(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、さらに任意の直流電圧に変換して、正極端子および負極端子を介して前記任意の直流電圧を直流負荷に出力する電力変換装置であって、
ブリッジ接続された複数の第１の半導体スイッチング素子を含み、前記交流電圧を直流電圧に変換して直流リンク電圧として出力する電力変換回路と、
前記交流電源と前記電力変換回路との間に接続され、前記交流電圧の各相に対応するコンデンサを有する交流フィルタコンデンサ部と、
フルブリッジ回路を構成するように接続された複数の第２の半導体スイッチング素子を含み、前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ接続された正極レグおよび負極レグを有するフルブリッジチョッパ回路と、
前記正極端子および前記負極端子と前記フルブリッジチョッパ回路との間に接続された直流フィルタコンデンサ部および直流フィルタリアクトル部と、
前記交流フィルタコンデンサ部の中性点と前記直流フィルタコンデンサ部の中性点とを接続し、前記交流フィルタコンデンサ部の中性点の電位と前記直流フィルタコンデンサ部の中性点の電位を共通の中性点電位とするとともに、その電位が大地電位である接地点とは接続されていない中性点ラインと、
前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子を制御する制御器と、
前記フルブリッジチョッパ回路からの出力電流を検出する電流検出部とを備え、
前記制御器は、予め定められた出力電圧の値に基づく出力電流指令、および前記電流検出部が検出した出力電流からコモンモード成分を除去することにより求められる電流検出値に基づいて、前記複数の第２の半導体スイッチング素子を制御し、
前記交流電源は、出力側の中性点が接地された変圧器を備え、前記中性点ラインの電位が大地電位と等しいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記電流検出部は、
前記フルブリッジチョッパ回路の前記正極レグと前記正極端子との間の電流を検出する第１の電流検出部と、
前記フルブリッジチョッパ回路の前記負極レグと前記負極端子との間の電流を検出する第２の電流検出部とを有し、
前記制御器は、
前記第１の電流検出部により検出された電流値と前記第２の電流検出部により検出された電流値との差分から求められる電流検出値に基づいて、前記複数の第２の半導体スイッチング素子を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の電流検出部により検出された電流値と前記第２の電流検出部により検出された電流値が入力され、前記差分を出力する減算器と、
前記減算器から出力された前記差分が入力され、前記差分に予め定められたゲインを乗じた値を前記電流検出値として前記制御器に出力するゲイン部とをさらに備えた請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記第１の半導体スイッチング素子を制御して、前記交流電源の零相電圧を零とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記直流フィルタリアクトル部は、前記正極端子に接続された巻線が巻き回された第１の脚部、前記負極端子に接続された巻線が巻き回された第２の脚部、および第３の脚部を有する三脚鉄心を備えている請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換装置は、複数の直流負荷に直流電圧をそれぞれ出力する電力変換装置であって、前記フルブリッジチョッパ回路、前記直流フィルタコンデンサ部、および前記直流フィルタリアクトル部は、前記複数の直流負荷のそれぞれに対応して複数設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記第２の半導体スイッチング素子を制御して、前記中性点電位に対する前記正極端子の電位と前記負極端子の電位を正負対称とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御器は、前記第２の半導体スイッチング素子を制御するゲート信号の生成において、第１の電圧指令と、前記第１の電圧指令の極性が反転された第２の電圧指令とを、同一のキャリア信号に対して用いて変調を行う請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第２の半導体スイッチング素子は、１つのパワーモジュールに組み込まれている請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１の半導体スイッチング素子および前記第２の半導体スイッチング素子は、ワイドギャップ半導体により構成された請求項１から９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記ワイドギャップ半導体は、シリコンカーバイドである請求項１０に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、交流（ＡＣ：Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧を直流（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）電圧に変換し、さらに任意の直流電圧に変換する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する電力変換装置においては、出力電圧を安定化させる必要がある。従来の電力変換装置では、コモンモード電流の抑制を目的として入出力のフィルタコンデンサの中性点を接続した構成がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９４３８１号公報（明細書段落００１３〜００１５、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の電力変換装置は、ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、さらにＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する構成であり、入力および出力がともにＡＣ電圧である。
近年、種々の電気機器への電力供給を直流によって行うＤＣ配電システムが提案されている。ＤＣ配電システムにおいては、三相ＡＣ電圧から任意のＤＣ電圧に変換し、変換後のＤＣ電圧を出力する電力変換装置が必要となる。この場合も、電力変換装置からの出力電圧を安定化させることが求められる。【０００５】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、直流負荷への出力電圧を安定化させることができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に開示される電力変換装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、さらに任意の直流電圧に変換して、正極端子および負極端子を介して任意の直流電圧を直流負荷に出力する電力変換装置であって、ブリッジ接続された複数の第１の半導体スイッチング素子を含み、交流電圧を直流電圧に変換して直流リンク電圧として出力する電力変換回路と、交流電源と電力変換回路との間に接続され、交流電圧の各相に対応するコンデンサを有する交流フィルタコンデンサ部と、フルブリッジ回路を構成するように接続された複数の第２の半導体スイッチング素子を含み、正極端子および負極端子にそれぞれ接続された正極レグおよび負極レグを有するフルブリッジチョッパ回路と、正極端子および負極端子とフルブリッジチョッパ回路との間に接続された直流フィルタコンデンサ部および直流フィルタリアクトル部と、交流フィルタコンデンサ部の中性点と直流フィルタコンデンサ部の中性点とを接続し、交流フィルタコンデンサ部の中性点の電位と直流フィルタコンデンサ部の中性点の電位を共通の中性点電位とするとともに、その電位が大地電位である接地点とは接続されていない中性点ラインと、第１の半導体スイッチング素子および第２の半導体スイッチング素子を制御する制御器と、フルブリッジチョッパ回路からの出力電流を検出する電流検出部とを備え、制御器は、予め定められた出力電圧の値に基づく出力電流指令、および電流検出部が検出した出力電流からコモンモード成分を除去することにより求められる電流検出値に基づいて、複数の第２の半導体スイッチング素子を制御し、交流電源は、出力側の中性点が接地された変圧器を備え、中性点ラインの電位が大地電位と等しいものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願に開示される電力変換装置によれば、直流負荷への出力電圧を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１における電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図２】実施の形態１に係るフルブリッジチョッパ部の構成例を示す回路図である。
【図３】実施の形態１に係る三脚鉄心を示す概略構成図である。
【図４】実施の形態１に係る商用電源の構成例を示す回路図である。
【図５】実施の形態１に係る制御器の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態１に係るＤＣリンク電圧制御部のハードウェア構成の例を示す図である。
【図７】実施の形態１に係るゲート信号生成部の構成を示す回路ブロック図であり、ＡＣ／ＤＣ変換に係るゲート信号生成部を示す図である。
【図８】実施の形態１に係るゲート信号生成部の構成を示す回路ブロック図であり、フルブリッジチョッパに係るゲート信号生成部を示す図である。
【図９】実施の形態１に係るコモンモード電流が流れる経路を示す等価回路の図である。
【図１０】実施の形態２における電力変換装置の構成例を示す回路図である。
【図１１】実施の形態２に係る制御器の構成を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態３に係るフルブリッジチョッパ部の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
実施の形態１を図１から図９に基づいて説明する。図１は、実施の形態１における電力変換装置の構成例を示す回路図である。電力変換装置１００は、三相ＡＣ電圧を供給する商用電源９０１、すなわち交流電源が入力側に接続されるとともに、ＤＣ負荷９０２が出力側に接続されている。電力変換装置１００は、出力端子である正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎを介してＤＣ負荷９０２と接続されている。電力変換装置１００は、商用電源９０１から供給されるＡＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換し、ＤＣ負荷９０２に供給する。電力変換装置１００は、大きく分けてＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部１２０により構成される。また電力変換装置１００は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部１２０との間に接続されたＤＣリンクコンデンサ部１３０と、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部１２０がそれぞれ有する半導体スイッチング素子をゲート信号１５５により制御する制御器１４０とを備えている。商用電源９０１から供給されるＡＣ電圧の周波数は一般的に５０Ｈｚもしくか６０Ｈｚであるが、これに限られるものではない。
【００１０】
ＡＣ／ＤＣ変換部１１０は、商用電源９０１から供給されたＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。ＡＣ／ＤＣ変換部１１０は、商用電源９０１側から順に、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１、ＡＣフィルタリアクトル部１１２、第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆおよび第１の還流ダイオード１１４ａ〜１１４ｆを備えている。なお、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１とＡＣフィルタリアクトル部１１２の、商用電源９０１から見たときの順序は上記に限定されるものではない。
【００１１】
ＡＣフィルタコンデンサ部１１１は、三相ＡＣ電圧の各相に対応する３つのコンデンサ１１１ａ〜１１１ｃを三相スター結線して構成したものである。コンデンサ１１１ａ〜１１１ｃの中性点１１１ｄには、中性点ライン１９５が接続されている。
【００１２】
ＡＣフィルタリアクトル部１１２は、三相ＡＣ電圧の各相に対応するように３つのリアクトル１１２ａ〜１１２ｃを接続したものである。なお、ここでは３つのリアクトル１１２ａ〜１１２ｃを個別に接続しているが、これに代えて三相リアクトルを用いてもよい。この場合、個別の３つのリアクトル１１２ａ〜１１２ｃを用いる場合と比べて、小型化および低コスト化が可能となる。
【００１３】
６個の第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆおよび６個の第１の還流ダイオード１１４ａ〜１１４ｆは、それぞれ逆並列に接続されており、それぞれ逆並列に接続された第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆおよび第１の還流ダイオード１１４ａ〜１１４ｆは、上アームおよび下アームを３つずつ構成する。それぞれの上アームおよび下アームは、それぞれ直列に接続されて三相ＡＣ電圧の各相に対応する三相分のレグを構成し、全体として２レベルの三相ブリッジ回路、すなわち電力変換回路を構成する。例えばＵ相に対応するレグは、第１の半導体スイッチング素子１１３ａおよび第１の還流ダイオード１１４ａによって構成される正側の上アームと第１の半導体スイッチング素子１１３ｂおよび第１の還流ダイオード１１４ｂによって構成される負側の下アームを直列に接続したものである。同様に、Ｖ（Ｗ）相に対応するレグは、第１の半導体スイッチング素子１１３ｃ（１１３ｅ）および第１の還流ダイオード１１４ｃ（１１４ｅ）によって構成される正側の上アームと第１の半導体スイッチング素子１１３ｄ（１１３ｆ）および第１の還流ダイオード１１４ｄ（１１４ｆ）によって構成される負側の下アームを直列に接続したものである。それぞれの第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆは、制御器１４０からのゲート信号１５５によって互いにオン／オフを繰り返す。これにより、ＡＣフィルタリアクトル部１１２から供給されるＡＣ電圧は直流のＤＣリンク電圧に変換され、ＤＣリンクコンデンサ部１３０を介してフルブリッジチョッパ部１２０に供給される。第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆのオン／オフ制御方法としては、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いればよい。
【００１４】
ＤＣリンクコンデンサ部１３０は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部１２０の間に接続されている。ＤＣリンクコンデンサ部１３０は、正極側と負極側を接続するラインに設けられてコンデンサにより構成され、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０からのＤＣリンク電圧に重畳しているリプル成分を除去する。
