(57)【要約】【課題】マルチレベル電力変換回路において、フローティングキャパシタの数を抑制しつつ、出力相電圧レベル数を増加させる。【解決手段】２ｋ個の分圧コンデンサＣ１〜Ｃ２ｋを直列接続する。分圧コンデンサＣ１〜Ｃ２ｋにｋ個の単位変換器２１〜２ｋを接続する。第ｋ単位変換器２ｋの第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスＳ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２の共通接続点と、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４の共通接続点と、第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスＳ６ｋ−１，Ｓ６ｋの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタＦＣの電圧を加算，減算して出力する補助回路を接続する。【選択図】図１
2018182841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順次直列接続された２ｋ（ｋ＝２以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
第２ｎ−１（ｎ＝２〜ｋの整数）分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ単位変換器と、
第ｋ単位変換器の第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点と、第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する補助回路と、
を備え、
第ｋ単位変換器の前記第６ｋ−５，６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点と、第ｋ−１単位変換器の第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点と、を接続、または、前記第１単位変換器の前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と、第２〜第ｋ単位変換器の第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスの共通接続点を接続したことを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項２】
順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、
第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｋ−９，第６ｋ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスと、第６ｋ−７，第６ｋ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｋ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスと、を有する第ｋ単位変換器と、
前記第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する補助回路と、
を備え、
第ｋ−１単位変換器の前記第６（ｋ−１）−５，６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点と、第ｋ−２単位変換器の第６（ｋ−２）−５，第６（ｋ−２）−４スイッチングデバイスの共通接続点と、を接続、または、前記第１単位変換器の前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と、第２〜第（ｋ−１）単位変換器の第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスの共通接続点を接続したことを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項３】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点と第４分圧コンデンサの負極端との間に接続された第１１，第１２スイッチングデバイスと、を有する第２単位変換器と、
前記第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第１１，第１２スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する補助回路と、
を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項４】
前記補助回路は、
第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、
第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ＋３，第６ｋ＋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フローティングキャパシタと、
前記フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋５スイッチングデバイスと、
前記フローティングキャパシタの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、を備え、
第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項５】
前記補助回路は、
第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋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第６ｋ＋５，第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ−３，第６ｋ＋１スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ，第６ｋ＋４スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２フローティングキャパシタと、
を備え、
前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点は、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第６ｋ＋５，第６ｋ＋６スイッチングデバイスの共通接続点と接続されることを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項６】
前記補助回路は、
第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋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第１，第２フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋５スイッチングデバイスと、
前記第２フローティングキャパシタの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋７スイッチングデバイスと、
前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点と、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋８スイッチングデバイスと、
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項７】
前記補助回路は、
第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋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第１，第２フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋５スイッチングデバイスと、
前記第２フローティングキャパシタの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋７スイッチングデバイスと、
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項８】
前記補助回路は、
第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋５，第６ｋ＋６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１〜第４フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｋ＋７，第６ｋ＋８スイッチングデバイスと、
前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点と前記第６ｋ＋７、第６ｋ＋８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第６ｋ＋９スイッチングデバイスと、
前記第２，第３フローティングキャパシタの共通接続点と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋１０スイッチングデバイスと、
前記第３，第４フローティングキャパシタの共通接続点と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｋ＋１１，第６ｋ＋１２スイッチングデバイスと、
前記第４フローティングキャパシタの負極端と前記第６ｋ＋１１、第６ｋ＋１２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第６ｋ＋１３スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋１４スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第２，第３フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋１５スイッチングデバイスと、
前記第６ｋ＋４，第６ｋ＋５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋１６スイッチングデバイスと、
を備え、前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋４スイッチングデバイスの共通接続点が出力端子となることを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項９】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、
前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第４分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第７〜第１０スイッチングデバイスと、
前記第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点と前記第９，第１０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フローティングキャパシタと、
前記フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１１スイッチングデバイスと、
前記フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１２スイッチングデバイスと、
を備え、前記第８，第９スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１０】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、
前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、
前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第１１，第１２スイッチングデバイスと
前記第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１１，第１２スイッチングデバイスの共通接続点と間に直列接続された第１３〜第１６スイッチングデバイスと、
前記第１３，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、
前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、
前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、
前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点と前記第１７，第１８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第２０スイッチングデバイスと、
を備え、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１１】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、
前記第３分圧コンデンサの正極端に一端が接続された第９スイッチングデバイスと、
前記第４分圧コンデンサの負極端に一端が接続された第１２スイッチングデバイスと、
前記第９スイッチングデバイスの他端と前記第１２スイッチングデバイスの他端と間に直列接続された第１３〜第１６スイッチングデバイスと、
前記第１３，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１６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第１，第２フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、
前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、
前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、
を備え、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１２】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、
前記第３分圧コンデンサの正極端に一端が接続された第９スイッチングデバイスと、
前記第４分圧コンデンサの負極端に一端が接続された第１２スイッチングデバイスと、
前記第９スイッチングデバイスの他端と前記第１２スイッチングデバイスの他端と間に直列接続された第１４，第１５スイッチングデバイスと、
前記第９，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１２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第１，第２フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、
