(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子が直並列に接続されたブリッジ回路とコンデンサとを有する変換回路を備え、
該変換回路は、上記コンデンサの正極に接続されるＰ導体と、上記コンデンサの負極に接続されるＮ導体と、上記ブリッジ回路の中間端子に接続されるＡＣ導体と、上記複数のスイッチング素子の間に接続される偶数個の中間導体とを複数層に配置して有し、上記各スイッチング素子の正側端子、負側端子、上記コンデンサの上記正極、負極、および上記ブリッジ回路の上記中間端子を、上記変換回路の回路構成に応じて接続する外部積層導体を備え、
上記各スイッチング素子は、上記正側端子と上記負側端子との相互位置関係が上記外部積層導体を流れる主電流の方向と同じになるように配置され、かつ上記複数のスイッチング素子は、該主電流と同方向である上記外部積層導体の中心線に対し対称に配置され、
外部接続端子が、上記中心線に対し対称に位置するように上記ＡＣ導体に設けられる、
電力変換装置。
【請求項２】
上記ブリッジ回路は、上記スイッチング素子の並列数に応じた複数のスイッチング素子列を備え、該各スイッチング素子列内の複数のスイッチング素子は、上記外部積層導体の上記中心線に平行に一列に配置され、上記外部接続端子は、上記各スイッチング素子列の中央線上にそれぞれ配置される導体部材を有する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記並列数が奇数の場合、上記複数のスイッチング素子列の１つが、該中央線が上記外部積層導体の上記中心線と重なるように配置される、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
上記各スイッチング素子のゲート電極に接続されるゲート配線は、該ゲート電極から上記外部積層導体の平面領域の外側に向かって、上記中心線と交差する方向で引き出される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記ブリッジ回路内の上記複数のスイッチング素子は、上記コンデンサの上記正極と上記中間端子との間に接続される上アーム素子群と、上記コンデンサの上記負極と上記中間端子との間に接続される下アーム素子群とを構成し、上記上アーム素子群と上記下アーム素子群とが隣接して配置され、上記コンデンサは、上記中心線の方向における上記上アーム素子群の外側、あるいは上記中心線の方向における上記下アーム素子群の外側のいずれか１方に配置される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
上記外部積層導体は、上記Ｐ導体、Ｎ導体のいずれか１方と上記中間導体とを同じ高さレベルに配した第１層と、上記Ｐ導体、Ｎ導体の他方を配した第２層と、上記ＡＣ導体を配した第３層との、３つの異なる高さレベルの３層構成である、
請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
上記ブリッジ回路内の上記複数のスイッチング素子は、上記コンデンサの上記正極と上記中間端子との間に接続される上アーム素子群と、上記コンデンサの上記負極と上記中間端子との間に接続される下アーム素子群とを構成し、上記コンデンサは、上記上アーム素子群と上記下アーム素子群との間に配置される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
上記外部積層導体は、上記Ｐ導体、上記Ｎ導体および上記中間導体を同じ高さレベルに配した第１層と、上記ＡＣ導体の第２層との、２つの異なる高さレベルの２層構成である、
請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
上記ブリッジ回路内の上記複数のスイッチング素子は、上記コンデンサの上記正極と上記中間端子との間に接続される上アーム素子群と、上記コンデンサの上記負極と上記中間端子との間に接続される下アーム素子群とを構成し、上記上アーム素子群と上記下アーム素子群とが隣接して配置され、上記コンデンサは、上記上アーム素子群および上記下アーム素子群を挟むように、上記中心線の方向に分割して配置される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
上記外部積層導体は、分割配置された上記コンデンサ間を直列接続するコンデンサ導体を備え、上記Ｐ導体、上記Ｎ導体および上記中間導体とを同じ高さレベルに配した第１層と、上記ＡＣ導体を配した第２層と、上記コンデンサ導体を配した第３層との、３つの異なる高さレベルの３層構成である、
請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
上記ブリッジ回路内の上記複数のスイッチング素子は、上記コンデンサの上記正極と上記中間端子との間に接続される上アーム素子群と、上記コンデンサの上記負極と上記中間端子との間に接続される下アーム素子群とを構成し、上記上アーム素子群と上記下アーム素子群とが表面の向きを互いに逆にして上下２段に配置され、上記コンデンサは、上記中心線の方向における上記上アーム素子群の外側、あるいは上記中心線の方向における上記下アーム素子群の外側のいずれか１方に配置される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
上記外部積層導体は、上記Ｐ導体、Ｎ導体のいずれか１方と上記中間導体と上記ＡＣ導体とを同じ高さレベルに配した第１層と、上記Ｐ導体、Ｎ導体の他方を配した第２層との、２つの異なる高さレベルの２層構成である、
請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
上記変換回路をセル変換器として、該セル変換器を複数台カスケード接続して備え、該各セル変換器は、上記ブリッジ回路毎に上記外部積層導体を備える、
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
上記各セル変換器はそれぞれセル変換器筐体に収納され、上記各セル変換器筐体は外部接続端子を備え、該外部接続端子を介して接続された複数の上記セル変換器筐体が、絶縁構造体により他の基準電位との絶縁を確保した筐体に収納される、
請求項１３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のスイッチング素子が直並列に接続されて大電力出力が可能な電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モジュラー・マルチレベルコンバータ（ＭＭＣ）は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのオン・オフ制御可能なスイッチング素子と直流コンデンサとで構成されたセル変換器の出力端子を直列に接続することで、前記スイッチング素子の耐圧以上の高電圧を出力できる回路方式であり、直流送電システム（ＨＶＤＣ）や無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）などへの応用が期待されている回路方式である。
従来のＭＭＣに用いられるセル変換器は、２つのパワー半導体ユニットを備え、各パワー半導体ユニットは、１つのスイッチング素子としてのパワー半導体チップが配置される。そして、２つのパワー半導体ユニット内のスイッチング素子同士が外部導体を用いてブリッジ接続される（例えば、特許文献１）。【０００３】
また、ＭＭＣ以外に複数の変換器をカスケード接続する回路方式として、高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式がある。この方式では、フルブリッジ構成の２つの変換回路を変圧器を介して接続した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数個備え、該複数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子を直列に接続する。
従来の高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式に用いられる絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、８個のスイッチング素子が用いられる（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１２７９２９号公報
【特許文献２】特開２０１５−６０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１で用いられるセル変換器は、ハーフブリッジ回路で構成され、各アーム内のスイッチング素子は１個である。このため、高電圧大電流出力のＭＭＣを構成するには、セル変換器の接続数を多くする必要が有り、装置構成の大型化、高コスト化を招くと言う問題点があった。
また、上記特許文献２で用いられる絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、８個のスイッチング素子が用いられる。即ち、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ内の各フルブリッジ回路の４つのアームでは、それぞれ１個のみのスイッチング素子を有するものである。このため、高電圧大電流出力を得るためには、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの接続数を多くする必要が有り、同様に、装置構成の大型化、高コスト化を招くと言う問題点があった。【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、複数のスイッチング素子が直並列に接続されて大電力出力を可能にした電力変換装置を、小型で安価な装置構成にて提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子が直並列に接続されたブリッジ回路とコンデンサとを有する変換回路を備え、該変換回路は、上記コンデンサの正極に接続されるＰ導体と、上記コンデンサの負極に接続されるＮ導体と、上記ブリッジ回路の中間端子に接続されるＡＣ導体と、上記複数のスイッチング素子の間に接続される偶数個の中間導体とを複数層に配置して有し、上記各スイッチング素子の正側端子、負側端子、上記コンデンサの上記正極、負極、および上記ブリッジ回路の上記中間端子を、上記変換回路の回路構成に応じて接続する外部積層導体を備える。そして、上記各スイッチング素子は、上記正側端子と上記負側端子との相互位置関係が上記外部積層導体を流れる主電流の方向と同じになるように配置され、かつ上記複数のスイッチング素子は、該主電流と同方向である上記外部積層導体の中心線に対し対称に配置され、外部接続端子が、上記中心線に対し対称に位置するように上記ＡＣ導体に設けられる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置によれば、１つの変換回路内で、出力電圧および出力電流を効果的に増大できるため、複数のスイッチング素子が直並列に接続されて大電力出力を可能にした電力変換装置を小型で安価な装置構成にて提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による変換回路を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１による変換回路の部品配置を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による変換回路の別例による部品配置を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１の別例による変換回路を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態１の別例による変換回路の部品配置を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１による第１セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
【図７】この発明の実施の形態１による第１セル変換器の部品配置を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１による第１セル変換器の別例による部品配置を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１による第２セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による第２セル変換器の部品配置を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１による第２セル変換器の別例による部品配置を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１による第３セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
【図１３】この発明の実施の形態１による第３セル変換器の部品配置を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１による第３セル変換器の別例による部品配置を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態１による第４セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
【図１６】この発明の実施の形態２による変換回路の部品配置を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態３による変換回路の部品配置を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態３による第１セル変換器の部品配置を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態３による第２セル変換器の部品配置を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態３による第３セル変換器の部品配置を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態４による変換回路を示す回路図である。
【図２２】この発明の実施の形態４による変換回路の部品配置を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態４による第１セル変換器の部品配置を示す図である。
【図２４】この発明の実施の形態４による第２セル変換器の部品配置を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態４による第３セル変換器の部品配置を示す図である。
