(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチおよびキャパシタを含み、直流電源の高電位側となる第１入力点と前記直流電源の低電位側となる第２入力点との間に電気的に接続された変換回路と、
前記複数のスイッチを制御することにより、第１出力点および第２出力点に対する前記直流電源および前記キャパシタの接続状態を切り替えて、前記第１出力点と前記第２出力点との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる制御部と、
前記第１出力点または前記第２出力点を流れる出力電流と前記出力電圧とが同符号になる第１状態と、前記出力電流と前記出力電圧とが異符号になる第２状態とのいずれの状態に、前記変換回路があるかを判定する判定部とを備え、
前記出力電流と前記出力電圧との間に位相差が設定可能であって、
前記制御部は、前記出力電圧の大きさが同じであって且つ前記キャパシタを流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、前記キャパシタの充電と放電とを切り替えており、
前記制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記一対のモードのうち、前記キャパシタを充電するときに選択するモードと前記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記変換回路は、前記第１入力点と前記第２入力点との間に電気的に並列に接続された第１変換回路および第２変換回路と、前記第１変換回路と前記第２変換回路との間に電気的に接続された第１の双方向スイッチおよび第２の双方向スイッチとを備え、
前記第１変換回路は、前記第１入力点と前記第２入力点との間において、前記第１入力点側から第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子、第４のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１〜４のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第１キャパシタとを有しており、前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子との接続点を前記第１出力点とし、
前記第２変換回路は、前記第１入力点と前記第２入力点との間において、前記第１入力点側から第５のスイッチング素子、第６のスイッチング素子、第７のスイッチング素子、第８のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第５〜８のスイッチング素子と、前記第６のスイッチング素子および前記第７のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第２キャパシタとを有しており、前記第６のスイッチング素子と前記第７のスイッチング素子との接続点を前記第２出力点とし、
前記第１の双方向スイッチは、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子の接続点である第１接続点と前記第７のスイッチング素子および前記第８のスイッチング素子の接続点である第２接続点との間に接続され、
前記第２の双方向スイッチは、前記第３のスイッチング素子および前記第４のスイッチング素子の接続点である第３接続点と前記第５のスイッチング素子および前記第６のスイッチング素子の接続点である第４接続点との間に接続され、
前記複数のスイッチは、前記第１〜８のスイッチング素子と前記第１の双方向スイッチと前記第２の双方向スイッチとで構成されており、
前記キャパシタは、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとで構成されている
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】
前記直流電源から前記第１入力点と前記第２入力点との間に印加される電圧の１／４の大きさの電圧を基準電圧として、
前記制御部は、前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタがそれぞれ前記基準電圧を中心に充電と放電とを繰り返すように、前記キャパシタの充電と放電とを切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記出力電流を検出する電流検出部とをさらに備え、
前記判定部は、前記電圧検出部で検出される前記出力電圧と前記電流検出部で検出される前記出力電流とが同符号であれば前記第１状態と判定し、前記電圧検出部で検出される前記出力電圧と前記電流検出部で検出される前記出力電流とが異符号であれば前記第２状態と判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１入力点または前記第２入力点を流れる電流を検出する入力検出部をさらに備え、
前記判定部は、前記入力検出部で検出される電流の向きによって前記第１状態と前記第２状態とのいずれの状態に、前記変換回路があるかを判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記キャパシタの電圧を検出する検出回路をさらに備え、
前記制御部は、前記検出回路で検出される前記キャパシタの電圧が目標電圧よりも小さければ前記キャパシタを充電し、前記検出回路で検出される前記キャパシタの電圧が前記目標電圧よりも大きければ前記キャパシタを放電するように、前記一対のモードを切り替える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、所定のスイッチング周期で前記キャパシタの充電と放電とを切り替える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記第１出力点および前記第２出力点と系統電源との間に電気的に接続される解列器とを備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナに関し、より詳細には直流電源からの電力を変換する電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅用の太陽光発電装置や燃料電池、蓄電装置などの普及に伴い、これらの直流電源の出力を交流に変換する電力変換装置として、多様な回路が提案され、提供されている。たとえば特許文献１，２には、直流電圧源から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成する電力変換装置（特許文献１では「マルチレベル電力変換装置」、特許文献２では「コンバータ回路」）が開示されている。
【０００３】
特許文献１の記載によれば、電力変換装置は、５レベルの電圧を出力する５レベルインバータであって、２個の直流キャパシタと、２個のフライングキャパシタと、１０個のスイッチング素子とを備えている。この電力変換装置は、２個の直流キャパシタの直列回路に直流電圧Ｅが印加された状態で、各直流キャパシタの電圧がＥ／２となり、各フライングキャパシタの電圧がＥ／４となるように各スイッチング素子を制御することで、５レベルの電圧を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−６４４３１号公報（段落〔０００２〕〜〔０００６〕、図１６，１７）
【特許文献２】特許第４３６９４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したような従来の電力変換装置では、キャパシタ（フライングキャパシタ）の電圧を規定電圧に維持するために、キャパシタの充電と放電とを切り替える制御が必要である。しかし、従来の電力変換装置においては、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じると、出力電圧と出力電流とが異符号となる期間に、キャパシタを含む回路に流れる電流の向きが逆向きになる。そのため、出力電圧と出力電流とが異符号の期間においては、キャパシタを充電すべき場合にキャパシタを放電する向きの電流が流れたり、キャパシタを放電すべき場合にキャパシタを充電する向きの電流が流れたりする可能性がある。したがって、従来の電力変換装置は、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が難しいという問題がある。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されており、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易な電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナを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】
