(57)【要約】【課題】交流電源の出力を調整して負荷に供給できる、小型で低損失な電力変換装置を提供することを目的とする。また、ソフトスイッチングでＰＦＣを行うことが可能な電力変換装置を提供することを他の目的とする。【解決手段】電力変換装置１は、交流電源２０と負荷３０とに直列に接続されるインダクタＬと、負荷３０に並列に接続されるフルブリッジ型ＭＥＲＳ１００と、制御回路１１０と、インダクタＬと負荷３０の間に直列に接続される電流方向切替部２００と、電流計３００と、から構成される。制御回路１１０は、電流計３００の検知する電流をフィードバックし、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を構成する逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３のペアと逆導通型半導体スイッチＳＷ１，４のペアとのうち、交流電源２０の出力の正・に対応するペアのオン・オフを繰り返し切り替え、他方のペアをオフに保持させる。【選択図】図１
2011097688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記負荷の他端と前記基準電位点が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１と前記第２の入力端子の間に、前記交流電源と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
一端を基準電位点と交流電源の一端とに接続された負荷の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に前記負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
インダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第２の入力端子に基準電位点と交流電源の一端とが接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に、負荷と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記第１と前記第２の出力端子間に、前記負荷に並列になるように接続される平滑コンデンサを更に備える、
ことを特徴とする請求項２または４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電流方向切替手段は、ダイオードブリッジである、
ことを特徴とする請求項２、４、５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記インダクタに流れる電流を検知する電流検知手段を更に備え、
前記制御手段は、前記電流検知手段によって検知される電流の波形が目標の波形になるように、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記交流電源から供給される電力の力率が略１になるように前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記交流電源は、直流電源の出力する直流電流を交流電流に変換するために前記直流電源に接続される直交変換器であり、
該直交変換器を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
三相交流電源の各相に配置される、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記磁気エネルギー回生スイッチに流れる電流の立ち上がりをなだらかにする第２のインダクタを更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
一端が三相交流電源の各相に接続される第１と第２と第３のインダクタと、
第１と第２と第３の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１の入力端子には前記第１のインダクタの他端が、前記第２の入力端子には前記第２のインダクタの他端が、前記第３の入力端子には前記第３のインダクタの他端が、接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２と前記第３の入力端子から入力される三相交流電流を直流に整流して前記第１と第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２と第３の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第６のダイオードと、第１から第６の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードが、前記第３の交流端子には前記第５のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのカソードが、接続され、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記第５のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、前記第５のダイオードに前記第５の自己消弧型素子が、前記第６のダイオードに前記第６の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が、前記第３の交流端子に前記第３の入力端子が、接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記三相交流電源の第１相の出力が正の場合は、前記第１の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第２の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第１相の出力が負の場合は、前記第２の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第１の自己消弧型素子をオフに保持させ、第２相の出力が正の場合は、前記第３の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第４の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第２相の出力が負の場合は、前記第４の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第３の自己消弧型素子をオフに保持させ、第３相の出力が正の場合は前記第５の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第６の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第３相の出力が負の場合は前記第６の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ前記第５の自己消弧型素子をオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
前記第１と第２の出力端子間に接続される平滑コンデンサを更に備える、
ことを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記電流方向切替手段は、ダイオードブリッジである、
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記磁気エネルギー回生スイッチに流れる電流の立ち上がりをなだらかにする第２のインダクタを更に備える、
ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであって、前記ダイオードは、並列に接続された前記逆導通型半導体スイッチの寄生ダイオードである、
ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項にに記載の電力変換装置。
【請求項１７】
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記負荷の他端と前記基準電位点が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換方法。
【請求項１８】
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１と前記第２の入力端子の間に、前記交流電源と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換方法。
【請求項１９】
一端を基準電位点と交流電源の一端とに接続された負荷の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換方法。
【請求項２０】
インダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第２の入力端子に基準電位点と交流電源の一端とが接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に、負荷と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換方法。
【請求項２１】
一端が三相交流電源の各相に接続される第１と第２と第３のインダクタと、