【００１５】
フルブリッジチョッパ部１２０について詳細に説明する。図２は、実施の形態１に係るフルブリッジチョッパ部の構成例を示す回路図である。フルブリッジチョッパ部１２０は、図２に示すように、ＤＣ負荷９０２側から順にＤＣフィルタコンデンサ部１２１、ＤＣフィルタリアクトル部１２２、第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄおよび第２の還流ダイオード１２４ａ〜１２４ｄを備えている。フルブリッジチョッパ部１２０は、正極端子１９１Ｐに接続された正極レグ１２０Ｐおよび負極端子１９１Ｎを介してＤＣ負荷９０２と接続されている。なお、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１とＤＣフィルタリアクトル部１２２の、ＤＣ負荷９０２から見たときの順序は上記に限定されるものではない。
【００１６】
ＤＣフィルタコンデンサ部１２１は、中性点１２１ａを介して２つのコンデンサ１２１Ｐ、１２１Ｎを直列に接続することで構成したものである。コンデンサ１２１Ｐは、一端が正極端子１９１Ｐに接続され、他端が中性点１２１ａに接続されている。コンデンサ１２１Ｎは、一端が中性点１２１ａに接続され、他端が負極端子１９１Ｎに接続されている。すなわち、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１は、正極端子１９１Ｐに接続されたコンデンサおよび負極端子１９１Ｎに接続されたコンデンサの直列接続体を有する。また、中性点１２１ａは中性点ライン１９５に接続されている。上述したように、中性点ライン１９５はＡＣフィルタコンデンサ部１１１の中性点１１１ｄに接続されているので、中性点１２１ａと中性点１１１ｄとは、中性点ライン１９５を介して互いに接続されている状態にある。このため、入力側のＡＣフィルタコンデンサ部１１１と出力側のＤＣフィルタコンデンサ部１２１は中性点電位が等しく、共通の中性点電位を持つ。
【００１７】
ＤＣフィルタリアクトル部１２２は、図３に示す三脚鉄心１２２１により構成される。三脚鉄心１２２１は、一体成形により構成された３つの脚部１２２１ａ〜１２２１ｃを有するものである。脚部１２２１ａには正極端子１９１Ｐに接続された巻線が巻き回され、脚部１２２１ｂには負極端子１９１Ｎに接続された巻線が巻き回される。脚部１２２１ａ〜１２２１ｃは、それぞれ第１の脚部、第２の脚部、および第３の脚部に相当する。脚部１２２１ａおよび１２２１ｂに上記のように巻線を巻き回してリアクトルを構成することにより、各巻線に電流が流れることで磁束が発生したときに、いずれの脚部も磁束の経路と成り得る。このため、三脚鉄心１２２１は、コモンモード成分の電流に対して大きなインダクタンスを持つ。
【００１８】
４個の第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄおよび４個の第２の還流ダイオード１２４ａ〜１２４ｄは、それぞれ逆並列に接続されており、それぞれ逆並列に接続された第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄおよび第２の還流ダイオード１２４ａ〜１２４ｄは、上アームおよび下アームを２つずつ構成する。それぞれの上アームおよび下アームは、それぞれ直列に接続されて、正極端子１９１Ｐに対応する正極レグ１２０Ｐ、および負極端子１９１Ｎに対応する負極レグ１２０Ｎの２つのレグを構成し、全体としてフルブリッジチョッパ回路を構成する。正極レグ１２０Ｐ（負極レグ１２０Ｎ）は、第２の半導体スイッチング素子１２３ａ（１２３ｃ）および第２の還流ダイオード１２４ａ（１２４ｃ）によって構成される上アームと第２の半導体スイッチング素子１２３ｂ（１２３ｄ）および第２の還流ダイオード１２４ｂ（１２４ｄ）によって構成される下アームを直列に接続したものである。上アームと下アームの接続点は各レグの出力端子となっており、正極レグ１２０Ｐおよび負極端子１９１Ｎがそれぞれ接続される。第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄは、制御器１４０からのゲート信号１５５によって互いにオン／オフを繰り返す。これにより、ＤＣリンクコンデンサ部１３０を介してＡＣ／ＤＣ変換部１１０から供給されるＤＣリンク電圧は所望の大きさのＤＣ電圧に変換される。第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄのオン／オフ制御方法としては、例えばＰＷＭを用いればよい。
【００１９】
フルブリッジチョッパ回路は正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎに対して対称な構成であるため、正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎに出力される電圧はＤＣフィルタコンデンサ部１２１の中性点１２１ａの電位に対して正負対称となる。なお、後述するように実施の形態１では中性点１２１ａの電位が大地電位と等しいとみなすことができるので、正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎの電位は大地電位に対して正負対称となる。
【００２０】
商用電源９０１について詳細に説明する。図４は、実施の形態１に係る商用電源の構成例を示す回路図である。商用電源９０１は、図４に示すように変圧器としての構成を有し、一次側コイル９０１１に供給される系統電圧（例えば６．６ｋＶ）を降圧することで需要家向けに調節し、降圧されたＡＣ電圧を二次側コイル９０１２から供給するものである。実施の形態１では、二次側、すなわち出力側の中性点９０１ａを接地している。このため、中性点９０１ａの電位は大地電位と等しくなる。また、電力変換装置１００における入力側の中性点１１１ｄおよび出力側の中性点１２１ａの電位は、理想的には商用電源９０１の中性点９０１ａの電位と等しい。このため、中性点１１１ｄおよび中性点１２１ａが接地されていない場合でも、中性点１１１ｄおよび中性点１２１ａは仮想的に接地されているとみなすことができる。すなわち、実施の形態１では中性点１１１ｄおよび中性点１２１ａの電位は大地電位に等しいとすることができる。
【００２１】
なお、中性点９０１ａを接地させない場合も想定される。このような場合、中性点９０１ａの電位、すなわち商用電源９０１の零相電圧を零に調整すればよい。これにより、中性点９０１ａを接地させた場合と同様の効果を得ることができる。商用電源９０１の零相電圧は、制御器１４０により第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆを制御することで調整可能である。
【００２２】
制御器１４０について詳細に説明する。図５は、実施の形態１に係る制御器の構成を示すブロック図である。制御器１４０は、ＤＣリンク電圧の制御と出力電圧の制御を並行して実施するものである。ここで、「出力電圧」とは、正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎの間の電圧である。制御器１４０は、ＤＣリンク電圧の制御に係る構成として、所望のＤＣリンク電圧の値に基づく入力電流指令１５１を生成するＤＣリンク電圧制御部１４１と、入力電流指令１５１および実際の入力電流に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２を生成する入力電流制御部１４２と、ＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２に基づいて第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆを制御するゲート信号１５５を生成するゲート信号生成部１４３を備える。ここで「入力電流」とは、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０のＡＣフィルタリアクトル部１１２を流れる電流である。また制御器１４０は、出力電圧の制御に係る構成として、所望の出力電圧の値に基づく出力電流指令１５３を生成する出力電圧制御部１４４と、出力電流指令１５３および実際の出力電流に基づいてフルブリッジチョッパ電圧指令１５４を生成する出力電流制御部１４５と、フルブリッジチョッパ電圧指令１５４に基づいて、第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄを制御するゲート信号１５５を生成するゲート信号生成部１４６を備える。ここで「出力電流」とは、フルブリッジチョッパ部１２０のＤＣフィルタリアクトル部１２２を流れる電流である。