本発明の電力変換装置は、複数のスイッチおよびキャパシタを含み、直流電源の高電位側となる第１入力点と前記直流電源の低電位側となる第２入力点との間に電気的に接続された変換回路と、前記複数のスイッチを制御することにより、第１出力点および第２出力点に対する前記直流電源および前記キャパシタの接続状態を切り替えて、前記第１出力点と前記第２出力点との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる制御部と、前
記第１出力点または前記第２出力点を流れる出力電流と前記出力電圧とが同符号になる第１状態と、前記出力電流と前記出力電圧とが異符号になる第２状態とのいずれの状態に、前記変換回路があるかを判定する判定部とを備え、前記出力電流と前記出力電圧との間に位相差が設定可能であって、前記制御部は、前記出力電圧の大きさが同じであって且つ前記キャパシタを流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、前記キャパシタの充電と放電とを切り替えており、前記制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記一対のモードのうち、前記キャパシタを充電するときに選択するモードと前記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のパワーコンディショナは、上記の電力変換装置と、前記第１出力点および前記第２出力点と系統電源との間に電気的に接続される解列器とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易である、という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】図２Ａは実施形態１に係る電力変換装置の第１のモードの説明図、図２Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の第２のモードの説明図である。
【図３】図３Ａは実施形態１に係る電力変換装置の第３のモードの説明図、図３Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の第４のモードの説明図である。
【図４】図４Ａは実施形態１に係る電力変換装置の第５のモードの説明図、図４Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の第６のモードの説明図である。
【図５】図５Ａは実施形態１に係る電力変換装置の第７のモードの説明図、図５Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の第８のモードの説明図である。
【図６】実施形態１に係る電力変換装置の出力電圧の波形図である。
【図７】実施形態１に係るパワーコンディショナの構成を示す概略図である。
【図８】実施形態１に係る電力変換装置の出力電圧と出力電流との関係を示す波形図である。
【図９】実施形態１に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図１０Ａは実施形態１に係る電力変換装置の第２のモードの説明図、図１０Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の第３のモードの説明図である。
【図１１】図１１Ａは実施形態１に係る電力変換装置の第６のモードの説明図、図１１Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の第７のモードの説明図である。
【図１２】実施形態２に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
本実施形態に係る電力変換装置１は、図１に示すように、変換回路１０と、制御部６と、判定部２とを備えている。
【００１２】
変換回路１０は、複数のスイッチおよびキャパシタを含んでいる。変換回路１０は、直流電源１００の高電位側となる第１入力点１０１と直流電源１００の低電位側となる第２入力点１０２との間に電気的に接続されている。図１の例では、上記複数のスイッチは、第１〜８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８と第１の双方向スイッチ１３と第２の双方向スイッチ１４とで構成されている。また、図１の例では、上記キャパシタは、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２とで構成されている。
【００１３】
制御部６は、上記複数のスイッチを制御することにより、第１出力点１０３および第２出力点１０４に対する直流電源１００および上記キャパシタの接続状態を切り替える。これにより、制御部６は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる。
【００１４】
判定部２は、第１出力点１０３または第２出力点１０４を流れる出力電流と上記出力電圧とが同符号になる第１状態と、上記出力電流と上記出力電圧とが異符号になる第２状態とのいずれの状態に、変換回路１０があるかを判定する。なお、判定部２は、第１出力点１０３または第２出力点１０４を流れる出力電流、および第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧を直接的に、第１状態か第２状態かの判定に用いる構成に限らない。たとえば、図１の例では、判定部２は、第３出力点１０５または第４出力点１０６を流れる出力電流、および第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に生じる出力電圧に基づいて、第１状態か第２状態かを判定するように構成されている。
【００１５】
ここにおいて、制御部６は、上記出力電圧の大きさが同じであって且つ上記キャパシタを流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、上記キャパシタの充電と放電とを切り替えている。制御部６は、判定部２の判定結果に応じて、上記一対のモードのうち、上記キャパシタを充電するときに選択するモードと上記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成されている。
【００１６】
この構成によれば、電力変換装置１は、判定部２での第１状態と第２状態との判定結果に応じて、上記キャパシタを充電するときに選択するモードと上記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えている。ここで、第１状態では電力変換装置１の出力電圧と出力電流とは同符号となる。一方、第２状態では電力変換装置１の出力電圧と出力電流とは異符号となる。したがって、電力変換装置１は、出力電圧と出力電流とが異符号の期間においても、キャパシタを充電すべき場合にはキャパシタを充電する向きの電流を流し、キャパシタを放電すべき場合にはキャパシタを放電する向きの電流を流すことが可能になる。その結果、電力変換装置１は、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易である、という利点がある。
【００１７】
具体的には、本実施形態においては、図１に示すように、変換回路１０は、第１変換回路１１および第２変換回路１２と、第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４とを備えている。第１変換回路１１と第２変換回路１２とは、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に、電気的に並列に接続されている。第１の双方向スイッチ１３と第２の双方向スイッチ１４とは、第１変換回路１１と第２変換回路１２との間に電気的に接続されている。
【００１８】