第１と第２と第３の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１の入力端子には前記第１のインダクタの他端が、前記第２の入力端子には前記第２のインダクタの他端が、前記第３の入力端子には前記第３のインダクタの他端が、接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２と前記第３の入力端子から入力される三相交流電流を直流に整流して前記第１と第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２と第３の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第６のダイオードと、第１から第６の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードが、前記第３の交流端子には前記第５のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのカソードが、接続され、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記第５のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、前記第５のダイオードに前記第５の自己消弧型素子が、前記第６のダイオードに前記第６の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が、前記第３の交流端子に前記第３の入力端子が、接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記三相交流電源の第１相の出力が正の場合は、前記第１の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第２の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第１相の出力が負の場合は、前記第２の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第１の自己消弧型素子をオフに保持させ、第２相の出力が正の場合は、前記第３の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第４の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第２相の出力が負の場合は、前記第４の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第３の自己消弧型素子をオフに保持させ、第３相の出力が正の場合は前記第５の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第６の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第３相の出力が負の場合は前記第６の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ前記第５の自己消弧型素子をオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置及び電力変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、入力電圧を昇圧して出力する場合、昇圧回路が使用される。例えば、交流発電機の出力する交流電力を、ダイオードブリッジなどの整流回路で直流電力に変換した後、昇圧チョッパ回路によって電圧を上昇させて負荷に供給する昇圧回路がある。
【０００３】
この昇圧チョッパ回路を、例えば交流発電機の出力の昇圧に用いるには、ダイオードブリッジで整流することが不可欠である。そのうえ、交流発電機に遅れ力率の電流が流れ、電機子反作用によって出力電圧を下げてしまうことで力率が下がり、交流発電機の性能を十分に発揮できない。
力率を改善するために、スイッチングモード整流方式による力率改善、いわゆるＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｐｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）コンバータを用いる方法が広く使われている。しかし、ＰＦＣコンバータにおいても交流電源の出力を一度直流に整流する必要がある。そのため、これまで種々の考案がなされている。
【０００４】
例えば、トランスで昇圧するのではなく、リアクトルを交流電源に接続することによって力率を改善させる、ＡＣ動作のブリッジレスブースト（ＢＬＢ）式のＰＦＣ回路がある。ＢＬＢ式のＰＦＣ回路は、ダイオードブリッジを備えた従来のＰＦＣ回路に比べ、部品数が少なく低損失である。
しかし、ＢＬＢ式のＰＦＣ回路は、直流リアクトルを用いるため回路が大きく重いものになってしまう。交流リアクトルに比べ直流リアクトルは、直流偏磁の影響があるためにその大きさが大きい。また、絶縁トランスの漏れリアクタンスや、発電機の内部インダクタンスなどを利用することができない。また、負荷に電圧が印加されている間は、ＰＦＣの制御のためのスイッチング動作がハードスイッチングになる。
【０００５】
また、ソフトスイッチングで、昇圧可能で、かつ、交流電源の出力の力率を略１に調整できる交流直流変換装置が、特許文献１に開示されている。
この交流直流変換装置は、４つの逆導通の半導体スイッチとコンデンサで構成される磁気エネルギー回生スイッチとリアクトルと交流電源とを直列に接続し、交流電圧に同期して逆導通型半導体スイッチのオン・オフを切り替えることにより、コンデンサとリアクトルとの共振を起こさせる。この共振電圧をダイオード整流回路により取り出すことによって、交流入力電圧より高い直流電圧を負荷に印加する。また、交流電源を流れる電流は高調波が少なく、交流電源の出力する電力は力率が良くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１７４７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の交流直流変換装置は、交流電源を流れる電流の波形がきれいな正弦波にはならない。また、交流電源から出力される電圧を昇圧して直流電圧を負荷に印加することができるが、交流電圧を負荷に印加することができない。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、交流電源から所望の電流波形が得られ、交流電圧を昇圧あるいは降圧でき、負荷に供給される電力を調整できる、小型で低損失な電力変換装置を提供することを目的とする。
また、ソフトスイッチングでＰＦＣを行うことが可能な電力変換装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る電力変換装置は、
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記負荷の他端と前記基準電位点が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る電力変換装置は、
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１と前記第２の入力端子の間に、前記交流電源と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る電力変換装置は、
一端を基準電位点と交流電源の一端とに接続された負荷の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に前記負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る電力変換装置は、
インダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第２の入力端子に基準電位点と交流電源の一端とが接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に、負荷と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００１３】
例えば、前記第１と前記第２の出力端子間に、前記負荷に並列になるように接続される平滑コンデンサを更に備える。
【００１４】
例えば、前記電流方向切替手段は、ダイオードブリッジである。
【００１５】
例えば、前記インダクタに流れる電流を検知する電流検知手段を更に備え、
前記制御手段は、前記電流検知手段によって検知される電流の波形が目標の波形になるように、前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御してもよい。
【００１６】
また、前記制御手段は、前記交流電源から供給される電力の力率が略１になるように前記第１乃至第４の自己消弧型素子のオン・オフを制御してもよい。
【００１７】
例えば、前記交流電源は、直流電源の出力する直流電流を交流電流に変換するために前記直流電源に接続される直交変換器であり、
該直交変換器を更に備えてもよい。
【００１８】
例えば、三相交流電源の各相に配置されてもよい。
【００１９】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチに流れる電流の立ち上がりをなだらかにする第２のインダクタを更に備えてもよい。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明の第５の観点に係る電力変換装置は、
一端が三相交流電源の各相に接続される第１と第２と第３のインダクタと、
第１と第２と第３の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１の入力端子には前記第１のインダクタの他端が、前記第２の入力端子には前記第２のインダクタの他端が、前記第３の入力端子には前記第３のインダクタの他端が、接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２と前記第３の入力端子から入力される三相交流電流を直流に整流して前記第１と第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２と第３の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第６のダイオードと、第１から第６の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードが、前記第３の交流端子には前記第５のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのカソードが、接続され、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記第５のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、前記第５のダイオードに前記第５の自己消弧型素子が、前記第６のダイオードに前記第６の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が、前記第３の交流端子に前記第３の入力端子が、接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