前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、
前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、
を備え、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１３】
順次直列接続された２ｋ（ｋ＝２以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と前記第２分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第１，第２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１，第２分圧コンデンサの共通接続点との間に接続された第３スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第３ｎ−２，第３ｎ−１スイッチングデバイスと、第３ｎ−２，第３ｎ−１スイッチングデバイスの共通接続点と第３ｎ−５，第３ｎ−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第３ｎスイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋの整数）単位変換器と、
を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１４】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、
前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第４分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第１３〜第１６スイッチングデバイスと、
前記第１３，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１６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第１，第２フローティングキャパシタと、
前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、
前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、
前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、
を備え、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と第１７，第１８スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１５】
前記補助回路のフローティングキャパシタの代わりに、変圧器と整流器とコンデンサによりなる補助電圧源を接続したことを特徴とする請求項１〜１４のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項１６】
前記分圧コンデンサの数を２ｋとし、前記フローティングキャパシタ、または、前記補助電圧源の分圧数をｍとし、前記分圧コンデンサの電圧を（２ｍ＋１）Ｅ、前記フローティングキャパシタ、または、前記補助電圧源の直流電圧をＥとすることを特徴とする請求項１〜１５のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路の制御装置（ただし、ｋ≧２、ｍ≧１とする）。
【請求項１７】
前記各単位変換器および補助回路を三相分設けたことを特徴とする請求項１〜１６のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項１８】
順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、
を有し、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とするメインスイッチングユニットと、
前記メインスイッチングユニットの出力端子または前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第１〜第ｓ（ｓ＝２以上の整数）サブスイッチングユニットと、
第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第１〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、を備え、
前記バイパススイッチと第１〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点をサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項１９】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器を有し、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とするメインスイッチングユニットと、
前記メインスイッチングユニットの出力端子または前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第１〜第ｓ（ｓ＝２以上の整数）サブスイッチングユニットと、
第３分圧コンデンサの正極端と、第４分圧コンデンサの負極端と、第１〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、を備え、
前記バイパススイッチと第１〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点をサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項２０】
順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、を有するメインスイッチングユニットと、
第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧に第１サブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、
前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧に第２〜第ｓサブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第２〜第ｓサブスイッチングユニットと、
第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第２〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、備え、
前記バイパススイッチと第２〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点を第２〜第ｓサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項２１】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器を有するメインスイッチングユニットと、
前記第３分圧コンデンサの正極端と、前記第４分圧コンデンサの負極端と、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧に第１サブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、
前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧に第２〜第ｓサブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第２〜第ｓサブスイッチングユニットと、
前記第３分圧コンデンサの正極端と、前記第４分圧コンデンサの負極端と、第２〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、備え、
前記バイパススイッチと第２〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点を第２〜第ｓサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項２２】
前記メインスイッチングユニット、前記第１〜第ｓサブスイッチングユニットを三相分設けたことを特徴とする請求項１８〜２１のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項２３】
前記分圧コンデンサ、前記メインスイッチングユニット、前記第１〜第ｓサブスイッチングユニットを三相分設け、各相の第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と第２ｋ分圧コンデンサの負極端との間に第１，第２相間スイッチを設け、各相の第１，第２相間スイッチの共通接続点をＹ結線、または、Δ結線したことを特徴とする請求項１８〜２１のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【請求項２４】
順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、
第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、を有するメインスイッチングユニットと、
第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、
を三相分備え、各相の第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に第１，第２相間スイッチを設け、各相の第１，第２相間スイッチの共通接続点をＹ結線、または、Δ結線したことを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項２５】
順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、
前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器を有するメインスイッチングユニットと、
第３分圧コンデンサの正極端と、第４分圧コンデンサの負極端と、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、
を三相分備え、各相の第３分圧コンデンサの正極端と第４分圧コンデンサの負極端との間に第１，第２相間スイッチを設け、各相の第１，第２相間スイッチの共通接続点をＹ結線、または、Δ結線したことを特徴とするマルチレベル電力変換回路。
【請求項２６】
前記フローティングキャパシタの代わりに、変圧器と整流器とコンデンサによりなる補助電圧源を接続したことを特徴とする請求項１８〜２５のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチレベル電力変換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチレベル電力変換回路の先行技術として、特許文献１が開示されている。図２６は特許文献１のマルチレベル電力変換回路を示す概略図である。図２６に示すマルチレベル電力変換回路は、フローティングキャパシタＦＣを多数必要とする。
【０００３】
そこで、フローティングキャパシタＦＣの数を１個としたマルチレベル電力変換回路が特許文献２に開示されている。特許文献２のマルチレベル電力変換回路を図２７（ａ），図２７（ｂ）に示す。
【０００４】
特許文献２では、図２７（ａ），図２７（ｂ）に示すように、第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４の印加電圧をそれぞれ２Ｅとし、フローティングキャパシタＦＣの電圧をＥに制御し、各スイッチングデバイス（例えば、ＩＧＢＴ）Ｓ１〜Ｓ１６をオンオフさせることによって、出力相電圧（ＯＵＴ端子〜ＮＰ端子）を９レベル（＋４Ｅ、＋３Ｅ、＋２Ｅ、＋Ｅ、０、−Ｅ、−２Ｅ、−３Ｅ、−４Ｅ）とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ７２３５２９３
【特許文献２】特開２０１７−１１８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２では、フローティングキャパシタ数は１個であるが、出力相電圧は９レベルに限定されている。マルチレベル電力変換回路の出力電圧・出力電流の高調波をさらに抑制するためには、出力相電圧のレベル数をさらに増やす必要がある。
【０００７】
以上示したようなことから、マルチレベル電力変換回路において、フローティングキャパシタの数を抑制しつつ、出力相電圧レベル数を増加させることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、順次直列接続された２ｋ（ｋ＝２以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、第２ｎ−１（ｎ＝２〜ｋの整数）分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ単位変換器と、第ｋ単位変換器の第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点と、第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する補助回路と、を備え、第ｋ単位変換器の前記第６ｋ−５，６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点と、第ｋ−１単位変換器の第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点と、を接続、または、前記第１単位変換器の前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と、第２〜第ｋ単位変換器の第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスの共通接続点を接続したことを特徴とする。
【０００９】
また、他の態様として、順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｋ−９，第６ｋ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスと、第６ｋ−７，第６ｋ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｋ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスと、を有する第ｋ単位変換器と、前記第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する補助回路と、を備え、第ｋ−１単位変換器の前記第６（ｋ−１）−５，６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点と、第ｋ−２単位変換器の第６（ｋ−２）−５，第６（ｋ−２）−４スイッチングデバイスの共通接続点と、を接続、または、前記第１単位変換器の前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と、第２〜第（ｋ−１）単位変換器の第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスの共通接続点を接続したことを特徴とする。