第１変換回路１１は、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、第１キャパシタＣ１とを有している。ここで、第１変換回路１１は、第２のスイッチング素子Ｑ２と第３のスイッチング素子Ｑ３との接続点を第１出力点１０３とする。
【００１９】
第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間において、電気的に直列に接続されている。第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、第１入力点１０１側から第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３、第４のスイッチング素子Ｑ４の順で、直列に接続されている。第１キャパシタＣ１は、第２のスイッチング素子Ｑ２および第３のスイッチング素子Ｑ３の直列回路と、電気的に並列に接続されている。
【００２０】
第２変換回路１２は、第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８と、第２キャパシタＣ２とを有している。ここで、第２変換回路１２は、第６のスイッチング素子Ｑ６と第７のスイッチング素子Ｑ７との接続点を第２出力点１０４とする。
【００２１】
第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８は、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間において、電気的に直列に接続されている。第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８は、第１入力点１０１側から第５のスイッチング素子Ｑ５、第６のスイッチング素子Ｑ６、第７のスイッチング素子Ｑ７、第８のスイッチング素子Ｑ８の順で、直列に接続されている。第２キャパシタＣ２は、第６のスイッチング素子Ｑ６および第７のスイッチング素子Ｑ７の直列回路と、電気的に並列に接続されている。
【００２２】
第１の双方向スイッチ１３は、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の接続点である第１接続点２０１と第７のスイッチング素子Ｑ７および第８のスイッチング素子Ｑ８の接続点である第２接続点２０２との間に電気的に接続されている。
【００２３】
第２の双方向スイッチ１４は、第３のスイッチング素子Ｑ３および第４のスイッチング素子Ｑ４の接続点である第３接続点２０３と第５のスイッチング素子Ｑ５および第６のスイッチング素子Ｑ６の接続点である第４接続点２０４との間に電気的に接続されている。
【００２４】
そして、上述したように、第１〜８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８と第１の双方向スイッチ１３と第２の双方向スイッチ１４とは上記複数のスイッチを構成し、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２とは上記キャパシタを構成している。
【００２５】
以下、本実施形態に係る電力変換装置１、およびそれを用いたパワーコンディショナ２０（図７参照）について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００２６】
本実施形態では、パワーコンディショナ２０が、直流電源１００としての太陽光発電装置に電気的に接続して使用される住宅用のパワーコンディショナである場合を例示するが、パワーコンディショナ２０の用途を限定する趣旨ではない。パワーコンディショナ２０は、たとえば家庭用燃料電池、蓄電装置など、太陽光発電装置以外の直流電源１００に電気的に接続して使用されてもよく、また、たとえば店舗、工場、事務所など非住宅に用いられてもよい。さらに、電力変換装置１についても、その用途をパワーコンディショナ２０に限定する趣旨ではなく、電力変換装置１は、パワーコンディショナ２０以外に用いられてもよい。
【００２７】
＜電力変換装置の構成＞
本実施形態の電力変換装置１は、図１に示すように、直流電源１００に電気的に接続される。ここでは直流電源１００は太陽光発電装置からなるので、電力変換装置１は接続箱を介して直流電源１００に接続されることになる。
【００２８】
本実施形態の電力変換装置１は、変換回路（第１変換回路１１、第２変換回路１２、第１の双方向スイッチ１３、および第２の双方向スイッチ１４）１０と制御部６と判定部２とに加えて、フィルタ回路５と電圧検出部３１と電流検出部３２とをさらに備えている。
【００２９】
第１入力点１０１および第２入力点１０２は電力変換装置１における一対の入力端子となり、一対の入力端子（第１入力点１０１および第２入力点１０２）間には直流電源１００が電気的に接続される。
【００３０】
また、第１変換回路１１の第１出力点１０３および第２変換回路１２の第２出力点１０４は、それぞれフィルタ回路５を介して第３出力点１０５および第４出力点１０６に電気的に接続されている。本実施形態では、これら第３出力点１０５および第４出力点１０６が電力変換装置１における一対の出力端子となる。
【００３１】
本実施形態において、電力変換装置１の出力電圧は交流電圧であり、第３出力点１０５および第４出力点１０６は、系統電源（商用電力系統）７に電気的に接続される。さらに、第３出力点１０５および第４出力点１０６には、交流電力の供給を受けて動作する負荷８が電気的に接続される。
【００３２】
具体的には、電力変換装置１の一対の出力端子は、分電盤に設けられた連系ブレーカに電気的に接続されることにより、負荷８および系統電源７に接続される。すなわち、電力変換装置１は、直流電源１００から入力される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を一対の出力端子（第３出力点１０５および第４出力点１０６）から負荷８および系統電源７へ出力する。なお、図１において、系統電源７はＵ相、Ｗ相を持つ単相３線式であるが、この例に限らず系統電源７は単相２線式であってもよい。
【００３３】
次に、電力変換装置１の各部の構成について詳しく説明する。
【００３４】
電力変換装置１は、直流電源１００に接続された一対の入力端子のうち、直流電源１００の高電位（正極）側の入力端子を第１入力点１０１とし、直流電源１００の低電位（負極）側の入力端子を第２入力点１０２とする。そのため、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間には、直流電源１００から出力される直流電圧が、入力電圧として印加されることになる。
【００３５】
ここで、直流電源１００の低電位側の入力端子（第２入力点１０２）は、電力変換装置１の回路グランドであって、その電位は０〔Ｖ〕であると仮定する。そうすると、直流電源１００の出力する直流電圧Ｅ〔Ｖ〕を用いて、第１入力点１０１の電位はＥ〔Ｖ〕で表されることになる。
【００３６】
第１変換回路１１は、上述したように第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に直列に接続された第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、第１キャパシタＣ１とを有している。第１〜４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ここでは一例としてデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられている。
【００３７】
第１のスイッチング素子Ｑ１のドレインは第１入力点１０１に電気的に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインは第１のスイッチング素子Ｑ１のソースに電気的に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインは第２のスイッチング素子Ｑ２のソースに電気的に接続されている。第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインは第３のスイッチング素子Ｑ３のソースに電気的に接続されている。さらに第４のスイッチング素子Ｑ４のソースは、第２入力点１０２に電気的に接続されている。
【００３８】