各前記自己消弧型素子のオン・オフを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記三相交流電源の第１相の出力が正の場合は、前記第１の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第２の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第１相の出力が負の場合は、前記第２の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第１の自己消弧型素子をオフに保持させ、第２相の出力が正の場合は、前記第３の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第４の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第２相の出力が負の場合は、前記第４の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第３の自己消弧型素子をオフに保持させ、第３相の出力が正の場合は前記第５の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第６の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第３相の出力が負の場合は前記第６の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ前記第５の自己消弧型素子をオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００２１】
例えば、前記第１と第２の出力端子間に接続される平滑コンデンサを更に備える。
【００２２】
例えば、前記電流方向切替手段は、ダイオードブリッジである。
【００２３】
例えば、前記磁気エネルギー回生スイッチに流れる電流の立ち上がりをなだらかにする第２のインダクタを更に備えてもよい。
【００２４】
また、前記自己消弧型素子は逆導通型半導体スイッチであって、前記ダイオードは、並列に接続された前記逆導通型半導体スイッチの寄生ダイオードであってもよい。
【００２５】
上記目的を達成するため、本発明の第６の観点に係る電力変換方法は、
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記負荷の他端と前記基準電位点が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明の第７の観点に係る電力変換方法は、
一端を基準電位点に接続された交流電源の他端に、一端を接続されるインダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１と前記第２の入力端子の間に、前記交流電源と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するため、本発明の第８の観点に係る電力変換方法は、
一端を基準電位点と交流電源の一端とに接続された負荷の他端に、一端を接続されるインダクタと、
入力端子と出力端子とを備え、前記入力端子に前記インダクタの他端が、前記出力端子に負荷の一端が接続され、前記交流電源の出力する電圧が正の場合、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を遮断し、前記交流電源の出力する電圧が負の場合、前記出力端子から前記入力端子に流れる電流を導通し、かつ、前記入力端子から前記出力端子に流れる電流を遮断する、ことによって電流が導通する方向を切り替える電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明の第９の観点に係る電力変換方法は、
インダクタと、
第１と第２の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第２の入力端子に基準電位点と交流電源の一端とが接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に、負荷と前記インダクタの直列回路が接続され、前記第１と前記第２の入力端子から入力される交流電流を直流に整流して前記第１と前記第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第４のダイオードと、第１から第４の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第１の直流端子には前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードとが接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記交流電源の他端が接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記第２と第３の自己消弧型素子のペアと前記第１と第４の自己消弧型素子のペアとのうち、前記交流電源の出力する電圧の正・負に対応するペアのオン・オフを、該交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ、他方のペアをオフに保持させる、
ことを特徴とする電力変換方法。
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明の第１０の観点に係る電力変換方法は、
一端が三相交流電源の各相に接続される第１と第２と第３のインダクタと、
第１と第２と第３の入力端子と第１と第２の出力端子とを備え、前記第１の入力端子には前記第１のインダクタの他端が、前記第２の入力端子には前記第２のインダクタの他端が、前記第３の入力端子には前記第３のインダクタの他端が、接続され、前記第１と前記第２の出力端子の間に負荷が接続され、前記第１と前記第２と前記第３の入力端子から入力される三相交流電流を直流に整流して前記第１と第２の出力端子間から出力する電流方向切替手段と、
第１と第２と第３の交流端子と、第１と第２の直流端子と、第１から第６のダイオードと、第１から第６の自己消弧型素子と、コンデンサとを備え、前記第１の交流端子には前記第１のダイオードのアノードと前記第２のダイオードのカソードが、前記第２の交流端子には前記第３のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのカソードが、前記第３の交流端子には前記第５のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのカソードが、接続され、前記第１の直流端子には、前記第１のダイオードのカソードと前記第３のダイオードのカソードと前記第５のダイオードのカソードと前記コンデンサの一方の極が、前記第２の直流端子には前記第２のダイオードのアノードと前記第４のダイオードのアノードと前記第６のダイオードのアノードと前記コンデンサの他方の極が、接続され、前記第１のダイオードに前記第１の自己消弧型素子が、前記第２のダイオードに前記第２の自己消弧型素子が、前記第３のダイオードに前記第３の自己消弧型素子が、前記第４のダイオードに前記第４の自己消弧型素子が、前記第５のダイオードに前記第５の自己消弧型素子が、前記第６のダイオードに前記第６の自己消弧型素子が、並列に接続され、前記第１の交流端子に前記第１の入力端子が、前記第２の交流端子に前記第２の入力端子が、前記第３の交流端子に前記第３の入力端子が、接続される磁気エネルギー回生スイッチと、
を備えた電力変換装置において、
前記三相交流電源の第１相の出力が正の場合は、前記第１の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第２の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第１相の出力が負の場合は、前記第２の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第１の自己消弧型素子をオフに保持させ、第２相の出力が正の場合は、前記第３の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第４の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第２相の出力が負の場合は、前記第４の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第３の自己消弧型素子をオフに保持させ、第３相の出力が正の場合は前記第５の自己消弧型素子を前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替えかつ前記第６の自己消弧型素子をオフに保持させ、前記第３相の出力が負の場合は前記第６の自己消弧型素子のオン・オフを前記交流電源の出力電圧の周波数以上の周波数で繰り返し切り替え、かつ前記第５の自己消弧型素子をオフに保持させる、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、低損失で、交流電源から所望の電流波形が得られ、交流電圧を昇圧あるいは降圧でき、負荷に供給される電力を調整できる。
また、ソフトスイッチングでＰＦＣを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図２Ａ】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための図である。
【図２Ｂ】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための図である。
【図２Ｃ】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための図である。
【図３Ａ】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための図である。