【００１０】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点と第４分圧コンデンサの負極端との間に接続された第１１，第１２スイッチングデバイスと、を有する第２単位変換器と、前記第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第１１，第１２スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する補助回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、他の態様として、前記補助回路は、第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ＋３，第６ｋ＋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フローティングキャパシタと、前記フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋５スイッチングデバイスと、前記フローティングキャパシタの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、を備え、第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。
【００１２】
また、他の態様として、前記補助回路は、第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋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第６ｋ＋５，第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、前記第６ｋ−３，第６ｋ＋１スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ，第６ｋ＋４スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２フローティングキャパシタと、を備え、前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点は、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点と、前記第６ｋ＋５，第６ｋ＋６スイッチングデバイスの共通接続点と接続されることを特徴とする。
【００１３】
また、他の態様として、前記補助回路は、第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋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第１，第２フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋５スイッチングデバイスと、前記第２フローティングキャパシタの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋７スイッチングデバイスと、前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点と、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋８スイッチングデバイスと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、他の態様として、前記補助回路は、第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋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第１，第２フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋５スイッチングデバイスと、前記第２フローティングキャパシタの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋７スイッチングデバイスと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、他の態様として、前記補助回路は、第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋ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第６ｋ＋１〜第６ｋ＋６スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｋ＋５，第６ｋ＋６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１〜第４フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｋ＋７，第６ｋ＋８スイッチングデバイスと、前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点と前記第６ｋ＋７、第６ｋ＋８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第６ｋ＋９スイッチングデバイスと、前記第２，第３フローティングキャパシタの共通接続点と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０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第６ｋ＋１０スイッチングデバイスと、前記第３，第４フローティングキャパシタの共通接続点と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスの共通接続点、または、第６ｋ−１１，第６ｋ−１０スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｋ＋１１，第６ｋ＋１２スイッチングデバイスと、前記第４フローティングキャパシタの負極端と前記第６ｋ＋１１、第６ｋ＋１２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第６ｋ＋１３スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋１４スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第２，第３フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋１５スイッチングデバイスと、前記第６ｋ＋４，第６ｋ＋５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第６ｋ＋１６スイッチングデバイスと、を備え、前記第６ｋ＋３，第６ｋ＋４スイッチングデバイスの共通接続点が出力端子となることを特徴とする。
【００１６】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第４分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第７〜第１０スイッチングデバイスと、前記第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点と前記第９，第１０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フローティングキャパシタと、前記フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１１スイッチングデバイスと、前記フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１２スイッチングデバイスと、を備え、前記第８，第９スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。
【００１７】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第９，第１０スイッチングデバイスと、前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第１１，第１２スイッチングデバイスと前記第９，第１０スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１１，第１２スイッチングデバイスの共通接続点と間に直列接続された第１３〜第１６スイッチングデバイスと、前記第１３，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点と前記第１７，第１８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第２０スイッチングデバイスと、を備え、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。
【００１８】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、前記第３分圧コンデンサの正極端に一端が接続された第９スイッチングデバイスと、前記第４分圧コンデンサの負極端に一端が接続された第１２スイッチングデバイスと、前記第９スイッチングデバイスの他端と前記第１２スイッチングデバイスの他端と間に直列接続された第１３〜第１６スイッチングデバイスと、前記第１３，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１６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第１，第２フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、を備え、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。
【００１９】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、前記第３分圧コンデンサの正極端に一端が接続された第９スイッチングデバイスと、前記第４分圧コンデンサの負極端に一端が接続された第１２スイッチングデバイスと、前記第９スイッチングデバイスの他端と前記第１２スイッチングデバイスの他端と間に直列接続された第１４，第１５スイッチングデバイスと、前記第９，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１２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第１，第２フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、を備え、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。
【００２０】
また、他の態様として、順次直列接続された２ｋ（ｋ＝２以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と前記第２分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第１，第２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１，第２分圧コンデンサの共通接続点との間に接続された第３スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第３ｎ−２，第３ｎ−１スイッチングデバイスと、第３ｎ−２，第３ｎ−１スイッチングデバイスの共通接続点と第３ｎ−５，第３ｎ−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第３ｎスイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋの整数）単位変換器と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、前記第３分圧コンデンサの正極端と前記第４分圧コンデンサの負極端との間に直列接続された第１３〜第１６スイッチングデバイスと、前記第１３，第１４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１５，第１６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第１，第２フローティングキャパシタと、前記第１フローティングキャパシタの正極端と前記第１，第２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第１７スイッチングデバイスと、前記第２フローティングキャパシタの負極端と前記第１，第２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第１８スイッチングデバイスと、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間に接続された第１９スイッチングデバイスと、を備え、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と第１７，第１８スイッチングデバイスの共通接続点とを接続し、前記第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とすることを特徴とする。
【００２２】
また、他の態様として、前記補助回路のフローティングキャパシタの代わりに、変圧器と整流器とコンデンサによりなる補助電圧源を接続したことを特徴とする。
【００２３】
また、他の態様として、前記分圧コンデンサの数を２ｋとし、前記フローティングキャパシタ、または、前記補助電圧源の分圧数をｍとし、前記分圧コンデンサの電圧を（２ｍ＋１）Ｅ、前記フローティングキャパシタ、または、前記補助電圧源の直流電圧をＥとすることを特徴とする（ただし、ｋ≧２、ｍ≧１とする）。
【００２４】
また、他の態様として、前記各単位変換器および補助回路を三相分設けたことを特徴とする。
【００２５】
また、他の態様として、順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、を有し、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とするメインスイッチングユニットと、前記メインスイッチングユニットの出力端子または前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第１〜第ｓ（ｓ＝２以上の整数）サブスイッチングユニットと、第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第１〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、を備え、前記バイパススイッチと第１〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点をサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とする。