ここで、第２のスイッチング素子Ｑ２のソース（第３のスイッチング素子Ｑ３のドレイン）は第１出力点１０３となる。さらに、第１のスイッチング素子Ｑ１のソース（第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン）は第１接続点２０１となり、第３のスイッチング素子Ｑ３のソース（第４のスイッチング素子Ｑ４のドレイン）は第３接続点２０３となる。
【００３９】
第１キャパシタＣ１は、一端が第２のスイッチング素子Ｑ２のドレイン（第１接続点２０１）に電気的に接続され、他端が第３のスイッチング素子Ｑ３のソース（第３接続点２０３）に電気的に接続されている。言い換えれば、第１キャパシタＣ１は、一端が第１のスイッチング素子Ｑ１を介して第１入力点１０１に電気的に接続され、他端が第４のスイッチング素子Ｑ４を介して第２入力点１０２に電気的に接続されている。
【００４０】
第２変換回路１２は、上述したように第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に直列に接続された第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８と、第２キャパシタＣ２とを有している。ここで、第２変換回路１２は、基本的には第１変換回路１１と同様の構成であって、第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８が第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に相当し、第２キャパシタＣ２が第１キャパシタＣ１に相当する。ここで、第５〜８の各スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８は、第１〜４の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と同様にデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。
【００４１】
すなわち、第５のスイッチング素子Ｑ５のドレインは第１入力点１０１に電気的に接続されている。第６のスイッチング素子Ｑ６のドレインは第５のスイッチング素子Ｑ５のソースに電気的に接続されている。第７のスイッチング素子Ｑ７のドレインは第６のスイッチング素子Ｑ６のソースに電気的に接続されている。第８のスイッチング素子Ｑ８のドレインは第７のスイッチング素子Ｑ７のソースに電気的に接続されている。さらに第８のスイッチング素子Ｑ８のソースは、第２入力点１０２に電気的に接続されている。
【００４２】
ここで、第６のスイッチング素子Ｑ６のソース（第７のスイッチング素子Ｑ７のドレイン）は第２出力点１０４となる。さらに、第５のスイッチング素子Ｑ５のソース（第６のスイッチング素子Ｑ６のドレイン）は第４接続点２０４となり、第７のスイッチング素子Ｑ７のソース（第８のスイッチング素子Ｑ８のドレイン）は第２接続点２０２となる。
【００４３】
第２キャパシタＣ２は、一端が第６のスイッチング素子Ｑ６のドレイン（第４接続点２０４）に電気的に接続され、他端が第７のスイッチング素子Ｑ７のソース（第２接続点２０２）に電気的に接続されている。言い換えれば、第２キャパシタＣ２は、一端が第５のスイッチング素子Ｑ５を介して第１入力点１０１に電気的に接続され、他端が第８のスイッチング素子Ｑ８を介して第２入力点１０２に電気的に接続されている。
【００４４】
第２キャパシタＣ２の回路定数（キャパシタンス）と第１キャパシタＣ１の回路定数（キャパシタンス）とは同値である。
【００４５】
また、図１において、第１〜８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８の各々には第１〜８のダイオードＤ１〜Ｄ８がそれぞれ逆並列に接続されている。これら第１〜８のダイオードＤ１〜Ｄ８は、それぞれ第１〜８の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８の寄生ダイオードである。つまり、第１のスイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードは第１のダイオードＤ１を構成し、同様に、第２，３…の各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３…の寄生ダイオードはそれぞれ第２，３…のダイオードＤ２，Ｄ３…を構成する。たとえば第１のダイオードＤ１は、第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。
【００４６】
このように構成される第１変換回路１１と第２変換回路１２とは、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間において、電気的に並列に接続されている。つまり、第１変換回路１１と第２変換回路１２とは、直流電源１００の両端間に並列に接続されている。
【００４７】
第１の双方向スイッチ１３は、第１接続点２０１と第２接続点２０２との間に電気的に接続されている。つまり、第１変換回路１１の第１接続点２０１は、第１の双方向スイッチ１３を介して第２変換回路１２の第２接続点２０２に電気的に接続されている。ここでは、第１の双方向スイッチ１３は、第１接続点２０１と第２接続点２０２との間において、電気的に直列に接続された第９のスイッチング素子Ｑ９と第１０のスイッチング素子Ｑ１０とを有している。第１の双方向スイッチ１３は、第１接続点２０１側から第９のスイッチング素子Ｑ９、第１０のスイッチング素子Ｑ１０の順に接続されている。
【００４８】
具体的に説明すると、第９，１０の各スイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０は、第１〜８の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８と同様にデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第９のスイッチング素子Ｑ９のソースは第１接続点２０１に接続され、第９のスイッチング素子Ｑ９のドレインは第１０のスイッチング素子Ｑ１０のドレインに接続されている。第１０のスイッチング素子Ｑ１０のソースは第２接続点２０２に接続されている。要するに、第９のスイッチング素子Ｑ９と第１０のスイッチング素子Ｑ１０とは、ドレイン同士が互いに接続されるように、第１接続点２０１と第２接続点２０２との間において逆直列に接続されている。
【００４９】
第２の双方向スイッチ１４は、第３接続点２０３と第４接続点２０４との間に電気的に接続されている。つまり、第１変換回路１１の第３接続点２０３は、第２の双方向スイッチ１４を介して第２変換回路１２の第４接続点２０４に電気的に接続されている。ここでは、第２の双方向スイッチ１４は、第３接続点２０３と第４接続点２０４との間において、電気的に直列に接続された第１２のスイッチング素子Ｑ１２と第１１のスイッチング素子Ｑ１１とを有している。第２の双方向スイッチ１４は、第３接続点２０３側から第１２のスイッチング素子Ｑ１２、第１１のスイッチング素子Ｑ１１の順に接続されている。
【００５０】
具体的に説明すると、第１１，１２の各スイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２は、第１〜８の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８と同様にデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第１１のスイッチング素子Ｑ１１のソースは第４接続点２０４に接続され、第１１のスイッチング素子Ｑ１１のドレインは第１２のスイッチング素子Ｑ１２のドレインに接続されている。第１２のスイッチング素子Ｑ１２のソースは第３接続点２０３に接続されている。要するに、第１１のスイッチング素子Ｑ１１と第１２のスイッチング素子Ｑ１２とは、ドレイン同士が互いに接続されるように、第３接続点２０３と第４接続点２０４との間において逆直列に接続されている。
【００５１】