【００２３】
ＤＣリンク電圧制御部１４１は、ＤＣリンク電圧が所望の値となるように三相の入力電流指令１５１の値を演算し、生成した入力電流指令１５１を入力電流制御部１４２に出力する。入力電流制御部１４２は、入力電流指令１５１および実際の入力電流に基づき、商用電源９０１から供給される電流が三相で平衡して理想的な正弦波となるように三相のＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２の値を演算し、生成したＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２をゲート信号生成部１４３に出力する。ゲート信号生成部１４３は、ＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２とキャリア信号を比較することにより、第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆのオン／オフを制御するゲート信号１５５を生成する。ゲート信号生成部１４３は、生成したゲート信号１５５を第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆに出力する。
【００２４】
出力電圧制御部１４４は、出力電圧が所望の値となるように出力電流指令１５３の値を演算し、生成した出力電流指令１５３を出力電流制御部１４５に出力する。出力電流制御部１４５は、出力電流指令１５３および実際の出力電流に基づいてフルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値を演算し、生成したフルブリッジチョッパ電圧指令１５４をゲート信号生成部１４６に出力する。ゲート信号生成部１４６は、フルブリッジチョッパ電圧指令１５４とキャリア信号を比較することにより、第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄのオン／オフを制御するゲート信号１５５を生成する。ゲート信号生成部１４６は、生成したゲート信号１５５を第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄに出力する。
【００２５】
ここで、制御器１４０の各機能部を実現するハードウェア構成ないし回路構成について説明する。図６は、実施の形態１に係るＤＣリンク電圧制御部のハードウェア構成の例を示す図である。ＤＣリンク電圧制御部１４１の機能は、プロセッサ５１１が記憶装置５１２に記憶されたプログラムを実行することで実現される。また、複数のプロセッサ５１１および記憶装置５１２が連携してＤＣリンク電圧制御部１４１の機能を実現してもよい。プロセッサ５１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などで構成される。また記憶装置５１２は、プロセッサ５１１がデータを読み出し可能かつプロセッサ５１１がデータを書き込み可能に構成されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）およびプロセッサ５１１がデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）により構成される。プロセッサ５１１は記憶装置５１２よりプログラムおよび演算に必要なデータを読み出し、プログラムによって定められた演算を実行することで入力電流指令１５１を生成する。
【００２６】
入力電流制御部１４２、出力電圧制御部１４４、および出力電流制御部１４５を実現するハードウェア構成も上記したＤＣリンク電圧制御部１４１のものと同様である。プロセッサ５１１および記憶装置５１２は、各機能部で共用してもよい。
【００２７】
図７は、実施の形態１に係るゲート信号生成部の構成を示す回路ブロック図であり、ＡＣ／ＤＣ変換に係るゲート信号生成部１４３を示す図である。ゲート信号生成部１４３は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の各相について、ＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２の値とキャリア信号の値の大小を比較する比較器５３１と、比較器５３１の出力を反転する反転回路５３２とを備えている。比較器５３１の出力は、上アーム用のゲート信号１５５と下アーム用のゲート信号１５５に分かれて、対応する第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆに出力される。この際、上アームについては比較器５３１の出力がそのままゲート信号１５５となる。一方、下アームについては比較器５３１の出力を反転回路５３２により反転したものがゲート信号１５５となる。
【００２８】
これにより、ある相のＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２の値がキャリア信号の値よりも大きい場合、その相の上アームの第１の半導体スイッチング素子に対するゲート信号１５５はオン信号となり、下アームの第１の半導体スイッチング素子に対するゲート信号１５５はオフ信号となる。例えばＵ相の場合、第１の半導体スイッチング素子１１３ａにはオン信号が送られ、第１の半導体スイッチング素子１１３ｂにはオフ信号が送られる。
【００２９】
上記のようにＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２の値とキャリア信号の値の大小を比較してゲート信号１５５を生成することにより、ＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２の値とＡＣ／ＤＣ変換部出力電圧の値がスイッチングの１周期で等しくなる。ここで、「ＡＣ／ＤＣ変換部出力電圧」とは、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１の中性点１１１ｄの電位に対する各層のレグの出力端子電圧である。実施の形態１では、一例として三角波信号をキャリア信号として使用する。これにより、それぞれの第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆは、三角波の１周期でオン／オフが１回ずつなされるため、キャリア信号の周波数とスイッチング周波数とが一致する。
【００３０】