【図３Ｂ】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための図である。
【図３Ｃ】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための図である。
【図４Ａ】図１に示す電力変換装置の電源の出力と負荷に印加される電圧との関係例を示す図である。
【図４Ｂ】図１に示す電力変換装置の交流電源を流れる電流と目標とする電流の関係を示す図である。
【図４Ｃ】図１に示す電力変換装置の交流電源を流れる電流と目標とする電流の関係を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図６Ａ】図５に示す電力変換装置の電源の出力と負荷に印加される電圧との関係例を示す図である。
【図６Ｂ】図５に示す電力変換装置のスイッチングに伴う逆導通型半導体スイッチの電流・電圧の変化を示す図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図８】図７に示す電力変換装置の電源の出力と負荷に印加される電圧との関係例を示す図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第五実施形態に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図１１】図１，４，９，１０に示す電力変換装置の直流電源への応用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を、図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態に係る電力変換装置１は、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００をチョッピングすることによって、交流電源２０から負荷３０に供給される電力を増大させて、かつ、交流電源２０を流れる電流の波形の制御と力率改善とを行う装置である。電力変換装置１は、図１に示すように、インダクタＬ，Ｌ０と，フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００と、制御回路１１０と、電流方向切替部２００と、電流計３００と、接続端子ｔａ，ｔｂ，ｔｃと、から構成される。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、４つの逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４と、コンデンサＣＭと、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２と、直流端子ＤＣＰ，ＤＣＮと、から構成される。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４は、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４と、ダイオード部ＤＳＷ１乃至ＤＳＷ４に並列に接続されたスイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４と、スイッチ部ＳＳＷ１乃至ＳＳＷ４に配置されたゲートＧＳＷ１乃至ＧＳＷ４と、から構成される。
電流方向切替部２００は、入力端子Ｉ１と、出力端子Ｏ１と、逆導通型半導体スイッチＳＷＲ，ＳＷＬと、ダイオードＤＲ，ＤＬと、から構成される。
電流方向切替部２００の逆導通型半導体スイッチＳＷＲ，ＳＷＬは、ダイオード部ＤＳＷＲ，ＤＳＷＬと、ダイオード部ＤＳＷＲ，ＤＳＷＬに並列に接続されたスイッチ部ＳＳＷＲ，ＳＳＷＬと、スイッチ部ＳＳＷＲ，ＳＳＷＬに配置されたゲートＧＳＷＲ，ＧＳＷＬと、から構成される。
【００３４】
交流電源２０の一方の出力は端子ｔｂに接続され、他方の出力は基準電位点に接続された接地ラインに接続される。
負荷３０の一端は端子ｔｃに接続され、負荷３０の他端は接地ラインに接続される。
【００３５】
端子ｔｂはインダクタＬの一端に接続され、インダクタＬの他端は電流方向切替部２００の入力端子Ｉ１とインダクタＬ０の一端に接続される。
【００３６】
電流方向切替部２００の入力端子Ｉ１には、ダイオード部ＤＳＷＲのカソードとダイオードＤＬのカソードとが接続されている。
ダイオード部ＤＳＷＲのアノードにはダイオードＤＲのアノードが、ダイオードＤＬのアノードにはダイオード部ＤＳＷＬのアノードが接続されており、ダイオードＤＲのカソードとダイオード部ＤＳＷＬのカソードとが出力端子Ｏ１に接続されている。
電流方向切替部２００の出力端子Ｏ１は端子ｔｃと接続される。
【００３７】
インダクタＬ０の他端はフルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の交流端子ＡＣ１に接続され、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の交流端子ＡＣ２は接続端子ｔａに接続される。
端子ｔａは接地ラインに接続される。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の交流端子ＡＣ１にはダイオード部ＤＳＷ１のアノードとダイオード部ＤＳＷ２のカソードとが、直流端子ＤＣＰにはダイオード部ＤＳＷ１のカソードとダイオード部ＤＳＷ３のカソードとコンデンサＣ１の正極とが、直流端子ＤＣＮにはダイオード部ＤＳＷ２のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のアノードとコンデンサＣ１の負極とが、交流端子ＡＣ２にはダイオード部ＤＳＷ３のアノードとダイオード部ＤＳＷ４のカソードとが接続される。
【００３８】
電流計３００は、インダクタＬを流れる電流を計測可能なようにインダクタＬに直列に接続され、計測した電流の値を制御回路１００に入力する。
制御回路１１０には、交流電源２０の出力する電圧が入力され、出力が逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至４，ＳＷＲ，ＳＷＬに入力される。
【００３９】
インダクタＬは、例えば１０ミリＨの交流リアクタンスであり、交流電源２０を電流源として機能させる。
インダクタＬ０は、例えば１００マイクロＨの小型のコイルであり、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００に流れる電流の立ち上がりをなだらかにする。
【００４０】
逆導通型半導体スイッチＳＷｘ（ｘ＝１，２，３，４，Ｒ，Ｌ）のスイッチ部ＳＳＷｘは、ゲートＧＳＷｘにオン信号が入力されるとオンに、オフ信号が入力されるとオフになる。
スイッチ部ＳＳＷｘがオンになると、ダイオード部ＤＳＷｘが短絡され、逆導通型半導体スイッチＳＷｘがオンになる。
スイッチ部ＳＳＷｘがオフになると、ダイオード部ＤＳＷｘが機能し、逆導通型半導体スイッチＳＷｘはオフになる。
逆導通型半導体スイッチＳＷｘは、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔｂｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
【００４１】
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００部分の交流端子ＡＣ１と交流端子ＡＣ２との間を流れる電流の導通・遮断を切り替え、遮断時に、磁気エネルギーによって流れる電流をコンデンサＣＭに静電エネルギーとして蓄積し、次の電流導通時に、電流が流れる方向に、この静電エネルギーとして蓄積した磁気エネルギーを回生するスイッチである。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００は、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオン、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフの場合、交流端子ＡＣ１から交流端子ＡＣ２に流れる電流を導通し、交流端子ＡＣ２から交流端子ＡＣ１に流れる電流を遮断する。
同様に、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオン、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフの場合、交流端子ＡＣ２から交流端子ＡＣ１に流れる電流を導通し、交流端子ＡＣ１から交流端子ＡＣ２に流れる電流を遮断する。
【００４２】
電流方向切替部２００は、逆導通型半導体スイッチＳＷＲがオンで逆導通型半導体スイッチＳＷＬがオフの場合、入力端子Ｉ１から出力端子Ｏ１に流れる電流を導通し、出力端子Ｏ１から入力端子Ｉ１に流れる電流を遮断する。
電流方向切替部２００は、逆導通型半導体スイッチＳＷＬがオンで逆導通型半導体スイッチＳＷＲがオフの場合、出力端子Ｏ１から入力端子Ｉ１に流れる電流を導通し、入力端子Ｉ１から出力端子Ｏ１に流れる電流を遮断する。
制御回路１１０が出力するゲート信号で逆導通型半導体スイッチＳＷＲ，ＳＷＬのオン・オフが切り替わることにより、電流方向切替部２００は、交流電源２０の出力が正の場合、入力端子Ｉ１から出力端子Ｏ１に流れる電流を導通し、出力端子Ｏ１から入力端子Ｉ１に流れる電流を遮断し、交流電源２０の出力が負の場合、出力端子Ｏ１から入力端子ＩＩに流れる電流を導通し、入力端子Ｉ１から出力端子Ｏ１に流れる電流を遮断する。
【００４３】
制御回路１１０は、逆導通型半導体スイッチＳＷｘのゲートＧＳＷｘにそれぞれゲート信号ＳＧｘを出力する。ゲート信号ＳＧｘは、オン信号とオフ信号からなり、逆導通型半導体スイッチＳＷｘのオン・オフを切り替える。ゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３のペアとゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４のペアのうち、交流電源２０の出力する正・負に対応したペアのゲート信号が、予め設定された周波数ｆのＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって繰り返しオン信号とオフ信号とを切り替えられる。オン信号とオフ信号とのデューティ比は可変で、周波数ｆは例えば６キロＨｚである。ゲート信号ＳＧＲ，ＳＧＬは、交流電源２０の出力する正・負に対応してオン信号・オフ信号が切り替わる。
