流によるスイッチング損失の発生が生じる。
【００３３】
また、複数相でインバータを構成（例えば単相（２相）や３相など）している場合においては、別の相のＰＷＭなどによる電位変化と、この意図しない電位変化のタイミングが重なることによって、その２相間の線間電圧出力に、同時もしくはごく短時間で２レベル分の変化が発生する可能性がある。
【００３４】
線間電圧の電位変化が通常の２倍になると、電位の変化速度も倍となり、その電位変化率や、大きなサージ電圧によって、その負荷に通常よりも大きな負担がかかり、負荷の種類によっては様々な悪影響が発生する可能性がある。
【００３５】
例えば、負荷がモータの場合、モータ端子やモータ巻線間に通常よりも大きな電圧が加わることで絶縁が低下する可能性があり、結果として寿命低下の要因となる。また、電圧変化に伴うノイズの増加や、損失が増加するなどの問題も発生する。
【００３６】
このような意図しない電位変化を防止するため、充放電パターン間を直接切り替える制御は禁止し、パルス幅変調などによって一旦別の電位に変化した後に、再度フライングキャパシタＣFCを介して出力する電位に切り替わるタイミングで切り替える手法が一般的に用いられている。
【００３７】
図２１に例を示す。同位相でオフセットの異なる２つのキャリア信号（キャリア信号ｃａｒｒｙ１，キャリア信号ｃａｒｒｙ２）と、電圧指令とを比較して３レベルの電圧出力指令を生成するＰＷＭ制御である。これを図１９の回路に適用することを考える。電圧指令とキャリア信号ｃａｒｒｙ１，ｃａｒｒｙ２の関係により、以下のように出力電位を制御する。
電圧指令≧ｃａｒｒｙ１                      ：ＶOUT＝＋Ｅ／２
ｃａｒｒｙ１＞電圧指令≧ｃａｒｒｙ２      ：ＶOUT＝０
ｃａｒｒｙ２＞電圧指令                      ：ＶOUT＝−Ｅ／２
出力電位ＶOUT＝０の時、フライングキャパシタＣFCを利用して出力を行うことになるが、このときのスイッチングパターンは既に述べたとおり２通りある。図２１に示すように、ＰＷＭ制御を行いながら、出力電位ＶOUT＝０になるたびに、この２通りのパターンを交互に切り替える。
【００３８】
または、フライングキャパシタＣFCの電圧および出力電流の極性などを見ながら、フライングキャパシタＣFCの電圧が最適値になるように、出力電位ＶOUT＝０になるタイミングで、この２パターンを選択する。
【００３９】
このようにすることで、出力電位ＶOUT＝０を出力中、すなわちフライングキャパシタＣFCを利用した出力中に充放電パターンを切り替えることなく、フライングキャパシタＣFCの電圧を制御することができる。
【００４０】
一方、特許文献２（特に、実施形態１４〜１７）のような複数の相でフライングキャパシタを共有するマルチレベル電力変換装置でも同様の問題が発生する。図２２にフライングキャパシタ共通方式の回路例を示す。
【００４１】
図２２は、図２０における一つ目の相をＸ相，二つ目の相をＹ相とし、また電圧選択回路１，２は、３つのスイッチを用いたＴ型３レベル回路で構成している。そして、端子Ｐ2への接続を制御する電圧選択回路１，２内の第３スイッチＳX3，ＳY3はそれぞれ二つの第３スイッチＳX3A，ＳX3B，および第３ＳY3A，ＳY3Bを逆直列に接続することによって構成した逆阻止スイッチとする。また、負荷は例として誘導性負荷とする。
【００４２】
図２３に、フライングキャパシタＣFCを利用した電位出力中の、フライングキャパシタの充放電パターン切り替えの様子を示す。また、図２４に、そのときの各スイッチングデバイス、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号およびＸ相，Ｙ相の出力電位ＶOUT_X，ＶOUT_Y，Ｘ相−Ｙ相間の線間電圧ＶOUT_XYを示す。図２３において、丸で囲まれているスイッチングデバイス，スイッチはオン状態，点線のスイッチングデバイス，スイッチはオフ状態を示している。
【００４３】
初期状態ｔ0において、フライングキャパシタＣFCの充放電特性を決める（フライングキャパシタＣFCの充放電電流極性を制御する）第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4の状態（充放電パターン）は、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフの状態である。
【００４４】
また、電圧選択回路１，２は，Ｘ相は第１，第２スイッチＳX1，ＳX2がオフ，第３スイッチＳX3（ＳX3A，ＳX3B）がオン，Ｙ相はスイッチ第１，第２ＳY1，ＳY2がオフ，第３スイッチＳY3（ＳY3A，ＳY3B）がオンの状態である。これはＸ相，Ｙ相いずれも端子Ｐ2の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタＣFCを利用して電圧を出力している状態である。
【００４５】
Ｘ相の出力電流は直流側から交流側に流れており（ＩOUT_X＞０），Ｙ相の出力電流は交流側から直流側へ流れている（ＩOUT_Y＜０）とする。フライングキャパシタＣFCの充放電特性を切り替えるため、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオンからオフ，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオフからオンに切り替える場合、直流電圧源およびフライングキャパシタＣFCの短絡を防止するため、一時的に第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のすべてをオフにする（時刻ｔ1）。
【００４６】
このとき、フライングキャパシタＣFCを流れていたＸ相の出力電流ＩOUT_Xは、その先のフライングキャパシタＣFCないし直流電圧源までの経路が遮断されるために、直流電圧源の負極端Ｐ3から、第２スイッチＳX2のダイオードを介して流れる経路に転流する。従って、Ｘ相の出力電位ＶOUT_Xは０から−Ｅ／２へ変化する。
【００４７】
同様にＹ相の出力電流ＩOUT_Yは、直流電圧源の正極端Ｐ1から第１スイッチＳY1のダイオードを介して流れる電流経路に転流し、Ｙ相の出力電位ＶOUT_Yは０から＋Ｅ／２へ変化する。このとき，線間電圧ＶOUT_XYは０から−Ｅへ、２レベル分の電圧変化が発生する。
【００４８】
時刻ｔ2において、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオンすると、フライングキャパシタＣFCへの電流経路が復帰するため、Ｘ相，Ｙ相いずれも元の電流経路に戻り、Ｘ相の出力電位ＶOUT_X＝０，Ｙ相の出力電位ＶOUT_Y＝０となる。
【００４９】
このとき線間電圧ＶOUT_XYは−Ｅから０へ戻り、再度２レベル分の電圧変化が発生する。以上のように、フライングキャパシタＣFCを複数の相で共有する回路において、フライングキャパシタＣFCを利用した電圧出力中に、フライングキャパシタＣFCの充電・放電の制御のためにその充放電パターンの切り替えを行うと、一般的なフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置と同様に、意図しない出力電位の変化が発生する。
【００５０】
加えて、複数の出力相がフライングキャパシタＣFCを利用した電圧出力を行っている場合には、出力相の電流極性によっては，線間電圧に２レベルの電圧変化が発生する。