図８は、実施の形態１に係るゲート信号生成部の構成を示す回路ブロック図であり、フルブリッジチョッパに係るゲート信号生成部１４６を示す図である。ゲート信号生成部１４６は、フルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値とキャリア信号の値の大小を比較する比較器５６１と、比較器５６１の出力を反転する反転回路５６２と、フルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値に「−１」を乗じてフルブリッジチョッパ電圧指令１５４の極性を反転させる反転部５６３とを備えている。ゲート信号生成部１４６に入力されたフルブリッジチョッパ電圧指令１５４は、まず２つに分けられ、一方は正極レグ用の電圧指令となり、他方は負極レグ用の電圧指令となる。正極レグ用の電圧指令はそのまま比較器５６１に入力されてキャリア信号と比較される。負極レグ用の電圧指令は反転部５６３で符号を反転させられた後、比較器５６１に入力されてキャリア信号と比較される。それぞれの比較器５６１の出力は、上アーム用のゲート信号１５５と下アーム用のゲート信号１５５にそれぞれ分かれて、対応する第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄに出力される。この際、上アームについては比較器５６１の出力がそのままゲート信号１５５となる。一方、下アームについては比較器５６１の出力を反転回路５６２により反転したものがゲート信号１５５となる。
【００３１】
これにより、正極レグ用の電圧指令または負極レグ用の電圧指令の値がキャリア信号の値よりも大きい場合、正極レグ１２０Ｐまたは負極レグ１２０Ｎの上アームの第２の半導体スイッチング素子に対するゲート信号１５５はオン信号となり、下アームの第２の半導体スイッチング素子に対するゲート信号１５５はオフ信号となる。なお、ゲート信号生成部１４６においては、正極レグ用の電圧指令、すなわち第１の電圧指令と、正極レグ用の電圧指令とは極性が反転している負極レグ用の電圧指令、すなわち第２の電圧指令とを同一のキャリア信号に対して用いることで変調を行い、ゲート信号１５５を生成する。これにより、正極レグ１２０Ｐと負極レグ１２０Ｎは交互にオン／オフ動作が実施されて、正極レグ１２０Ｐの出力と負極レグ１２０Ｎに出力とは中性点電位（中性点１２１ａの電位）に対して正負対称となる。
【００３２】
上記のようにフルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値とキャリア信号の値の大小を比較してゲート信号１５５を生成することにより、フルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値と出力電圧の値がスイッチングの１周期で等しくなる。ゲート信号生成部１４６で使用するキャリア信号については、ゲート信号生成部１４３で使用するキャリア信号として同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
【００３３】
なお、ゲート信号１５５には、公知の手法により短絡防止時間（デッドタイム）を重畳してもよい。
【００３４】
上記のように、ゲート信号生成部１４３、１４６でそれぞれ生成されるゲート信号１５５により第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆおよび第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄをオン／オフ制御することにより、商用電源９０１から供給されるＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換し、得られたＤＣ電圧を変換して所望の電圧値を持つ出力電圧を得ることができる。なお、ＡＣ／ＤＣ変換電圧指令１５２の各相の電圧指令の値の和、およびフルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値の和は、いずれも理想的にはゼロとなる。これは、コモンモード成分、すなわち零相電圧の指令値が零であることを意味している。しかしながら、実際の各相電圧指令においてはＰＷＭによってパルス状の出力が発生し、平均的には零となるが瞬間的には零とならず、コモンモード成分が発生する。非零のコモンモード成分の主成分は、スイッチング周波数と等しい周波数を持ち、回路上にコモンモード電流を流す。コモンモード電流が商用電源９０１またはＤＣ負荷９０２に流出した場合、保護機器の誤動作などを引き起こすことがある。例えば、図４で示したように中性点が接地された変圧器を備えた商用電源９０１にコモンモード電流が流入すると、中性点９０１ａを介して大きな零相電流が流れてしまう。また、ＤＣ負荷９０２の対地容量は、コモンモード電流により対地電位の大きな変動を引き起こし、正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎに出力される出力電圧の高周波成分を不安定にする。このため、コモンモード電流が商用電源９０１およびＤＣ負荷９０２に流出することを防ぐ必要がある。
【００３５】
図９は、実施の形態１に係るコモンモード電流が流れる経路を示す等価回路の図であり、ＤＣ負荷９０２側には対地容量５Ｅが存在するとしている、実施の形態１では、入力側のＡＣフィルタコンデンサ部１１１の中性点１１１ｄと出力側のＤＣフィルタコンデンサ部１２１の中性点１２１ａとが中性点ライン１９５により接続されているため、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１、ＡＣフィルタリアクトル部１１２、ＤＣフィルタリアクトル部１２２、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１、および中性点ライン１９５により構成される循環経路Ｌがコモンモード電流ＣＭの経路となり、循環経路Ｌの外側にある商用電源９０１およびＤＣ負荷９０２には流れにくくなっている。このように、コモンモード電流ＣＭがＤＣ負荷９０２に流出することが抑制されているので、正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎに出力される電圧の高周波成分も安定する。
【００３６】
循環経路Ｌを流れるコモンモード電流ＣＭの大きさは循環経路Ｌのインピーダンスにより決まるため、商用電源９０１またはＤＣ負荷９０２に流出するコモンモード電流をより抑制するためには、循環経路Ｌのインピーダンスを外側の経路のインピーダンスよりも十分に小さくすればよい。循環経路Ｌのインピーダンスは各部位のインピーダンスにより決まるため、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１、ＡＣフィルタリアクトル部１１２、ＤＣフィルタリアクトル部１２２、およびＤＣフィルタコンデンサ部１２１のインピーダンスを小さくすればよい。ただし、循環経路Ｌのインピーダンスを極端に小さくするとコモンモード電流ＣＭのピーク値が大きくなり損失の増加につながる。このため、循環経路Ｌのインピーダンス、すなわちＡＣフィルタコンデンサ部１１１などのインピーダンスは、商用電源９０１およびＤＣ負荷９０２のインピーダンスとのバランスにより、適切な値に設定する。
【００３７】
なお、第１の半導体スイッチング素子１１３ａ〜１１３ｆおよび第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄとしては、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体スイッチング素子を用いることができる。また、シリコンカーバイドなどのワイドギャップ半導体により構成されるＭＯＳＦＥＴを用いれば、半導体損失の大幅な低減およびスイッチングの高速化を図ることができる。また第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄについては、４  ｉｎ  １（４素子入り）のパワーモジュールを使用することにより、１個のパワーモジュールでフルブリッジチョッパ回路を構成することが可能となり、電力変換装置１００のさらなる小型化が可能となる。
また、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１のコンデンサ１１１ａ〜１１１ｃ、ＤＣリンクコンデンサ部１３０のコンデンサ、およびＤＣフィルタコンデンサ部１２１のコンデンサ１２１Ｐ、１２１Ｎとしては、例えばフィルムコンデンサを用いることができる。
【００３８】