【図２６】この発明の実施の形態５による変換回路の部品配置を示す図である。
【図２７】この発明の実施の形態６による変換回路の部品配置を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態７によるセル変換器の連結構成を示す図である。
【図２９】この発明の実施の形態７の別例によるセル変換器の連結構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態７の別例によるセル変換器の連結構成を示す図である。
【図３１】この発明の実施の形態７によるセル変換器の連結構成を複数接続する構成を示す図である。
【図３２】この発明の実施の形態７によるセル変換器の連結構成を別例により複数接続する構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による電力変換装置における変換回路を示す回路図である。図に示すように、変換回路１０は、直流端子Ｘ１、Ｘ２と、交流端子Ｘ３と、コンデンサ２と、複数のスイッチング素子１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２、１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２と、各スイッチング素子１（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２、１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２）のゲート駆動回路３とを備える。コンデンサ２は、変換回路１０の動作に応じて直流エネルギの蓄積、供給を行う。
なお、スイッチング素子１には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ等の自己消弧型半導体スイッチング素子が用いられる。
【００１１】
スイッチング素子１ａ１、１ａ２、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２、スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２が各々２並列で使用され、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、スイッチング素子１ｃ１、１ｄ１、スイッチング素子１ｃ２、１ｄ２が各々２直列で使用される。即ち、変換回路１０は、スイッチング素子１を２直列２並列に接続して、上アーム素子群（スイッチング素子１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）から成る上アーム１２ａと、下アーム素子群（スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２）から成る下アーム１２ｂとを接続した１つのブリッジ回路を有する。なお、中間端子Ｙは、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの接続点である。
【００１２】
また、変換回路１０内には、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６、中間配線７およびゲート配線９が配設される。Ｐ配線４は、直流端子Ｘ１に接続されるコンデンサ２の正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子（コレクタ端子）Ｃとを接続する。Ｎ配線５は、直流端子Ｘ２に接続されるコンデンサ２の負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子（エミッタ端子）Ｅとを接続する。ＡＣ配線６は、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子Ｃとを接続して、交流端子Ｘ３に接続し、外部との交流電力の入出力を行う。即ち、ＡＣ配線６により上アーム１２ａと下アーム１２ｂとがブリッジ接続され、その接続点（中間端子Ｙ）が交流端子Ｘ３に接続される。
中間配線７は、スイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとを直列接続し、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとを直列接続する。ゲート配線９は、各スイッチング素子１のゲート端子Ｇとゲート駆動回路（Ｄｖ）３とを接続する。
【００１３】
図２は、図１に示す変換回路１０の部品配置を示す図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。なお、変換回路１０Ａは、図１に示す変換回路１０を図２の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ａ、Ｎ導体５Ａ、ＡＣ導体６Ａおよび２枚の中間導体７Ａは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６および中間配線７を実現した部品である。またこの場合、各スイッチング素子１はそれぞれ３つの正側端子Ｃと３つの負側端子Ｅを有する。
図２に示すように、上アーム１２ａを図中上側にして下アーム１２ｂと隣接させ、下アーム１２ｂの外側、図中下側にコンデンサ２を配置する。
なお、図２において、上アーム１２ａと下アーム１２ｂの位置関係から、上アーム１２ａの配置方向を上側、下アーム１２ｂの配置方向を下側と称す。
【００１４】
スイッチング素子１は各々２並列で用いられるため、２つのスイッチング素子列、即ちスイッチング素子列（スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１）およびスイッチング素子列（スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２）をそれぞれスイッチング素子が中央線ｍ１、ｍ２上に一列に並ぶように配置される。各スイッチング素子１の配置方向は全て同じで、この場合、正側端子Ｃを上側に、負側端子Ｅを下側にして配置する。コンデンサ２は負極が上側になるように配置される。
これによりスイッチング素子１ａ１〜１ｄ１によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が、上からこの順序で正側端子Ｃを上側に、負側端子Ｅを下側にして配置される。また、スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２がこの順序で正側端子Ｃを上側に、負側端子Ｅを下側にして配置される。
【００１５】
次に外部積層導体の構成について説明する。外部積層導体は、Ｐ導体４Ａ、Ｎ導体５Ａ、ＡＣ導体６Ａおよび２枚の中間導体７Ａで構成され、３層に積層される。
スイッチング素子１に最も近い第１層においては、Ｎ導体５Ａと中間導体７Ａが同じ高さ位置で配置される。コンデンサ２の負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子ＥとをＮ導体５Ａで接続し、スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとを中間導体７Ａで接続し、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとスイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとを中間導体７Ａで接続する。
【００１６】
第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、Ｐ導体４Ａが配置される。スイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子Ｃとコンデンサ２の正極とをＰ導体４Ａで接続する。
さらに、第２層の上に図示しない絶縁物を介して第２層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第３層には、ＡＣ導体６Ａが配置される。スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子ＣとをＡＣ導体６Ａで接続する。
【００１７】
３層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１は図中左側に、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２は右側に、各々左右均等の位置に配置され、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２は、中心線ｍに平行となる。即ち、スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１とスイッチング素子列１ａ２〜１ｄ２とは、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ、２つのスイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２は中心線ｍに対して対称に配置される。
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ａには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【００１８】
このように構成される変換回路１０Ａでは、順方向の主電流はコンデンサ２→Ｐ導体４Ａ→スイッチング素子１ａ１、１ａ２→中間導体７Ａ→スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２→ＡＣ導体６Ａへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ａ→スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２→中間導体７Ａ→スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２→Ｎ導体５Ａ→コンデンサ２へ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、図中上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【００１９】
以上のように、この実施の形態では、複数のスイッチング素子１が直並列に接続されたブリッジ回路とコンデンサ２とを有する変換回路１０Ａ内の各端子を、Ｐ導体４Ａ、Ｎ導体５Ａ、ＡＣ導体６Ａおよび２枚の中間導体７Ａで構成される外部積層導体を用いて接続する。このため、スイッチング素子１に流れる電流ばらつきを抑制でき、また直流配線インダクタンスを小さくできる事でサージ電圧を抑制でき、変換回路１０Ａの信頼性が向上する。そして上アーム１２ａ内、下アーム１２ｂ内でのスイッチング素子間の直列接続を中間導体７Ａが行うことで、高電圧出力が可能となる。
また、外部積層導体の中心線ｍに対し対称となるように複数のスイッチング素子１を配置し、ＡＣ導体６Ａに外部接続端子１００を、中心線ｍに対し対称配置して設けることで、スイッチング素子１の並列使用時の電流ばらつきを抑制する効果が得られる。さらに、各スイッチング素子１は、正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係が外部積層導体の主電流の流れる方向と同じになるように配置されるため、スイッチング素子１の直並列使用においても電流ばらつきを抑制でき、均等な電流を流すことができる。このため、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能な変換回路１０Ａを得ることが出来る。また、１つの変換回路１０Ａで大電力化を可能にしたため、小型で安価な装置構成にて大電力に対応できる。
【００２０】
また、変換回路１０Ａは、スイッチング素子１の並列数に応じた複数のスイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２を備え、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２内の複数のスイッチング素子は、外部積層導体の中心線ｍに平行に一列に配置され、ＡＣ導体６Ａの外部接続端子１００は、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２上にそれぞれ配置される導体部材を有する。このため、直並列接続されるスイッチング素子１の電流ばらつきを信頼性良く抑制できる。
【００２１】
また、上アーム素子群（上アーム１２ａ）と下アーム素子群（下アーム１２ｂ）とを隣接して配置し、コンデンサ２は下アーム１２ｂの下側、即ち中心線ｍ方向における外側に配置される。このため、各スイッチング素子１を流れる電流を、コンデンサ２に関わり無く均等にすることができる。
また、外部積層導体は、Ｎ導体５Ａと中間導体７Ａとを同じ高さレベルに配した第１層と、Ｐ導体４Ａを配した第２層と、ＡＣ導体６Ａを配した第３層との、３つの異なる高さレベルの３層構成である。このため、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを隣接して配置し、上アーム１２ａの外側にコンデンサ２を配置する変換回路１０Ａの構成を信頼性良く実現できる。
【００２２】
次に、図２の部品配置とは別の例を示す。
図３は、図１に示す変換回路１０の別例による部品配置を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。なお、変換回路１０Ｂは、図１に示す変換回路１０を図３の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ｂ、Ｎ導体５Ｂ、ＡＣ導体６Ｂおよび２枚の中間導体７Ｂは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６および中間配線７を実現した部品である。
図３に示すように、上アーム１２ａを図中下側にして下アーム１２ｂと隣接させ、上アーム１２ａの外側、図中下側にコンデンサ２を配置する。
なお、図３において、上アーム１２ａと下アーム１２ｂの位置関係から、上アーム１２ａの配置方向を下側、下アーム１２ｂの配置方向を上側と称す。
【００２３】
スイッチング素子１は各々２並列で用いられ、スイッチング素子１ａ１〜１ｄ１によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が、下からこの順序で正側端子Ｃを下側に、負側端子Ｅを上側にして配置される。また、スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２が、下からこの順序で正側端子Ｃを下側に、負側端子Ｅを上側にして配置される。コンデンサ２は、正極が上側になるように上アーム１２ａの下側に配置される。
【００２４】