【００５１】
この意図しない電位変化を防止するため、フライングキャパシタＣFCを共有しない従来のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置での一般的な解決手法を適用することを考える。
【００５２】
すなわち、フライングキャパシタＣFCを利用した電圧出力中は充放電パターンの切り替えを行わず、フライングキャパシタＣFCを利用しない電位からフライングキャパシタＣFCを利用する電位に変化する際に，パターンの選択を行う手法を適用する事を検討する。
【００５３】
図２５は、図２２で示す２相でフライングキャパシタＣFCを共有するマルチレベル電力変換装置のＰＷＭパターンの例である。Ｘ相電圧指令，およびＹ相電圧指令と、２つのキャリア信号ｃａｒｒｙ１，ｃａｒｒｙ２とを比較し、それぞれの出力電位を決定する。その関係性は図２１の説明と同じである。
【００５４】
Ｘ相の電位がフライングキャパシタＣFCを利用しない電位（ＶOUT_X＝＋Ｅ／２または−Ｅ／２）からフライングキャパシタＣFCを利用する電位（ＶOUT_X＝０）に切り替わる際に、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のスイッチングパターン（充放電パターン）を選択・決定すると、例えば図２５のように時刻ｔ1から時刻ｔ4の期間では第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオフとし、時刻ｔ5から時刻ｔ8の期間では、第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオンすることで、充放電のパターン切り替えを行うことができる。
【００５５】
しかし、ここで問題となるのはＹ相の出力電位である。Ｘ相がフライングキャパシタＣFCを利用しない電位を出力している時刻ｔ4から時刻ｔ5の期間において、Ｙ相はフライングキャパシタＣFCを利用して出力する期間（ＶOUT_Y＝０）をとなっている。
【００５６】
時刻ｔ5の瞬間、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4からなるスイッチングパターンの切り替えを行うと、Ｙ相出力は一時的にフライングキャパシタＣFCへの電流経路が遮断され、ＶOUT_Y＝０から，＋Ｅ／２または−Ｅ／２の電位に切り替わってしまう。すなわち、Ｘ相では電位変動は発生しないが、Ｙ相では図２３で説明した電位変動が発生する。その結果、この電位変動とＸ相の電位変動によって、Ｘ−Ｙ間線間電圧に２レベル分の電圧変動が発生する可能性がある。
【００５７】
また、３相以上のシステムの場合は、他相の通常ＰＷＭ制御と、このＹ相の意図しない電位変動によっても、その他相との線間電圧に２レベルの電圧変動が発生する可能性がある。
【００５８】
したがって、従来のフライングキャパシタが各相独立に存在するフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置における２レベル変化防止対策は、フライングキャパシタを各相（各電圧選択回路）で共通化するフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置には適用できない。
【００５９】
以上示したようなことから、フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電／放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で２レベル以上の電圧変化が生じることを防止することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００６０】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、電圧選択回路制御部が、第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する第１ステップと、充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に変更する第３ステップと、を有することを特徴とする。
【００６１】
また、他の態様として、各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、電圧選択回路制御部が、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第１ステップと、充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第３ステップと、有することを特徴とする。
【００６２】
また、その一態様として、前記マルチレベル電力変換装置は、前記共通モジュールをＮ（Ｎ＝２以上の整数）個備え、Ｋ（１〜Ｎ−１までの整数）番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端と、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続し、Ｋ番目の前記共通モジュールの第４スイッチングデバイスと、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの第１スイッチングデバイスと、を接続し、Ｋ番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端とＫ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電／放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で２レベル以上の電圧変化が生じることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施形態１におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。
【図２】実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図３】実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図４】実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図５】実施形態１における制御構成を示す図。
【図６】５レベル電力変換装置の一例を示す図。
【図７】実施形態１におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。
【図８】実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図９】実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１０】実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１１】実施形態２におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。