【００２６】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器を有し、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子とするメインスイッチングユニットと、前記メインスイッチングユニットの出力端子または前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第１〜第ｓ（ｓ＝２以上の整数）サブスイッチングユニットと、第３分圧コンデンサの正極端と、第４分圧コンデンサの負極端と、第１〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、を備え、前記バイパススイッチと第１〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点をサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とする。
【００２７】
また、他の態様として、順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、を有するメインスイッチングユニットと、第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧に第１サブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧に第２〜第ｓサブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第２〜第ｓサブスイッチングユニットと、第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第２〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、備え、前記バイパススイッチと第２〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点を第２〜第ｓサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とする。
【００２８】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器を有するメインスイッチングユニットと、前記第３分圧コンデンサの正極端と、前記第４分圧コンデンサの負極端と、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧に第１サブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、前段のサブスイッチングユニットの出力端子を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧に第２〜第ｓサブユニットフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する第２〜第ｓサブスイッチングユニットと、前記第３分圧コンデンサの正極端と、前記第４分圧コンデンサの負極端と、第２〜第ｓサブスイッチングユニットの何れかの間にそれぞれ接続されたバイパススイッチと、備え、前記バイパススイッチと第２〜第ｓサブスイッチングユニットの共通接続点を第２〜第ｓサブスイッチングユニットの入力端子とすることを特徴とする。
【００２９】
また、他の態様として、前記メインスイッチングユニット、前記第１〜第ｓサブスイッチングユニットを三相分設けたことを特徴とする。
【００３０】
また、他の態様として、前記分圧コンデンサ、前記メインスイッチングユニット、前記第１〜第ｓサブスイッチングユニットを三相分設け、各相の第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と第２ｋ分圧コンデンサの負極端との間に第１，第２相間スイッチを設け、各相の第１，第２相間スイッチの共通接続点をＹ結線、または、Δ結線したことを特徴とする。
【００３１】
また、他の態様として、順次直列接続された２ｋ（ｋ＝３以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器と、第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスと、第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスの共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に接続された第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスと、前記第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスの共通接続点と第６ｎ−１，第６ｎ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第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスと、を有する第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器と、を有するメインスイッチングユニットと、第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と、第２ｋ分圧コンデンサの負極端と、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、を三相分備え、各相の第２ｋ−１分圧コンデンサの正極端と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に第１，第２相間スイッチを設け、各相の第１，第２相間スイッチの共通接続点をＹ結線、または、Δ結線したことを特徴とする。
【００３２】
また、他の態様として、順次直列接続された４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサと、前記第１分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第２分圧コンデンサの正極端と負極端との間に直列接続された第５，第６スイッチングデバイスと、前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点と前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、を有する第１単位変換器を有するメインスイッチングユニットと、第３分圧コンデンサの正極端と、第４分圧コンデンサの負極端と、第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する第１サブスイッチングユニットと、を三相分備え、各相の第３分圧コンデンサの正極端と第４分圧コンデンサの負極端との間に第１，第２相間スイッチを設け、各相の第１，第２相間スイッチの共通接続点をＹ結線、または、Δ結線したことを特徴とする。
【００３３】
また、他の態様として、前記フローティングキャパシタの代わりに、変圧器と整流器とコンデンサによりなる補助電圧源を接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、マルチレベル電力変換回路において、フローティングキャパシタの数を抑制しつつ、出力相電圧レベル数を増加させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図２】直流電圧源の生成する交流−直流変換回路の一例を示す図。
【図３】直流電圧源を生成する交流−直流変換回路の他例を示す図。
【図４】実施形態１におけるマルチレベル電力変換回路の一例を示す図。
【図５】実施形態１におけるマルチレベル電力変換回路の他例を示す図。
【図６】実施形態１におけるマルチレベル電力変換回路の他例を示す図。
【図７】実施形態２におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図８】実施形態３におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図９】実施形態４におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図１０】実施形態４における三相交流−三相交流マルチレベル電力変換回路を示す図。
【図１１】実施形態５におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図１２】メインの直流電圧源の分圧数と補助直流電圧源の分圧数と電圧レベル数の関係を示す図。
【図１３】スイッチングデバイス数と電圧レベル数と分圧数の関係を示す図。
【図１４】実施形態６におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図１５】実施形態７におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図１６】実施形態８におけるマルチレベル電力変換回路の一例を示す図。
【図１７】実施形態８におけるマルチレベル電力変換回路の他例を示す図。
【図１８】実施形態８におけるマルチレベル電力変換回路の他例を示す図。
【図１９】メインスイッチングユニットの分圧数、第１サブスイッチングユニットの分圧数、第２サブスイッチングユニットの分圧数、三相の電力変換回路で必要となる直流電圧源数、出力電圧レベル数を示す図。
【図２０】実施形態９におけるマルチレベル電力変換回路を示す図。
【図２１】実施形態９における三相マルチレベル電力変換回路を示す図。
【図２２】実施形態１０におけるマルチレベル電力変換回路の一例を示す図。
【図２３】実施形態１０のメインスイッチングユニットの他例を示す図。
【図２４】実施形態１０のメインスイッチングユニットの他例を示す図。
【図２５】実施形態１０におけるマルチレベル電力変換回路の他例を示す図。
【図２６】従来のマルチレベル電力変換回路の一例を示す図。
【図２７】従来のマルチレベル電力変換回路の他例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本願発明のマルチレベル電力変換回路の実施形態１〜１０を図１〜図２５に基づいて詳述する。
【００３７】
［実施形態１］
本実施形態１におけるマルチレベル電力変換回路の回路構成を図１に示す。図１の２１〜２ｋは単位変換器であり、その個数をｋ（ｋ＝２以上の整数）とする。
【００３８】
単位変換器２１において、端子Ｐ１と端子Ｐ０との間には第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４が直列接続され、端子Ｎ０と端子Ｎ１との間には第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６が直列接続される。第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間には第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が直列接続される。
【００３９】
ここで、第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点を正側出力端子ＰＯ１、第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点を出力端子ＯＵＴ１、第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点を負側出力端子ＮＯ１とする。
【００４０】
単位変換器２２において、端子Ｐ３と第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４との共通接続点との間には第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０が直列接続され、第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点と端子Ｎ３との間には第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２が直列接続される。第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０の共通接続点と第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２の共通接続点との間には第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８が直列接続される。
【００４１】
ここで、第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０の共通接続点を正側出力端子ＰＯ２、第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８の共通接続点を出力端子ＯＵＴ２、第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２の共通接続点を負側出力端子ＮＯ２とする。
【００４２】
単位変換器２ｋにおいて、端子Ｐ２ｋ−１と前段の単位変換器の正側出力端子との間には、スイッチングデバイスＳ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２が直列接続され、前段の単位変換器の負側出力端子と端子Ｎ２ｋ−１との間にはスイッチングデバイスＳ６ｋ−１，Ｓ６ｋが直列接続される。スイッチングデバイスＳ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２の共通接続点とスイッチングデバイスＳ６ｋ−１，Ｓ６ｋの共通接続点との間にはスイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４が直列接続される。
【００４３】
ここで、スイッチングデバイスＳ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２の共通接続点を正側出力端子ＰＯｋ、スイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４の共通接続点を出力端子ＯＵＴｋ、スイッチングデバイスＳ６ｋ−１，Ｓ６ｋの共通接続点を負側端子ＮＯｋとする。また、出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，…，ＯＵＴｋは接続される。
【００４４】
ここで、第２の第ｎ単位変換器（ｎ＝２〜ｋの整数）を一般化すると以下のようになる。第２ｎ−１分圧コンデンサの正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスＳ６ｎ−９，Ｓ６ｎ−８の共通接続点との間に第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスＳ６ｎ−３，Ｓ６ｎ−２が直列接続される。第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスＳ６ｎ−７，Ｓ６ｎ−６の共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサの負極端との間に第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスＳ６ｎ−１，Ｓ６ｎが接続される。第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスＳ６ｎ−３，Ｓ６ｎ−２の共通接続点と第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスＳ６ｎ−１，Ｓ６ｎの共通接続点との間に第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスＳ６ｎ−５，Ｓ６ｎ−４が直列接続される。
【００４５】