上述したように、実施の形態１では、ＤＣリンク電圧の変換にフルブリッジチョッパ回路を用いているため、出力電圧のＤＣ成分または５００Ｈｚ以下の低周波成分の変動が抑制され、低周波成分が安定する。また、３レベルチョッパ回路よりも構成が簡単である。例えば、３レベルチョッパ回路は入力側に２つのコンデンサが必要であるが、フルブリッジチョッパ回路であればコンデンサは１つでよい。
また、３レベルチョッパ回路の場合、正極端子と負極端子の間の電圧はＤＣリンク電圧の半分よりも大きくなければならないが、フルブリッジチョッパ回路の場合はそのような制約はない。このため、出力電圧を自由に設定することができる。
【００３９】
実施の形態１によれば、直流負荷への出力電圧を安定化させることができる。より具体的には、出力側の正極端子および負極側端子にそれぞれ接続された正極レグおよび負極レグを有するフルブリッジチョッパ回路により、中性点電位に対して正負対称な電位を正極端子と負極端子に出力し、出力電圧のＤＣ成分または５００Ｈｚ以下の低周波成分の変動を抑制する。また、交流フィルタコンデンサ部の中性点と直流フィルタコンデンサ部の中性点とを接続し、交流入力フィルタ部の中性点の電位と直流出力フィルタ部の中性点の電位を共通の中性点電位とする中性点ラインにより、スイッチング動作により発生するコモンモード電流の循環経路を形成して、コモンモード電流のＤＣ負荷への流出を抑制することで出力電圧の高周波成分を安定化させている。このように、出力電圧の低周波成分および高周波成分を安定化させつつ、部品点数を従来よりも削減して部品点数の増加を抑制している。
【００４０】
また、フルブリッジチョッパ回路の制御において、正極レグと負極レグに対して互いに極性が反転した電圧指令を用いて変調を実施するので、正極レグと負極レグで交互に出力電圧を切り替えられる。このため、ＤＣフィルタリアクトル部に流れるリプル電流の周波数成分は、ハーフブリッジチョッパ回路を用いた場合２倍となる。このため、ハーフブリッジチョッパ回路を用いた場合よりも出力電圧のリプル成分を抑制することができる。また、ハーフブリッジチョッパ回路を用いた場合と同等のリプルを許容することで、ＤＣフィルタリアクトル部の小型化を図ることができる。
【００４１】
また、上述したように商用電源またはＤＣ負荷といった電力変換装置の外部にコモンモード電流が流出することを防いだことにより、ＤＣ負荷の地検検知を行う機器などの保護機器が誤動作を起こすことを抑制することができる。
【００４２】
また、コモンモード電流に対するインダクタンスを十分に確保しつつ、小型化を図ることができる。より具体的には、ＤＣフィルタリアクトル部に三脚鉄心を適用し、いずれの脚部も磁束の経路と成り得るように各脚部に巻線を巻き回した。これにより、フルブリッジチョッパ回路と正極端子および負極端子の間でコモンモード電流が流れた場合でも、コモンモード電流に対するインダクタンスを十分に確保することができている。また、三脚鉄心を用いてＤＣフィルタリアクトル部を構成するので、１つの三脚鉄心のみで正極端子側と負極端子側に対応している。このため、一般的な二脚鉄心を正極端子側および負極端子側のそれぞれに使用する場合と比べてＤＣフィルタリアクトル部をより小型にすることができ、電力変換装置１００全体の小型化を図ることができる。
【００４３】
また、商用電源の出力側の中性点を接地したことにより、電力変換装置における入力側の中性点および出力側の中性点の電位を大地電位と等しくした。これにより、正極端子および負極端子の対地電位が安定する。また、電力変換装置の絶縁設計および保護設計が容易となり、設計上有利となる。また、ＤＣリンク電圧に対するＡＣ電圧の比率が増加して電圧利用率が向上し、損失が低減される。
【００４４】
実施の形態２．
次に、実施の形態２を図１０および図１１に基づいて説明する。実施の形態２は、ＤＣ負荷が２つである点は実施の形態１と異なる。なお、図１から図９と同一または相当する部位については同一の符号を用い、特に必要が無い限り説明を省略する。図１０は、実施の形態２における電力変換装置の構成例を示す回路図である。電力変換装置２００は、商用電源９０１が入力側に接続されるとともに、２つのＤＣ負荷９０２Ａ、９０２Ｂが出力側に接続されている。電力変換装置２００は、それぞれのＤＣ負荷に対応する出力端子を備えており、正極端子１９１ＰＡおよび負極端子１９１ＮＡを介してＤＣ負荷９０２Ａと接続され、正極端子１９１ＰＢおよび負極端子１９１ＮＢを介してＤＣ負荷９０２Ｂと接続されている。電力変換装置２００は、商用電源９０１から供給されるＡＣ電圧を所望のＤＣ電圧に変換し、ＤＣ負荷９０２Ａ、９０２Ｂにそれぞれ供給する。電力変換装置２００は、大きく分けてＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部２２０により構成される。また電力変換装置２００は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部２２０との間に接続されたＤＣリンクコンデンサ部１３０と、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０とフルブリッジチョッパ部２２０がそれぞれ有する半導体スイッチング素子をゲート信号２５５により制御する制御器２４０とを備えている。なお、ＡＣ／ＤＣ変換部１１０およびＤＣリンクコンデンサ部１３０については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
フルブリッジチョッパ部２２０について詳細に説明する。フルブリッジチョッパ部２２０の各構成要素には、ＤＣ負荷９０２Ａに対応する構成要素とＤＣ負荷９０２Ｂに対応する構成要素とがある。以降では、実施の形態１と同様の構成要素については符号の末尾に「Ａ」または「Ｂ」を付すことにより、ＤＣ負荷９０２ＡとＤＣ負荷９０２Ｂのいずれに対応しているかを示す。
【００４６】
フルブリッジチョッパ部２２０は、ＤＣ負荷９０２Ａ側から順にＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ａ、ＤＣフィルタリアクトル部１２２Ａ、第２の半導体スイッチング素子１２３ａＡ、１２３ｂＡ、１２３ｃＡ、１２３ｄＡおよび第２の還流ダイオード１２４ａＡ、１２４ｂＡ、１２４ｃＡ、１２４ｄＡを備えている。またフルブリッジチョッパ部２２０は、正極端子１９１ＰＡおよび負極端子１９１ＮＡを介してＤＣ負荷９０２Ａと接続されている。またフルブリッジチョッパ部２２０は、ＤＣ負荷９０２Ｂ側から順にＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ｂ、ＤＣフィルタリアクトル部１２２Ｂ、第２の半導体スイッチング素子１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢおよび第２の還流ダイオード１２４ａＢ、１２４ｂＢ、１２４ｃＢ、１２４ｄＢを備えている。フルブリッジチョッパ部２２０は、正極端子１９１ＰＡおよび負極端子１９１ＮＡを介してＤＣ負荷９０２Ａと接続されている。
【００４７】
ＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ａは、中性点１２１ａＡを介して２つのコンデンサ１２１ＰＡ、１２１ＮＡを直列に接続することで構成したものである。コンデンサ１２１ＰＡは、一端が正極端子１９１ＰＡに接続され、他端が中性点１２１ａＡに接続されている。コンデンサ１２１ＮＡは、一端が中性点１２１ａＡに接続され、他端が負極端子１９１ＮＡに接続されている。ＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ａは、中性点１２１ａＡを介して２つのコンデンサ１２１ＰＡ、１２１ＮＡを直列に接続することで構成したものである。コンデンサ１２１ＰＡは、一端が正極端子１９１ＰＡに接続され、他端が中性点１２１ａＡに接続されている。コンデンサ１２１ＮＡは、一端が中性点１２１ａＡに接続され、他端が負極端子１９１ＮＡに接続されている。同様に、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ｂは、中性点１２１ａＢを介して２つのコンデンサ１２１ＰＢ、１２１ＮＢを直列に接続することで構成したものである。コンデンサ１２１ＰＢは、一端が正極端子１９１ＰＢに接続され、他端が中性点１２１ａＢに接続されている。コンデンサ１２１ＮＢは、一端が中性点１２１ａＢに接続され、他端が負極端子１９１ＮＢに接続されている。