【図１２】実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１３】実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１４】実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１５】実施形態２におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。
【図１６】実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１７】実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１８】実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。
【図１９】従来のマルチレベル電力変換装置の一例を示す図。
【図２０】従来のマルチレベル電力変換装置の他例を示す図。
【図２１】従来のＰＷＭ制御の一例を示すタイムチャート。
【図２２】フライングキャパシタ共通方式のマルチレベル電力変換装置を示す図。
【図２３】フライングキャパシタ共通方式のマルチレベル電力変換装置のスイッチングデバイス、スイッチのオンオフ状態および電流の状態を示す図。
【図２４】スイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。
【図２５】従来のＰＷＭ制御の一例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
［実施形態１］
本実施形態１は、図２２に示すマルチレベル電力変換装置を制御するものである。図２２に示すように、直流電圧源は、直列接続されたコンデンサＣDC1，ＣDC2で構成されている。コンデンサＣDC1の正極端とコンデンサＣDC2の負極端との間には、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4が順次直列接続されている。第１，第２スイッチングデバイスＳ1，Ｓ2の共通接続点と第３，第４スイッチングデバイスＳ3，Ｓ4の共通接続点との間にはフライングキャパシタＣFCが接続されている。
【００６６】
ここで、直流電圧源（コンデンサＣDC1，ＣDC2）と、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4と、フライングキャパシタＣFCと、で各相共通の共通モジュールを構成している。
【００６７】
コンデンサＣDC1の正極端と、第２，第３スイッチングデバイスＳ2，Ｓ3と、コンデンサＣDC2の負極端と、出力端子Ｘ，Ｙとの間にスイッチを有する電圧選択回路１，２が設けられる。
【００６８】
電圧選択回路１は、コンデンサＣDC1の正極端Ｐ1とコンデンサＣDC2の負極端Ｐ3との間に第１，第２スイッチＳX1，ＳX2が順次直列接続される。第２，第３スイッチングデバイスＳ2，Ｓ3の共通接続点（端子Ｐ2）と第１，第２スイッチＳX1，ＳX2の共通接続点との間に第３スイッチＳX3が接続される。第３スイッチＳX3は、スイッチＳX3AとスイッチＳX3Bが逆直列接続されて構成されている。電圧選択回路２についても同様である。
【００６９】
本実施形態１では、フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタＣFCに流れる電流極性を制御するスイッチ群の切り替えを行う必要があるとき以下の手順でその切り替え動作を行う。
（１）フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相の電位を、その電位と１レベル差のフライングキャパシタＣFCを利用しない電位に同時に変更する。このとき、電位変更するすべての相において、電位を変更する極性を同じとする。
（２）フライングキャパシタＣFCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。
（３）各相の電位を元の電位に戻す。
【００７０】
電位の切り替えは、ＰＷＭ制御などによる通常の電位変更と同じ手順で行う。例えば、スイッチの短絡を防止するためのデッドタイムの挿入などは通常通り行う。
【００７１】
また、出力線間電圧の変動が２レベル変化しないように、また、各スイッチングデバイス，スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作が確実に完了し、短絡などを発生させないように、各動作にはそれぞれ適切な待機時間を設定する。
【００７２】
逆に、上記２レベル変化や短絡が発生しないところでは、待機時間が不要である。これら待機時間は、回路の使用や回路構成・回路部品などから事前に設定でき、上記制御中にそれらの設定を逐次見直したりする必要はない。
【００７３】
制御の簡単化のため、フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在しない場合においても、上記手順（１）〜（３）を適用してよい。ただし、適用しない場合に対して、切り替えに要する時間がわずかに増加する可能性がある。
【００７４】
特許文献２の実施形態１４〜１７（例として図１０）にみられるような複数のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタＣFCをもつ多レベル回路の構成においては、以下のように制御する。複数のフライングキャパシタＣFCの充電・放電パターンを同時に切り替える場合、上記手順（１）〜（３）に従って、その充放電パターンを切り替える対象となるフライングキャパシタＣFCを利用しているすべての出力相の電位を一時的にフライングキャパシタＣFCを利用しない電位に変更する。その上で充放電パターンの切り替えを行って、その後元のフライングキャパシタＣFCを利用する電位に戻す動作を実行する。このとき、フライングキャパシタＣFCが一つの場合と同様に、一時的に変化させる電位極性を同じ極性とする。
【００７５】
本実施形態１の制御手順を、図２２の回路に適用したときの動作及びその作用について説明する。
【００７６】
図１は制御手順を適用したスイッチングパターン（各スイッチングデバイス，各スイッチのオンオフ信号）及びそのときのＸ相，Ｙ相の出力電位ＶOUT_X，ＶOUT_YおよびＸ−Ｙ線間電圧ＶOUT_XYを示している。また、図２〜図４は各制御ステップにおけるスイッチングデバイス，スイッチのオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。
【００７７】
初期状態ｔ0は図２４と同じく、フライングキャパシタＣFCの充放電特性を決める（フライングキャパシタＣFCの充放電電流極性を制御する）第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4の状態（充放電パターン）は、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフの状態である。また、電圧選択回路１，２は、Ｘ相は第１，第２スイッチＳX1，ＳX2がオフ，第３スイッチＳX3（ＳX3A，ＳX3B）がオン，Ｙ相は第１，第２スイッチＳY1，ＳY2がオフ，第３スイッチＳY3（ＳY3A，ＳY3B）がオンの状態である。
【００７８】
これはＸ相，Ｙ相いずれも端子Ｐ2の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタＣFCを利用して電圧を出力している状態である。Ｘ相の出力電流は直流側から交流側に流れており（ＩOUT_X＞０），Ｙ相の出力電流は交流側から直流側へ流れている（ＩOUT_Y＜０）とする。