外部積層導体は、Ｐ導体４Ｂ、Ｎ導体５Ｂ、ＡＣ導体６Ｂおよび２枚の中間導体７Ｂで構成され、３層に積層される。
スイッチング素子１に最も近い第１層においては、Ｐ導体４Ｂと中間導体７Ｂが同じ高さ位置で配置される。コンデンサ２の正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子ＣとをＰ導体４Ｂで接続し、スイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｂで接続し、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｂで接続する。
【００２５】
第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、Ｎ導体５Ｂが配置される。スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子Ｅとコンデンサ２の負極とをＮ導体５Ｂで接続する。
さらに、第２層の上に図示しない絶縁物を介して第２層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第３層には、ＡＣ導体６Ｂが配置される。スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子ＣとをＡＣ導体６Ｂで接続する。
【００２６】
３層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１は図中左側に、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２は右側に、各々左右均等の位置に配置され、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２は、中心線ｍに平行となる。即ち、スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１とスイッチング素子列１ａ２〜１ｄ２とは、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ、２つのスイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２は中心線ｍに対して対称に配置される。
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ｂには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【００２７】
このように構成される変換回路１０Ｂでは、順方向の主電流はコンデンサ２→Ｐ導体４Ｂ→スイッチング素子１ａ１、１ａ２→中間導体７Ｂ→スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２→ＡＣ導体６Ｂへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ｂ→スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２→中間導体７Ｂ→スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２→Ｎ導体５Ｂ→コンデンサ２へ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【００２８】
この場合、変換回路１０Ａの場合と異なりコンデンサ２の位置が上アーム１２ａの下側（中心線ｍ方向における外側）であるため、Ｐ導体４ＢとＮ導体５Ｂとの層が変換回路１０Ａの場合と逆となるが、変換回路１０Ｂにおいても上述した変換回路１０Ａと全く同様の効果が得られる。このため、直並列接続されるスイッチング素子１に流れる電流を均等にできることにより、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能な変換回路１０Ｂを得ることが出来る。
また、１つの変換回路１０Ｂで大電力化を可能にしたため、小型で安価な装置構成にて大電力に対応できる。
【００２９】
図４は、この発明の実施の形態１の別例による変換回路を示す回路図である。図に示すように、変換回路２０は、直流端子Ｘ１、Ｘ２と、交流端子Ｘ３と、コンデンサ２と、複数のスイッチング素子１ａ１、１ａ２、１ａ３、１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３、１ｃ１、１ｃ２、１ｃ３、１ｄ１、１ｄ２、１ｄ３、と、各スイッチング素子１（１ａ１〜１ｄ３）のゲート駆動回路３とを備える。
【００３０】
スイッチング素子１ａ１、１ａ２、１ａ３、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２、１ｂ３、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２、１ｃ３、スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２、１ｄ３、が各々３並列で使用され、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、スイッチング素子１ａ３、１ｂ３、スイッチング素子１ｃ１、１ｄ１、スイッチング素子１ｃ２、１ｄ２、スイッチング素子１ｃ３、１ｄ３が各々２直列で使用される。即ち、変換回路２０は、スイッチング素子１を２直列３並列に接続して、上アーム素子群（スイッチング素子１ａ１〜１ａ３、１ｂ１〜１ｂ３）から成る上アーム２２ａと、下アーム素子群（スイッチング素子１ｃ１〜１ｃ３、１ｄ１〜１ｄ３）から成る下アーム２２ｂとを接続した１つのブリッジ回路を有する。なお、中間端子Ｙは、上アーム２２ａと下アーム２２ｂとの接続点である。
【００３１】
また、変換回路２０内には、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６、中間配線７およびゲート配線９が配設される。Ｐ配線４は、直流端子Ｘ１に接続されるコンデンサ２の正極とスイッチング素子１ａ１〜１ａ３の正側端子Ｃとを接続する。Ｎ配線５は、直流端子Ｘ２に接続されるコンデンサ２の負極とスイッチング素子１ｄ１〜１ｄ３の負側端子Ｅとを接続する。ＡＣ配線６は、スイッチング素子１ｂ１〜１ｂ３の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１〜１ｃ３の正側端子Ｃとを接続して交流端子Ｘ３に接続し、外部との交流電力の入出力を行う。即ち、ＡＣ配線６により上アーム２２ａと下アーム２２ｂとがブリッジ接続され、その接続点（中間端子Ｙ）が交流端子Ｘ３に接続される。
中間配線７は、スイッチング素子１ａ１〜１ａ３の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１〜１ｂ３の正側端子Ｃとを直列接続し、スイッチング素子１ｃ１〜１ｃ３の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１〜１ｄ３の正側端子Ｃとを直列接続する。ゲート配線９は、各スイッチング素子１のゲート端子Ｇとゲート駆動回路３とを接続する。
【００３２】
図５は、図４に示す変換回路２０の部品配置を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。なお、変換回路２０Ａは、図４に示す変換回路２０を図５の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ａ、Ｎ導体５Ａ、ＡＣ導体６Ａおよび２枚の中間導体７Ａは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６および中間配線７を実現した部品である。
図５に示すように、上アーム２２ａを図中上側にして下アーム２２ｂと隣接させ、下アーム２２ｂの外側、図中下側にコンデンサ２を配置する。
【００３３】
スイッチング素子１は各々３並列で用いられるため、３つのスイッチング素子列、即ちスイッチング素子列（スイッチング素子１ａ１〜１ｄ１）、スイッチング素子列（スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２）およびスイッチング素子列（スイッチング素子１ａ３〜１ｄ３）をそれぞれスイッチング素子が中央線ｍ１、ｍ２、ｍ３上に一列に並ぶように配置する。各スイッチング素子１の配置方向は全て同じで、この場合、正側端子Ｃを上側に、負側端子Ｅを下側にして配置する。コンデンサ２は負極が上側になるように配置される。
このように、この変換回路２０Ａの部品配置は、図２で示す変換回路１０Ａの２列のスイッチング素子列を３列にしたものである。
【００３４】
次に外部積層導体の構成について説明する。外部積層導体は、図２で示す変換回路１０Ａの場合と同様であり、Ｐ導体４Ａ、Ｎ導体５Ａ、ＡＣ導体６Ａおよび２枚の中間導体７Ａで構成され、３層に積層される。
スイッチング素子１に最も近い第１層においては、Ｎ導体５Ａと中間導体７Ａが同じ高さ位置で配置される。第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、Ｐ導体４Ａが配置される。さらに、第２層の上に図示しない絶縁物を介して第２層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第３層には、ＡＣ導体６Ａが配置される。
【００３５】
３層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ａ１〜１ｄ３は対称に配置される。スイッチング素子１ａ１〜１ｄ１によるスイッチング素子列、スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２によるスイッチング素子列、スイッチング素子１ａ３〜１ｄ３によるスイッチング素子列は、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列される。スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２によるスイッチング素子列は、その中央線ｍ２が中心線ｍに重なるように配置され、他の２つのスイッチング素子列は中心線ｍに対して対称に、即ち左右均等の位置に配置される。
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ａには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２、１ａ３〜１ｄ３の中央線ｍ１、ｍ２、ｍ３上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【００３６】
このように構成される変換回路２０Ａでは、順方向の主電流はコンデンサ２→Ｐ導体４Ａ→スイッチング素子１ａ１〜１ａ３→中間導体７Ａ→スイッチング素子１ｂ１〜１ｂ３→ＡＣ導体６Ａへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ａ→スイッチング素子１ｃ１〜１ｃ３→中間導体７Ａ→スイッチング素子１ｄ１〜１ｄ３→Ｎ導体５Ａ→コンデンサ２へ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、図中上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【００３７】
以上のように部品配置される変換回路２０Ａにおいても、上述した変換回路１０Ａと同様の効果が得られる。即ち、直並列接続されるスイッチング素子１に流れる電流を均等にできることにより、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能で信頼性の向上した変換回路２０Ａを得ることが出来る。この場合、スイッチング素子１を２直列３並列としたため、さらに高電圧大電流出力が可能になる。また、スイッチング素子１が奇数であり、１つのスイッチング素子列を外部積層導体の中心線ｍ上に配置したため、中心線ｍに対して対称になるようなスイッチング素子１の配置構成を実現でき、各スイッチング素子１の電流ばらつきを信頼性良く抑制できる。
【００３８】
なお、図５で示した変換回路２０Ａでは、コンデンサ２を下アーム２２ｂの外側に配置したが、図３の変換回路１０Ｂと同様に、コンデンサ２を上アーム２２ａの外側に配置しても良く、同様の効果が得られる。
また、変換回路１０、２０は、スイッチング素子１を２直列で用いるものを示したが、３以上の直列数でスイッチング素子１を用いる事もでき、さらに高電圧大電流出力が可能になる。その場合、中間導体の数は（直列数−１）の２倍となる。
【００３９】
次に、セル変換器（ＣＥＬＬ）を複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図６は、第１セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
図６に示すように、第１セル変換器１１は、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが中間端子Ｙで接続された１つのブリッジ回路とコンデンサ２とを有したハーフブリッジ構成で、コンデンサ２の負極に接続される直流端子Ｘ２と交流端子Ｘ３との２つの外部端子を有する。そして、複数の第１セル変換器１１は、２つの外部端子Ｘ２、Ｘ３を介して直列接続される。
なお、第１セル変換器１１は、図１で示す変換回路１０を、直流端子Ｘ１を外部端子に用いずに適用したものである。この第１セル変換器１１は、ＭＭＣ回路方式の電力変換装置に適用でき、例えばＨＶＤＣに用いられる。
【００４０】
図７は、図６に示す第１セル変換器１１の部品配置を示す平面図である。なお、第１セル変換器１１Ａは、図６に示す第１セル変換器１１を図７の部品配置で実現したものである。この場合、第１セル変換器１１Ａは、図２で示す変換回路１０Ａにおいて、コンデンサ２の正極を外部端子（直流端子Ｘ１）に用いない事のみ異なるもので、各スイッチング素子１およびコンデンサ２の配置、外部積層導体の配置は同じである。このため、第１セル変換器１１Ａを流れる主電流の態様も、変換回路１０Ａでの主電流と同様である。
【００４１】
これにより第１セル変換器１１Ａは上述した変換回路１０Ａでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つの第１セル変換器１１Ａで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第１セル変換器１１Ａをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第１セル変換器１１Ａの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００４２】