【００４８】
中性点１２１ａＡおよび中性点１２１ａＢは中性点ライン２９５に接続されている。また中性点ライン２９５は、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１の中性点１１１ｄにも接続されており、中性点ライン２９５を介して中性点１２１ａＡおよび中性点１２１ａＢと中性点１１１ｄとが互いに接続されている状態にある。このため、入力側のＡＣフィルタコンデンサ部１１１、出力側のＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ａ、およびＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ｂは、互いに中性点電位が等しく共通の中性点電位を持つ。
【００４９】
中性点ライン２９５により、コモンモード電流を流す循環経路（図示せず）が形成される。具体的には、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１、ＡＣフィルタリアクトル部１１２、ＤＣフィルタリアクトル部１２２Ａ、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ａ、および中性点ライン２９５による循環経路が形成される。この循環経路により、第２の半導体スイッチング素子１２３ａＡ〜１２３ｄＡのスイッチング動作によって生じるコモンモード電流がＤＣ負荷９０２Ａまたは商用電源９０１に流出することが抑制される。同様に、ＡＣフィルタコンデンサ部１１１、ＡＣフィルタリアクトル部１１２、ＤＣフィルタリアクトル部１２２Ｂ、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ｂ、および中性点ライン２９５による循環経路が形成される。この循環経路により、第２の半導体スイッチング素子１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢのスイッチング動作によって生じるコモンモード電流がＤＣ負荷９０２Ｂまたは商用電源９０１に流出することが抑制される。また、中性点ライン２９５は中性点１２１ａＡと中性点１２１ａＢを接続しているため、それぞれ後述する第１のフルブリッジチョッパ回路と第２のフルブリッジチョッパ回路の間にもコモンモード電流が流れる循環経路（図示せず）が形成される。
【００５０】
ＤＣフィルタリアクトル部１２２ＡおよびＤＣフィルタリアクトル部１２２Ｂは、それぞれ三脚鉄心１２２１Ａおよび１２２１Ｂにより構成される。詳細については実施の形態１のＤＣフィルタリアクトル部１２２と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
第２の半導体スイッチング素子１２３ａＡ、１２３ｂＡ、１２３ｃＡ、１２３ｄＡは、実施の形態１の第２の半導体スイッチング素子１２３ａ〜１２３ｄと同様にフルブリッジ接続されて、第１のフルブリッジチョッパ回路を構成している。第２の還流ダイオード１２４ａＡ、１２４ｂＡ、１２４ｃＡ、１２４ｄＡは、それぞれ第２の半導体スイッチング素子１２３ａＡ、１２３ｂＡ、１２３ｃＡ、１２３ｄＡと逆並列に接続されている。第２の半導体スイッチング素子１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢも同様にフルブリッジ接続されて、第２のフルブリッジチョッパ回路を構成している。第２の還流ダイオード１２４ａＢ、１２４ｂＢ、１２４ｃＢ、１２４ｄＢは、それぞれ第２の半導体スイッチング素子１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢと逆並列に接続されている。
【００５２】
第１のフルブリッジチョッパ回路および第２のフルブリッジチョッパ回路、ＤＣフィルタコンデンサ部１２１ＡおよびＤＣフィルタコンデンサ部１２１Ｂ、およびＤＣフィルタリアクトル部１２２ＡおよびＤＣフィルタリアクトル部１２２Ｂは、それぞれ互いに並列に接続にされている。
【００５３】
制御器２４０について説明する。図１１は、実施の形態２に係る制御器の構成を示すブロック図である。制御器２４０は、ＤＣリンク電圧の制御、第１の出力電圧、および第２の出力電圧の制御を並行して実施するものである。ここで、「第１の出力電圧」とは、正極端子１９１ＰＡおよび負極端子１９１ＮＡの間の電圧である。「第２の出力電圧」とは、正極端子１９１ＰＢおよび負極端子１９１ＮＢの間の電圧である。ＤＣリンク電圧の制御に係る構成についてぇは実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５４】
第１の出力電圧制御部１４４Ａは、第１の出力電圧が所望の値となるように第１の出力電流指令１５３Ａの値を演算し、生成した第１の出力電流指令１５３Ａを第１の出力電流制御部１４５Ａに出力する。第１の出力電流制御部１４５Ａは、第１の出力電流指令１５３Ａに基づいて第１のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ａの値を演算し、生成した第１のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ａを第１のゲート信号生成部１４６Ａに出力する。第１のゲート信号生成部１４６Ａは、第１のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ａとキャリア信号を比較することにより、第２の半導体スイッチング素子１２３ａＡ、１２３ｂＡ、１２３ｃＡ、１２３ｄＡのオン／オフを制御するゲート信号２５５を生成する。第１のゲート信号生成部１４６Ａは、生成したゲート信号２５５を第２の半導体スイッチング素子１２３ａＡ、１２３ｂＡ、１２３ｃＡ、１２３ｄＡに出力する。
【００５５】
第２の出力電圧制御部１４４Ｂは、第２の出力電圧が所望の値となるように第２の出力電流指令１５３Ｂの値を演算し、生成した第２の出力電流指令１５３Ｂを第２の出力電流制御部１４５Ｂに出力する。第２の出力電流制御部１４５Ｂは、第２の出力電流指令１５３Ｂに基づいて第２のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ｂの値を演算し、生成した第２のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ｂを第２のゲート信号生成部１４６Ｂに出力する。第２のゲート信号生成部１４６Ｂは、第２のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ｂとキャリア信号を比較することにより、第２の半導体スイッチング素子１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢのオン／オフを制御するゲート信号２５５を生成する。第２のゲート信号生成部１４６Ｂは、生成したゲート信号２５５を第２の半導体スイッチング素子１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢに出力する。
【００５６】