【００７９】
この状態から手順（１）を開始する。すなわち，Ｘ相，Ｙ相の出力電位ＶOUT_X，ＶOUT_Yをフライングキャパシタを利用する電位から利用しない電位に変更する。Ｘ相，Ｙ相の出力電位はＶOUT_X＝ＶOUT_Y＝０であるので，１レベル差のフライングキャパシタＣFCを利用しない電位は、＋Ｅ／２または−Ｅ／２となる。どちらか一方の電圧を選択すれば良く、この例では＋Ｅ／２を選択している。
【００８０】
まず、時刻ｔAにおいて、各相の端子Ｐ2側の第３スイッチＳX3A，ＳY3Aをオフする。これによりＹ相のフライングキャパシタＣFCへの電流経路が遮断され、第１スイッチＳY1の逆並列ダイオードに転流するため、Ｙ相の出力電圧ＶOUT_Y＝＋Ｅ／２となる。
【００８１】
次に、時刻ｔBにおいて、第１スイッチＳX1，ＳY1をオンする。これにより、直流電圧源の正極端とＸ相出力間の電流経路が解放され、電流がそちらへ転流する。そのため、Ｘ相の出力電位ＶOUT_X＝＋Ｅ／２となる。
【００８２】
その後、時刻ｔCにおいて、各相の出力端子側の第３スイッチＳX3B，ＳY3Bをオフし、第３スイッチＳX3，SY3が完全に遮断され、電位の変化（及び転流）が完了する。このときの線間電圧は、初期状態ｔ0でＶOUT_XY＝０から、時刻ｔAにおいて−Ｅ／２，時刻ｔBにおいて再び０にもどるように変化する。線間電圧ＶOUT_XYの変化は１レベルずつであり、また２レベルの電位変化は防止される。
【００８３】
時刻ｔAから時刻ｔBおよび時刻ｔBから時刻ｔCへの時間間隔は、通常の電位変化と同じく、インバータの直流電圧源の短絡を防止するデッドタイム相当でよい。
【００８４】
次に、手順（２）を開始する。時刻ｔDにおいて、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオフし、フライングキャパシタＣFCを遮断する。次に、時刻ｔEにおいて第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオンし、充放電パターンの切り替えを完了する。
【００８５】
時刻ｔCから時刻ｔDの間隔は、時刻ｔCにおいて電流がフライングキャパシタＣFCを利用する経路（電位）から利用しない経路（電位）に切り替わる場合に想定される転流完了時間とするのが望ましい。
【００８６】
また、時刻ｔDから時刻ｔEの間隔は、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のスイッチ動作が確実に終了する時間だけ確保するのが望ましい。このフライングキャパシタＣFCの充放電パターンの切り替え動作中において、相の電位および線間の電圧変化は発生しない。そのため、従来発生していた２レベルの電位変化も発生しない。
【００８７】
最後に、手順（３）を開始する。手順（１）とは逆に、時刻ｔFで各相の出力端子側の第３スイッチＳX3B，ＳY3Bをオンし、時刻ｔGで第１スイッチＳX1，ＳY1をオフ、時刻ｔHで各相の端子Ｐ2側の第３スイッチＳX3A，ＳX3Bをオンする。このとき、相電位の変化および線間電圧の変化には、手順（１）と同じ電圧で時系列的に逆の波形となる。従って、Ｘ−Ｙ相間の線間電圧ＶOUT_XYの２レベル変化は発生しない。
【００８８】
図５は、図２２の回路構成において、本実施形態１を実現する制御構成（各スイッチングデバイス，各スイッチをオンオフさせるゲート信号を生成する構成）である。この制御構成は、充放電制御部３（第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のゲート信号の生成部）と、電圧選択回路制御部４（第１〜第３スイッチＳX1、ＳX2、ＳX3、ＳY1、ＳY2、ＳY3のゲート信号の生成部）とからなる。
【００８９】
さらに、電圧選択回路制御部４は、電圧指令／キャリア信号比較部５と、ゲート信号補正部６と、を有する。
【００９０】
電圧指令／キャリア信号比較部５では、表１，表２に従って補正前のゲート信号を生成して、ゲート信号補正部６へ出力する。
【００９１】
【表１】
2018148595.tif 000003
【００９２】
【表２】
2018148595.tif 000004
【００９３】
ゲート信号補正部６では、後述の充放電切換タイミング信号をトリガとして、入力された補正前のゲート信号に対して、図１の時刻ｔA~時刻ｔHの期間の各スイッチのゲート信号の補正を行い、各スイッチに補正後のゲート信号を出力する。
【００９４】
また、電圧指令／キャリア信号比較部５は、各電圧指令とキャリア信号ｃａｒｒｙ１，ｃａｒｒｙ２に基づいて、充放電切換タイミング信号を充放電制御部３，ゲート信号補正部６に送信する。この信号は、図２５では、キャリア信号ｃａｒｒｙ１とＸ相電圧指令の差分が負から正へと切り替わる時刻ｔ1、時刻ｔ5のタイミングで送信される。
【００９５】
この信号を受信した充放電制御部３は、所定の遅延時間（図１では、時刻ｔA〜時刻ｔD、ｔEの期間に相当する）を設けて、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のゲート信号を切り替えて、各スイッチングデバイスに出力する。
【００９６】
図１では、時刻ｔDのタイミングで第１，第３スイッチングデバイスＳ1、Ｓ3をオン→オフに切り換える。また、時刻ｔEでのタイミングで第２，第４スイッチングデバイスＳ2、Ｓ4をオフ→オンに切り換える。
【００９７】
従来技術では、電圧選択回路制御部４にゲート信号補正部６はなかった。電圧選択回路制御部４にゲート信号補正部６を設けたことが、本実施形態１の特徴である。
【００９８】
以上のように、フライングキャパシタＣFCを利用する電圧を、一時的にフライングキャパシタＣFCを利用しない電位に意図的に変更し、その後にフライングキャパシタＣFCの充放電パターンを切り替えることで、パターン切り替え中に出力電流の極性に伴った意図しない電位変動を防止することができる。
【００９９】
その結果、意図しない電位変動によって発生する線間電圧の２レベルの同時変化を防止できる。一時的に変動させる電位の極性を、関係する相全てで同じとすることにより、その電位変動によって発生する可能性のある線間電圧の２レベル変化を防止することができる。
【０１００】
例では出力相数が２相であるが、３相以上の場合においても、同様の制御により同様の効果が得られる。また、例では電圧選択回路１，２にＴ型の３レベル回路を適用しているが、スイッチとダイオードで構成されるＮＰＣ型など、別の回路構成においても同様の効果が得られる。
【０１０１】
複数のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタをもつ多レベル回路を構成した場合における動作および作用を例を用いて説明する。
【０１０２】
このマルチレベル電力変換装置は、前記共通モジュールをＮ（Ｎ＝２以上の整数：最上段の共通モジュールを１，最下段の共通モジュールをＮとする）個備える。Ｋ（１〜Ｎ−１までの整数）番目共通モジュールの直流電圧源の負極端と、Ｋ＋１番目の共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続する。また、Ｋ番目の共通モジュールの第４スイッチングデバイスと、Ｋ＋１番目の共通モジュールの第１スイッチングデバイスと、を接続する。Ｋ番目の共通モジュールの直流電圧源の負極端とＫ＋１番目の共通モジュールの直流電圧源の正極端との電圧選択回路の接続を共通とする。