次に、上述した変換回路１０Ｂの部品配置を適用したセル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図８は、図６に示す第１セル変換器１１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第１セル変換器１１Ｂは、図６に示す第１セル変換器１１を図８の部品配置で実現したものである。この場合、第１セル変換器１１Ｂは、図３で示す変換回路１０Ｂにおいて、コンデンサ２の正極を外部端子（直流端子Ｘ１）に用いない事のみ異なるもので、各スイッチング素子１およびコンデンサ２の配置、外部積層導体の配置は同じである。このため、第１セル変換器１１Ｂを流れる主電流の態様も、変換回路１０Ｂでの主電流と同様である。
【００４３】
これにより第１セル変換器１１Ｂは上述した変換回路１０Ｂでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つの第１セル変換器１１Ｂで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第１セル変換器１１Ｂをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第１セル変換器１１Ｂの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００４４】
なお、図６〜図８では、第１セル変換器１１、１１Ａ、１１Ｂは、スイッチング素子１を２並列にしたものを示したが、３並列にした変換回路２０、２０Ａを適用しても良い。
【００４５】
次に、フルブリッジ構成のセル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図９は、第２セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
図９に示すように、第２セル変換器２１は、それぞれ上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが中間端子Ｙで接続された２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂとコンデンサ２とを有したフルブリッジ構成で、２つの交流端子Ｘ３、Ｘ４を外部端子として有する。そして、複数の第２セル変換器２１は、２つの外部端子Ｘ３、Ｘ４を介して直列接続される。
なお、第２セル変換器２１の各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂの構成は、図１で示す変換回路１０のブリッジ回路と同じである。この第２セル変換器２１は、ＭＭＣ回路方式の電力変換装置に適用でき、例えばＳＴＡＴＣＯＭに用いられる。
【００４６】
図１０は、図９に示す第２セル変換器２１の部品配置を示す平面図である。なお、第２セル変換器２１Ａは、図９に示す第２セル変換器２１を図１０の部品配置で実現したものである。この場合、第２セル変換器２１Ａは、図２で示す変換回路１０Ａを横に２つ並べて配置する。コンデンサ２は２つに分割配置されて、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに個別に外部積層導体により接続される。そして、分割配置された２つのコンデンサ２の正極同士が接続導体１４Ａで接続され、負極同士が接続導体１５Ａで接続される。また、ブリッジ回路１３ａ側では、ＡＣ導体６Ａに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ３に用いられ、ブリッジ回路１３ｂ側では、ＡＣ導体６Ａに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ４に用いられる。
【００４７】
第２セル変換器２１Ａは上述した変換回路１０Ａを２つ並列配置して構成したもので、第２セル変換器２１Ａの各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂ内を流れる主電流の態様も、変換回路１０Ａでの主電流と同様である。
このため第２セル変換器２１Ａは変換回路１０Ａでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つのフルブリッジ構成の第２セル変換器２１Ａで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第２セル変換器２１Ａをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第２セル変換器２１Ａの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００４８】
図１１は、図９に示す第２セル変換器２１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第２セル変換器２１Ｂは、図９に示す第２セル変換器２１を図１１の部品配置で実現したものである。この場合、第２セル変換器２１Ｂは、図３で示す変換回路１０Ｂを横に２つ並べて配置する。コンデンサ２は２つに分割配置されて、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに個別に外部積層導体により接続される。そして、分割配置された２つのコンデンサ２の正極同士が接続導体１４Ｂで接続され、負極同士が接続導体１５Ｂで接続される。また、ブリッジ回路１３ａ側では、ＡＣ導体６Ｂに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ３に用いられ、ブリッジ回路１３ｂ側では、ＡＣ導体６Ｂに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ４に用いられる。
【００４９】
第２セル変換器２１Ｂは上述した変換回路１０Ｂを２つ並列配置して構成したもので、第２セル変換器２１Ｂの各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂ内を流れる主電流の態様も、変換回路１０Ｂでの主電流と同様である。
このため第２セル変換器２１Ｂは変換回路１０Ｂでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つのフルブリッジ構成の第２セル変換器２１Ｂで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第２セル変換器２１Ｂをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第２セル変換器２１Ｂの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００５０】
なお、図９〜図１１では、第２セル変換器２１、２１Ａ、２１Ｂは、スイッチング素子１を２並列にしたものを示したが、３並列にした変換回路２０、２０Ａを２つ並列配置して適用しても良い。
また、コンデンサ２をブリッジ回路１３ａ、１３ｂ毎に分割配置するものを示したが、左右のブリッジ回路１３ａ、１３ｂ間の中央に１つ配置し、コンデンサ２の正極、負極を接続導体１４Ａ（１４Ｂ）、１５Ａ（１５Ｂ）によりＰ導体４Ａ（４Ｂ）、Ｎ導体５Ａ（５Ｂ）と接続しても良い。
【００５１】
次に、フルブリッジ構成のセル変換器を高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式にて複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図１２は、第３セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
図１２に示すように、第３セル変換器３１は、それぞれ上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが中間端子Ｙで接続された２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂとコンデンサ２とを有したフルブリッジ構成で、２つの直流端子Ｘ１、Ｘ２と２つの交流端子Ｘ３、Ｘ４とを外部端子として有する。
そして、２つの第３セル変換器３１は、交流側で単相の変圧器３０を介して接続されて、１つの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが構成され、複数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが、入出力端子となる直流端子Ｘ１、Ｘ２を介して接続される。
【００５２】
なお、第３セル変換器３１の各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂの構成は、図１で示す変換回路１０のブリッジ回路と同じである。この第３セル変換器３１は、高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置に適用でき、例えばＨＶＤＣに用いられる。
【００５３】
図１３は、図１２に示す第３セル変換器３１の部品配置を示す平面図である。なお、第３セル変換器３１Ａは、図１２に示す第３セル変換器３１を図１３の部品配置で実現したものである。この場合、第３セル変換器３１Ａは、直流端子Ｘ１、Ｘ２を設けたこと以外、図１０で示す第２セル変換器２１Ａと同じである。直流端子Ｘ１は、２つのコンデンサ２の正極同士を接続する接続導体１４Ａの中央に設けられ、直流端子Ｘ２は、２つのコンデンサ２の負極同士を接続する接続導体１５Ａの中央に設けられる。
【００５４】
第３セル変換器３１Ａにおいても、第２セル変換器２１Ａの場合と同様に、変換回路１０Ａでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできる。また直流端子Ｘ１、Ｘ２を接続導体１４Ａ、１５Ａの中央に設けたため、自身の第３セル変換器３１Ａと隣接する第３セル変換器３１Ａとの間に流れる入出力電流が、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに均等に流れ、第３セル変換器３１Ａ内の各スイッチング素子１に流れる電流をより均等にできる。
このように、１つのフルブリッジ構成の第３セル変換器３１Ａで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、第３セル変換器３１Ａを用いた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数個接続して高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置を構成すると、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００５５】
図１４は、図１２に示す第３セル変換器３１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第３セル変換器３１Ｂは、図１２に示す第３セル変換器３１を図１４の部品配置で実現したものである。この場合、第３セル変換器３１Ｂは、直流端子Ｘ１、Ｘ２を設けたこと以外、図１１で示す第２セル変換器２１Ｂと同じである。直流端子Ｘ１は、２つのコンデンサ２の正極同士を接続する接続導体１４Ｂの中央に設けられ、直流端子Ｘ２は、２つのコンデンサ２の負極同士を接続する接続導体１５Ｂの中央に設けられる。
【００５６】
第３セル変換器３１Ｂにおいても、第２セル変換器２１Ｂの場合と同様に、変換回路１０Ｂでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできる。また直流端子Ｘ１、Ｘ２を接続導体１４Ｂ、１５Ｂの中央に設けたため、自身の第３セル変換器３１Ｂと隣接する第３セル変換器３１Ｂとの間に流れる入出力電流が、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに均等に流れ、第３セル変換器３１Ｂ内の各スイッチング素子１に流れる電流をより均等にできる。
このように、１つのフルブリッジ構成の第３セル変換器３１Ｂで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、第３セル変換器３１Ｂを用いた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数個接続して高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置を構成すると、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００５７】
次に、三相ブリッジ構成のセル変換器を高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式にて複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図１５は、第４セル変換器を備えた電力変換装置の概略回路図である。
図１５に示すように、第４セル変換器４１は、それぞれ上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが中間端子Ｙで接続された３つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃとコンデンサ２とを有した三相ブリッジ構成で、２つの直流端子Ｘ１、Ｘ２と３つの交流端子Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５とを外部端子として有する。
そして、２つの第４セル変換器４１は、交流側で三相変圧器４０を介して接続されて、１つの絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが構成され、複数の絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが、入出力端子となる直流端子Ｘ１、Ｘ２を介して接続される。
【００５８】
なお、第４セル変換器４１の各ブリッジ回路１３ａ〜１３ｃの構成は、図１で示す変換回路１０のブリッジ回路と同じである。この第４セル変換器４１は、高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置に適用でき、例えばＨＶＤＣに用いられる。
【００５９】
第４セル変換器４１は、上述したフルブリッジ構成の第３セル変換器３１の回路構成に、新たに１つのブリッジ回路１３ｃとその交流端子Ｘ５を追加したものである。このため、図１３に示した第３セル変換器３１Ａの部品配置に、ブリッジ回路１３ｃに対応したスイッチング素子１、コンデンサ２および外部積層導体の部品群を追加して配置することで第４セル変換器４１を実現できる。追加する部品群は、各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂに対応する部品群と同じであるが、接続導体１４Ａ、１５Ａは、３つに分割配置されたコンデンサ２の正極同士、負極同士を接続するものとなる。