【００４４】
制御回路１１０は、交流電源２０の出力する電圧が正の場合、ゲート信号ＳＧ２、ＳＧ３のオン信号・オフ信号を切り替え、ゲート信号ＳＧＲを常にオン信号に保ち、ゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４，ＳＧＬをオフ信号に保つ。制御回路１１０は、交流電源２０の出力する電圧が負の場合、ゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４のオン信号・オフ信号を切り替え、ゲート信号ＳＧＬにオン信号に保ち、ゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧＲをオフ信号に保つ。
この制御によって、交流電源２０の出力電圧が、昇圧されて負荷３０に印加される。
【００４５】
また、制御回路１１０は、ＰＦＣ制御によって交流電源２０の出力する力率を改善する。制御回路１１０は、電流計３００によってインダクタＬに流れる電流を検知して得られた情報をフィードバックし、インダクタＬに流れる電流の波形が、予めメモリに記憶された目標の波形になるようにＰＷＭによってゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４のデューティ比を制御する。この目標の波形は例えば交流電源２０の出力する交流電圧と同位相・同周期で、かつ、ピーク値が予め設定された正弦波である。
このように、電力変換回路１は、入力された交流電圧を昇圧して負荷３０に供給する変圧器として動作することができる。
また、制御回路１１０のこのＰＦＣ制御によって、交流電源２０からは定電力が出力される。制御回路１１０は、交流電源２０を流れる電流を増幅するため、負荷３０に流れる電流量が増加し、そのため、負荷３０に印加される電圧は昇圧されることになる。
制御回路１１０は、例えば、コンパレータ、フリップフロップ、タイマ等から構成される電子回路である。
【００４６】
コンデンサＣＭは、インダクタＬとの共振周波数ｆｒが制御回路１１０の出力するゲート信号の周波数ｆより大きくなるように、容量が調整されている。
【００４７】
上記構成の電力変換装置１は、図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜Ｃに示す後述の放電Ｐモード，並列Ｐモード，充電Ｐモード、放電Ｎモード，並列Ｎモード，充電Ｎモードが繰り返し切り替わることによって、負荷３０に流れる電流を調整する。
以下、図中における矢印は、その矢印の方向に流れる電流を正とし、その逆方向を負として説明する。
【００４８】
以下、初期時刻を、交流電源２０の出力する電圧が、負から正に切り替わる直前の時刻Ｔ０であるとして説明する。時刻Ｔ０で電力変換装置１は、逆導通型半導体スイッチＳＷ１乃至ＳＷ４はオフで、逆導通型半導体スイッチＳＷＲはオフ、逆導通型半導体スイッチＳＷＬはオンで、コンデンサＣＭに電荷が蓄積されている、図３Ｃに示す後述の充電Ｎモードであるとする。
【００４９】
（放電Ｐモード）（図２Ａ）
時刻Ｔ１において、制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧＲをオン信号に、ゲート信号ＳＧＬをオフ信号にし、ゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４をオフ信号に保持する。逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷＲはオンに、逆導通型半導体スイッチＳＷＬはオフに切り替わり、電流は図２Ａに示すように流れる。逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４はオフを保持する。
インダクタＬ及び交流電源２０に流れる電流は、電流方向切替部２００を通って負荷３０を流れる電流Ｉｌｏａｄと、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を流れる電流Ｉｍｅｒｓと、に分流される。
電流Ｉｍｅｒｓは、インダクタＬ０を通り、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ２を介してコンデンサＣＭの負極に流れ込む。コンデンサＣＭは正極から電荷を放電し、コンデンサＣＭの正極から流れ出す電流は、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ３を介して交流電源２０に戻る。
電流Ｉｌｏａｄは、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷＲを通り、ダイオードＤＲを通って、負荷３０を流れ、交流電源２０に戻る。
インダクタＬには、電流Ｉｌｏａｄ並びに電流Ｉｍｅｒｓによる磁気エネルギーが蓄積される。
【００５０】
（並列Ｐモード）（図２Ｂ）
コンデンサＣＭの放電が完了し、コンデンサＣＭの両端の電位差が略０になる時刻Ｔ２において、電流は図２Ｂに示すように流れはじめる。
電流ＩｍｅｒｓはインダクタＬ０を通り、オフの逆導通型半導体スイッチＳＷ１とオンの逆導通型半導体スイッチＳＷ３とを通る経路と、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ２とオフの逆導通型半導体スイッチＳＷ４を通る経路と２つの経路で流れ、交流電源２０に戻る。
電流Ｉｍｅｒｓ並びに電流Ｉｌｏａｄの増減に伴い、インダクタＬの蓄える磁気エネルギーは増減する。
【００５１】
（充電Ｐモード）（図２Ｃ）
電流計３００の出力をフィードバックし、時刻Ｔ３において制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３をオフ信号にする。ゲート信号ＳＧＲはオン信号を、他のゲート信号はオフ信号を保たれる。コンデンサＣＭの両端電圧が略０であることからソフトスイッチングになっていることがわかる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオフになり、電流は図２Ｃに示すように流れる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３に流れる電流は遮断され、インダクタＬ０等に蓄積された磁気エネルギーによる電流が、オフの逆導通型半導体スイッチＳＷ１を介してコンデンサＣＭの正極に流れ込む。コンデンサＣＭは充電され、コンデンサＣＭの負極から流れ出す電流は、オフの逆導通型半導体スイッチＳＷ４を介して交流電源２０に戻る。磁気エネルギーがなくなり、コンデンサＣＭの充電が完了すると、電流Ｉｍｅｒｓは遮断される。
電流Ｉｍｅｒｓが遮断されるため、負荷３０には、電流Ｉｍｅｒｓと電流ＩｌｏａｄとによりインダクタＬに蓄えられていた磁気エネルギーによって電流が流れる。これによって、負荷に流れる電流Ｉｌｏａｄは増加し、負荷３０の電圧も増加する。
インダクタＬを流れる電流は、磁気エネルギーの消費に伴い徐々に減少する。
【００５２】
（放電Ｐモード）（図２Ａ）
予め設定された周波数ｆの周期によって、時刻Ｔ４において制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３をオン信号に切り替える。ゲート信号ＳＧＲはオン信号を、他のゲート信号はオフ信号を保持される。電流Ｉｍｅｒｓは遮断されていることからソフトスイッチングであることがわかる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオンになり、電流は再び図２Ａに示すように流れる。
【００５３】
制御回路１１０は、交流電源２０の出力する電圧が正である期間、電流計３００によって検知されるインダクタＬに流れる電流が、目標の波形になるようにゲート信号ＳＧ２とＳＧ３のデューティ比を制御して、上記動作を繰り返す。
【００５４】
（放電Ｎモード）（図３Ａ）
交流電源２０の出力する電圧が正から負に切り替わりコンデンサＣＭに電荷が保持されている時刻Ｔ５において、制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４，ＳＧＬをオン信号に、ゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧＲをオフ信号にする。逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷＬはオンに、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷＲはオフになり、電流は図３Ａに示すように流れる。
交流電源２０から流れる電流は、負荷３０を通って電流方向切替部２００を流れる電流Ｉｌｏａｄと、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を流れる電流Ｉｍｅｒｓと、に分流される。
電流Ｉｍｅｒｓは、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ４を介してコンデンサＣＭの負極に流れ込む。コンデンサＣＭは電荷を放電し、コンデンサＣＭの正極から流れ出す電流が、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ１を通りインダクタＬ０を介して交流電源２０に戻る。
電流Ｉｌｏａｄは、負荷３０を流れ、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷＬを通り、ダイオードＤＬを通って、交流電源２０に戻る。
【００５５】
（並列Ｎモード）（図３Ｂ）
コンデンサＣＭの放電が完了し、コンデンサＣＭの両端の電位差が略０になる時刻Ｔ６において、電流は図３Ｂに示すように流れ出す。
電流Ｉｍｅｒｓは、オフの逆導通型半導体スイッチＳＷ３とオンの逆導通型半導体スイッチＳＷ１とを通る経路と、オンの逆導通型半導体スイッチＳＷ４とオフの逆導通型半導体スイッチＳＷ２を通る経路と２つの経路で流れ、インダクタＬ０を介して交流電源２０に戻る。
交流電源２０のインダクタＬには、電流Ｉｌｏａｄ並びに電流Ｉｍｅｒｓによる磁気エネルギーが蓄積される。
【００５６】
（充電Ｎモード）（図３Ｃ）