【０１０３】
代表的な回路として図６に、特許文献２の実施形態１５を示す。フライングキャパシタと４つのスイッチングデバイスで構成された３レベルマルチレベル電力変換装置を２つを直列に接続し、５レベルの直流電圧源を構成している。
【０１０４】
具体的には、直流電圧源はコンデンサＣDC1，ＣDC2で構成されている。（ＣDC1はＫ番目の共通モジュールのコンデンサに，ＣDC2はＫ＋１番目の共通モジュールのコンデンサに相当する。）コンデンサＣDC1の正極端と負極端との間には第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4が直列接続されている。第１，第２スイッチングデバイスＳ1，Ｓ2の共通接続点と第３，第４スイッチングデバイスＳ3，Ｓ4の共通接続点との間には第１フライングキャパシタＣFC1が接続されている。
【０１０５】
また、コンデンサＣDC2の正極端と負極端との間には第５〜第８スイッチングデバイスＳ5〜Ｓ8が直列接続されている。第５，第６スイッチングデバイスＳ5，Ｓ6の共通接続点と第７，第８スイッチングデバイスＳ7，Ｓ8の共通接続点との間には第２フライングキャパシタＣFC2が接続されている。
【０１０６】
前記コンデンサＣDC1，ＣDC2，第１〜第８スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ8，フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2により、各相共通の共通モジュールを構成している。
【０１０７】
前記コンデンサＣDC1の正極端、第２，第３スイッチングデバイスＳ2，Ｓ3の共通接続点、コンデンサＣDC1，ＣDC2の共通接続点、第６，第７スイッチングデバイスＳ6，Ｓ7の共通接続点、コンデンサＣDC2の負極端と出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとの間には各相毎に電圧選択回路が設けられる。以下、Ｕ相を代表して電圧選択回路について説明する。
【０１０８】
コンデンサＣDC1の正極端と第２，第３スイッチングデバイスＳ2，Ｓ3の共通接続点との間には第１，第２スイッチＳU1，ＳU2が順次直列接続される。第６，第７スイッチングデバイスＳ6，Ｓ7の共通接続点とコンデンサＣDC2の負極端との間には第９，第１０スイッチングデバイスＳU9，ＳU10が順次直列接続される。
【０１０９】
第１，第２スイッチＳU1，ＳU2の共通接続点と第９，第１０スイッチＳU9，ＳU10の共通接続点との間には第３〜第８スイッチＳU3〜ＳU8が順次直列接続される。第３，第４スイッチＳU3，ＳU4の共通接続点と、第７，第８スイッチＳU7，ＳU8の共通接続点との間には第１〜第４ダイオードＤU1〜ＤU4が順次直列接続される。
【０１１０】
第４，第５スイッチングデバイスＳ4，Ｓ5の共通接続点（すなわち、コンデンサＣDC1、ＣDC2の共通接続点）と第２，第３ダイオードＤU2，ＤU3の共通接続点が接続される。また、第５，第６スイッチＳU5，ＳU6の共通接続点が出力端子Ｕとなる。Ｖ相，Ｗ相の電圧選択回路も同様に構成される。このように、５レベルの直流電圧源に電圧選択回路を３つ並列接続することにより、３相の電圧出力を実現している。
【０１１１】
図７は制御ロジックを適用した第１〜第８スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ8のオン／オフ状態の遷移例，及びそのときのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の出力電位ＶOUT_U，ＶOUT_V，ＶOUT_WおよびＵ−Ｖ間，Ｖ−Ｗ間，Ｗ−Ｕ間の線間電圧ＶOUT_UV，ＶOUT_VW，ＶOUT_WUを示している。ただし、各相の電圧選択回路のスイッチの状態については省略している。
【０１１２】
また、図８〜図１０は各制御ステップにおける第１〜第８スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ8，第１〜第１０スイッチＳU1〜ＳU10，ＳV1〜ＳV10，ＳW1〜ＳW10のオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。
【０１１３】
初期状態ｔ0における各相の出力電位は次の通りである。
ＶOUT_U＝＋Ｅ／４
ＶOUT_V＝＋Ｅ／４
ＶOUT_W＝−Ｅ／４
Ｕ相，Ｖ相は第１フライングキャパシタＣFC1，Ｗ相は第２フライングキャパシタＣFC2を利用した電位を出力している。また、各相の出力電流の極性は、直流電圧源側から交流端子に向かう方向を正とすると以下の通りである。
【０１１４】
ＩOUT_U＞０
ＩOUT_V＜０
ＩOUT_W＞０
第１フライングキャパシタＣFC1の電流極性を制御する第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4は、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフの状態である。また、第２フライングキャパシタＣFC2の電流極性を制御する第５〜第８スイッチングデバイスＳ5〜Ｓ8は、第６，第８スイッチングデバイスＳ6，Ｓ8がオン，第５，第７スイッチングデバイスＳ5，Ｓ7がオフの状態である。
【０１１５】
この初期状態ｔ0から、第１フライングキャパシタＣFC1の電流極性を制御するスイッチングデバイス，第２フライングキャパシタＣFC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス両方のスイッチングパターンを切り替える場合の手順を以下に説明する。
【０１１６】
まず、手順（１）（時刻ｔ0→時刻ｔA→時刻ｔB）を開始する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相は、それぞれ第１フライングキャパシタＣFC1または第２フライングキャパシタＣFC2を利用した電位を出力しているため、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2を利用しない電位に変更する。
【０１１７】
Ｕ相およびＶ相は、＋Ｅ／４を出力しているため、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2を利用しない電位で、かつ、１レベル分の変動で変更できる電位は、＋Ｅ／２もしくは０となる。この例では＋Ｅ／２を選択している。
【０１１８】
Ｕ相とＶ相が異なる電位（例えばＵ相が＋Ｅ／２，Ｖ相が０）に変動しないことで、この二つの線間電圧ＶOUT_UVにおいて、２レベルの電圧変化の発生を防止できる。
【０１１９】
Ｗ相は−Ｅ／４を出力しているため、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2を利用しない電位で、かつ、１レベル分の変動で変更できる電位は、０もしくは−Ｅ／２となる。Ｗ相の利用している第２フライングキャパシタＣFC2は、Ｕ相，Ｖ相の利用している第１フライングキャパシタＣFC1とは異なるが、Ｕ相，Ｖ相とＷ相の線間電圧において２レベルの電圧変化を防止するため、Ｗ相の出力電位ＶOUT_Wは、Ｕ相，Ｖ相の電位変化の極性（正方向）と同じである０としている。