なお、図１４に示した第３セル変換器３１Ｂの部品配置に、ブリッジ回路１３ｃに対応したスイッチング素子１、コンデンサ２および外部積層導体の部品群を追加して配置することでも、第４セル変換器４１を同様に実現できる。その場合も、接続導体１４Ｂ、１５Ｂは、３つに分割配置されたコンデンサ２の正極同士、負極同士を接続するものとなる。
【００６０】
第４セル変換器４１の部品配置においても、上述した変換回路１０Ａ、１０Ｂでの効果を全て備えたものとなる。また隣接する第４セル変換器４１の間に流れる入出力電流が、３つのブリッジ回路１３ａ〜１３ｃに均等に流れ、第４セル変換器４１内の各スイッチング素子１に流れる電流をより均等にできる。また、三相ブリッジ構成としたため、さらに出力電力を増大できる。
このように、１つの三相ブリッジ構成の第４セル変換器４１で出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、第４セル変換器４１を用いた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数個接続して高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置を構成すると、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００６１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
図１６は、この発明の実施の形態２による変換回路の部品配置を示す図である。図１６に示すように、上記実施の形態１の図２で示す変換回路１０Ａの部品配置に、ゲート駆動回路３とゲート配線９の配置を追加したものである。
変換回路１０Ａ内を流れる主電流の態様は、上記実施の形態１で説明した通りであり、主電流の流れる方向は、図中上下方向となる。
【００６２】
Ｐ導体４Ａ、Ｎ導体５Ａ、ＡＣ導体６Ａおよび２枚の中間導体７Ａにて構成される外部積層導体の平面領域の側面外側にゲート駆動回路３が配置される。
各々２並列で使用されるスイッチング素子１ａ１、１ａ２、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２、スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２は、２つの並列スイッチング素子に対し１つのゲート駆動回路３が接続される。２並列で使用されるスイッチング素子１の各ゲート電極の端子（ゲート端子Ｇ）にゲート配線９の一方の端子が接続される。ゲート配線９は、該ゲート端子Ｇから外部積層導体の平面領域の外側に向かって引き出されてゲート駆動回路３に接続される。この場合、並列使用されるスイッチング素子１にそれぞれ接続されるゲート配線９は、束ねられて１つのゲート駆動回路３に接続される。
【００６３】
この実施の形態では、ゲート駆動回路３からゲート配線９に出力されるゲート電圧信号に対して、変換回路１０Ａの主電流の流れで生じる電磁誘導の影響を低減できる。このため、並列使用されるスイッチング素子１へのゲート電圧信号を均等化でき、各スイッチング素子１に流れる電流のばらつきを効果的に抑制する事が出来る。そのため、出力電圧および出力電流を増大できる。
【００６４】
なお、ゲート配線９は、ゲート端子Ｇから外部積層導体の平面領域の外側に向かって、中心線ｍと垂直方向に引き出されるのが望ましいが、中心線ｍと交差する方向であれば、ゲート電圧信号を均等化できる効果が得られる。
【００６５】
また、この実施の形態２は、変換回路１０Ａだけで無く、上記実施の形態１で示す全ての変換回路１０、２０、第１〜第４セル変換器１１〜４１に適用できる。
【００６６】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。
上記実施の形態１では、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを隣接して配置し、コンデンサ２を上アーム１２ａ、下アーム１２ｂの一方の外側に配置した変換回路の部品配置を説明した。この実施の形態では、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの間にコンデンサ２を配置する。
図１７は、この発明の実施の形態３による変換回路の部品配置を示す図であり、図１に示す変換回路１０の部品配置を示すものである。図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は側面図である。
なお、変換回路１０Ｃは、図１に示す変換回路１０を図１７の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ｃ、Ｎ導体５Ｃ、ＡＣ導体６Ｃおよび２枚の中間導体７Ｃは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６および中間配線７を実現した部品である。
【００６７】
図１７に示すように、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを上アーム１２ａを図中上側にして配置し、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの間にコンデンサ２を配置する。
なお、図１７において、上アーム１２ａと下アーム１２ｂの位置関係から、上アーム１２ａの配置方向を上側、下アーム１２ｂの配置方向を下側と称す。
【００６８】
スイッチング素子１は各々２並列で用いられ、スイッチング素子１ａ１〜１ｄ１によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ｂ１、１ａ１、１ｄ１、１ｃ１が、上からこの順序で負側端子Ｅを上側に、正側端子Ｃを下側にして配置される。また、スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ｂ２、１ａ２、１ｄ２、１ｃ２が、上からこの順序で負側端子Ｅを上側に、正側端子Ｃを下側にして配置される。コンデンサ２は、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの間に配置される。コンデンサ２は、正極が上側になるように配置される。
【００６９】
外部積層導体は、Ｐ導体４Ｃ、Ｎ導体５Ｃ、ＡＣ導体６Ｃおよび２枚の中間導体７Ｃで構成され、２層に積層される。
スイッチング素子１に最も近い第１層においては、Ｐ導体４ＣとＮ導体５Ｃと中間導体７Ｃとが同じ高さ位置で配置される。コンデンサ２の正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子ＣとをＰ導体４Ｃで接続し、コンデンサ２の負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子ＥとをＮ導体５Ｃで接続し、スイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｃで接続し、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｃで接続する。
第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、ＡＣ導体６Ｃが配置される。スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子ＣとをＡＣ導体６Ｃで接続する。
【００７０】
２層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ｂ１、１ａ１、１ｄ１、１ｃ１は図中左側に、スイッチング素子１ｂ２、１ａ２、１ｄ２、１ｃ２は右側に、各々左右均等の位置に配置され、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２は、中心線ｍに平行となる。即ち、スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１とスイッチング素子列１ａ２〜１ｄ２とは、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ、２つのスイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２は中心線ｍに対して対称に配置される。
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ｃには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【００７１】
このように構成される変換回路１０Ｃでは、順方向の主電流はコンデンサ２→Ｐ導体４Ｃ→スイッチング素子１ａ１、１ａ２→中間導体７Ｃ→スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２→ＡＣ導体６Ｃへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ｃ→スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２→中間導体７Ｃ→スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２→Ｎ導体５Ｃ→コンデンサ２へ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【００７２】
この実施の形態３では、上アーム素子群（上アーム１２ａ）と下アーム素子群（下アーム１２ｂ）との間にコンデンサ２を配置するため、各スイッチング素子１を流れる電流を、コンデンサ２に関わり無く均等にすることができる。
また、外部積層導体は、Ｐ導体４ＣとＮ導体５Ｃと中間導体７Ｃとを同じ高さレベルに配した第１層と、ＡＣ導体６Ｃを配した第２層との、２つの異なる高さレベルの２層構成である。このため、外部積層導体の構成を小型化でき、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの間にコンデンサ２を配置する変換回路１０Ｃの構成を信頼性良く実現できる。
また、変換回路１０Ｃにおいても上述した変換回路１０Ａと同様の効果が得られる。即ち、直並列接続されるスイッチング素子１に流れる電流を均等にできることにより、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能な変換回路１０Ｃを得ることが出来る。
また、１つの変換回路１０Ｃで大電力化を可能にしたため、小型で安価な装置構成にて大電力に対応できる。
【００７３】
次に、上述した変換回路１０Ｃの部品配置を適用したセル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図１８は、図６に示す第１セル変換器１１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第１セル変換器１１Ｃは、図６に示す第１セル変換器１１を図１８の部品配置で実現したものである。この場合、第１セル変換器１１Ｃは、図１７で示す変換回路１０Ｃにおいて、コンデンサ２の正極を外部端子（直流端子Ｘ１）に用いない事のみ異なるもので、各スイッチング素子１およびコンデンサ２の配置、外部積層導体の配置は同じである。このため、第１セル変換器１１Ｃを流れる主電流の態様も、変換回路１０Ｃでの主電流と同様である。
【００７４】
これにより第１セル変換器１１Ｃは上述した変換回路１０Ｃでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つの第１セル変換器１１Ｃで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第１セル変換器１１Ｃをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第１セル変換器１１Ｃの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００７５】
図１９は、図９に示す第２セル変換器２１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第２セル変換器２１Ｃは、図９に示す第２セル変換器２１を図１９の部品配置で実現したものである。この場合、第２セル変換器２１Ｃは、図１７で示す変換回路１０Ｃを横に２つ並べて配置する。コンデンサ２は２つに分割配置されて、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに個別に外部積層導体により接続される。そして、分割配置された２つのコンデンサ２の正極同士が接続導体１４Ｃで接続され、負極同士が接続導体１５Ｃで接続される。また、ブリッジ回路１３ａ側では、ＡＣ導体６Ｃに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ３に用いられ、ブリッジ回路１３ｂ側では、ＡＣ導体６Ｃに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ４に用いられる。
【００７６】
第２セル変換器２１Ｃは上述した変換回路１０Ｃを２つ並列配置して構成したもので、第２セル変換器２１Ｃの各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂ内を流れる主電流の態様も、変換回路１０Ｃでの主電流と同様である。
このため第２セル変換器２１Ｃは変換回路１０Ｃでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つのフルブリッジ構成の第２セル変換器２１Ｃで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第２セル変換器２１Ｃをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第２セル変換器２１Ｃの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００７７】
図２０は、図１２に示す第３セル変換器３１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第３セル変換器３１Ｃは、図１２に示す第３セル変換器３１を図２０の部品配置で実現したものである。この場合、第３セル変換器３１Ｃは、直流端子Ｘ１、Ｘ２を設けたこと以外、図１９で示す第２セル変換器２１Ｃと同じである。直流端子Ｘ１は、２つのコンデンサ２の正極同士を接続する接続導体１４Ｃの中央に設けられ、直流端子Ｘ２は、２つのコンデンサ２の負極同士を接続する接続導体１５Ｃの中央に設けられる。
【００７８】
第３セル変換器３１Ｃにおいても、第２セル変換器２１Ｃの場合と同様に、変換回路１０Ｃでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできる。また直流端子Ｘ１、Ｘ２を接続導体１４Ｃ、１５Ｃの中央に設けたため、自身の第３セル変換器３１Ｃと隣接する第３セル変換器３１Ｃとの間に流れる入出力電流が、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに均等に流れ、第３セル変換器３１Ｃ内の各スイッチング素子１に流れる電流をより均等にできる。