補助回路は、第ｋ単位変換器の第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスＳ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２の共通接続点と、第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４の共通接続点と、第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスＳ６ｋ−１，Ｓ６ｋの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧をそのまま、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力する。
【００４６】
具体的に図１では、単位変換器２ｋの第６ｋ−３，第６ｋ−２スイッチングデバイスＳ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２の共通接続点と第６ｋ−１，第６ｋスイッチングデバイスＳ６ｋ−１，Ｓ６ｋの共通接続点との間には第６ｋ＋１〜第６ｋ＋４スイッチングデバイスＳ６ｋ＋１〜Ｓ６ｋ＋４が直列接続される。第６ｋ＋２，第６ｋ＋３スイッチングデバイスＳ６ｋ＋２，Ｓ６ｋ＋３の共通接続点が出力端子ＯＵＴｋ＋１となる。
【００４７】
第６ｋ＋１，第６ｋ＋２スイッチングデバイスＳ６ｋ＋１，Ｓ６ｋ＋２の共通接続点と第６ｋ＋３，第６ｋ＋４スイッチングデバイスＳ６ｋ＋３，Ｓ６ｋ＋４の共通接続点との間には、フローティングキャパシタＦＣが接続される。フローティングキャパシタＦＣの正極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４の共通接続点出力端子ＯＵＴｋとの間には第６ｋ＋５スイッチングデバイスＳ６ｋ＋５が接続される。フローティングキャパシタＦＣの負極端と第６ｋ−５，第６ｋ−４スイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４の共通接続点との間には第６ｋ＋６スイッチングデバイスＳ６ｋ＋６が接続される。
【００４８】
図１のスイッチングデバイスＳ１〜Ｓ６ｋ＋６には、電圧型スイッチとしてＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどを使用する。
【００４９】
また、図１の端子Ｐ２ｋ−１，…，Ｐ１，Ｐ０間には、図２に示すように、単位変換器数ｋと同数のｋ個で分圧した分圧コンデンサＣ１，Ｃ３，…，Ｃ２ｋ−１を接続する。同様に、図１の端子Ｎ０，Ｎ１，…，Ｎ２ｋ−１間には図２に示すように、ｋ個で分圧した分圧コンデンサＣ２，Ｃ４，…，Ｃ２ｋを接続する。すなわち、２ｋ個の分圧コンデンサが直列接続される。
【００５０】
さらに、これらの分圧コンデンサＣ１，〜Ｃ２ｋ−１，Ｃ２〜Ｃ２ｋの電圧を調節するために、図２に示すように、三相交流電源３に三相変圧器４の一次側を複数接続し、三相変圧器４の二次側に整流回路Ｒｅｃ．を接続する。整流回路Ｒｅｃ．には各分圧コンデンサＣ１，〜Ｃ２ｋ−１，Ｃ２〜Ｃ２ｋの正極端，負極端を接続し、個別の直流電圧源を生成する。なお、図２に示すように、第１分圧コンデンサＣ１の負極側の端子Ｐ０と第２分圧コンデンサＣ２の正極側の端子Ｎ０は共通としている。
【００５１】
また、図３に示すように、整流回路Ｒｅｃ．に３レベル整流回路３ＬＲｅｃ．などを利用することによって、三相変圧器４の数を低減することもできる。３レベル整流回路３ＬＲｅｃ．は、三相変圧器４の２次側に一端が接続された３つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を有する。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の他端はそれぞれ各第１〜第６分圧コンデンサＣ１〜Ｃ６の正極端または負極端と接続される。
【００５２】
次に、本実施形態１の出力相電圧（図１にて、端子Ｐ０またはＮ０を基準とした出力端子ＯＵＴｋ＋１の電圧）のレベル数について説明する。例えばｋ＝２としたときは、分圧コンデンサの分圧数は２ｋなので４分圧となる。図２において分圧コンデンサＣ１〜Ｃ２ｋまでの各コンデンサ電圧を２Ｅ，図１におけるフローティングキャパシタＦＣの電圧をＥとすると、出力相電圧は４Ｅ，３Ｅ，２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ，−３Ｅ，−４Ｅの９レベル電圧を出力できる。一般化すると４ｋ＋１となる。
【００５３】
ｋ＝３のときは、同様に６分圧，第１〜第６分圧コンデンサＣ１〜Ｃ６までの各コンデンサ電圧を２Ｅ，フローティングキャパシタＦＣの電圧をＥとすると、１３レベル電圧を発生できる。
【００５４】
さらにｋを２や３に特定せず一般形として表すと、コンデンサ分圧数：２ｋ，電圧レベル数：４ｋ＋１レベル，ＤＣ／ＡＣ変換器側のスイッチングデバイス数は一相あたり６ｋ＋６個（三相では１８ｋ＋１８個）である。
【００５５】
なお、最終段の単位変換器のスイッチングデバイスＳ６ｋ−５，Ｓ６ｋ−４の２個のスイッチングデバイスは省略しても良い。省略した時は、スイッチングデバイス数は一相あたり６ｋ＋４個（三相では１８ｋ＋１２個）となる。ｋ＝２で、これらの２個のスイッチングデバイスを省略した構成が、図２７（ａ）となる。
【００５６】
これらの２個のスイッチングデバイスを省略した場合は、全体のスイッチングデバイス数を低減できるが、２種類の単位変換器が必要となる。２個のスイッチングデバイスを省略しない場合は、単位変換器の種類が１種類のみでよいという利点がある。
【００５７】
なお、図１では出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，…，ＯＵＴｋをすべて接続しているが、ＯＵＴｋ−１とＯＵＴｋのみを接続する構成でも、スイッチングデバイスのスイッチングパターンによっては、所望のレベル電圧を出力できる。ただし、図１のように出力端子をすべて接続するとスイッチングデバイスの導通数が減るため、マルチレベル電力変換回路の電力損失を低減できる効果がもたらされる。
【００５８】
図４においては，ｋ＝３で、第６ｋ−５スイッチングデバイスＳ６ｋ−５（すなわちＳ１３）と第６ｋ−４スイッチングデバイスＳ６ｋ−４（すなわちＳ１４）は省略した構成としている。
【００５９】
図４にｋ＝３のときの本実施形態１におけるマルチレベル電力変換回路を示す。図４に示すように、第５，第３，第１，第２，第４，第６分圧コンデンサＣ５，Ｃ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６が順次直列接続されている。第５分圧コンデンサＣ５の正極端を端子Ｐ５，第５，第３分圧コンデンサＣ５，Ｃ３の共通接続点を端子Ｐ３，第３，第１分圧コンデンサＣ３，Ｃ１の共通接続点を端子Ｐ１，第１，第２分圧コンデンサＣ１，Ｃ２の共通接続点を端子Ｐ０（Ｎ０），第２，第４分圧コンデンサＣ２，Ｃ４の共通接続点を端子Ｎ１，第４，第６分圧コンデンサＣ４，Ｃ６の共通接続点を端子Ｎ３，第６分圧コンデンサＣ６の負極端を端子Ｎ５とする。
【００６０】
第１分圧コンデンサＣ１の正極端と負極端との間に第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４が直列接続される。第２分圧コンデンサＣ２の正極端と負極端との間に第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６が直列接続される。第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間に第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が直列接続される。
【００６１】
第３分圧コンデンサＣ３の正極端と第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４（６ｎ−９，Ｓ６ｎ−８）の共通接続点との間に第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０（Ｓ６ｎ−３，Ｓ６ｎ−２）が直列接続される。第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６（Ｓ６ｎ−７，Ｓ６ｎ−６）の共通接続点と第４分圧コンデンサＣ４の負極端との間に第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２（Ｓ６ｎ−１，Ｓ６ｎ）が直列接続される。第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０（Ｓ６ｎ−３，Ｓ６ｎ−２）の共通接続点と第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２（Ｓ６ｎ−１，Ｓ６ｎ）の共通接続点との間に第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８（Ｓ６ｎ−５，Ｓ６ｎ−４）が直列接続される。第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点と、第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８の共通接続点と、が接続される。
【００６２】
第５分圧コンデンサＣ５の正極端と第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０（Ｓ６ｋ−９，Ｓ６ｋ−８）の共通接続点と間に第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６（Ｓ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２）が直列接続される。第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２（Ｓ６ｋ−７，Ｓ６ｋ−６）の共通接続点と第６分圧コンデンサＣ６の負極端との間に第１７，第１８スイッチングデバイスＳ１７，Ｓ１８（Ｓ６ｋ−１，Ｓ６ｋ）が直列接続される。
【００６３】
第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６（Ｓ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２）の共通接続点と第１７，第１８スイッチングデバイスＳ１７，Ｓ１８（Ｓ６ｋ−１，Ｓ６ｋ）の共通接続点との間に第１９〜第２２スイッチングデバイスＳ１９〜Ｓ２２（Ｓ６ｋ＋１，Ｓ６ｋ＋４）が直列接続される。第１９，第２０スイッチングデバイスＳ１９，Ｓ２０（Ｓ６ｋ＋１，Ｓ６ｋ＋２）の共通接続点と第２１，第２２スイッチングデバイスＳ２１，Ｓ２２（Ｓ６ｋ＋３，Ｓ６ｋ＋４）の共通接続点との間にフローティングキャパシタＦＣが接続される。
【００６４】
フローティングキャパシタＦＣの正極端と第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第２３スイッチングデバイスＳ２３（Ｓ６ｋ＋５）が接続される。フローティングキャパシタＦＣの負極端と第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第２４スイッチングデバイスＳ２４（Ｓ６ｋ＋６）が接続される。第２０，第２１スイッチングデバイスＳ２０，Ｓ２１（Ｓ６ｋ＋２，Ｓ６ｋ＋３）の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【００６５】
この回路におけるスイッチングパターンと出力電圧の関係を表１に示す。表１内の「１」は、スイッチングデバイスのオン状態を示す。
【００６６】
【表１】
2018182841.tif 000003
【００６７】
図４に示す出力電流Ｉが正（図４の矢印の方向を正とする）の場合、表１の「ｃｈａｒｇｅ」ではフローティングキャパシタＦＣが充電され、「ｄｉｓｃｈａｒｇｅ」ではフローティングキャパシタＦＣが放電される。なお、出力電流Ｉが負の場合では、充放電動作が逆となる。
【００６８】
図４では、６Ｅ，５Ｅ，４Ｅ，３Ｅ，２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ，−３Ｅ，−４Ｅ，−５Ｅ，−６Ｅの１３レベル電圧を出力可能である。
【００６９】
また、５Ｅ，３Ｅ，Ｅ，−Ｅ，−３Ｅ，−５Ｅの時にフローティングキャパシタＦＣの充電動作のスイッチングパターンと放電動作のスイッチングパターンを組み合わせることによって、フローティングキャパシタＦＣの電圧をＥに制御することができる。
【００７０】
さらに、第１〜第６分圧コンデンサＣ１〜Ｃ６の電圧源を三相変圧器４と整流器Ｒｅｃ．で生成するだけではなく、フローティングキャパシタＦＣの直流電圧源も三相変圧器４と整流器Ｒｅｃ．で生成しても良い。この場合、第１〜第６分圧コンデンサＣ１〜Ｃ６の直流電圧を３Ｅ，フローティングキャパシタＦＣの直流電圧をＥとすることで、例えば図４に示すｋ＝３の構成のときには，９Ｅ，８Ｅ，７Ｅ，６Ｅ，…，０，−Ｅ，−２Ｅ，…，−９Ｅの１９レベルの電圧を出力することができる。
【００７１】
同様に、ｋ＝１のときも第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４の直流電圧を３Ｅ，フローティングキャパシタＦＣの直流電圧をＥとすることで、図５に示すように、出力電圧を６Ｅ，５Ｅ，…，０，…，−Ｅ，−２Ｅ，…，−６Ｅの１３レベルとすることができる。
【００７２】
図５のマルチレベル電力変換回路について説明する。第３，第１，第２，第４分圧コンデンサＣ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４が直列接続されている。第１，第２分圧コンデンサＣ１，Ｃ２の共通接続点を中性点ＮＰとする。
【００７３】
第１分圧コンデンサＣ１の正極端と負極端との間には第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４が直列接続されている。第２分圧コンデンサＣ２の正極端と負極端との間には第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６が直列接続されている。第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間に第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が直列接続されている。
【００７４】
第３分圧コンデンサＣ３の正極端と第４分圧コンデンサＣ４の負極端との間に第７〜第１０スイッチングデバイスＳ７〜Ｓ１０が直列接続されている。第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８の共通接続点と第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０の共通接続点との間にフローティングキャパシタＦＣが接続される。
【００７５】
フローティングキャパシタＦＣの正極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間に第１１スイッチングデバイスＳ１１が接続される。フローティングキャパシタＦＣの負極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間に第１２スイッチングデバイスＳ１２が接続される。第８，第９スイッチングデバイスＳ８，Ｓ９の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【００７６】
この構成では、フローティングキャパシタＦＣに直流電圧を印加する必要があるため、図６に示すように三相交流電源３に接続された補助変圧器５と補助整流回路Ｒｅｃ．がそれぞれ必要となる。以下、三相交流電源３から補助変圧器５，補助整流回路Ｒｅｃ．を介して充電されたフローティングキャパシタＦＣを補助電圧源と称する。