第１の出力電圧制御部１４４Ａおよび第２の出力電圧制御部１４４Ｂは互いに独立して動作し、第１の出力電流指令１５３Ａおよび第２の出力電流指令１５３Ｂは互いに独立している。第１の出力電流制御部１４５Ａおよび第２の出力電流制御部１４５Ｂは互いに独立して動作し、第１のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ａおよび第２のフルブリッジチョッパ電圧指令１５４Ｂは互いに独立している。さらに、第１のゲート信号生成部１４６Ａおよび第２のゲート信号生成部１４６Ｂは互いに独立して動作する。このため、第１の出力電圧と第２の出力電圧とは、独立に制御され、互いに異なる出力電圧をＤＣ負荷９０２ＡおよびＤＣ負荷９０２Ｂに出力することが可能となっている。
その他については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５７】
実施の形態２によれば、ＤＣ負荷が２つの場合でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態２ではＤＣ負荷を２つとしたが、ＤＣ負荷を３つ以上としてもよい。要は、フルブルリッジチョッパ部において実施の形態１と同様の構成をそれぞれのＤＣ負荷に対応させて設け、それぞれのＤＣ負荷に対する出力電圧を独立して制御する構成にすればよい。
【００５８】
実施の形態３．
以下に、実施の形態３を図１２に基づいて説明する。実施の形態３は、出力電流制御において実施の形態１と異なる点がある。なお、図１から図１１と同一または相当する部位については同一の符号を用い、特に必要が無い限り説明を省略する。図１２は、実施の形態３に係るフルブリッジチョッパ部の構成例を示す回路図である。フルブリッジチョッパ部３２０において、正極レグ１２０ＰとＤＣフィルタリアクトル部１２２の間には、正極レグ１２０Ｐから正極端子１９１Ｐに向かって流れる出力電流ｉ＿Ｐを検出する電流センサ３２６Ｐが設けられている。また、負極レグ１２０ＮとＤＣフィルタリアクトル部１２２の間には、負極レグ１２０Ｎから負極端子１９１Ｎに向かってながれる出力電流ｉ＿Ｎを検出する電流センサ３２６Ｎが設けられている。電流センサ３２６Ｐで検出され出力電流ｉ＿Ｐおよび電流センサ３２６Ｎで検出された出力電流ｉ＿Ｎは、それぞれ減算器３８４に送られる。なお、実施の形態３において、正極レグ１２０Ｐの出力端子および負極レグ１２０Ｎの出力端子から正極端子１９１Ｐおよび負極端子１９１Ｎに向かう方向（図中黒丸から流入する方向）を正としている。電流センサ３２６Ｐ、３２６Ｎは、電流検出部に相当する。
【００５９】
減算器３８４は、出力電流ｉ＿Ｐから出力電流ｉ＿Ｎを減算して、得られた結果をゲイン部３８５に送信する。ゲイン部３８５は、減算器３８４の出力に０．５を乗じた値を電流検出値として出力電流制御部１４５に送信する。フルブリッジチョッパ回路における正極レグ１２０Ｐからの出力と負極レグ１２０Ｎからの出力とでは、ノーマルモード電流は逆極性で絶対値が等しくなることから、出力電流ｉ＿Ｐのコモンモード電流およびノーマルモード電流をｉ＿ＣＭおよびｉ＿ＮＭとした場合、以下の式（１）（２）が成り立つ。
ｉ＿Ｐ＝ｉ＿ＣＭ＋ｉ＿ＮＭ        ・・・（１）
ｉ＿Ｎ＝ｉ＿ＣＭ−ｉ＿ＮＭ        ・・・（２）
式（１）（２）より、減算器３８４およびゲイン部３８５の作用を式で表すと、以下の式（３）（４）となる
ｉ＿Ｐ−ｉ＿Ｎ＝（ｉ＿ＣＭ＋ｉ＿ＮＭ）−（ｉ＿ＣＭ−ｉ＿ＮＭ）
＝２×ｉ＿ＮＭ      ・・・（３）
０．５×（ｉ＿Ｐ−ｉ＿Ｎ）＝０．５×（２×ｉ＿ＮＭ）＝ｉ＿ＮＭ ・・（４）
式（４）より、ゲイン部３８５は、ノーマルモード電流ｉ＿ＮＭのみを電流検出値として出力電流制御部１４５（図示なし）に送信することが分かる。
【００６０】
上述したように、出力電流制御部１４５は、出力電流指令１５３および「実際の出力電流」に基づいてフルブリッジチョッパ電圧指令１５４の値を演算する。出力電流制御にもいる「実際の出力電流」は出力電流制御部１４５に送信される電流検出値であるので、実施の形態３では、ノーマルモード電流ｉ＿ＮＭのみを「実際の出力電流」とみなして電流制御が行われることとなる。すなわち、実施の形態３では出力電流のコモンモード成分の影響を除去して出力電流制御を行う。
【００６１】
実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
また、出力電圧をより安定化させるこができる。より具体的には、出力電流の制御において、電流検出値からコモンモード成分の影響を除去したものを用いる。これにより、例えば各フィルタにより発生する共振電流の発生を防ぐことができるなど、コモンモード成分に起因する出力電圧の変動を抑制することができるので、出力電圧をより安定化させるこができる。
【００６２】
また、電流制御においてノーマルモード電流のみを考慮する場合、単一の電流制御系により出力電流を制御し、あとは対称動作を実施すればよいので、出力電流制御が簡単になる。
【００６３】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００６４】
１００、２００  電力変換装置、１１０  ＡＣ／ＤＣ変換部、１１１  ＡＣフィルタコンデンサ部、１１１ａ〜１１１ｃ  コンデンサ、１１１ｄ  中性点、１１３ａ〜１１３ｆ  第１の半導体スイッチング素子、１２０、２２０、３２０  フルブリッジチョッパ部、１２０Ｐ  正極レグ、１２０Ｎ  負極レグ、１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ  ＤＣフィルタコンデンサ部、１２１Ｐ、１２１Ｎ、１２１ＰＡ、１２１ＮＡ、１２１ＰＢ、１２１ＮＢ  コンデンサ、１２１ａ、１２１ａＡ、１２１ａＢ  中性点、１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ  ＤＣフィルタリアクトル部、１２２１、１２２１Ａ、１２２１Ｂ  三脚鉄心、１２２１ａ〜１２２１ｃ  脚部、１２３ａ〜１２３ｄ、１２３ａＡ、１２３ｂＡ、１２３ｃＡ、１２３ｄＡ、１２３ａＢ、１２３ｂＢ、１２３ｃＢ、１２３ｄＢ  第２の半導体スイッチング素子、１４０、２４０  制御器、１４３、１４６  ゲート信号生成部、１４４  出力電圧制御部、１４５  出力電流制御部、１４４Ａ  第１の出力電圧制御部、１４４Ｂ  第２の出力電圧制御部、１４５Ａ  第１の出力電流制御部、１４５Ｂ  第２の出力電流制御部、１４６Ａ  第１のゲート信号生成部、１４６Ｂ  第２のゲート信号生成部、１５３  出力電流指令、１５３Ａ  第１の出力電流指令、１５３Ｂ  第２の出力電流指令、１５４Ａ  第１のフルブリッジチョッパ電圧指令、１５４Ｂ  第２のフルブリッジチョッパ電圧指令、１５５、２５５  ゲート信号、１９１Ｐ、１９１ＰＡ、１９１ＰＢ  正極端子、１９１Ｎ、１９１ＮＡ、１９１ＮＢ  負極端子、１９５、２９５  中性点ライン、３２６Ｐ、３２６Ｎ  電流センサ、３８４  減算器、３８５  ゲイン部、５６３  反転部、９０１  商用電源、９０１１  一次側コイル、９０１２  二次側コイル、９０１ａ  中性点、９０２、９０２Ａ、９０２Ｂ  ＤＣ負荷、ＣＭ  コモンモード電流、ｉ＿Ｐ、ｉ＿Ｎ  出力電流、Ｌ  循環経路
【要約】
直流負荷への出力電圧を安定化させることができる電力変換装置を得ることを目的とする。
電力変換装置（１００）は、フルブリッジ接続された複数の第１の半導体スイッチング素子（１１３ａ〜１１３ｆ）により構成された電力変換回路を有するＡＣ／ＤＣ変換部（１１０）と、フルブリッジ接続された複数の第２の半導体スイッチング素子（１２３ａ〜１２３ｄ）により構成され、正極端子（１９１Ｐ）および負極端子（１９１Ｎ）にそれぞれ接続されたフルブリッジチョッパ回路を有するフルブリッジチョッパ回路部（１２０）を備えている。交流フィルタコンデンサ部（１１１）の中性点（１１１ｄ）と直流フィルタコンデンサ部（１２１）の中性点（１２１ａ）とは、中性点ライン（１９５）により接続されている。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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