このように、１つのフルブリッジ構成の第３セル変換器３１Ｃで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、第３セル変換器３１Ｃを用いた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数個接続して高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置を構成すると、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００７９】
なお、この実施の形態３においても、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの間にコンデンサ２を配置する構成を、図１５に示す３相ブリッジ構成の第４セル変換器４１に適用でき、さらに出力電圧および出力電流を増大できる。
【００８０】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。
図２１は、この発明の実施の形態４による電力変換装置における変換回路を示す回路図である。図に示すように、変換回路５０は、２つのコンデンサ２ａ、２ｂをコンデンサ配線８により直列接続して用いる。その他の構成は、図１で示す変換回路１０と同じである。この場合、実施の形態１で示したコンデンサ２の電圧定格を２分の１にした２つのコンデンサ２ａ、２ｂを用いる。
変換回路５０内には、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６、中間配線７、コンデンサ配線８およびゲート配線９が配設される。Ｐ配線４は、直流端子Ｘ１に接続されるコンデンサ２ａの正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子Ｃとを接続する。Ｎ配線５は、直流端子Ｘ２に接続されるコンデンサ２ｂの負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子Ｅとを接続する。コンデンサ配線８は、コンデンサ２ａの負極とコンデンサ２ｂの正極とを接続する。ＡＣ配線６、中間配線７およびゲート配線９は、変換回路１０と同じである。
【００８１】
図２２は、この発明の実施の形態４による変換回路の部品配置を示す図であり、図２１に示す変換回路５０の部品配置を示すものである。図２２（ａ）は平面図、図２２（ｂ）は側面図である。
なお、変換回路５０Ｄは、図２１に示す変換回路５０を図２２の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ｄ、Ｎ導体５Ｄ、ＡＣ導体６Ｄ、２枚の中間導体７Ｄおよびコンデンサ導体８Ｄは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６、中間配線７およびコンデンサ配線８を実現した部品である。
【００８２】
図２２に示すように、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを上アーム１２ａを図中上側にして隣接して配置し、コンデンサ２ａを上アーム１２ａの上側に、コンデンサ２ｂを下アーム１２ｂの下側に配置する。即ち、コンデンサ２ａ、２ｂは、上アーム１２ａおよび下アーム１２ｂを挟むように中心線ｍ方向に分割して配置される。
【００８３】
スイッチング素子１は各々２並列で用いられ、スイッチング素子１ａ１〜１ｄ１によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１が、上からこの順序で正側端子Ｃを上側に、負側端子Ｅを下側にして配置される。また、スイッチング素子１ａ２〜１ｄ２によるスイッチング素子列では、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２が、上からこの順序で正側端子Ｃを上側に、負側端子Ｅを下側にして配置される。コンデンサ２ａは、負極が上側になるように上アーム１２ａの上側に配置され、コンデンサ２ｂは、負極が上側になるように下アーム１２ｂの下側に配置される。
【００８４】
外部積層導体は、Ｐ導体４Ｄ、Ｎ導体５Ｄ、ＡＣ導体６Ｄ、２枚の中間導体７Ｄおよびコンデンサ導体８Ｄで構成され、３層に積層される。
スイッチング素子１に最も近い第１層においては、Ｐ導体４ＤとＮ導体５Ｄと中間導体７Ｄとが同じ高さ位置で配置される。コンデンサ２ａの正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子ＣとをＰ導体４Ｄで接続し、コンデンサ２ｂの負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子ＥとをＮ導体５Ｄで接続し、スイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｄで接続し、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｄで接続する。
【００８５】
第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、コンデンサ導体８Ｄが配置される。コンデンサ２ａの負極とコンデンサ２ｂの正極とをコンデンサ導体８Ｄで接続する。
第２層の上に図示しない絶縁物を介して第２層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第３層には、ＡＣ導体６Ｄが配置される。スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子ＣとをＡＣ導体６Ｄで接続する。
【００８６】
３層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１は図中左側に、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２は右側に、各々左右均等の位置に配置され、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２は、中心線ｍに平行となる。即ち、スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１とスイッチング素子列１ａ２〜１ｄ２とは、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ、２つのスイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２は中心線ｍに対して対称に配置される。
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ｄには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｄ１、１ａ２〜１ｄ２の中央線ｍ１、ｍ２上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【００８７】
このように構成される変換回路５０Ｄでは、順方向の主電流はコンデンサ２ｂ→コンデンサ２ａ→Ｐ導体４Ｄ→スイッチング素子１ａ１、１ａ２→中間導体７Ｄ→スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２→ＡＣ導体６Ｄへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ｄ→スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２→中間導体７Ｄ→スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２→Ｎ導体５Ｄ→コンデンサ２ｂ→コンデンサ２ａへ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【００８８】
この実施の形態４では、上アーム素子群（上アーム１２ａ）と下アーム素子群（下アーム１２ｂ）とが隣接して配置され、直列接続されるコンデンサ２ａ、２ｂは、上アーム１２ａおよび下アーム１２ｂを挟むように、上記中心線方向に分割して配置される。このため、各スイッチング素子１を流れる電流を、コンデンサ２ａ、２ｂに関わり無く均等にすることができる。
また、外部積層導体は、Ｐ導体４ＤとＮ導体５Ｄと中間導体７Ｄとを同じ高さレベルに配した第１層と、コンデンサ導体８Ｄを配した第２層と、ＡＣ導体６Ｄを配した第３層との、３つの異なる高さレベルの３層構成である。このため、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを隣接して配置し、コンデンサ２ａ、２ｂを上アーム１２ａおよび下アーム１２ｂを挟むように分割配置する変換回路５０Ｄの構成を信頼性良く実現できる。
【００８９】
また、変換回路５０Ｄにおいても上述した変換回路１０Ａと同様の効果が得られる。即ち、直並列接続されるスイッチング素子１に流れる電流を均等にできることにより、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能な変換回路５０Ｄを得ることが出来る。
また、１つの変換回路５０Ｄで大電力化を可能にしたため、小型で安価な装置構成にて大電力に対応できる。
【００９０】
次に、上述した変換回路５０Ｄの部品配置を適用したセル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置について説明する。
図２３は、図６に示す第１セル変換器１１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第１セル変換器１１Ｄは、図６に示す第１セル変換器１１を図２３の部品配置で実現したものである。この場合、第１セル変換器１１Ｄは、図２２で示す変換回路５０Ｄにおいて、コンデンサ２ａの正極を外部端子（直流端子Ｘ１）に用いない事のみ異なるもので、各スイッチング素子１およびコンデンサ２ａ、２ｂの配置、外部積層導体の配置は同じである。このため、第１セル変換器１１Ｄを流れる主電流の態様も、変換回路５０Ｄでの主電流と同様である。
【００９１】
これにより第１セル変換器１１Ｄは上述した変換回路５０Ｄでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つの第１セル変換器１１Ｄで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第１セル変換器１１Ｄをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第１セル変換器１１Ｄの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００９２】
図２４は、図９に示す第２セル変換器２１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第２セル変換器２１Ｄは、図９に示す第２セル変換器２１を図２４の部品配置で実現したものである。この場合、第２セル変換器２１Ｄは、図２２で示す変換回路５０Ｄを横に２つ並べて配置する。コンデンサ２ａ、２ｂはそれぞれ２つに分割配置されて、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに個別に外部積層導体により接続される。そして、分割配置された２つのコンデンサ２ａの正極同士が接続導体１４Ｄで接続され、分割配置された２つのコンデンサ２ｂの負極同士が接続導体１５Ｄで接続される。また、ブリッジ回路１３ａ側では、ＡＣ導体６Ｄに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ３に用いられ、ブリッジ回路１３ｂ側では、ＡＣ導体６Ｄに設けられる外部接続端子１００が交流端子Ｘ４に用いられる。
【００９３】
第２セル変換器２１Ｄは上述した変換回路５０Ｄを２つ並列配置して構成したもので、第２セル変換器２１Ｄの各ブリッジ回路１３ａ、１３ｂ内を流れる主電流の態様も、変換回路５０Ｄでの主電流と同様である。
このため第２セル変換器２１Ｄは変換回路５０Ｄでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできて、１つのフルブリッジ構成の第２セル変換器２１Ｄで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、複数の第２セル変換器２１Ｄをカスケード接続してＭＭＣ回路方式の電力変換装置を構成すると、第２セル変換器２１Ｄの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００９４】
図２５は、図１２に示す第３セル変換器３１の別例による部品配置を示す平面図である。なお、第３セル変換器３１Ｄは、図１２に示す第３セル変換器３１を図２５の部品配置で実現したものである。この場合、第３セル変換器３１Ｄは、直流端子Ｘ１、Ｘ２を設けたこと以外、図２４で示す第２セル変換器２１Ｄと同じである。直流端子Ｘ１は、２つのコンデンサ２ａの正極同士を接続する接続導体１４Ｄの中央に設けられ、直流端子Ｘ２は、２つのコンデンサ２ｂの負極同士を接続する接続導体１５Ｄの中央に設けられる。
【００９５】
第３セル変換器３１Ｄにおいても、第２セル変換器２１Ｄの場合と同様に、変換回路５０Ｄでの効果を全て備えたものとなり、各スイッチング素子１に流れる電流を均等にできる。また直流端子Ｘ１、Ｘ２を接続導体１４Ｄ、１５Ｄの中央に設けたため、自身の第３セル変換器３１Ｄと隣接する第３セル変換器３１Ｄとの間に流れる入出力電流が、２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂに均等に流れ、第３セル変換器３１Ｄ内の各スイッチング素子１に流れる電流をより均等にできる。
このように、１つのフルブリッジ構成の第３セル変換器３１Ｄで出力電圧および出力電流を効果的に増大できる。このため、第３セル変換器３１Ｄを用いた絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータを複数個接続して高圧ＤＣ−ＤＣ変換方式の電力変換装置を構成すると、絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの接続数を低減でき、小型で安価な装置構成にて大電力出力を可能にできる。
【００９６】
なお、この実施の形態４においても、直列接続されるコンデンサ２ａ、２ｂを上アーム１２ａおよび下アーム１２ｂを挟むように分割配置する構成を、図１５に示す３相ブリッジ構成の第４セル変換器４１に適用でき、さらに出力電圧および出力電流を増大できる。
【００９７】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について説明する。