また、第９〜１２のスイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２の各々には第９〜１２のダイオードＤ９〜Ｄ１２がそれぞれ逆並列に接続されている。これら第９〜１２のダイオードＤ９〜Ｄ１２は、それぞれ第９〜１２の各スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２の寄生ダイオードである。つまり、第９のスイッチング素子Ｑ９の寄生ダイオードは第９のダイオードＤ９を構成し、同様に、第１０，１１，１２の各スイッチング素子Ｑ１０，Ｑ１１，Ｑ１２の寄生ダイオードはそれぞれ第１０，１１，１２のダイオードＤ１０，Ｄ１１，Ｄ１２を構成する。たとえば第９のダイオードＤ９は、第９のスイッチング素子Ｑ９のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。
【００５２】
本実施形態においては、第１の双方向スイッチ１３は、全オフ状態と全オン状態とを含む動作状態を切替可能に構成されている。第１の双方向スイッチ１３の全オフ状態は、第１接続点２０１と第２接続点２０２との間で双方向の電流を遮断する状態である。第１の双方向スイッチ１３の全オン状態は、第１接続点２０１と第２接続点２０２との間で双方向の電流を通過させる状態である。第２の双方向スイッチ１４も同様に、全オフ状態と全オン状態とを含む動作状態を切替可能に構成されている。第２の双方向スイッチ１４の全オフ状態は、第３接続点２０３と第４接続点２０４との間で双方向の電流を遮断する状態である。第２の双方向スイッチ１４の全オン状態は、第３接続点２０３と第４接続点２０４との間で双方向の電流を通過させる状態である。
【００５３】
さらに、本実施形態では、第１の双方向スイッチ１３の動作状態は、第２接続点２０２から第１接続点２０１へ流れる電流を遮断し、且つ第１接続点２０１から第２接続点２０２へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいる。また、第２の双方向スイッチ１４の動作状態は、第３接続点２０３から第４接続点２０４へ流れる電流を遮断し、且つ第４接続点２０４から第３接続点２０３へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいる。
【００５４】
そのため、本実施形態の電力変換装置１は、第１の双方向スイッチ１３を全オン状態とすることにより、第１接続点２０１と第２接続点２０２との間を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことができる。また、本実施形態の電力変換装置１は、第２の双方向スイッチ１４を全オン状態とすることにより、第３接続点２０３と第４接続点２０４との間を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことができる。
【００５５】
すなわち、第１の双方向スイッチ１３は、第９，１０のスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０がいずれもオフの状態で全オフ状態となり、第９，１０のスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０がいずれもオンの状態で全オン状態となる。さらに、第１の双方向スイッチ１３は、第１０のスイッチング素子Ｑ１０がオンで且つ第９のスイッチング素子Ｑ９がオフの状態には、第９のダイオードＤ９によって電流の向きが一方向に制限される半オン状態となる。
【００５６】
また、第２の双方向スイッチ１４は、第１１，１２のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２がいずれもオフの状態で全オフ状態となり、第１１，１２のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２がいずれもオンの状態で全オン状態となる。さらに、第２の双方向スイッチ１４は、第１２のスイッチング素子Ｑ１２がオンで且つ第１１のスイッチング素子Ｑ１１がオフの状態には、第１１のダイオードＤ１１によって電流の向きが一方向に制限される半オン状態となる。
【００５７】
このように、本実施形態における双方向スイッチ（第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４のそれぞれ）は、全オフ状態、全オン状態、および半オン状態からなる３つの動作状態を切替可能である。
【００５８】
上記構成を言い換えれば、第１の双方向スイッチ１３は、第１キャパシタＣ１の正極側の端子と第２キャパシタＣ２の負極側の端子との間に電気的に接続されている。第２の双方向スイッチ１４は、第１キャパシタＣ１の負極側の端子と第２キャパシタＣ２の正極側の端子との間に電気的に接続されている。つまり、第１変換回路１１の第１キャパシタＣ１と第２変換回路１２の第２キャパシタＣ２とは、第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４を介して、たすき掛け状に接続されている。
【００５９】
さらに、第１〜８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８、並びに第９〜１２のスイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２のゲートは、それぞれ制御部６に電気的に接続されている。制御部６は、第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第１変換回路１１を制御する。また、制御部６は、第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第２変換回路１２を制御する。また、制御部６は、第９，１０のスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第１の双方向スイッチ１３を制御する。また、制御部６は、第１１，１２のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第２の双方向スイッチ１４を制御する。
【００６０】
なお、制御部６は、第１変換回路１１、第２変換回路１２、第１の双方向スイッチ１３、第２の双方向スイッチ１４のそれぞれについて個別に設けられていてもよい。
【００６１】
本実施形態では、制御部６は、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２に駆動信号を与えるドライブ回路６１と、ドライブ回路６１に信号を与えるマイコン（マイクロコンピュータ）６２と、検出回路６３とを有している。
【００６２】
ドライブ回路６１は、第１〜１２の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２の制御端子（ゲート）に対して駆動信号を与えることにより、各素子を個別に駆動（制御）するように構成されている。マイコン６２は、ドライブ回路６１にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を与えることにより、ドライブ回路６１を制御するように構成されている。すなわち、制御部６は、マイコン６２からの指示に応じてドライブ回路６１が生成する駆動信号によって、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２を個別に制御する。
【００６３】
検出回路６３は、第１キャパシタＣ１の両端電圧および第２キャパシタＣ２の両端電圧の大きさを検出するように構成されている。検出回路６３の検出結果を用いた制御部６の動作については後述する。
【００６４】
ここにおいて、ドライブ回路６１は、２つ以上のスイッチング素子が同時にオンして、短絡電流が流れることを防止する短絡防止回路としての機能を兼ね備えていることが好ましい。すなわち、特定の組み合わせのスイッチング素子が同時にオンすると、たとえば第１入力点１０１と第２入力点１０２との間が短絡し、直流電源１００からの電流が短絡電流となってスイッチング素子に流れる可能性がある。そこで、ドライブ回路６１は、このような特定の組み合わせのスイッチング素子が同時にオンしないように構成されることが好ましい。たとえば、ドライブ回路６１は、特定の組み合わせのスイッチング素子のゲートに入力される駆動信号が同時にＨレベルになると、駆動信号を強制的にＬレベルに落とすことにより、特定の組み合わせのスイッチング素子を同時にオンさせないように構成される。
【００６５】