【０１２０】
結果として、図８に示すように、手順（１）（初期状態ｔ0から時刻ｔBまでの期間）において、線間電圧の２レベルの変化を防止できる。以上の解説を元に、第１〜第１０スイッチの切り替え手順を説明する。
【０１２１】
時刻ｔAにおいて第２，第８スイッチＳU2，ＳV2，ＳW8をオフする。これによりＶ相電位ＶOUT_Vが＋Ｅ／４から＋Ｅ／２に変わる。次に、時刻ｔBにおいて、第１，第４，第５スイッチＳU1，ＳV1，ＳW4，ＳW5をオンする。これによりＵ相電位ＶOUT_Uが＋Ｅ／４から＋Ｅ／２に、Ｗ相電位ＶOUT_Wが−Ｅ／４から０に変わる。
【０１２２】
この相電位の変動では、２相以上が同時に電位変動することがあるが、電位の変動極性が同じなため、たとえ電位変動のタイミングに遅延やバラツキが発生したとしても、線間電圧に２レベルの電圧変化は発生しない。
【０１２３】
また、これらは、通常の電位切り替えと同じ手順である。従って、各時間間隔は、通常の電位切り替え（インバータの直流電圧源短絡を防止するデッドタイム）と同じで良い。
【０１２４】
次に、手順（２）を開始する。時刻ｔCにおいて第１，第３，第６，第８スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3，Ｓ6，Ｓ8をオフする。次に、時刻ｔDにおいて、第２，第４，第５，第７スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4，Ｓ5，Ｓ7をオンする。
【０１２５】
手順（１）において、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2それぞれに流れる電流は遮断されているため、当然ながらこれらスイッチの変化が、各相電圧に影響を与えることはない。そのため、この動作によって、線間電圧の２レベル変化を防止できる。
【０１２６】
時刻ｔBから時刻ｔCまでの間隔は、時刻ｔBによる電位の変動及び電流の転流が完了する時間以上とするのが望ましい（例えばデッドタイム相当）。時刻ｔCから時刻ｔDまでの間隔は、電流が遮断されているため、確実にスイッチングデバイスの切り替えが終了する時間相当とすれば良い。
【０１２７】
最後に、手順（３）を開始する。手順（１）と逆の操作により、各相の電位を、元の電位に復帰させる。時刻ｔEにおいて、第１，第４，第５スイッチＳU1，ＳV1，ＳW4，ＳW5をオフする。次に、時刻ｔFにおいて、第２，第８スイッチＳU2，ＳV2，ＳW8をオンする。
【０１２８】
時刻ｔDから時刻ｔEの時間間隔は、時刻ｔCから時刻ｔDまでと同様である。時刻ｔEから時刻ｔFの時間間隔は、通常の切り替え動作（デッドタイム）と同じでよい。
【０１２９】
上記では、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2の両方の充放電パターンを切り替えているが、片方のみ切り替える場合は、その第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2に関係する出力相のみ電位を変動させれば良い。これはフライングキャパシタが３つ以上の場合でも同じである。
【０１３０】
第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス群のパターン切り替え時に、事前、かつ、一時的に関係する相の電位を別の電位に変更し、また、その変更する電位の極性が一致するように制御する。その一時的な電位変更操作および、フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え操作によって発生する線間電圧の２レベルの電圧変動を防止できる。そのため、出力に接続される負荷（機器など）に対する電圧変化によるダメージ（絶縁破壊）を低減できる。
【０１３１】
さらに、機器の絶縁に対する設計条件を緩和できることで低コスト化，小型化などが可能となる。
【０１３２】
また、ダメージを抑制するために、インバータと負荷との間に挿入する出力フィルタなどの追加の機器の小型化・低コスト化や削減ができる。また、電圧変動によるノイズが低減し、ノイズ対策に伴う機器の追加などのコストやサイズの増大化を抑制できる。
【０１３３】
［実施形態２］
本実施形態２は、フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタＣFCに流れる電流極性を逆転させる必要があるとき、以下の手順でスイッチングデバイス、スイッチの切り替え動作を行う。
（１）フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相が複数存在するとき、それら各相のフライングキャパシタＣFCへの電流経路を制御するスイッチを、相ごとに所定の時間以上の間隔をもって、かつ任意の相順でオフする。
（２）フライングキャパシタＣFCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。
（３）（１）で遮断したフライングキャパシタＣFCへの電流経路を制御するスイッチを、相ごとに所定の時間以上の間隔をもって、かつ、任意の相順でオンする。
【０１３４】
手順（１）で示した相毎にフライングキャパシタＣFCへの電流経路を制御するスイッチをオフする際の時間間隔は、それら操作による電位変動に伴って、出力線間電圧が負荷に悪い影響を与えない範囲で短くするのが望ましい。
【０１３５】
オフした相の電位変化が完了する前に、次の相をオフしないように、すなわち、複数相の間で電位の変動状態が重なってしまわないように、各相の電位変動幅や電位の時間に対する変化量、および、それらと主回路の構成要素・成分などによって発生する影響（サージ電圧や振動的な電位変動）などを考慮して、時間間隔を決定する。
【０１３６】
フライングキャパシタＣFCへの電流経路を制御するスイッチを相毎にオフする際の順番は、どのように選んでもよい。また、手順（３）でオンする際も同様である。手順（１）と手順（３）でその順番が異なっていても、一致していても、対称性をもって（１）と（３）で逆順となるようにしてもよい。
【０１３７】
制御の簡単化のため、フライングキャパシタＣFCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在しない場合においても、上記手順（１）〜（３）を適用してよい。ただし、適用しない場合に対して、切り替えに要する時間がわずかに増加する可能性がある。
【０１３８】
本実施形態２における制御手順を、図２２の回路に適用したときの動作及びその作用について、例として説明する。
【０１３９】
図１１は制御手順を適用したスイッチングパターン（第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4，各スイッチＳX1〜ＳX3，ＳY1〜ＳY3のオンオフ信号）及びそのときのＸ相，Ｙ相の出力電位ＶOUT_X，ＶOUT_YおよびＸ−Ｙ線間電圧ＶOUT_XYを示している。また、図１２〜図１４は各制御ステップにおける各スイッチングデバイス，スイッチのオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。
【０１４０】