図２６は、この発明の実施の形態５による変換回路の部品配置を示す図であり、図１に示す変換回路１０の部品配置を示すものである。図２６（ａ）は平面図、図２６（ｂ）は側面図である。
なお、変換回路１０Ｅは、図１に示す変換回路１０を図２６の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ｅ、Ｎ導体５Ｅ、ＡＣ導体６Ｅおよび２枚の中間導体７Ｅは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６および中間配線７を実現した部品である。また、上記実施の形態１と同様に、各スイッチング素子１はそれぞれ３つの正側端子Ｃと３つの負側端子Ｅを有する。
【００９８】
図２６（ｂ）に示すように、上アーム１２ａを図中左側、下アーム１２ｂを図中右側、即ち、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを上下２段の配置とし、上アーム１２ａの外側、図中下側にコンデンサ２を配置する。
なお、図２６において、上アーム１２ａと下アーム１２ｂの位置関係から、上アーム１２ａの配置方向を上段側、下アーム１２ｂの配置方向を下段側と称す。
上アーム１２ａのスイッチング素子（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）の正側端子Ｃと負側端子Ｅとが全て上段側を向くように、また下アーム１２ｂのスイッチング素子（１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２）の正側端子Ｃと負側端子Ｅとが全て下段側を向くように、取付けられる。即ち、上アーム１２ａのスイッチング素子（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）は表面を上段側に向け、下アーム１２ｂのスイッチング素子（１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２）は表面を下段側に向けて配置される。またコンデンサ２の正極、負極の形成される表面は、上アーム１２ａのスイッチング素子（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）の表面と同じ向きである。
【００９９】
スイッチング素子１は各々２並列で用いられるため、４つのスイッチング素子列、即ちスイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、スイッチング素子列１ｃ１〜１ｄ１、スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２、スイッチング素子列１ｃ２〜１ｄ２は、それぞれスイッチング素子が中央線ｍ１、ｍ２上に一列に並ぶように配置される。
各スイッチング素子１の配置方向は上アーム１２ａと下アーム１２ｂとで異なる。上アーム１２ａの場合は、正側端子Ｃを図中下側に、負側端子Ｅを図中上側に配置し、下アーム１２ｂの場合は、正側端子Ｃを図中上側に、負側端子Ｅを図中下側にして配置する。コンデンサ２は正極が図中上側になるように配置される。
【０１００】
これにより、上アーム１２ａの場合、スイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１では、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１が、下からこの順序で正側端子Ｃを図中下側に、負側端子Ｅを図中上側にして配置される。スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２では、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２が、下からこの順序で正側端子Ｃを図中下側に、負側端子Ｅを図中上側にして配置される。
また、下アーム１２ｂの場合、スイッチング素子列１ｃ１〜１ｄ１では、スイッチング素子１ｃ１、１ｄ１が、上からこの順序で正側端子Ｃを図中上側に、負側端子Ｅを図中下側にして配置される。スイッチング素子列１ｃ２〜１ｄ２では、スイッチング素子１ｃ２、１ｄ２が、下からこの順序で正側端子Ｃを図中上側に、負側端子Ｅを図中下側にして配置される。
【０１０１】
外部積層導体は、Ｐ導体４Ｅ、Ｎ導体５Ｅ、ＡＣ導体６Ｅおよび２枚の中間導体７Ｅで構成され、２層に積層される。この場合、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとは、表面を互いに外側にして背中合わせに配置されているため、外部積層導体は、上下２段構成の上下アーム１２ａ、１２ｂを囲むように外側に配置される。また、Ｎ導体５ＥおよびＡＣ導体６Ｅは、それぞれＵ字状となる。
スイッチング素子１に最も近い第１層において、スイッチング素子１の表面に平行な領域では、Ｐ導体４ＥとＡＣ導体６Ｅと中間導体７Ｅとが、スイッチング素子１の表面との距離が同じ、即ち同じ高さ位置で配置される。
【０１０２】
コンデンサ２の正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子ＣとをＰ導体４Ｅで接続し、スイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｅで接続する。また、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子ＣとをＡＣ導体６Ｅで接続し、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｅで接続する。
第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、Ｎ導体５Ｅが配置される。コンデンサ２の負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子ＥとをＮ導体５Ｅで接続する。
【０１０３】
２層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１は図中左側に、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２は図中右側に、各々左右均等の位置に配置され、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、１ｃ１〜１ｄ１の中央線ｍ１と各スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２、１ｃ２〜１ｄ２の中央線ｍ２とは、中心線ｍに平行となる。即ち、２つのスイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、１ａ２〜１ｂ２は、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ中心線ｍに対して対称に配置される。また、２つのスイッチング素子列１ｃ１〜１ｄ１、１ｃ２〜１ｄ２は、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ中心線ｍに対して対称に配置される。また、コンデンサ２は、上アーム１２ａの中心線ｍ方向の外側に配置される。
【０１０４】
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ｅには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、スイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、１ｃ１〜１ｄ１の中央線ｍ１、スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２、１ｃ２〜１ｄ２の中央線ｍ２上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【０１０５】
このように構成される変換回路１０Ｅでは、順方向の主電流はコンデンサ２→Ｐ導体４Ｅ→スイッチング素子１ａ１、１ａ２→中間導体７Ｅ→スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２→ＡＣ導体６Ｅへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ｅ→スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２→中間導体７Ｅ→スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２→Ｎ導体５Ｅ→コンデンサ２へ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、図中上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【０１０６】
この実施の形態５では、上アーム素子群（上アーム１２ａ）と下アーム素子群（下アーム１２ｂ）とを表面の向きを互いに逆（外側）にして上下２段に配置し、コンデンサ２を上アーム１２ａの外側に配置するため、各スイッチング素子１を流れる電流を、コンデンサ２に関わり無く均等にすることができる。また、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを２段配置としたため、設置面積を小さくできる。
また、外部積層導体は、Ｐ導体４ＥとＡＣ導体６Ｅと中間導体７Ｅとを同じ高さレベルに配した第１層と、Ｎ導体５Ｅを配した第２層との、２つの異なる高さレベルの２層構成である。このため、外部積層導体の構成を小型化でき、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを２段に配置する変換回路１０Ｅの構成を信頼性良く実現できる。
【０１０７】
また、変換回路１０Ｅにおいても上述した変換回路１０Ａと同様の効果が得られる。即ち、直並列接続されるスイッチング素子１に流れる電流を均等にできることにより、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能な変換回路１０Ｅを得ることが出来る。
また、１つの変換回路１０Ｅで大電力化を可能にしたため、小型で安価な装置構成にて大電力に対応できる。このため、変換回路１０Ｅの部品配置を適用したセル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置においても、変換回路１０Ａの場合と同様に効果が得られる。
【０１０８】
なお、上記実施の形態５では、コンデンサ２を上アーム１２ａの外側（図中下側）に配置したが、下アーム１２ｂの外側（図中下側）に配置しても良い。その場合、コンデンサ２は、負極が図中上側になるように配置し、外部積層導体は、スイッチング素子１に最も近い第１層を、Ｎ導体５ＥとＡＣ導体６Ｅと中間導体７Ｅとで構成し、第２層をＰ導体４Ｅにて構成する。その場合も、上述した同様の効果が得られる。
【０１０９】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６について説明する。
図２７は、この発明の実施の形態６による変換回路の部品配置を示す図であり、図１に示す変換回路１０の部品配置を示すものである。図２７（ａ）は平面図、図２７（ｂ）は側面図である。
なお、変換回路１０Ｆは、図１に示す変換回路１０を図２７の部品配置で実現したものである。また、Ｐ導体４Ｆ、Ｎ導体５Ｆ、ＡＣ導体６Ｆおよび２枚の中間導体７Ｆは、Ｐ配線４、Ｎ配線５、ＡＣ配線６および中間配線７を実現した部品である。またこの場合、各スイッチング素子１はそれぞれ３つの正側端子Ｃと３つの負側端子Ｅを有する。
【０１１０】
図２７（ｂ）に示すように、上アーム１２ａを図中左側、下アーム１２ｂを図中右側、即ち、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを上下２段の配置とし、上アーム１２ａの外側、図中下側にコンデンサ２を配置する。
なお、図２７において、上アーム１２ａと下アーム１２ｂの位置関係から、上アーム１２ａの配置方向を上段側、下アーム１２ｂの配置方向を下段側と称す。
上アーム１２ａのスイッチング素子（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）の正側端子Ｃと負側端子Ｅが全て下段側を向くように、また下アーム１２ｂのスイッチング素子（１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２）の正側端子Ｃと負側端子Ｅが全て上段側を向くように、取付けられる。即ち、上アーム１２ａのスイッチング素子（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）は表面を下段側に向け、下アーム１２ｂのスイッチング素子（１ｃ１、１ｃ２、１ｄ１、１ｄ２）は表面を上段側に向けて配置される。またコンデンサ２の正極、負極の形成される表面は、上アーム１２ａのスイッチング素子（１ａ１、１ａ２、１ｂ１、１ｂ２）の表面と逆向きである。
【０１１１】
スイッチング素子１は各々２並列で用いられるため、４つのスイッチング素子列、即ちスイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、スイッチング素子列１ｃ１〜１ｄ１、スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２、スイッチング素子列１ｃ２〜１ｄ２は、それぞれスイッチング素子が中央線ｍ１、ｍ２上に一列に並ぶように配置される。
各スイッチング素子１の配置方向は上アーム１２ａと下アーム１２ｂとで異なる。上アーム１２ａの場合は、正側端子Ｃを図中下側に、負側端子Ｅを図中上側に配置し、下アーム１２ｂの場合は、正側端子Ｃを図中上側に、負側端子Ｅを図中下側にして配置する。コンデンサ２は正極が図中下側になるように配置される。
【０１１２】
これにより、上アーム１２ａの場合、スイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１では、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１が、下からこの順序で正側端子Ｃを図中下側に、負側端子Ｅを図中上側にして配置される。スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２では、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２が、下からこの順序で正側端子Ｃを図中下側に、負側端子Ｅを図中上側にして配置される。
また、下アーム１２ｂの場合、スイッチング素子列１ｃ１〜１ｄ１では、スイッチング素子１ｃ１、１ｄ１が、上からこの順序で正側端子Ｃを図中上側に、負側端子Ｅを図中下側にして配置される。スイッチング素子列１ｃ２〜１ｄ２では、スイッチング素子１ｃ２、１ｄ２が、下からこの順序で正側端子Ｃを図中上側に、負側端子Ｅを図中下側にして配置される。
【０１１３】