フィルタ回路５は、図１に示すように、一対のインダクタＬ１，Ｌ２と、第３キャパシタＣ３とを有している。一方のインダクタＬ１は、第１出力点１０３と第３出力点１０５との間に電気的に接続されている。他方のインダクタＬ２は、第２出力点１０４と第４出力点１０６との間に電気的に接続されている。ただし、インダクタＬ１，Ｌ２は、第１出力点１０３および第２出力点１０４の少なくとも一方と出力端子（第３出力点１０５、第４出力点１０６）との間に電気的に接続されていればよく、インダクタＬ１，Ｌ２のいずれかは省略されていてもよい。
【００６６】
第３キャパシタＣ３は、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に電気的に接続されている。言い換えれば、フィルタ回路５は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に電気的に接続された、インダクタＬ１、第３キャパシタＣ３、インダクタＬ２の直列回路である。
【００６７】
電圧検出部３１は、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に発生する第１出力電圧Ｖ１を検出するように構成されている。つまり、電圧検出部３１は、本実施形態ではフィルタ回路５の後段に設けられ、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に発生する第１出力電圧Ｖ１を検出する。以下では、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に発生する第１出力電圧Ｖ１を、単に「出力電圧Ｖ１」ともいう。
【００６８】
電圧検出部３１は、出力電圧Ｖ１の大きさ（瞬時値）を、極性（＋あるいは−）も含めて検出する。電圧検出部３１は、たとえば第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に直列に接続された一対の分圧抵抗で構成される。電圧検出部３１は、検出結果を判定部２へ出力する。ただし、電圧検出部３１の構成はこれに限らず、たとえばフィルタ回路５の前段、つまり第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に電圧検出部３１が接続されていてもよい。この場合、電圧検出部３１は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に発生する第２出力電圧Ｖ２を検出する。以下では、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に発生する第２出力電圧Ｖ２を、単に「出力電圧Ｖ２」ともいう。
【００６９】
電流検出部３２は、第３出力点１０５または第４出力点１０６を流れる電流を出力電流Ｉ１として検出するように構成されている。電流検出部３２は、出力電流Ｉ１の大きさ（瞬時値）を、極性（＋あるいは−）も含めて検出する。電流検出部３２は、たとえば第３出力点１０５とフィルタ回路５との間に接続されたシャント抵抗で構成される。電流検出部３２は、検出結果を判定部２へ出力する。ただし、電流検出部３２の構成はこれに限らず、たとえば第４出力点１０６とフィルタ回路５との間に電流検出部３２が接続されていてもよい。また、電流検出部３２は、フィルタ回路５の前段、つまり第１出力点１０３または第２出力点１０４とフィルタ回路５との間に接続されていてもよい。
【００７０】
判定部２は、電圧検出部３１で検出される出力電圧Ｖ１と電流検出部３２で検出される出力電流Ｉ１とが同符号であれば第１状態と判定する。一方、電圧検出部３１で検出される出力電圧Ｖ１と電流検出部３２で検出される出力電流Ｉ１とが異符号であれば第２状態と判定する。つまり、判定部２は、電圧検出部３１の検出結果と電流検出部３２の検出結果とを対比することによって、変換回路１０が第１状態と第２状態とのいずれの状態にあるかを判定する。判定部２は、判定結果を制御部６、ここではマイコン６２へ出力する。判定部２の判定結果を用いた制御部６の動作については後述する。
【００７１】
このように、本実施形態では、判定部２は、第３出力点１０５または第４出力点１０６を流れる出力電流Ｉ１、および第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に生じる出力電圧Ｖ１に基づいて、第１状態か第２状態かを判定するように構成されている。ただし、この構成に限らず、判定部２は、第１出力点１０３または第２出力点１０４を流れる出力電流、および第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２を直接的に、第１状態か第２状態かの判定に用いてもよい。
【００７２】
＜電力変換装置の基本動作＞
上述した構成の電力変換装置１の基本動作について、図２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂを参照して簡単に説明する。なお、図中、太線矢印は電流経路を表し、点線の丸印が付されたスイッチング素子はオン状態の素子を表している。
【００７３】
ここでいう電力変換装置１の基本動作とは、直流電源１００より電力の供給が開始してから第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が基準電圧に充電されるまでの期間（以下、「始動期間」という）の経過後の電力変換装置１の動作である。つまり、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が基準電圧に充電された状態からの電力変換装置１の動作を、電力変換装置１の基本動作とする。
【００７４】
第１キャパシタＣ１についての基準電圧は、直流電源１００から第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に印加される印加電圧の１／４の大きさの電圧である。第２キャパシタＣ２についての基準電圧も、同様に直流電源１００から第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に印加される印加電圧の１／４の大きさの電圧である。
【００７５】
以下では、直流電源１００の出力電圧がＥ〔Ｖ〕であって、第１入力点１０１の電位はＥ〔Ｖ〕、第２入力点１０２の電位は０〔Ｖ〕であると仮定する。ここで、基準電圧に充電された第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２との各々の両端電圧はＥ／４〔Ｖ〕となる。以下では、第１出力点１０３と第２出力点１０４との電位差、つまり第１出力点１０３−第２出力点１０４間に生じる電圧を、電力変換装置１の出力電圧Ｖ２として説明する。
【００７６】
なお、第３出力点１０５および第４出力点１０６は系統電源７に電気的に接続されているため、第３出力点１０５と第４出力点１０６との電位差、つまり第３出力点１０５−第４出力点１０６間に生じる出力電圧Ｖ１は、系統電源７の出力電圧に等しくなる。第１出力点１０３と第３出力点１０５との電位差、並びに第２出力点１０４と第４出力点１０６との間の電位差は、フィルタ回路５にて吸収されることになる。
【００７７】
電力変換装置１は、第１変換回路１１、第２変換回路１２、第１の双方向スイッチ１３、第２の双方向スイッチ１４を第１〜８の計８つのモードに切り替える。これにより、電力変換装置１は、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に印加される直流電圧（Ｅ〔Ｖ〕）を交流電圧に変換して、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に出力電圧Ｖ２を発生する。なお、以下の説明では、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２に関し、それぞれオン／オフの状態について言及していない場合には「オフ」の状態にあることとする。また、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２での電圧降下、および第１〜１２のダイオードＤ１〜Ｄ１２での電圧降下は無視できる程度と仮定する。
【００７８】
ここにおいて、制御部６は、以下の２つの条件に従って、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２を制御する。
【００７９】