時刻Ｔ７において、制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４をオフ信号にする。ゲート信号ＳＧＬはオン信号を、他のゲート信号はオフ信号を保たれる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４はオフになり、電流は図３Ｃに示すように流れる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４に流れる電流は遮断され、インダクタＬ０等に蓄積された磁気エネルギーによる電流が、オフの逆導通型半導体スイッチＳＷ３を介してコンデンサＣＭの正極に流れ込む。コンデンサＣＭは充電され、コンデンサＣＭの負極から流れ出す電流は、オフの逆導通型半導体スイッチＳＷ２を通りインダクタＬ０を介して交流電源２０に戻る。インダクタＬ０等に蓄えられていた磁気エネルギーがなくなり、コンデンサＣＭの充電が完了すると、電流Ｉｍｅｒｓは遮断される。
電流Ｉｍｅｒｓが遮断されるため、電流Ｉｍｅｒｓと電流ＩｌｏａｄとによりインダクタＬに蓄えられていた磁気エネルギーによって電流が負荷３０を流れる。これによって、負荷３０に流れる電流Ｉｌｏａｄは増加し、負荷３０の電圧は昇圧される。
【００５７】
（放電Ｎモード）（図３Ａ）
予め設定された周波数ｆの周期によって、時刻Ｔ８において制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４をオン信号に切り替える。ゲート信号ＳＧＬはオン信号を、他のゲート信号はオフ信号を保持される。電流Ｉｍｅｒｓは遮断されているためソフトスイッチングになっていることがわかる。
逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４はオンになり、電流は再び図３Ａに示すように流れる。
【００５８】
制御回路１１０は、交流電源２０の出力する電圧が負である期間、電流計３００によって検知されるインダクタＬに流れる電流が目標の波形になるように、ゲート信号ＳＧ１とＳＧ４のデューティ比を制御して、上記動作を繰り返す。
【００５９】
上述した各モードを繰り返すことによって負荷３０にかかる電圧Ｖｌｏａｄと、交流電源２０の出力する電圧Ｖｓと、インダクタＬ及び交流電源２０を流れる電流Ｉｉｎとの関係は、例えば、図４Ａ（ａ）（ｂ）に示すようになる。
図４Ａは、交流電源２０の出力が５０Ｈｚ，ピーク１４１Ｖの正弦波で、インダクタＬは１０ミリＨで、インダクタＬ０は１００マイクロＨで、コンデンサＣＭは０．２マイクロＦで、負荷３０は１４４Ωで、制御回路１１０が電流Ｉｉｎのピークが４Ａの正弦波になるように周波数６キロＨｚでＰＦＣ制御した場合の上記関係を、横軸を時間（ミリ秒）にとって示したものである。
図４Ａ（ａ）に電流Ｉｉｎ（Ａ）を、図４Ａ（ｂ）に電圧Ｖｓ（Ｖ），Ｖｌｏａｄ（Ｖ）をプロットしてある。
【００６０】
図４Ａ（ａ），図４Ａ（ｂ）を見るとわかるように、ピーク１４４Ｖの電圧Ｖｓが昇圧されて負荷３０にピーク２８８Ｖの電圧Ｖｌｏａｄが印加され、かつ、交流電源２０により負荷３０に供給される電力の力率が略１で、電流Ｉｉｎのピークは略４Ａになっていることがわかる。
交流電源２０から５０Ｈｚ，ピーク１４４Ｖ，４Ａの電力が出力され、１４４Ωの負荷３０に５０Ｈｚ，ピーク２８８Ｖの電圧が印加されていることから、交流電源２０から出力された電力と、負荷３０で消費された電力がほぼ等しいことがわかる。
【００６１】
時刻Ｔ０〜時刻Ｔ４における電流のゲート信号ＳＧ２，ＳＧ３と、インダクタＬ及び交流電源２０を流れる電流Ｉｉｎと、制御回路１１０が行うＰＦＣ制御の目標の波形と、の関係は、例えば、図４Ｂのようになる。
時刻Ｔ１において、電流方向切替部２００によって、逆導通型半導体スイッチＳＷＬを通る電流は遮断され、逆導通型半導体スイッチＳＷＲを通る電流が流れ始める。時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までは、電流Ｉｉｎは増加し、時刻Ｔ３から電流Ｉｉｎは減少する。時刻Ｔ４以降の電流Ｉｉｎについては、時刻Ｔ１から時刻Ｔ４までと同様に制御される。
【００６２】
時刻Ｔ５〜時刻Ｔ８における電流のゲート信号ＳＧ１，ＳＧ４と、インダクタＬ及び交流電源２０を流れる電流Ｉｉｎと、制御回路１１０が行うＰＦＣ制御の目標の波形と、の関係は、例えば、図４Ｃのようになる。
時刻１から時刻Ｔ４と同様に、時刻Ｔ５において、電流方向切替部２００によって、逆導通型半導体スイッチＳＷＲを通る電流は遮断され、逆導通型半導体スイッチＳＷＬを通る電流が流れ始める。時刻Ｔ５から時刻Ｔ７までは、電流Ｉｉｎは増加し、時刻Ｔ７から電流Ｉｉｎは減少する。時刻Ｔ８から電流Ｉｉｎは、時刻Ｔ５から時刻Ｔ８までと同様に制御される。
【００６３】
図４Ａ〜図４Ｃから分かるように、電流Ｉｉｎは目標の波形に近づくように制御回路１１０のＰＷＭ−ＰＦＣ制御によって調整されることがわかる。
【００６４】
以上説明したように、電力変換装置１を用いると、制御回路１１０がインダクタＬ及び交流電源２０を流れる電流Ｉｉｎをフィードバックして、ゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４をＰＷＭ−ＰＦＣ制御することにより、交流電源２０の出力する電力は力率を略１にすることができる。また、ほぼ全てのスイッチング動作はソフトスイッチングであることから、スイッチング損失が少なく、かつ、ノイズが少なくなる。また、制御回路１１０が、電流Ｉｉｎが目標の波形になるように電流Ｉｉｎをフィードバック制御するため、交流電源２０により供給される電力を調整することもできる。交流電源２０により供給される電力を調整するため、負荷３０を流れる電流は、負荷３０に因らない。また、インダクタＬ０によって、急激な電流の立ち上がりから、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の各素子を保護できる。
【００６５】
（実施形態２）
電力変換装置１の電流方向切替部２００をダイオードブリッジにすることで、負荷に直流電圧を印加することも可能である。
図１に示した電力変換装置１の電流方向切替部２００を、ダイオードブリッジからなる電流方向切替部２１０にし、更に、負荷３０に平滑コンデンサＣＣを接続した電力変換装置２を図５に示す。
電流方向切替部２１０は、４つのダイオードＤＵ，ＤＶ，ＤＸ，ＤＹから構成されるダイオードブリッジ回路で、入力端子Ｉ１にはダイオードＤＵのアノードとダイオードＤＸのカソードとが、入力端子Ｉ２にはダイオードＤＶのアノードとダイオードＤＹのカソードとが、出力端子Ｏ１にはダイオードＤＵのカソードとダイオードＤＶのカソードとが、出力端子Ｏ２にはダイオードＤＸのアノードとダイオードＤＹのアノードとが、接続されている。
制御回路１１０のゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４の制御は電力変換装置１の制御と同一である。
【００６６】
電流方向切替部２１０は、入力端子Ｉ１，Ｉ２に入力された電流を整流して出力端子Ｏ１，Ｏ２から出力する。
平滑コンデンサＣＣは、電流方向切替部２１０の出力端子Ｏ１，Ｏ２間から出力される電圧を平滑して負荷３０に供給する。
【００６７】
電力変換装置２によって負荷３０にかかる電圧ＶｌｏａｄとコンデンサＣＭの電圧Ｖｃｍと、交流電源２０を流れる電流Ｉｉｎと、ゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４の関係は、例えば、図６Ａ（ａ）〜（ｄ）に示すようになる。
図６Ａは、交流電源２０の出力が５０Ｈｚ，ピーク１４１Ｖの正弦波で、インダクタＬは１０ミリＨで、インダクタＬ０は１００マイクロＨで、コンデンサＣＭは０．２マイクロＦで、負荷３０は１４４Ωで、平滑コンデンサＣＣの容量が２００マイクロＦで、制御回路１１０が電流Ｉｉｎのピークが略４Ａになるように周波数６キロＨｚのＰＷＭでＰＦＣ制御した場合の上記関係を、横軸を時間（ミリ秒）にとって示したものである。
図６Ａ（ａ）に、電流Ｉｉｎを、図６Ａ（ｂ）に電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖ）と電圧Ｖｃｍ（Ｖ）とを、図６Ａ（ｃ）にゲート信号ＳＧ２並びにＳＧ３を、図６Ａ（ｄ）にゲート信号ＳＧ１並びにＳＧ４を、プロットしてある。
【００６８】
図６Ａ（ａ）〜（ｄ）を見ると分かるように、交流電源２０の出力の正・負に対応するゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４のオン信号・オフ信号の切り替わり、交流電源２０の出力が昇圧されて、略２６０Ｖの直流に変換された電圧Ｖｌｏａｄが負荷３０に印加され、かつ、交流電源２０から供給される電力の力率が略１で、電流Ｉｉｎのピークは略４Ａになっていることがわかる。
【００６９】
図６Ａ（ｃ）におけるゲート信号ＳＧ３のオン信号・オフ信号の切り替わりに伴う、逆導通型半導体スイッチＳＷ３を流れる電流Ｉｓｗ３と電圧Ｉｓｗ３の変化は図６Ｂのようになる。
なお、理解を容易にするため、電圧Ｖｓｗ３と電流Ｉｓｗ３のレンジをそろえてプロットしてある。
図６Ｂを見るとわかるように、ゲート信号ＳＧ３がオフ信号からオン信号に切り替わる時は電流Ｉｓｗ３が略０になり、オン信号からオフ信号に切り替わる時は電圧Ｖｓｗ３が略０になっている。このことからソフトスイッチングであることがわかる。逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４についても同様にソフトスイッチングになっている。
【００７０】
電力変換装置１と同様に、制御回路１１０はインダクタＬ及び交流電源２０を流れる電流Ｉｉｎが目標の波形になるようにゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４を制御するため、交流電源２０から供給される電力は負荷３０に依らずに一定になる。
【００７１】
電力変換装置１並びに電力変換装置２は、それぞれを三相交流電源の各相に並列に接続することで、三相回路へ応用できる。この場合、負荷が各相に共通となるので、各相の電源をトランスで絶縁する必要がある。このとき、トランスの漏れリアクタンスが利用できる。
【００７２】
また、三相交流用のダイオード整流器と並列に３つのフルブリッジ型ＭＥＲＳを接続することで、入力電圧の不平衡にもかかわらず入力電流を平衡させることができる。入力電流が平衡の場合は図７に示すように、三相ブリッジ型ＭＥＲＳ１０１を用いることができる。