初期状態ｔ0は図２４と同じく、フライングキャパシタＣFCの充放電特性を決める（フライングキャパシタＣFCの充放電電流極性を制御する）第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4の状態（充放電パターン）は、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフの状態である。
【０１４１】
また、電圧選択回路１，２は、Ｘ相は第１，第２スイッチＳX1，ＳX2がオフ，第３スイッチＳX3（ＳX3A，ＳX3B）がオン，Ｙ相は第１，第２スイッチＳY1，ＳY2がオフ，第３スイッチＳY3（ＳY3A，ＳY3B）がオンの状態である。これはＸ相，Ｙ相いずれも端子Ｐ２の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタＣFCを利用して電圧を出力している状態である。
【０１４２】
Ｘ相の出力電流は直流側から交流側に流れており（ＩOUT_X＞０），Ｙ相の出力電流は交流側から直流側へ流れている（ＩOUT_Y＜０）とする。
【０１４３】
この状態から手順（１）を開始する。すなわち、Ｘ相，Ｙ相のフライングキャパシタＣFCにつながる第３スイッチＳX3，ＳY3を順にオフする。まず、時刻ｔAにおいて第３スイッチＳX3（ＳX3A，ＳX3B）をオフする。これによりＸ相のフライングキャパシタＣFCへの電流経路が遮断され、第２スイッチＳX2の逆並列ダイオードに転流するため、Ｘ相の出力電位ＶOUT_X＝−Ｅ／２となる。
【０１４４】
次に、時刻ｔBにおいて、第３スイッチＳY3（ＳY3A，ＳY3B）をオフする。これによりＹ相のフライングキャパシタＣFCへの電流経路が遮断され、電流が第１スイッチＳY1の逆並列ダイオードに転流するため、Ｙ相の出力電圧ＶOUT_Y＝＋Ｅ／２となる。
【０１４５】
このときの線間電圧ＶOUT_XYは、初期状態ｔ0でＶOUT_XY＝０から、時刻ｔAにおいて−Ｅ／２，時刻ｔBにおいて−Ｅへと変化する。電位の変化は１レベルずつであり、２レベルの電位変化は防止される。
【０１４６】
時刻ｔAから時刻ｔBへの時間間隔は、操作による電位変動に伴って、線間電圧ＶOUT_XYが負荷に悪い影響を与えない範囲で短くする。時刻ｔAでＸ相のフライングキャパシタＣFCへの電流遮断を行うことで、Ｘ相の出力端子の電位が０から−Ｅ／２へと変動を開始するが、それには一定の時間がかかる。過渡的に電位変動中に、時刻ｔBによるＹ相の遮断動作を開始してしまうと、Ｘ―Ｙ相の線間電圧ＶOUT_XYにとってはＸ相，Ｙ相の電位変動の影響が重なり、実質的に２レベルの同時変化と同様の電圧変動が発生する。
【０１４７】
例えば、電圧変動の時間当たりの変化量は２レベル同時変動時と同じとなり、サージ電圧の増大など負荷に対する悪影響がある。また、Ｘ相のその変動にともなって、出力端子から負荷端子の間のインピーダンスなどによって、振動的な電位変動が発生・持続することがあるが、それが充分完了する前にＹ相の遮断動作を開始すると、この場合もそれぞれの影響が重なってしまう可能性がある。
【０１４８】
従って、そのような影響を考慮した上で、可能な範囲で短い時間間隔にするのが望ましい。以上の操作により、フライングキャパシタＣFCに流れていた出力電流が遮断され、フライングキャパシタＣFCの電流極性を制御するスイッチ群の操作が、出力の相電位に影響を与えない状態が得られる。また、上記の操作中において、Ｘ−Ｙ間の線間電圧ＶOUT_XYにおける２レベルの電位変動の発生を防止できる。
【０１４９】
次に、手順（２）を開始する。時刻ｔCにおいて、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3をオフする。次に、時刻ｔDにおいて第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4をオンすることで、直流電圧源に接続されるフライングキャパシタＣFCの極性が反転し、充放電パターンの切り替えが完了する。
【０１５０】
時刻ｔBから時刻ｔCの間隔は、時刻ｔCにおいて電流がフライングキャパシタＣFCを利用する経路（電位）から利用しない経路（電位）に切り替わる場合に想定される転流完了時間とするのが望ましい。また、時刻ｔCから時刻ｔDの間隔は、第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4のスイッチ動作が確実に終了する時間だけ確保するのが望ましい。
【０１５１】
このフライングキャパシタＣFCの充放電パターンの切り替え動作中において、相の電位および線間の電圧変化は発生しない。そのため、従来発生していた２レベルの電位変化も発生しない。
【０１５２】
最後に、手順（３）を開始する。手順（１）とは逆に、時刻ｔEで第３スイッチＳX3をオンし、時刻ｔFで第３スイッチＳY3をオンする。このとき、相電位の変化および線間電圧の変化には、手順（１）と同じ電圧で時系列的に逆の波形となる。従って、線間電圧の２レベル変化は発生しない。各切り替え時間間隔は、これまでと同様でよい。
【０１５３】
以上のように、フライングキャパシタＣFCへの電流経路を相毎に一定の時間間隔をもって一時的に遮断し、その後にフライングキャパシタＣFCの充放電パターンを切り替えることで、その切り替え操作中に発生する線間電圧の２レベルの同時変化を防止できる。
【０１５４】
また、一時的にフライングキャパシタＣFCへの電流経路を遮断及び復帰（再導通）させる操作において、複数相間で一定の時間間隔を持って行うことで、その電位変動によって発生する可能性のあるＸ−Ｙ間の線間電圧ＶOUT_XYの２レベル変化を防止することができる。
【０１５５】
例では、出力相数が２相であるが、３相以上の場合においても、同様の制御により同様の効果が得られる。ただし、相数の増加に伴い、フライングキャパシタＣFCへの電流経路の遮断・復帰操作の手順数が増加し、充放電切り替え操作の総時間が増加する。また、例では電圧選択回路１，２にＴ型の３レベル回路を適用しているが、スイッチとダイオードで構成されるＮＰＣ型など、別の回路構成においても同様の効果が得られる。
【０１５６】
複数のフライングキャパシタ式マルチレベル回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタを有する多レベル回路を構成した場合における動作および作用を，例を用いて説明する。
【０１５７】
ここでは、実施形態１と同様に図６を用いて説明する。
【０１５８】
図１５は制御ロジックを適用した第１〜第８スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ8のオン／オフ状態の遷移例，及びそのときのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の出力電位ＶOUT_U，ＶOUT_V，ＶOUT_WおよびＵ−Ｖ間，Ｖ−Ｗ間，Ｗ−Ｕ間の線間電圧ＶOUT_UV，ＶOUT_VW，ＶOUT_WUを示している。ただし、各相の電圧選択回路のスイッチの状態については省略している。
【０１５９】
また、図１６〜図１８は各制御ステップにおける第１〜第８スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ8，第１〜第１０スイッチＳU1〜ＳU10，ＳV1〜ＳV10，ＳW1〜ＳW10のオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。初期状態ｔ0における各相の出力電位は次の通りである。
ＶOUT_U＝＋Ｅ／４
ＶOUT_V＝＋Ｅ／４