１つ目の条件としては、第１変換回路１１の第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、第２変換回路１２の第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８とで一対一のペアを設定し、ペアごとにオン／オフが切り替わるようにする。ここでは、第１，８のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ８がペアとなり、第２，７のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ７がペアとなり、第３，６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６がペアとなり、第４，５のスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５がペアとなる。
【００８０】
２つ目の条件としては、第２のスイッチング素子Ｑ２と第３のスイッチング素子Ｑ３とが、同時にオンまたはオフにならないようにする。さらに、第１〜４のモードにおいては第１のスイッチング素子Ｑ１と第１１のスイッチング素子Ｑ１１とが、また、第５〜８のモードにおいては第４のスイッチング素子Ｑ４と第９のスイッチング素子Ｑ９とが、それぞれ同時にオンまたはオフにならないようにする。
【００８１】
まず、図２Ａに示す第１のモードでは、第１変換回路１１の第１，２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、第２変換回路１２の第７，８のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、第２の双方向スイッチ１４の第１２のスイッチング素子Ｑ１２とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第２の双方向スイッチ１４は半オン状態にある。この状態では、図２Ａに示すように、第１入力点１０１は、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２を介して第１出力点１０３に電気的に接続される。また、第２入力点１０２は、第８のスイッチング素子Ｑ８、第７のスイッチング素子Ｑ７を介して第２出力点１０４に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第１，２，７，８のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ７，Ｑ８の計４つであって、第１２のスイッチング素子Ｑ１２には電流は流れない。
【００８２】
したがって、第１出力点１０３は第１入力点１０１と同電位（Ｅ〔Ｖ〕）になり、第２出力点１０４は第２入力点１０２と同電位（０〔Ｖ〕）になる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、Ｅ（＝Ｅ−０）〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタＬ１の両端電圧を差し引いた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタＬ２の両端電圧を加えた電位となる。
【００８３】
次に、図２Ｂに示す第２のモードでは、第１変換回路１１の第１，３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３と、第２変換回路１２の第６，８のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ８と、第２の双方向スイッチ１４の第１２のスイッチング素子Ｑ１２とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第２の双方向スイッチ１４は半オン状態にある。この状態では、図２Ｂに示すように、第１入力点１０１は、第１のスイッチング素子Ｑ１、第１キャパシタＣ１、第３のスイッチング素子Ｑ３を介して第１出力点１０３に電気的に接続される。また、第２入力点１０２は、第８のスイッチング素子Ｑ８、第２キャパシタＣ２、第６のスイッチング素子Ｑ６を介して第２出力点１０４に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第１，３，６，８のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ６，Ｑ８の計４つであって、第１２のスイッチング素子Ｑ１２には電流は流れない。
【００８４】
したがって、第１出力点１０３の電位は、第１入力点１０１の電位（Ｅ〔Ｖ〕）より第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまり３Ｅ／４（＝Ｅ−Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。また、第２出力点１０４の電位は、第２入力点１０２の電位（０〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ高い電位、つまりＥ／４（＝０＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、Ｅ／２（＝３Ｅ／４−Ｅ／４）〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタＬ１の両端電圧を差し引いた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタＬ２の両端電圧を加えた電位となる。
【００８５】
次に、図３Ａに示す第３のモードでは、第１変換回路１１の第２のスイッチング素子Ｑ２と、第２変換回路１２の第７のスイッチング素子Ｑ７と、第２の双方向スイッチ１４の第１１，１２のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第２の双方向スイッチ１４は全オン状態にある。この状態では、第２出力点１０４は、第７のスイッチング素子Ｑ７、第２キャパシタＣ２、第１１のスイッチング素子Ｑ１１、第１２のスイッチング素子Ｑ１２、第１キャパシタＣ１、第２のスイッチング素子Ｑ２を介して第１出力点１０３に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第２，７，１１，１２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ７，Ｑ１１，Ｑ１２の計４つである。
【００８６】
したがって、第１出力点１０３の電位は、第２出力点１０４の電位より、第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）と第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）との和の分だけ高い電位となる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、Ｅ／２（＝Ｅ／４＋Ｅ／４）〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタＬ１の両端電圧を差し引いた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタＬ２の両端電圧を加えた電位となる。また、この状態においては、第２の双方向スイッチ１４が全オン状態にあるため、変換回路１０は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に双方向の電流を流すことができる。
【００８７】
次に、図３Ｂに示す第４のモードでは、第１変換回路１１の第３のスイッチング素子Ｑ３と、第２変換回路１２の第６のスイッチング素子Ｑ６と、第２の双方向スイッチ１４の第１１，１２のスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第２の双方向スイッチ１４は全オン状態にある。この状態では、第２出力点１０４は、第６のスイッチング素子Ｑ６、第１１のスイッチング素子Ｑ１１、第１２のスイッチング素子Ｑ１２、第３のスイッチング素子Ｑ３を介して第１出力点１０３に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第３，６，１１，１２のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６，Ｑ１１，Ｑ１２の計４つである。
【００８８】