【００７７】
表２に、図４の構成において、分圧コンデンサの直流電圧を３Ｅ，フローティングキャパシタの直流電圧をＥとしたときの出力電圧とスイッチングパターンの関係を示す。なお、６Ｅ、３Ｅ、−３Ｅ、−６Ｅのスイッチングパターンはそれぞれ２種類あるが、どちらを選択してもよい。
【００７８】
【表２】
2018182841.tif 000004
【００７９】
以上示したように、本実施形態１によれば、９レベルであった特許文献２と比較して、拡張による電圧レベル数の増加が実現できるため、出力電圧や出力電流の高調波を低減できる。その結果、マルチレベル電力変換回路と負荷との間に設ける出力フィルタの小型化を図ることが可能となる。
【００８０】
また、図２６に示す従来技術のＡＮＰＣ変換器では、一相あたりのフローティングキャパシタの数が、５レベルで１個、７レベルで２個、９レベルで３個、１１レベルで４個、１３レベルで５個は必要となる。本実施形態１では、一相毎に必要なフローティングキャパシタ数は１個であるため、レベル数増加に伴うフローティングキャパシタ数の増加を抑制できる。
【００８１】
［実施形態２］
本実施形態２は、図２に示す各相共通の交流−直流変換器と、実施形態１のマルチレベル電力変換回路を三相用いて、三相交流／三相交流変換回路としたものである。図７に本実施形態２のマルチレベル電力変換回路の直流−交流変換回路の部分を示す。図７に示すように、フローティングキャパシタＦＣは各相に一つずつ、全部で３つ必要である。
【００８２】
本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００８３】
［実施形態３］
図４におけるマルチレベル電力変換回路の補助回路の構成を、図８の３レベルＡＮＰＣ変換器７に変更したものである。この場合、フローティングキャパシタＦＣの数が、１相あたり２個となる。
【００８４】
図８に示すマルチレベル電力変換回路について説明する。図４と同様の箇所については同様の符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
第１９，第２０スイッチングデバイスＳ１９，Ｓ２０（Ｓ６ｋ＋１，Ｓ６ｋ＋２）の共通接続点と第２１，第２２スイッチングデバイスＳ２１，Ｓ２２（Ｓ６ｋ＋３，Ｓ６ｋ＋４）の共通接続点との間に第２３，第２４スイッチングデバイスＳ２３，Ｓ２４（Ｓ６ｋ＋５，Ｓ６ｋ＋６）が直列接続される。
【００８６】
第１５，第１９スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１９（Ｓ６ｋ−３，Ｓ６ｋ＋１）の共通接続点と、第１８，第２２スイッチングデバイスＳ１８，Ｓ２２（Ｓ６ｋ，Ｓ６ｋ＋４）の共通接続点との間に第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２が直列接続される。第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の共通接続点は、第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点と第２３，第２４スイッチングデバイスＳ２３，Ｓ２４（Ｓ６ｋ＋５，Ｓ６ｋ＋６）の共通接続点と接続される。
【００８７】
本実施形態３によれば、補助回路に３レベルＡＮＰＣ変換器７を用いることで、分圧数の増加，出力電圧レベル数の増加などの効果が見込める。図８に示すように、補助回路を３レベルＮＰＣ変換器とした場合は１３レベル変換器となり、一相あたりのフローティングキャパシタ数は２個である。図２７（ａ）に示す特許文献２のＡＮＰＣ１３レベル変換器では一相あたり５個はフローティングキャパシタが必要であるため、フローティングキャパシタ数を低減できる。
【００８８】
［実施形態４］
本実施形態４は、図５におけるマルチレベル電力変換回路の補助回路の構成を、図９の３レベル変換器８に変更したものである。図９に示すマルチレベル電力変換回路について説明する。図５と同様の箇所について同様の符号を付してその説明を省略する。
【００８９】
第３分圧コンデンサＣ３の正極端と第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４（Ｓ６ｋ−９，Ｓ６ｋ−８）の共通接続点との間に第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０（Ｓ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２）が直列接続される。第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６（Ｓ６ｋ−７，Ｓ６ｋ−６）の共通接続点と第４分圧コンデンサＣ４の負極端との間に第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２（Ｓ６ｋ−１，Ｓ６ｋ）を接続する。
【００９０】
第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０（Ｓ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２）の共通接続点と第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２（Ｓ６ｋ−１，Ｓ６ｋ）の共通接続点との間に第１３〜第１６スイッチングデバイスＳ１３〜Ｓ１６（Ｓ６ｋ＋１〜Ｓ６ｋ＋４）が直列接続される。
【００９１】
第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４（Ｓ６ｋ＋１，Ｓ６ｋ＋２）の共通接続点と第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６（Ｓ６ｋ＋３，Ｓ６ｋ＋４）の共通接続点との間に第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２を直列接続する。
【００９２】
第１フローティングキャパシタＦＣ１の正極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第１７スイッチングデバイスＳ１７（Ｓ６ｋ＋５）が接続されている。第２フローティングキャパシタＦＣ２の負極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第１８スイッチングデバイスＳ１８（Ｓ６ｋ＋６）が接続されている。
【００９３】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５（Ｓ６ｋ＋２，Ｓ６ｋ＋３）の共通接続点と第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の共通接続点との間に第１９スイッチングデバイスＳ１９（Ｓ６ｋ＋７）が接続される。第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の共通接続点と第１７，第１８スイッチングデバイスＳ１７，Ｓ１８（Ｓ６ｋ＋５，Ｓ６ｋ＋６）の共通接続点との間に第２０スイッチングデバイスＳ２０（Ｓ６ｋ＋８）が接続される。また、第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５（Ｓ６ｋ＋２，Ｓ６ｋ＋３）の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【００９４】
図９において、第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４の直流電圧を５Ｅ，第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２を補助電圧源として直流電圧をＥとした場合は、４分圧で２１レベル変換器とすることができる（１０Ｅ，９Ｅ，８Ｅ，…，０，−Ｅ，−２Ｅ，…，−１０Ｅ）。
【００９５】
第１９，第２０スイッチングデバイスＳ１９，Ｓ２０は双方向スイッチ、それ以外のスイッチングデバイスはＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電圧型のスイッチを使用できる。双方向スイッチＳ１９，Ｓ２０は、図１に示しているＩＧＢＴを逆極性に直列接続することなどによって構成できる。
【００９６】
表３に、この時の出力電圧とスイッチングパターンの関係を示す。表３からわかるように、第１０，第１１，第２０スイッチングデバイスＳ１０，Ｓ１１，Ｓ２０にはＯＮするスイッチングパターンがない。したがって、図９に示すマルチレベル電力変換回路から第１０，第１１，第２０スイッチングデバイスＳ１０，Ｓ１１，Ｓ２０を取り外す構成をとってもよい。また、第９，第１３スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１３を一つのスイッチングデバイスとしても良く、第１２，第１６スイッチングデバイスＳ１２，Ｓ１６を一つのスイッチングデバイスとしても良い。
【００９７】
【表３】
2018182841.tif 000005
【００９８】
図９の構成は２１レベル変換器であるにもかかわらず、端子Ｐ３や端子Ｎ３から出力端子ＯＵＴまでのスイッチングデバイス数は３、端子Ｐ１，Ｎ１，中性点ＮＰから出力端子ＯＵＴまでのスイッチングデバイス数は４であることから、マルチレベル電力変換回路で課題となるレベル数増加によるスイッチングデバイスの導通損失の低減に適している。
【００９９】
図１０に、三相変圧器４，補助変圧器５と整流器３ＬＲｅｃ．を分圧電圧源と補助電源として用いて、分圧した第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４と第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２に直流電圧を印加する構成を示す。三相交流電源３から任意の三相交流電圧を出力することができる。
【０１００】
本実施形態４によれば、補助回路に３レベルＮＰＣやＴ−ｔｙｐｅ３レベル変換器を用いることで、分圧数の増加，出力電圧レベル数の増加などの効果を有する。特に、本実施形態４（図９）ではスイッチングデバイス数を低減しているため、スイッチングデバイスの導通損失の低減（すなわち、マルチレベル電力変換回路の効率向上）に効果がある。
【０１０１】
［実施形態５］
図１１に、本実施形態５における図９，１０の補助回路を２分圧→４分圧に変更した３７レベル電力変換回路を示す。図９と同様の箇所については同様の符号を付してその説明を省略する。
【０１０２】
第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０（Ｓ６ｋ−３，Ｓ６ｋ−２）の共通接続点と第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２（Ｓ６ｋ−１，Ｓ６ｋ）の共通接続点との間に第１３〜第１８スイッチングデバイスＳ１３〜Ｓ１８（Ｓ６ｋ＋１〜Ｓ６ｋ＋６）が直列接続される。
【０１０３】
第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４（Ｓ６ｋ＋１，Ｓ６ｋ＋２）の共通接続点と第１７，第１８スイッチングデバイスＳ１７，Ｓ１８（Ｓ６ｋ＋５，Ｓ６ｋ＋６）の共通接続点との間に第１〜第４フローティングキャパシタＦＣ１〜ＦＣ４が直列接続される。
【０１０４】
第１フローティングキャパシタＦＣ１の正極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第１９，第２０スイッチングデバイスＳ１９，Ｓ２０（Ｓ６ｋ＋７，Ｓ６ｋ＋８）が直列接続される。第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の共通接続点と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第２１，第２０スイッチングデバイスＳ２１，Ｓ２０（Ｓ６ｋ＋９，Ｓ６ｋ＋８）が直列接続される。第２，第３フローティングキャパシタＦＣ２，ＦＣ３の共通接続点と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第２２スイッチングデバイスＳ２２（Ｓ６ｋ＋１０）が接続される。第３，第４フローティングキャパシタＦＣ３，ＦＣ４の共通接続点と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第２３，２４スイッチングデバイスＳ２３，Ｓ２４（Ｓ６ｋ＋１１，Ｓ６ｋ＋１２）が直列接続される。第４フローティングキャパシタＦＣ４の負極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ６ｋ−１１，Ｓ６ｋ−１０）の共通接続点との間に第２５，第２４スイッチングデバイスＳ２５，Ｓ２４（Ｓ６ｋ＋１３，Ｓ６ｋ＋１２）が接続される。
【０１０５】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５（Ｓ６ｋ＋２，Ｓ６ｋ＋３）の共通接続点と第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の共通接続点との間に第２６スイッチングデバイスＳ２６（Ｓ６ｋ＋１４）が接続される。第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６（Ｓ６ｋ＋３，Ｓ６ｋ＋４）の共通接続点と第２，第３フローティングキャパシタＦＣ２，ＦＣ３の共通接続点との間に第２７スイッチングデバイスＳ２７（Ｓ６ｋ＋１５）が接続される。第１６，第１７スイッチングデバイスＳ１６，Ｓ１７（Ｓ６ｋ＋４，Ｓ６ｋ＋５）の共通接続点と第３，第４フローティングキャパシタＦＣ３，ＦＣ４の共通接続点との間に第２８スイッチングデバイスＳ２８（Ｓ６ｋ＋１６）が接続される。
【０１０６】
第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６（Ｓ６ｋ＋３，Ｓ６ｋ＋４）の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【０１０７】
本実施形態５のように、補助回路の分圧数を増加させることによってさらなる電圧レベル数の増加を見込める。
【０１０８】
本実施形態５によれば、実施形態４と同様の作用効果を奏する。図１２に、実施形態１〜５においてのメインの直流電圧源（分圧コンデンサ）の分圧数２ｋと補助回路の直流電圧源（フローティングキャパシタまたは補助電圧源）の分圧数ｍと出力電圧レベル数の関係を示す。横軸が出力電圧レベル数、縦軸が分圧数２ｋ、ｍである。
【０１０９】
ｍ＝１のとき、メインの直流電圧源と補助回路の直流電圧源の電圧比は３：１、ｍ＝２のとき、メインの直流電圧源と補助回路の直流電圧源の電圧比は５：１（図９，図１０の構成）ｍ＝４のとき、メイン直流電圧源と補助直流電圧源の電圧比は９：１としている（図１１の構成）。
【０１１０】
メインの直流電圧源の分圧数２ｋ、補助回路の直流電圧源の分圧数ｍとし、メインの直流電圧源の直流電圧（２ｍ＋１）Ｅ、補助回路の直流電圧源の直流電圧をＥとすることで、２ｋ（２ｍ＋１）＋１＝４ｍｋ＋２ｋ＋１レベル変換器を実現することができ、電圧レベル数が大幅に増加することができる。この関係を表４に示す。また、分圧数と電圧レベル数とスイッチ数の関係は図１３のようになる。
【０１１１】
【表４】
2018182841.tif 000006
【０１１２】
本実施形態５によれば、実施形態４と同様の作用効果を奏する。
【０１１３】
［実施形態６］
実施形態１〜５のマルチレベル電力変換回路（図１、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１）は、出力段（補助回路）にフローティングキャパシタＦＣまたは補助電圧源を接続するマルチレベル電力変換回路である。