【００７３】
（実施形態３）
電力変換装置２を三相回路へ応用した電力変換装置３を図７に示す。
電力変換装置３は、三相交流電源２１の出力を昇圧して負荷３０に供給する装置であり、図７に示すように、インダクタＬ１〜Ｌ３と，三相ブリッジ型ＭＥＲＳ１０１と、制御回路１１０と、電流方向切替部２２０と、平滑コンデンサＣＣと、から構成される。
三相ブリッジ型ＭＥＲＳ１０１は、６つの逆導通型半導体スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＺと、交流端子ＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３と、トランスＸｆ１、Ｘｆ２，Ｘｆ３と、から構成される。
三相ブリッジ型ＭＥＲＳ１０１の逆導通型半導体スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＺは、ダイオード部ＤＳＷＵ乃至ＤＳＷＺと、ダイオード部ＤＳＷＵ乃至ＤＳＷＺに並列に接続されたスイッチ部ＳＳＷＵ乃至ＳＳＷＺと、スイッチ部ＳＳＷＵ乃至ＳＳＷＺに配置されたゲートＧＵ乃至ＧＺと、から構成される。
電流方向切替部２２０は、入力端子Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３と、出力端子Ｏ１，Ｏ２と、ダイオードＤＵ乃至ＤＺと、から構成される。
【００７４】
交流電源２１は３つの交流電圧源ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３の等価回路で表記され、交流電圧源ＶＳ１，ＶＳ２，ＶＳ３の出力は、トランスＸｆ１，Ｘｆ２，Ｘｆ３を介して電流方向切替部２２０の入力端子Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に接続される。
負荷３０は、電流方向切替部２２０の出力端子Ｏ１，Ｏ２間に接続される。
【００７５】
電流方向切替部２２０の入力端子Ｉ１にはダイオードＤＵのアノードとダイオードＤＸのカソードとが、入力端子Ｉ２にはダイオードＤＶのアノードとダイオードＤＹのカソードとが、入力端子Ｉ３にはダイオードＤＷのアノードとダイオードＤＺのカソードとが、出力端子Ｏ１にはダイオードＤＵ，ＤＶ，ＤＷのカソードが、出力端子Ｏ２にはダイオードＤＸ，ＤＹ，ＤＺのアノードが接続される。
【００７６】
インダクタＬ１乃至Ｌ３の一端は三相ブリッジ型ＭＥＲＳ１０１の交流端子ＡＣ１乃至ＡＣ３に接続され、インダクタＬ１乃至Ｌ３の他端は電流方向切替部２２０の入力端子Ｉ１乃至Ｉ３に接続される。
三相フルブリッジ型ＭＥＲＳ１０１の交流端子ＡＣ１にはダイオード部ＤＳＷＵのアノードとダイオード部ＤＳＷＸのカソードとが、交流端子ＡＣ２にはダイオード部ＤＳＷＶのアノードとダイオード部ＤＳＷＹのカソードとが、交流端子ＡＣ３にはダイオード部ＤＳＷＷのアノードとダイオード部ＤＳＷＺのカソードとが接続され、ダイオード部ＤＳＷＵ，ＤＳＷＶ，ＤＳＷＷのカソードとコンデンサＣＭの正極とが接続され、ダイオード部ＤＳＷＸ，ＤＳＷＹ，ＤＳＷＺのアノードとコンデンサＣＭの負極とが接続される。
【００７７】
制御回路１１０には、交流電源２１の出力する電圧が入力される。
【００７８】
交流電源２１は、三相交流を出力する電源で、例えば、交流発電機である。
トランスＸｆ１乃至Ｘｆ３は、交流電源２１の出力により変化する磁場を一次巻線に発生させ、この磁場を相互インダクタンスで結合された二次巻線に伝え、再び電流に変換する。トランスＸｆ１乃至Ｘｆ３の２次巻線は略１０ミリＨの漏れインダクタンスが発生するように調整されている。
【００７９】
インダクタＬ１乃至Ｌ３は、例えば１００マイクロＨの小型のコイルで、三相ブリッジ型ＭＥＲＳ１０１に流れる電流の立ち上がりをなだらかにする。
【００８０】
逆導通型半導体スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＺは、ゲートＧＵ乃至ＧＷに入力される信号によりオン・オフを切り替える、例えば、Ｎチャンネル型シリコンＭＯＳＦＥＴである。
【００８１】
コンデンサＣＭは、トランスＸｆ１乃至Ｘｆ３の２次巻線の漏れインダクタンスに蓄積される磁気エネルギーを、逆導通型半導体スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＺのオン・オフが切り替わることにより、静電エネルギーとして蓄積・回生する。
【００８２】
電流方向切替部２２０は、入力端子Ｉ１乃至Ｉ３に入力される電力を整流して出力端子Ｏ１，Ｏ２から出力する。
【００８３】
平滑コンデンサＣＣは、電流方向切替部２２０の出力端子Ｏ１，Ｏ２間から出力される電力を平滑して負荷３０に供給する。
【００８４】
制御回路１１０は、逆導通型半導体スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＺのゲートＧＵ乃至ＧＺにゲート信号ＳＧＵ乃至ＳＧＺを出力する。ゲート信号ＳＧＵ乃至ＳＧＺは、オン信号とオフ信号からなり、逆導通型半導体スイッチＳＷＵ乃至ＳＷＺのオン・オフを切り替える。
ゲート信号ＳＧＵ乃至ＳＧＺは、予め設定された周波数ｆを有し、そのデューティ比が可変である。
【００８５】
制御回路１１０は、交流電圧源ＶＳ１の出力が正の場合、ゲート信号ＳＧＵのオン信号・オフ信号を周波数ｆでかつ一定のデューティ比で切り替え、ゲート信号ＳＧＸをオフ信号に保つ。交流電圧源ＶＳ１の出力が負の場合、制御回路１１０は、ゲート信号ＳＧＸのオン信号・オフ信号を周波数ｆで一定のデューティ比で切り替え、ゲート信号ＳＧＵをオフ信号に保つ。
同様に、制御回路１１０は、交流電源ＶＳ２の出力が正の場合、ゲート信号ＳＧＶを切り替え、ゲート信号ＳＧＹをオフ信号に保ち、負の場合、ゲート信号ＳＧＹを切り替え、ゲート信号ＳＧＶをオフ信号に保つ。
制御回路１１０は、交流電源ＶＳ３の出力が正の場合、ゲート信号ＳＧＷを切り替え、ゲート信号ＳＧＺをオフ信号に保ち、負の場合、ゲート信号ＳＧＺを切り替え、ゲート信号ＳＧＷをオフ信号に保つ。
【００８６】
電力変換装置３において、制御回路１１０は、ＰＦＣ制御をする必要はない。ＰＦＣ制御をしない場合、ＰＦＣ制御をした場合に比べ力率は若干落ちるが、正弦波に近い電流が交流電圧源ＶＳ１乃至ＶＳ３を流れる。
【００８７】
交流電圧源ＶＳ１乃至ＶＳ３に流れる電流Ｉｉｎ１乃至Ｉｉｎ３と、コンデンサＣＭの電圧Ｖｃｍと、交流電圧源ＶＳ１の出力する電圧Ｖｓ１と、負荷３０に印加される電圧Ｖｌｏａｄと、負荷３０で消費される電力Ｐを図８（ａ）〜（ｃ）に示す。
図８は、交流電源２１の出力が５０Ｈｚ，ピーク１４１Ｖの三相交流電圧で、トランスＸｆ１乃至Ｘｆ３の漏れインダクタンスは１０ミリＨで、インダクタＬ１乃至Ｌ３は１００マイクロＨで、コンデンサＣＭは０．２マイクロＦで、負荷３０は１４４Ωで、平滑コンデンサＣＣの容量が２００マイクロＦで、制御回路１１０が周波数６キロＨｚでデューティ比０．５でゲート信号ＳＧＵ乃至ＳＧＺを制御した場合の上記関係を、横軸を時間（ミリ秒）にとって示したものである。
図８（ａ）に、電流Ｉｉｎ１乃至Ｉｉｎ３を、図８（ｂ）に電圧Ｖｃｍ（Ｖ）と電圧Ｖｓ１（Ｖ）と電圧Ｖｌｏａｄ（Ｖ）とを、図８（ｃ）に電力Ｐ（Ｗ）を、プロットしてある。
【００８８】
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）を見ると分かるように、交流電源２１の出力が昇圧されて、略４００Ｖの直流に変換された電圧Ｖｌｏａｄが負荷３０に印加され、かつ、交流電源２０の出力する電力の力率は高く、負荷３０は３．５キロＷほどの電力を消費していることがわかる。
【００８９】
電力変換装置３は、制御回路１１０のゲート信号ＳＧＵ乃至ＳＧＺのデューティ比を調整することで交流電源２１の出力する電力を調整可能である。上述した充電モードＰ等の各モードの関係から分かるように、デューティ比が大きくなると、交流電源２１から供給される電力は増大する。よって、デューティ比を調整することで、所望の電力を得ることが可能である。
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態の電力逆変換装置１，２によれば、交流電源の出力の正・負に応じて、フルブリッジ型ＭＥＲＳの逆導通型半導体スイッチのオン・オフを制御し、かつ、電流の流れる向きを調整することで、交流電源から負荷に供給される電力を調整することができる。また、インダクタLを流れる電流をフィードバック制御することで、力率を改善することができる。
また、本実施の形態の電力変換装置３によれば、三相交流電源の各相の出力の正・負に応じて、三相ブリッジ型ＭＥＲＳの逆導通型半導体スイッチのオン・オフを制御し、かつ電流を整流することで、三相交流電源から負荷に供給される電力を調整することができる。
【００９１】
（実施形態４）
図１の電力変換装置１の応用例として、図９にバックコンバータとして機能する電力変換装置４を示す。
電力変換装置４は、図１の電流方向切替部２００のかわりに逆導通型半導体スイッチＳＷＲと逆導通型半導体スイッチＳＷＬとを入力端子Ｉ１と出力端子Ｏ１の間に直列に接続した電流方向切替部２０１を用いたものである。
電力変換装置４を図９に示すように、交流電源２０を接続端子ｔａと接地ラインの間に、負荷３０を接続端子ｔｂと接地ラインの間に接続し、接続端子ｔｃを接地ラインに接続することで、電力変換装置１はバックコンバータとして機能する。電流計３００は、負荷３０を流れる電流を計測可能に配置される。
【００９２】
制御回路１１０は、上述の制御と同様に、インダクタＬを流れる電流をフィードバック制御する。目標の電流のピークや位相をずらすことで、交流電源２０から供給される電力は調整される。オン・オフを切り替えるペアの逆導通型半導体スイッチは、電流の向きに応じて切り替えられる。
この場合、制御回路１１０は、交流電源２０の出力する電圧が正の場合、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４のオン・オフを切り替え、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷＬをオフに保持し、逆導通型半導体スイッチＳＷＲをオンに保持する。また、制御回路１１０は、交流電源２０の出力する電圧が負の場合、逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３のオン・オフを切り替え、逆導通型半導体スイッチＳＷ１，ＳＷ４，ＳＷＲをオフに保持し、逆導通型半導体スイッチＳＷＬをオンに保持する。