外部積層導体は、Ｐ導体４Ｆ、Ｎ導体５Ｆ、ＡＣ導体６Ｆおよび２枚の中間導体７Ｆで構成され、２層に積層される。この場合、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとは、表面を互いに内側にして向かい合うように配置され、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとの間の領域に、外部積層導体は配置される。また、Ｎ導体５ＦおよびＡＣ導体６Ｆは、それぞれＵ字状となる。
スイッチング素子１に最も近い第１層において、スイッチング素子１の表面に平行な領域では、Ｐ導体４ＦとＡＣ導体６Ｆと中間導体７Ｆとが、スイッチング素子１の表面との距離が同じ、即ち同じ高さ位置で配置される。
【０１１４】
コンデンサ２の正極とスイッチング素子１ａ１、１ａ２の正側端子ＣとをＰ導体４Ｆで接続し、スイッチング素子１ａ１、１ａ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｆで接続する。また、スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の正側端子ＣとをＡＣ導体６Ｆで接続し、スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２の負側端子Ｅとスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の正側端子Ｃとを中間導体７Ｆで接続する。
第１層の上に図示しない絶縁物を介して第１層と絶縁的な問題が発生しない最短の高さで設けられる第２層には、Ｎ導体５Ｆが配置される。コンデンサ２の負極とスイッチング素子１ｄ１、１ｄ２の負側端子ＥとをＮ導体５Ｆで接続する。
【０１１５】
２層構成される外部積層導体は、面方向では中心線ｍに対して対称構造である。また、中心線ｍに対し、スイッチング素子１ａ１、１ｂ１、１ｃ１、１ｄ１は図中左側に、スイッチング素子１ａ２、１ｂ２、１ｃ２、１ｄ２は図中右側に、各々左右均等の位置に配置され、各スイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、１ｃ１〜１ｄ１の中央線ｍ１と各スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２、１ｃ２〜１ｄ２の中央線ｍ２とは、中心線ｍに平行となる。即ち、２つのスイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、１ａ２〜１ｂ２は、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ中心線ｍに対して対称に配置される。また、２つのスイッチング素子列１ｃ１〜１ｄ１、１ｃ２〜１ｄ２は、それぞれ中心線ｍに平行に一列に配列され、かつ中心線ｍに対して対称に配置される。また、コンデンサ２は、上アーム１２ａの中心線方向の外側に配置される。
【０１１６】
そして、主電流を入出力するＡＣ導体６Ｆには、交流端子Ｘ３となる外部接続端子１００の導体部材を、スイッチング素子列１ａ１〜１ｂ１、１ｃ１〜１ｄ１の中央線ｍ１、スイッチング素子列１ａ２〜１ｂ２、１ｃ２〜１ｄ２の中央線ｍ２上にそれぞれ設ける。即ち、外部接続端子１００も外部積層導体の中心線ｍに対して対称配置となる。
【０１１７】
このように構成される変換回路１０Ｆでは、順方向の主電流はコンデンサ２→Ｐ導体４Ｆ→スイッチング素子１ａ１、１ａ２→中間導体７Ｆ→スイッチング素子１ｂ１、１ｂ２→ＡＣ導体６Ｆへ流れる。逆方向の主電流はＡＣ導体６Ｆ→スイッチング素子１ｃ１、１ｃ２→中間導体７Ｆ→スイッチング素子１ｄ１、１ｄ２→Ｎ導体５Ｆ→コンデンサ２へ流れる。
従って、主電流の流れる方向は、上下方向となり、各スイッチング素子１の正側端子Ｃと負側端子Ｅとの相互位置関係を示す方向（上下方向）とも同じであり、外部積層導体の中心線ｍの方向とも同じとなる。
【０１１８】
この実施の形態６では、上アーム素子群（上アーム１２ａ）と下アーム素子群（下アーム１２ｂ）とを表面の向きを互いに逆（内側）にして上下２段に配置し、コンデンサ２を上アーム１２ａの外側に配置するため、各スイッチング素子１を流れる電流を、コンデンサ２に関わり無く均等にすることができる。また、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを２段配置としたため、設置面積を小さくできる。
また、外部積層導体は、Ｐ導体４ＦとＡＣ導体６Ｆと中間導体７Ｆとを同じ高さレベルに配した第１層と、Ｎ導体５Ｆを配した第２層との、２つの異なる高さレベルの２層構成である。このため、外部積層導体の構成を小型化でき、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとを２段に配置する変換回路１０Ｆの構成を信頼性良く実現できる。
【０１１９】
また、変換回路１０Ｆにおいても上述した変換回路１０Ａと同様の効果が得られる。即ち、直並列接続されるスイッチング素子１に流れる電流を均等にできることにより、出力電圧、出力電流の定格を効率良く増加することができ、高電圧大電流出力が可能な変換回路１０Ｆを得ることが出来る。
また、１つの変換回路１０Ｆで大電力化を可能にしたため、小型で安価な装置構成にて大電力に対応できる。このため、変換回路１０Ｆの部品配置を適用したセル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置においても、変換回路１０Ａの場合と同様に効果が得られる。
【０１２０】
なお、上記実施の形態６においても、コンデンサ２を下アーム１２ｂの外側（図中下側）に配置しても良い。その場合、コンデンサ２は、正極が図中上側になるように配置し、外部積層導体は、スイッチング素子１に最も近い第１層を、Ｎ導体５ＦとＡＣ導体６Ｆと中間導体７Ｆとで構成し、第２層をＰ導体４Ｆにて構成する。その場合も、上述した同様の効果が得られる。
【０１２１】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７について説明する。
この実施の形態７では、セル変換器を複数個カスケード接続した電力変換装置について、特に、複数のセル変換器の連結構成について説明する。
図２８は、この発明の実施の形態７による複数のセル変換器の連結構成を示す図であり、図６で示した第１セル変換器１１の接続構成を用いたものである。
上述したように、第１セル変換器１１は、上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが接続された１つのブリッジ回路とコンデンサ２とを有したハーフブリッジ構成で、コンデンサ２の負極に接続される直流端子Ｘ２と交流端子Ｘ３との２つの外部端子を有する。そして、複数の第１セル変換器１１は、２つの外部端子Ｘ２、Ｘ３を介して直列接続される（図６参照）。
【０１２２】
図２８に示すように、各第１セル変換器１１は、それぞれセル変換器筐体６１に収納される。セル変換器筐体６１は他のセル変換器筐体６１とカスケード接続するための外部接続端子Ｘ２Ａ、Ｘ３Ａを備え、外部接続端子Ｘ２Ａ、Ｘ３Ａは、セル変換器筐体６１の内部において第１セル変換器１１の外部端子Ｘ２、Ｘ３にそれぞれ接続される。
そして複数（この場合４個）のセル変換器筐体６１は、互いの外部接続端子Ｘ２Ａ、Ｘ３Ａ間が外部接続導体６３を介して接続されてバルブと呼ばれる連結体を構成して、筐体６２に収納される。この場合、セル変換器筐体６１の外部接続端子Ｘ２Ａは、隣接する他のセル変換器筐体６１の外部接続端子Ｘ３Ａと外部接続導体６３を介して接続される。
筐体６２は、カスケード接続された第１セル変換器１１の最高電位と他の基準電位間で電気的短絡が発生しないように、絶縁構造体６４を配して、基準電位６５との距離が確保される。
【０１２３】
図２９は、複数のセル変換器の連結構成の別例を示す図であり、図９で示した第２セル変換器２１の接続構成を用いたものである。
上述したように、第２セル変換器２１は、それぞれ上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが接続された２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂとコンデンサ２とを有したフルブリッジ構成で、２つの交流端子Ｘ３、Ｘ４を外部端子として有する。そして、複数の第２セル変換器２１は、２つの外部端子Ｘ３、Ｘ４を介して直列接続される（図９参照）。
【０１２４】
図２９に示すように、各第２セル変換器２１は、それぞれセル変換器筐体６１に収納される。セル変換器筐体６１は他のセル変換器筐体６１とカスケード接続するための外部接続端子Ｘ３Ａ、Ｘ４Ａを備え、外部接続端子Ｘ３Ａ、Ｘ４Ａは、セル変換器筐体６１の内部において第２セル変換器２１の外部端子Ｘ３、Ｘ４にそれぞれ接続される。
そして複数（この場合４個）のセル変換器筐体６１は、互いの外部接続端子Ｘ３Ａ、Ｘ４Ａ間が外部接続導体６３を介して接続されて連結体を構成して、筐体６２に収納される。また、絶縁構造体６４を配して、筐体６２と基準電位６５との距離が確保される。
【０１２５】
図３０は、複数のセル変換器の連結構成のさらに別例を示す図であり、図１２で示した第３セル変換器３１の接続構成を用いたものである。
上述したように、第３セル変換器３１は、それぞれ上アーム１２ａと下アーム１２ｂとが接続された２つのブリッジ回路１３ａ、１３ｂとコンデンサ２とを有したフルブリッジ構成で、２つの直流端子Ｘ１、Ｘ２と２つの交流端子Ｘ３、Ｘ４とを外部端子として有する。そして、複数の第３セル変換器３１は、２つの直流端子（外部端子）Ｘ１、Ｘ２を介して直列接続される。この場合、各第３セル変換器３１は、交流側で単相の変圧器３０を介して他の第３セル変換器３１と接続されて、各絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが構成される（図１２参照）。
【０１２６】
図３０に示すように、各第３セル変換器３１は、それぞれセル変換器筐体６１に収納される。セル変換器筐体６１は他のセル変換器筐体６１と直流側をカスケード接続するための外部接続端子Ｘ１Ａ、Ｘ２Ａを備え、外部接続端子Ｘ１Ａ、Ｘ２Ａは、セル変換器筐体６１の内部において第３セル変換器３１の外部端子Ｘ１、Ｘ２にそれぞれ接続される。
そして複数（この場合４個）のセル変換器筐体６１は、互いの外部接続端子Ｘ１Ａ、Ｘ２Ａ間が外部接続導体６３を介して接続されて連結体を構成して、筐体６２に収納される。また、絶縁構造体６４を配して、筐体６２と基準電位６５との距離が確保される。
【０１２７】
なお、この場合、各セル変換器筐体６１には、第３セル変換器３１の２つの交流端子Ｘ３、Ｘ４を単相の変圧器３０に接続するための２つの外部接続端子が、図示しない背面に設けられ、筐体６２の外側に配置される単相の変圧器３０に接続される。
【０１２８】
図３１は、複数のセル変換器の連結構成を収納した筐体６２をさらに複数接続した構成を示す図である。この場合、図２８に示す筐体６２を例に示すが、図２９、図３０に示すものでも同様である。
図３１に示すように、セル変換器筐体６１が４個収納された筐体６２が、垂直方向に絶縁構造体６４を介して２段に重ねられる。そして、上段の筐体６２内で図中左端に収納されたセル変換器筐体６１の外部接続端子Ｘ３Ａと、下段の筐体６２内で図中左端に収納されたセル変換器筐体６１の外部接続端子Ｘ２Ａとが外部接続導体６３で接続される。
このように筐体６２同士を接続することにより、容易に多数のセル変換器１１、２１、３１をカスケード接続することができる。
【０１２９】
図３２は、複数のセル変換器の連結構成を収納した筐体６２をさらに複数接続した構成の別例を示す図である。この場合も、図２８に示す筐体６２を例に示すが、図２９、図３０に示すものでも同様である。
図３２に示すように、セル変換器筐体６１が３個収納された筐体６２が、水平方向に２台配列される。そして、図中左側の筐体６２内で右端に収納されたセル変換器筐体６１の外部接続端子Ｘ３Ａと、図中右側の筐体６２内で左端に収納されたセル変換器筐体６１の外部接続端子Ｘ２Ａとが外部接続導体６３で接続される。
この場合も、筐体６２同士を接続することにより、容易に多数のセル変換器１１、２１、３１をカスケード接続することができる。
【０１３０】
以上のように、この実施の形態では、各セル変換器１１、２１、３１はそれぞれ外部接続端子Ｘ１Ａ〜Ｘ４Ａを備えたセル変換器筐体６１に収納されて、外部接続端子Ｘ１Ａ〜Ｘ４Ａを介して接続された複数のセル変換器筐体６１が、絶縁構造体６４により他の基準電位との絶縁を確保した筐体６２に収納される。これにより、複数のセル変換器１１、２１、３１をカスケード接続する回路方式において、セル変換器１１、２１、３１の増設が容易になり、多数のセル変換器１１、２１、３１のカスケード接続が容易に実現できる。
また、図３１、図３２で示すように、筐体６２は垂直方向、水平方向のいずれにも配列させて接続でき、多数のセル変換器１１、２１、３１のカスケード接続にいて、設計上の自由度が向上する。
【０１３１】
なお、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
0006765444.tif 000002
【図２】
0006765444.tif 000003
【図３】
0006765444.tif 000004
【図４】
0006765444.tif 000005
【図５】
0006765444.tif 000006
【図６】
0006765444.tif 000007
【図７】
0006765444.tif 000008
【図８】
0006765444.tif 000009
【図９】
0006765444.tif 000010
【図１０】
0006765444.tif 000011
【図１１】
0006765444.tif 000012
【図１２】
0006765444.tif 000013
【図１３】
0006765444.tif 000014
【図１４】
0006765444.tif 000015
【図１５】
0006765444.tif 000016
【図１６】
0006765444.tif 000017
【図１７】
0006765444.tif 000018
【図１８】
0006765444.tif 000019
【図１９】
0006765444.tif 000020
【図２０】
0006765444.tif 000021
【図２１】
0006765444.tif 000022
【図２２】
0006765444.tif 000023
【図２３】
0006765444.tif 000024
【図２４】
0006765444.tif 000025
【図２５】
0006765444.tif 000026
【図２６】
0006765444.tif 000027
【図２７】
0006765444.tif 000028
【図２８】
0006765444.tif 000029
【図２９】
0006765444.tif 000030
【図３０】
0006765444.tif 000031
【図３１】
0006765444.tif 000032
【図３２】
0006765444.tif 000033