【０１１４】
一方、本実施形態６は、補助回路を有さず、出力段にフローティングキャパシタや直流電圧源を接続しないマルチレベル電力変換回路である。図１４にその構成を示す。
【０１１５】
分圧コンデンサＣ２ｋ−１，…，Ｃ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ２ｋが直列接続される。分圧コンデンサＣ２ｋ−１の正極端は端子Ｐ２ｋ−１、第３分圧コンデンサＣ３の正極端は端子Ｐ３，第３，第１分圧コンデンサＣ３，Ｃ１の共通接続点は端子Ｐ１、第１，第２分圧コンデンサＣ１，Ｃ２の共通接続点は端子Ｐ０（Ｎ０）、第２，第４分圧コンデンサＣ２，Ｃ４の共通接続点は端子Ｎ１、第４分圧コンデンサＣ４の負極端は端子Ｎ３、分圧コンデンサＣ２ｋの負極端は端子Ｎ２ｋ−１とする。
【０１１６】
第１分圧コンデンサＣ１の正極端と第２分圧コンデンサＣ２の負極端との間には、第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が直列接続される。第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点と第１，第２分圧コンデンサＣ１，Ｃ２の共通接続点との間に第３スイッチングデバイスＳ３が接続される。
【０１１７】
第３分圧コンデンサＣ３（Ｃ２ｎ−１）の正極端と第４分圧コンデンサＣ４（Ｃ２ｎ）の負極端との間には、第４，第５スイッチングデバイスＳ４，Ｓ５（Ｓ３ｎ−２，Ｓ３ｎ−１）が直列接続される。第４，第５スイッチングデバイスＳ４，Ｓ５（Ｓ３ｎ−２，Ｓ３ｎ−１）の共通接続点と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２（Ｓ３ｎ−５，Ｓ３ｎ−４）の共通接続点との間に第６スイッチングデバイスＳ６（Ｓ３ｎ）が接続される。
【０１１８】
分圧コンデンサＣ２ｋ−１の正極端と分圧コンデンサＣ２ｋの負極端との間には、スイッチングデバイスＳ３ｋ−２，Ｓ３ｋ−１が直列接続される。スイッチングデバイスＳ３ｋ−２，Ｓ３ｋ−１の共通接続点とスイッチングデバイスＳｋ−５，Ｓ３ｋ−４の共通接続点との間にスイッチングデバイスＳ３ｋが接続される。
【０１１９】
スイッチングデバイスＳ３ｋ−２，Ｓ３ｋ−１の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【０１２０】
図１４の各端子Ｐ２ｋ−１，…，Ｐ３，Ｐ１，Ｐ０（Ｎ０），Ｎ１，Ｎ３，…，Ｎ２ｋ−１は、図２や図３に示すような直流電源に接続される。図１４の直流電源を６分圧とした場合の各スイッチのスイッチングパターンを表５に示す。表５の出力電圧は、図１４の出力端子ＯＵＴ〜端子Ｐ０，Ｎ０間の相電圧である。ここで、スイッチングデバイスＳ３ｋ−２は第７スイッチングデバイスＳ７，スイッチングデバイスＳ３ｋ−１は第８スイッチングデバイスＳ８，スイッチングデバイスＳ３ｋ１は第９スイッチングデバイスＳ９となる。
【０１２１】
【表５】
2018182841.tif 000007
【０１２２】
図１４において、分圧コンデンサＣ１〜Ｃ２ｋを各相で共通化し、第１〜第３ｋスイッチングデバイスＳ１〜Ｓ３ｋからなるスイッチ部を３相分設けて、図６と同様に、スイッチ部を分圧コンデンサＣ１〜Ｃ２ｋに３相並列接続すれば、３相マルチレベル電力変換回路となる。
【０１２３】
本実施形態６によれば、フローティングキャパシタを１個も用いずにマルチレベル電力変換回路を実現できる。その結果、マルチレベル電力変換回路の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【０１２４】
［実施形態７］
図１０の３相２１レベル電力変換回路は、各相のインバータ部は、Ｕ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の３台あり、各々が第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４に並列接続されている。この構成では、分圧されたメインの直流電圧源と補助回路の直流電圧源（第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２）を生成する必要がある。
【０１２５】
そこで、三相交流電源３に三相変圧器４を介して、３Ｌ整流器３ＬＲＥＣ．を接続して第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧を調節する。また、各相のインバータ部の内部にも補助変圧器５と３Ｌ整流器３ＬＲｅｃ．を使用し、各相のインバータ部内の第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２のコンデンサ電圧も調節する。
【０１２６】
各相のインバータ部には第１〜第２０スイッチングデバイスＳ１〜Ｓ２０が図１０に示すように接続されており、第１〜第４分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４の電圧を５Ｅ，第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の電圧をＥとしたときに、スイッチングにより負荷へ相電圧で、１０Ｅ，９Ｅ，…，０，−Ｅ，−２Ｅ，…，−１０Ｅの２１レベル電圧を出力できる。
【０１２７】
本実施形態７では、実施形態１〜６で示していなかったスイッチングデバイス数を低減する新しい主回路構成について説明する。この構成は、スイッチングデバイスの導通損失低減の効果を有する。
【０１２８】
図１５は本実施形態７におけるマルチレベル電力変換回路の構成を示す図である。本実施形態７におけるマルチレベル電力変換回路は、実施形態４におけるマルチレベル電力変換回路の一部のスイッチングデバイスを省略した構成である。
【０１２９】
本実施形態７のマルチレベル電力変換回路について説明する。本実施形態７は、図１５に示すように、４個の第３，第１，第２，第４分圧コンデンサＣ３，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４が直列接続されている。
【０１３０】
第１分圧コンデンサＣ１の正極端と負極端との間に第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４が直列接続される。第２分圧コンデンサＣ２の正極端と負極端との間に第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６が直列接続される。第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間に第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が直列接続される。
【０１３１】
第３分圧コンデンサＣ３の正極端と第４分圧コンデンサＣ４の負極端との間に第１３〜第１６スイッチングデバイスＳ１３〜Ｓ１６が直列接続される。第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４の共通接続点と第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６の共通接続点との間に第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２が直列接続される。
【０１３２】
第１フローティングキャパシタＦＣ１の正極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間に第１７スイッチングデバイスＳ１７が接続される。第２フローティングキャパシタＦＣ２の負極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間に第１８スイッチングデバイス１８が接続される。
【０１３３】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点と第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２の共通接続点との間に第１９スイッチングデバイスＳ１９が接続される。第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点を出力端子とする。
【０１３４】
図１５の構成におけるスイッチングパターンと出力電圧との関係を、表６に示す。
【０１３５】
【表６】
2018182841.tif 000008
【０１３６】
図１５に示すように、図１０における第９〜第１２，第２０スイッチングデバイスＳ９〜Ｓ１２，Ｓ２０を省略しても良い。スイッチングパターンの冗長性を省くことで、スイッチングデバイス数を低減できる。
【０１３７】
表６に示すスイッチングパターンと出力電圧の関係より、１０Ｅ，９Ｅ，…，２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ，…，−９Ｅ，−１０Ｅの２１レベルの電圧を出力できる。１０Ｅ，−１０Ｅ，９Ｅ，８Ｅ，−８Ｅ，−９Ｅの出力電圧時はスイッチングデバイスの導通数は２個であり、それ以外は４個のスイッチングデバイスの導通数となる。
【０１３８】
一方、図１０では、１０Ｅ，−１０Ｅ，９Ｅ，８Ｅ，−８Ｅ，−９Ｅの出力電圧時はスイッチングデバイスの導通数は３個であり、それ以外の時はスイッチングデバイスの導通数は４個となる。図１０と比べてスイッチングデバイスの導通損失が低いため、マルチレベル電力変換回路の高効率化に有利な構成である。
【０１３９】
本実施形態７によれば、９レベルであった特許文献２と比較して、電圧レベル数の増加（２１レベル）が実現できるため、出力電圧や電流の高調波が低減する。
【０１４０】
また、本実施形態７では、実施形態４の構成よりもスイッチングデバイス数を低減できるため、スイッチングデバイスの導通損失低減（すなわち、マルチレベル電力変換回路の効率向上）と、マルチレベル電力変換回路の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【０１４１】
［実施形態８］
本実施形態８は、メインスイッチングユニット１１の分圧直流電圧源数２ｎ，第１サブスイッチングユニット１２の分圧直流電圧源数ｍ１，第２サブスイッチングユニットの分圧直流電圧源数ｍ２個を利用したマルチレベル電力変換回路を提供し、電圧レベルを大幅に増加させるものである。
【０１４２】
図１６と図１７と図１８に、本実施形態８の一例をそれぞれ示す。図１６は、分圧直流電圧源数２ｎ＝４，ｍ１＝２，ｍ２＝１のとき、６１レベル電力変換回路となる。図１７は、分圧直流電圧源数２ｎ＝４，ｍ１＝２，ｍ２＝２のとき、１０１レベル電力変換回路となる。図１８は、分圧直流電圧源数２ｎ＝４，ｍ１＝４，ｍ２＝２のとき、１８１レベル電力変換回路となる。
【０１４３】
図１６のマルチレベル電力変換回路を説明する。メインスイッチングユニット１１，第１サブスイッチングユニット１２については、図１５の第１〜第１９スイッチングデバイスＳ１〜Ｓ１９と同様の構成であるため、ここでの説明は省略し、第２サブスイッチングユニット１３について説明する。
【０１４４】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点に第３，第４スイッチＱ３，Ｑ４の一端がそれぞれ接続される。第３スイッチＱ３の他端と第４スイッチＱ４の他端との間には第３フローティングキャパシタＦＣ３が接続される。第３フローティングキャパシタＦＣ３の正極端と負極端との間には第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２が直列接続される。第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【０１４５】
図１６において、第１〜第４スイッチＱ１〜Ｑ４と第３フローティングキャパシタＦＣ３の直流電圧Ｅを利用して、第１サブスイッチングユニット１２の出力（第１４，第１５スイッチングデバイスの共通接続点）に対し、±Ｅの電圧を加えることができる。表７に第１〜第４スイッチＱ１〜Ｑ４のスイッチングパターンと第１サブスイッチングユニット１２の出力に加えることができる電圧の関係を示す。電圧は、第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点を基準点とする。
【０１４６】
【表７】
2018182841.tif 000009
【０１４７】
図１７のマルチレベル電力変換回路を説明する。メインスイッチングユニット１１，第１サブスイッチングユニット１２については、図１５の第１〜第１９スイッチングデバイスＳ１〜Ｓ１９と同様の構成であるため、ここでの説明は省略し、第２サブスイッチングユニット１３について説明する。
【０１４８】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点に第４，第５スイッチＱ４，Ｑ５の一端がそれぞれ接続される。第４スイッチＱ４の他端と第５スイッチＱ５の他端との間には第３，第４フローティングキャパシタＦＣ３，ＦＣ４が直列接続される。第３フローティングキャパシタＦＣ３の正極端と第４フローティングキャパシタＦＣ４の負極端との間には第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２が直列接続される。第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２の共通接続点と第３，第４フローティングキャパシタＦＣ３，ＦＣ４の共通接続点との間に第３スイッチＱ３が接続される。第１，第２スイッチＱ１，Ｑ２の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【０１４９】
図１７において、第１〜第５スイッチＱ１〜Ｑ５と第３，第４フローティングキャパシタＦＣ３，ＦＣ４の直流電圧Ｅを利用して、第１サブスイッチングユニット１２の出力ｎ±Ｅまたは±２Ｅの電圧を加えることができる。表８に第１〜第５スイッチＱ１〜Ｑ５のスイッチングパターンと第１サブスイッチングユニット１２の出力に加えることができる電圧の関係を示す。電圧は、第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点を基準点とする。
【０１５０】
【表８】
2018182841.tif 000010
【０１５１】
次に、図１８のマルチレベル電力変換回路について説明する。図１８のマルチレベル電力変換回路は第１サブスイッチングユニット１２が図１７と異なる。第３分圧コンデンサＣ３の正極端と第４分圧コンデンサＣ４の負極端との間に第７〜第１０スイッチングデバイスＳ７〜Ｓ１０が直列接続される。第８，第９スイッチングデバイスＳ８，Ｓ９の共通接続点は、第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点に接続される。
【０１５２】
第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８の共通接続点と第９，第１０スイッチングデバイスＳ９，Ｓ１０の共通接続点との間に第５〜第８フライングキャパシタＦＣ５〜ＦＣ８が直列接続される。
【０１５３】
第５，第６フライングキャパシタＦＣ５，ＦＣ６の共通接続点と第７，第８フライングキャパシタＦＣ７，ＦＣ８の共通接続点との間に第１１〜第１４スイッチングデバイスＳ１１〜Ｓ１４が直列接続される。第１２，第１３スイッチングデバイスＳ１２，Ｓ１３の共通接続点は第６，第７フライングキャパシタＦＣ６，ＦＣ７の共通接続点に接続される。
【０１５４】