ＶOUT_W＝−Ｅ／４
Ｕ相，Ｖ相は第１フライングキャパシタＣFC1，Ｗ相は第２フライングキャパシタＣFC2を利用した電位を出力している。
【０１６０】
また、各相の出力電流の極性は、直流電圧源側から交流端子に向かう方向を正とすると以下の通りである。
ＩOUT_U＞０
ＩOUT_V＜０
ＩOUT_W＞０
第１フライングキャパシタＣFC1の電流極性を制御する第１〜第４スイッチングデバイスＳ1〜Ｓ4は、第１，第３スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4がオフの状態である。また、第２フライングキャパシタＣFC2の電流極性を制御する第５〜第８スイッチングデバイスＳ5〜Ｓ8は、第６，第８スイッチングデバイスＳ6，Ｓ8がオン，第５，第７スイッチングデバイスＳ5，Ｓ7がオフの状態である。
【０１６１】
この初期状態ｔ0から、第１フライングキャパシタＣFC1の電流極性を制御するスイッチングデバイス，第２フライングキャパシタＣFC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス両方のスイッチングパターンを切り替える場合の手順を以下に説明する。
【０１６２】
まず、手順（１）（時刻ｔ0→時刻ｔA→時刻ｔB→時刻ｔC）を開始する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2への電流経路となるスイッチを、特定の時間間隔をもってオフすることで、線間電圧における２レベルの電圧変化を防止する。
【０１６３】
時刻ｔAにおいて、第２，第３スイッチＳU2，ＳU3をオフする。これにより、第１フライングキャパシタＣFC1を流れる電流経路が遮断され、第１，第２ダイオードＤU2，ＤU1，第４，第５スイッチＳU4，ＳU5を通る経路に転流するため、Ｕ相電位ＶOUT_Uは＋Ｅ／４から０へと変化する。
【０１６４】
次に、時刻ｔBにおいて、第２，第３スイッチＳV2，ＳV3をオフする。これにより第１フライングキャパシタＣFC1を流れる電流経路が遮断され、第１，第３，第４，第５スイッチＳV1，ＳV3，ＳV4，ＳV5の逆並列ダイオードを通る経路に転流するため、Ｖ相電位ＶOUT_Vは＋Ｅ／４から＋Ｅ／２へと変化する。
【０１６５】
さらに、時刻ｔCにおいて、第８，第９スイッチＳW8，ＳW9をオフする。これにより第２フライングキャパシタＣFC2を流れる電流経路が遮断され、第１０，第８，第７，第６スイッチＳW10，ＳW8，ＳW7，ＳW6の逆並列ダイオードを通る経路に転流するため、Ｗ相電位ＶOUT_Wは−Ｅ／４から−Ｅ／２へと変化する。
【０１６６】
これら相電位の変動は、２相以上が同時に電位変動することはない。従って、線間電圧ＶOUT_UV，ＶOUT_VW，ＶOUT_WUに同時の２レベルの電圧変化は発生しない。加えて、各相のオフするタイミングを、各相の電位変動とそれによる電位の振動などの現象を考慮した時間だけずらすことによって、線間電圧ＶOUT_UV，ＶOUT_VW，ＶOUT_WUに２レベルの電圧変化は発生しない。
【０１６７】
例ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順序としたが、どのような順序にしても上記の効果は得られるため，順序は任意で良い。
【０１６８】
次に、手順（２）を開始する。時刻ｔDにおいて第１，第３，第６，第８スイッチングデバイスＳ1，Ｓ3，Ｓ6，Ｓ8を遮断する。次に、時刻ｔEにおいて、第２，第４，第５，第７スイッチングデバイスＳ2，Ｓ4，Ｓ5，Ｓ7をオンする。
【０１６９】
手順（１）において、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2それぞれに流れる電流は遮断されているため、当然ながらこれらスイッチングデバイスの変化が、各相電圧に影響を与えることはない。そのため、この動作によって、線間電圧ＶOUT_UV，ＶOUT_VW，ＶOUT_WUの２レベル変化を防止できる。
【０１７０】
時刻ｔCから時刻ｔDまでの間隔は、時刻ｔCによる電位の変動及び電流の転流が完了する時間以上とするのが望ましい（例えばデッドタイム相当）。時刻ｔDから時刻ｔEまでの間隔は、電流が遮断されているため、確実にスイッチの切り替えが終了する時間相当とすれば良い。
【０１７１】
最後に、手順（３）を開始する。手順（１）で遮断した第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2への電流経路を再度復帰させ、各相電位を元の大きさに復帰させる。時刻ｔFにおいて、第１，第２スイッチＳU2，ＳU3をオンする。次に、時刻ｔGにおいて、第２，第３スイッチＳV2，ＳV3をオンする。最後に、時刻ｔHにおいて第８，第９スイッチＳW8，ＳW9をオンする。
【０１７２】
時刻ｔEから時刻ｔFの時間間隔は、時刻ｔDから時刻ｔEまでと同様である。時刻ｔFから時刻ｔG，時刻ｔGから時刻ｔHの時間間隔は、時刻ｔAから時刻ｔB，時刻ｔBから時刻ｔCの時と同様に、各相の電位変動の影響が重ならない程度の時間間隔とするのが望ましい。
【０１７３】
上記では、第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2の両方の充放電パターンを切り替えているが、片方のみ切り替える場合は、その第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2に関係する出力相のみ第１，第２フライングキャパシタＣFC1，ＣFC2への電流経路となるスイッチをオン・オフ制御すれば良い。これはフライングキャパシタが３つ以上の場合でも同じである。
【０１７４】
以上のように、フライングキャパシタが複数ある場合においても、同様の手法で線間電圧の２レベルの電圧変動を防止できる。
【０１７５】
フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え時に、事前、かつ一時的に関係する相のフライングキャパシタへの電流経路を遮断する。また、その電流経路の遮断、および再導通を行う各相のタイミングをずらすことによって、その一時的なフライングキャパシタへの電流経路遮断操作および、フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え操作によって発生する線間電圧の２レベルの電圧変動を防止できる。そのため、出力に接続される負荷（機器など）に対する電圧変化によるダメージ（絶縁破壊）を低減できる。
【０１７６】
さらに、機器の絶縁に対する設計条件を緩和できることで低コスト化，小型化などが可能となる。また、ダメージを抑制するために、インバータと負荷との間に挿入する出力フィルタなどの追加の機器の小型化・低コスト化や削減ができる。また、電圧変動によるノイズが低減し、ノイズ対策に伴う機器の追加などのコストやサイズの増大化を抑制できる。
【０１７７】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【０１７８】
１，２…電圧選択回路
３…充放電制御部
４…電圧選択回路制御部
５…電圧指令／キャリア信号比較部
６…ゲート信号補正部
【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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