【００９３】
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を電流が導通する間は、交流電源２０とインダクタＬを介して負荷３０には電流が流れる。インダクタＬには交流電源２０を介して磁気エネルギーが蓄積される。この時、インダクタＬと負荷３０には交流電源２０から電力が供給される。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００によって電流が遮断されている間は、負荷３０には、インダクタＬに蓄積された磁気エネルギーによって電流が流れる。インダクタＬを流れる電流は、負荷３０と電流方向切替部２０１を流れ、再びインダクタＬに戻る。交流電源から電力は供給されないので、インダクタＬの磁気エネルギーは、負荷３０によって消費され、負荷３０を流れる電流は徐々に減少する。
フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００の電流の導通・遮断が切り替わることによって、負荷３０に供給される電力は減少する。
【００９４】
また、図１の電力変換装置１において接続端子ｔｂと接続端子ｔｃの接続先を入れ替えることで、電力変換装置１はブーストバックコンバータとしても動作する。
【００９５】
（実施形態５）
また、図９の電力変換装置４の電流方向切替部２０１をダイオードブリッジで構成される電流方向切替部２１０に変更した電力変換回路５を図１０に示す。
電力変換回路５は、電流方向切替部２１０の入力端子Ｉ１にインダクタＬ０の一端を、入力端子Ｉ２に接続端子ｔｃを、接続端子ｔｃに接地ラインを、出力端子Ｏ１にインダクタＬの他端を、インダクタＬの一端を接続端子ｔｂに接続し、出力端子Ｏ２と接続端子ｔｂの間に負荷３０を接続される。電力変換装置５は、図５に示した電力変換装置２から平滑コンデンサＣＣを取り除き、接続方法を変更したものでもある。
電力変換回路５によって、交流電源２０の出力する電圧は降下し、負荷３０に印加され、負荷３０に供給される電力は調整される。
【００９６】
このように、インダクタＬを交流電源と負荷の間に直列に接続し、インダクタＬに比べ小さいインダクタンスを持つインダクタＬ０を直列に接続にされたフルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を負荷３０に並列または直列に接続し、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を構成する４つの逆導通型半導体スイッチのうちの逆導通型半導体スイッチＳＷ２，ＳＷ３と逆導通型半導体スイッチＳＷ１，４のペアとのうち、交流電源２０を流れる電流の方向に対応するペアを、電源２０の出力する交流電圧の周波数以上の周波数で切り替え、他方のペアをオフに保持させることによって、交流電源２０から供給される電力を増大、または減少させて、かつ、波形の制御と力率改善を行うことができる。
また、電流方向切替部２００，２０１，２１０を選択することによって、負荷３０に、直流・交流のどちらを供給するかを選択することができる。
【００９７】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の応用及び変形が可能である。
例えば、コンデンサＣＭは、無極性コンデンサであっても有極性コンデンサであってもよい。
【００９８】
また、電力変換装置１，２，４，５を直流電源に接続することも可能である。例えば、図１１のように、直流電源４０を直交変換器５０に接続することで交流電源２２とすればよい。直交変換器５０は、例えば、図１１に示すような、４つの逆導通型半導体スイッチ５１乃至５４から構成されるブリッジ回路である。直流端子ＮＤＰには逆導通型半導体スイッチ５１のドレインと逆導通型半導体スイッチ５３のドレインとが、直流端子ＮＤＮには逆導通型半導体スイッチ５２のソースと逆導通型半導体スイッチ５４のソースとが、交流端子ＮＡ１には逆導通型半導体スイッチ５１のソースと逆導通型半導体スイッチ５２のドレインとが、交流端子ＮＡ２には逆導通型半導体スイッチ５３のソースと逆導通型半導体スイッチ５４のドレインと、が接続される。直流電源４０の正極は直流端子ＮＤＰに、負極は直流端子ＮＤＮが接続される。
交流端子ＮＡ１と交流端子ＮＡ２とが交流電源２２の出力として機能する。例えば制御回路１１０の交流端子ＮＡ１をグランドに接地し、逆導通型半導体スイッチ５１，５４のペアと、逆導通型半導体スイッチ５２，５３のペアと、が互いに異なるようにオン・オフを５０Ｈｚで切り替える。逆導通型半導体スイッチ５２，５３のペアがオンで逆導通型半導体スイッチ５１，５４のペアがオフの場合、交流端子ＮＡ２から正の電位が、逆導通型半導体スイッチ５１，５４のペアがオンで逆導通型半導体スイッチ５２，５３のペアがオフの場合、交流端子ＮＡ２から負の電位が出力される。逆導通型半導体スイッチ５１乃至５４のオン・オフが切り替わることによって、交流端子ＮＡ２から５０Ｈｚの矩形波が出力される。
交流電源２２を交流電源２０の代わりに、電力変換装置１，２，４，５に、に接続する場合、制御回路１１０は、交流電源２２を流れる電流が交流電源２２の出力する電圧と同じ周期の交流電流になるように、ゲート信号ＳＧ１乃至ＳＧ４を制御する。直流電源４０が、太陽光発電や風力発電など出力の不安定なものであっても、制御回路１１０は、交流電源２２に流れる電流を目標の波形になるように強制的に制御する。
【００９９】
また、上記実施例では、制御回路１１０の行うＰＦＣ制御は、インダクタＬを流れる電流ＩｉｎをフィードバックしてＰＷＭによってなされたが、パルスパターンなどによってＰＦＣ制御を行っても良い。
【０１００】
また、上記実施形態では、電流方向切替部２００，電流方向切替部２０１の導通・遮断する電流方向は、制御回路１１０によって制御されたが、他の方法で制御されてもよい。
例えば、交流電源の出力が正の場合はオン信号を出力し、負の場合はオフ信号を出力する回路を、逆導通型半導体スイッチＳＷＲのゲートＧＳＷＲに接続し、正の場合はオフ信号を出力し、負の場合はオン信号を出力する回路を逆導通型半導体スイッチＳＷＬに接続しても良い。
【０１０１】
また、上記実施例では、フルブリッジ型ＭＥＲＳ１００を流れる電流の立ち上がりをなだらかにするインダクタＬ０を備えたが、インダクタＬ０がなくてもよい。
【０１０２】
また、上記実施例では、交流電源２０の出力する電圧の正負が入れ替わる時、コンデンサＣＭに電圧が蓄積されている場合について説明したが、ＰＷＭの周波数を調整することで、コンデンサＣＭに電圧が蓄積されていない時に、交流電源２０の出力する電圧の正負が入れ替わるようにすることが可能である。
【０１０３】
例えば、上記実施形態では、逆導通型半導体スイッチは、スイッチとその寄生ダイオードからなるＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴとして説明した。しかし、逆導通型半導体スイッチは、逆導電型のスイッチであればよく、電界効果トランジスタや、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ：Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）や、ダイオードとスイッチの組み合わせでもよい。
【０１０４】
また、制御回路１１０は、上述した制御をする回路として説明したが、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶手段を備えたマイクロコンコントローラ（以下、「マイコン」と呼称する。）などのコンピュータであってもよい。
特に、制御回路１１０がマイコンである場合、マイコンの出力する１と０の信号に対して逆導通型半導体スイッチがオン・オフするように、逆導通型半導体スイッチとマイコンを組み合わせれば、マイコンの出力で逆導通型半導体スイッチのオン・オフを切り替えられるので、部品数が少なく済む。
この場合は、例えば、上述したゲート信号を出力するようなプログラムを、予めマイコンに記憶させればよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１，２，３，４，５  電力変換装置
２０，２１，２２  交流電源
３０  負荷
４０  直流電源
５０  直交変換器
１００  フルブリッジ型ＭＥＲＳ
１０１  三相ブリッジ型ＭＥＲＳ
１１０  制御回路
２００，２０１，２１０，２２０  電流方向切替部
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷＲ，ＳＷＬ，ＳＷＵ，ＳＷＶ，ＳＷＷ，ＳＷＸ，ＳＷＹ，ＳＷＺ，５１，５２，５３，５４  逆導通型半導体スイッチ
Ｌ，Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  リアクタ
ＤＲ，ＤＬ，ＤＵ，ＤＶ，ＤＸ，ＤＹ  ダイオード
ＣＣ  平滑コンデンサ
ＤＣＰ，ＤＣＮ，ＮＤＰ，ＮＤＮ  直流端子
ＡＣ１，ＡＣ２，ＮＡ１，ＮＡ２  交流端子
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３  入力端子
Ｏ１，Ｏ２  出力端子
ＣＭ  コンデンサ
ＳＳＷ１，ＳＳＷ２，ＳＳＷ３，ＳＳＷ４，ＳＳＷＲ，ＳＳＷＬ，ＳＳＷＵ，ＳＳＷＶ，ＳＳＷＷ，ＳＳＷＸ，ＳＳＷＹ，ＳＳＷＺ  スイッチ部
ＤＳＷ１，ＤＳＷ２，ＤＳＷ３，ＤＳＷ４，ＤＳＷＲ，ＤＳＷＬ，ＤＳＷＵ，ＤＳＷＶ，ＤＳＷＷ，ＤＳＷＸ，ＤＳＷＹ，ＤＳＷＺ  ダイオード部
ＧＳＷ１，ＧＳＷ２，ＧＳＷ３，ＧＳＷ４，ＧＳＷＲ，ＧＳＷＬ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷ，ＧＸ，ＧＹ，ＧＺ  ゲート
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４，ＳＧＲ，ＳＧＬ，ＳＧＵ，ＳＧＶ，ＳＧＷ，ＳＧＸ，ＳＧＹ，ＳＧＺ  ゲート信号
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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