第１１，第１２スイッチングデバイスＳ１１，Ｓ１２の共通接続点と第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４の共通接続点との間に第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６が直列接続される。第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６の共通接続点は第１サブスイッチングユニット１２の出力端子として第４，第５スイッチＱ４，Ｑ５の共通接続点に接続される。
【０１５５】
メインスイッチングユニット１１の分圧直流電圧源数２ｎ，第１サブスイッチングユニット１２の分圧直流電圧源数ｍ１，第２サブスイッチングユニット１３の分圧直流電圧源数ｍ２個としたときの出力電圧レベル数，三相の電力変換システムで必要となる直流電圧源数ＶＤＣｓの関係を、図１９に示す。
【０１５６】
ここで、メインスイッチングユニット１１，第１サブスイッチングユニット１２，第２サブスイッチングユニット１３の直流電圧源の比を（２ｍ１＋１）（２ｍ２＋１）：（２ｍ１＋１）：１とすると、出力電圧レベル数は２ｎ（２ｍ１＋１）（２ｍ２＋１）＋１となる。また、直流電圧源数は２ｎ＋３ｍ１＋３ｍ２となる。なお、直流電圧源数は、図１５のような３相電力変換回路の場合である。
【０１５７】
図１９は、メインスイッチングユニット１１の分圧直流電圧源数２ｎを４，６，８，１０，第１サブスイッチングユニット１２の分圧直流電圧源数ｍ１を１，２，４，第２サブスイッチングユニット１３の直流電圧源数ｍ２を１，２としたときの各関係である。横軸が出力電圧レベル数である。
【０１５８】
本実施形態８によれば、実施形態１〜７と比較して、電圧レベル数を増加することが可能となる。その結果、出力電圧・出力電流の高調波を低減することができ、出力フィルタレス化などの効果が見込める。
【０１５９】
［実施形態９］
実施形態８を拡張したメインスイッチングユニット１１の分圧直流電圧源数２ｎ，第１サブスイッチングユニット１２の分圧直流電圧源数ｍ１、第２サブスイッチングユニット１３の分圧直流電圧源数ｍ２，…，第ｓのサブスイッチングユニットの分圧直流電圧源数ｍｋ個を利用したマルチレベル電力変換回路を図２０に示す。
【０１６０】
メインスイッチングユニット，…，第ｓ−２のサブスイッチングユニット，第ｓ−１のサブスイッチングユニット，第ｓのサブスイッチングユニットの直流電圧源の比を（２ｍ１＋１）（２ｍ２＋１）…（２ｍｓ＋１）：…：（２ｍ３＋１）（２ｍ２＋１）（２ｍ１＋１）：（２ｍ２＋１）（２ｍ１＋１）：（２ｍ１＋１）：１とすると、出力電圧レベル数は２ｎ（２ｍ１＋１）（２ｍ２＋１）…（２ｍｓ＋１）＋１となる。また、直流電圧源数は、２ｎ＋３ｍ１＋３ｍ２＋…３ｍｓとする。
【０１６１】
例として、サブスイッチングユニット数ｓ＝４，メインスイッチングユニットの分圧直流電圧源数２ｎ＝４，第１サブスイッチングユニットの分圧直流電圧源数ｍ１＝２、第２〜第４サブスイッチングユニットの分圧直流電圧源数ｍ２＝ｍ３＝ｍ４＝１の場合について説明する。
【０１６２】
メインスイッチングユニット，第１のサブスイッチングユニット，第２のサブスイッチングユニット，第３のサブスイッチングユニット、第４のサブスイッチングユニットの直流電圧源の比を（２ｍ１＋１）（２ｍ２＋１）（２ｍ３＋１）（２ｍ４＋１）：（２ｍ３＋１）（２ｍ２＋１）（２ｍ１＋１）：（２ｍ２＋１）（２ｍ１＋１）：（２ｍ１＋１）：１（すなわち、（２＊２＋１）（２＋１）（２＋１）（２＋１）：（２＋１）＊（２＋１）＊（２＊２＋１）：（２＋１）＊（２＊２＋１）：（２＊２＋１）：１、すなわち、１３５：４５：１５：５：１）とすると、出力電圧レベル数は２ｎ（２ｍ１＋１）（２ｍ２＋１）（２ｍ３＋１）（２ｍ４＋１）＋１＝４＊５＊３＊３＊３＋１＝５４１レベルとなる。また、直流電圧源数は、２ｎ＋３ｍ１＋３ｍ２＋３ｍ３＋３ｍ４＝２＊２＋３＊２＋３＋３＋３＝１９となる。
【０１６３】
本実施形態９を実現するための回路構成は、第ｓまでのサブスイッチングユニットの分圧直流電圧源を利用した構成である。最終段のｓ番目のスイッチングユニットに最大電圧をバイパスするスイッチングデバイスを接続した構成（図１８はこの構成に相当する。第１７，第１８スイッチングデバイスＳ１７，Ｓ１８がバイパススイッチである。）の他にも、第一のサブスイッチングユニットに最大電圧をバイパスするスイッチを接続した構成も考えられる（図１６，図１７、図２０はこの構成に相当する。第１３，第１６スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１６がバイパススイッチである）。
【０１６４】
任意の第ａ番目（ａ≧２）のスイッチングユニットにバイパススイッチを接続した構成も考えられる。ただし、図１８のように第一のサブスイッチングユニットの分圧直流電圧源が４つある構成の場合は、バイパススイッチは２番目以降のスイッチングユニットのいずれかに接続される。
【０１６５】
また、図２１に示すように、図２０におけるメインスイッチングユニットの分圧直流電圧源（分圧コンデンサＣ１〜Ｃ４）を各相で共通化して、三相のマルチレベル変換回路としてもよい。
【０１６６】
［実施形態１０］
実施形態８，９の構成を用いて、三相のマルチレベル電力変換回路を構成する場合、メインの分圧直流電圧源（分圧コンデンサ）を図２１のように三相で共通とせず、各相で独立にした構成としてもよい。
【０１６７】
相毎に独立に電力変換器を構成できるため、Ｙ結線やΔ結線などの結線方法を利用できる。図２２に、Ｙ結線の構成例を示す。各相の直流−交流変換器には、第１，第２相間スイッチＰ１、Ｐ２が追加されて、これらの共通接続点をＹ結線する。
【０１６８】
分圧コンデンサ、メインスイッチングユニット、第１〜第ｓサブスイッチングユニットを三相分設ける。各相の第２ｋ−１分圧コンデンサＣ２ｋ−１の正極端と第２ｋ分圧コンデンサＣ２ｋの負極端との間に第１，第２相間スイッチＰ１，Ｐ２を設ける。各相の第１，第２相間スイッチＰ１，Ｐ２の共通接続点をＹ結線、または、Δ結線する。本実施形態１０は、Ｙ結線またはΔ結線を利用して電圧レベル数をさらに倍増するなどの手段を行うことができる。
【０１６９】
なお、ｓ番目（最終段）のスイッチングユニットは補助電圧源ではなく、フローティングキャパシタとする構成も可能である。
【０１７０】
表９に、図２１と図２２の比較を示す。メイスイッチングユニットの分圧直流電圧源数２ｎ＝４，６，８，１０，第１サブスイッチングユニットの分圧直流電圧源数ｍ１＝１，２，４，第２のサブスイッチングユニットの分圧直流電圧源数ｍ２＝１，２としたときの相電圧の電圧レベル数（ステップ数）と三相の電力変換システムで必要になる直流電圧源数を比較している。
【０１７１】
図２１の構成ではメインスイッチングユニットの分圧直流電圧源（分圧コンデンサ）は三相で共通である。一方、図２２では相毎にメインスイッチングユニットの分圧直流電圧源（分圧コンデンサ）が必要になるので直流電圧源数が多いが、Ｙ結線を利用することで電圧レベル数が倍増する。１０９レベル時で比較を行うと、図２１の構成では直流電源数が１９個であるのに対して、図２２の構成では，２４個である。
【０１７２】
【表９】
2018182841.tif 000011
【０１７３】
図２３は、２ｎ＝６とした場合のメインスイッチングユニットの構成である。図２４は、２ｎ＝８とした場合のメインスイッチングユニットの構成である。
【０１７４】
図２２の点線部の構成が、図２３または図２４の構成に置き換わる。各図とも、１番上の直流電圧源の正極が図２２の第１３スイッチングデバイスＳ１３の一端に接続される。１番下の直流電圧源の負極が図２２の第１６スイッチングデバイスＳ１６の一端に接続される。
【０１７５】
図２３では第７，第８スイッチングデバイスＳ７，Ｓ８，図２４では第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４の共通接続点が図２２の第１７，第１８スイッチングデバイスＳ１７，Ｓ１８の共通接続点に接続される。
【０１７６】
本実施形態１０の３相マルチレベル電力変換回路の構成は、図２５に示すような、２番目以降のサブの分圧直流電圧源のスイッチングユニットがない変換器にも、適用できる。
【０１７７】
図２５（ａ）について説明する。２ｋ（２以上の整数）個の第２ｋ−１，…，第３，第１，第２，第４，…，第２ｋ分圧コンデンサが順次直列接続される。
【０１７８】
メインスイッチングユニットの第１単位変換器では、第１分圧コンデンサＣ１の正極端と負極端との間に第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４が直列接続される。第２分圧コンデンサＣ２の正極端と負極端との間に第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６が直列接続される。第３，第４スイッチングデバイスＳ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチングデバイスＳ５，Ｓ６の共通接続点との間に第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２が直列接続される。
【０１７９】
図２５（ａ）では、メインスイッチングユニットは、第１単位変換器の第１〜第６スイッチングデバイスＳ１〜Ｓ６のみだが、図２３，図２４に示すように第２，第３，…，第ｋ−１単位変換器を設けても良い。
【０１８０】
メインスイッチングユニットの第ｎ（ｎ＝２〜ｋ−１の整数）単位変換器では、第２ｎ−１分圧コンデンサＣ２ｎ−１の正極端と第６ｎ−９，第６ｎ−８スイッチングデバイスＳ６ｎ−９，Ｓ６ｎ−８の共通接続点との間に第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスＳ６ｎ−３，Ｓ６ｎ−２が直列接続される。
【０１８１】
第６ｎ−７，第６ｎ−６スイッチングデバイスＳ６ｎ−７，Ｓ６ｎ−６の共通接続点と第２ｎ分圧コンデンサＣ２ｎの負極端との間に第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスＳ６ｎ−１，Ｓ６ｎが直列接続される。
【０１８２】
第６ｎ−３，第６ｎ−２スイッチングデバイスＳ６ｎ−３，Ｓ６ｎ−２の共通接続点と第６ｎ−１，第６ｎスイッチングデバイスＳ６ｎ−１，Ｓ６ｎの共通接続点との間に第６ｎ−５，第６ｎ−４スイッチングデバイスＳ６ｎ−５，Ｓ６ｎ−４が直列接続される。
【０１８３】
第１サブスイッチングユニットは、第２ｋ−１分圧コンデンサＣ２ｋ−１の正極端と、第２ｋ分圧コンデンサＣ２ｋの負極端と、第６（ｋ−１）−５，第６（ｋ−１）−４スイッチングデバイスの共通接続点を入力端子とし、入力端子の電圧を選択して、または、入力端子の電圧にフローティングキャパシタの電圧を加算，減算して出力端子に出力する。
【０１８４】
図２５（ａ），（ｂ）に基づいて具体例を説明する。
【０１８５】
第３分圧コンデンサＣ３の正極端と第４分圧コンデンサＣ４の負極端との間には第１３〜第１６スイッチングデバイスＳ１３〜Ｓ１６が直列接続される。第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４の共通接続点と第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６との間にはフローティングキャパシタＦＣが接続される。
【０１８６】
フローティングキャパシタＦＣの正極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間には第１７スイッチングデバイスＳ１７が接続される。フローティングキャパシタＦＣの負極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間には第１８スイッチングデバイスＳ１７が接続される。
【０１８７】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点が出力端子ＯＵＴとなる。
【０１８８】
図２５（ｂ）のマルチレベル電力変換回路について説明する。図２５（ａ）と同様の箇所については同様の符号を付してその説明は省略する。
【０１８９】
第１３，第１４スイッチングデバイスＳ１３，Ｓ１４の共通接続点と第１５，第１６スイッチングデバイスＳ１５，Ｓ１６の共通接続点との間には第１，第２フローティングキャパシタＦＣ１，ＦＣ２が直列接続される。
【０１９０】
第１フローティングキャパシタＦＣ１の正極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間には第１７スイッチングデバイスＳ１７が接続される。第２フローティングキャパシタＦＣ２の負極端と第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２の共通接続点との間には第１８スイッチングデバイスＳ１８が接続される。
【０１９１】
第１４，第１５スイッチングデバイスＳ１４，Ｓ１５の共通接続点と第１，第２フローティングキャパシタの共通接続点との間には第１９スイッチングデバイスＳ１９が接続される。
【０１９２】
図２５（ａ），（ｂ）では、分圧コンデンサ，メインスイッチングユニット，第１のサブスイッチングユニットを三相分備える。各相の第２ｋ−１分圧コンデンサＣ２ｋ−１の正極端と第２ｋ分圧コンデンサＣ２ｋの負極端との間に第１，第２相間スイッチＰ１，Ｐ２を設ける。第１，第２相間スイッチＰ１，Ｐ２の共通接続点を中性点ＮＰとする。各相の第１，第２相間スイッチＰ１，Ｐ２の共通接続点（中性点ＮＰ）をＹ結線、または、Δ結線する。
【０１９３】
図２５（ａ）では２５レベル、図２５（ｂ）では４１レベルとなる。
【０１９４】
本実施形態１０のマルチレベル電力変換回路は、従来のマルチレベル変換回路と比較して，電圧レベル数を増加できる。これにより、出力電圧・電流の高調波を低減できるため、出力フィルタレス化などの効果が見込める。
【０１９５】
また、各実施形態において、フローテイングキャパシタの代わりに、図１５のように補助電圧源を接続してもよい。
【０１９６】
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】
【０１９７】
Ｃ１〜Ｃ２ｋ…分圧コンデンサ
２１〜２ｋ…単位変換器
３…三相交流電源
４…三相変圧器
Ｒｅｃ．…整流回路
５…補助変圧器
６…補助電圧源
１１…メインスイッチングユニット
１２…第１のサブスイッチングユニット
１３…第２のサブスイッチングユニット
【図１】
2018182841.tif 000012
【図２】
2018182841.tif 000013
【図３】
2018182841.tif 000014
【図４】
2018182841.tif 000015
【図５】
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【図６】
2018182841.tif 000017
【図７】
2018182841.tif 000018
【図８】
2018182841.tif 000019
【図９】
2018182841.tif 000020
【図１０】
2018182841.tif 000021
【図１１】
2018182841.tif 000022
【図１２】
2018182841.tif 000023
【図１３】
2018182841.tif 000024
【図１４】
2018182841.tif 000025
【図１５】
2018182841.tif 000026
【図１６】
2018182841.tif 000027
【図１７】
2018182841.tif 000028
【図１８】
2018182841.tif 000029
【図１９】
2018182841.tif 000030
【図２０】
2018182841.tif 000031
【図２１】
2018182841.tif 000032
【図２２】
2018182841.tif 000033
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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