したがって、第１出力点１０３の電位は第２出力点１０４と同電位になる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、０〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタＬ１の両端電圧を差し引いた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタＬ２の両端電圧を加えた電位となる。また、この状態においては、第２の双方向スイッチ１４が全オン状態にあるため、変換回路１０は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に双方向の電流を流すことができる。
【００８９】
一方、第５〜８のモードにおいては、電力変換装置１は、上記第１〜４のモードを基準にして、第１変換回路１１と第２変換回路１２とで動作を入れ替え、且つ第１の双方向スイッチ１３と第２の双方向スイッチ１４とで動作を入れ替えたような動作を行う。つまり、第５〜８のモードと第１〜４のモードとでは、変換回路１０の動作は、第１変換回路１１および第１の双方向スイッチ１３と、第２変換回路１２および第２の双方向スイッチ１４とが入れ替わった対称な動作となる。
【００９０】
すなわち、図４Ａに示す第５のモードでは、変換回路１０の動作は、上記第４のモードと対称な動作となる。そのため、第５のモードでは、第１変換回路１１の第２のスイッチング素子Ｑ２と、第２変換回路１２の第７のスイッチング素子Ｑ７と、第１の双方向スイッチ１３の第９，１０のスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第１の双方向スイッチ１３は全オン状態にある。この状態では、図４Ａに示すように、第１出力点１０３は、第２のスイッチング素子Ｑ２、第９のスイッチング素子Ｑ９、第１０のスイッチング素子Ｑ１０、第７のスイッチング素子Ｑ７を介して第２出力点１０４に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第２，７，９，１０のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１０の計４つである。
【００９１】
したがって、第１出力点１０３の電位は第２出力点１０４と同電位になる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、０〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位にインダクタＬ１の両端電圧を加えた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位からインダクタＬ２の両端電圧を差し引いた電位となる。また、この状態においては、第１の双方向スイッチ１３が全オン状態にあるため、変換回路１０は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に双方向の電流を流すことができる。
【００９２】
次に、図４Ｂに示す第６のモードでは、変換回路１０の動作は、上記第３のモードと対称な動作となる。そのため、第６のモードでは、第１変換回路１１の第３のスイッチング素子Ｑ３と、第２変換回路１２の第６のスイッチング素子Ｑ６と、第１の双方向スイッチ１３の第９，１０のスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第１の双方向スイッチ１３は全オン状態にある。この状態では、第１出力点１０３は、第３のスイッチング素子Ｑ３、第１キャパシタＣ１、第９のスイッチング素子Ｑ９、第１０のスイッチング素子Ｑ１０、第２キャパシタＣ２、第６のスイッチング素子Ｑ６を介して第２出力点１０４に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第３，６，９，１０のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ６，Ｑ９，Ｑ１０の計４つである。
【００９３】
したがって、第１出力点１０３の電位は、第２出力点１０４の電位より、第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）と第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）との和の分だけ低い電位となる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、−Ｅ／２（＝−Ｅ／４−Ｅ／４）〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位にインダクタＬ１の両端電圧を加えた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位からインダクタＬ２の両端電圧を差し引いた電位となる。また、この状態においては、第１の双方向スイッチ１３が全オン状態にあるため、変換回路１０は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に双方向の電流を流すことができる。
【００９４】
次に、図５Ａに示す第７のモードでは、変換回路１０の動作は、上記第２のモードと対称な動作となる。そのため、第７のモードでは、第１変換回路１１の第２，４のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４と、第２変換回路１２の第５，７のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ７と、第１の双方向スイッチ１３の第１０のスイッチング素子Ｑ１０とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第１の双方向スイッチ１３は半オン状態にある。この状態では、図５Ａに示すように、第１入力点１０１は、第５のスイッチング素子Ｑ５、第２キャパシタＣ２、第７のスイッチング素子Ｑ７を介して第２出力点１０４に電気的に接続される。また、第２入力点１０２は、第４のスイッチング素子Ｑ４、第１キャパシタＣ１、第２のスイッチング素子Ｑ２を介して第１出力点１０３に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第２，４，５，７のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ７の計４つであって、第１０のスイッチング素子Ｑ１０には電流は流れない。
【００９５】
したがって、第１出力点１０３の電位は、第２入力点１０２の電位（０〔Ｖ〕）より第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ高い電位、つまりＥ／４（＝０＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。また、第２出力点１０４の電位は、第１入力点１０１の電位（Ｅ〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまり３Ｅ／４（＝Ｅ−Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、−Ｅ／２（＝Ｅ／４−３Ｅ／４）〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位にインダクタＬ１の両端電圧を加えた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位からインダクタＬ２の両端電圧を差し引いた電位となる。
【００９６】
次に、図５Ｂに示す第８のモードでは、変換回路１０の動作は、上記第１のモードと対称な動作となる。そのため、第８のモードでは、第１変換回路１１の第３，４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、第２変換回路１２の第５，６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、第１の双方向スイッチ１３の第１０のスイッチング素子Ｑ１０とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第１の双方向スイッチ１３は半オン状態にある。この状態では、図５Ｂに示すように、第１入力点１０１は、第５のスイッチング素子Ｑ５、第６のスイッチング素子Ｑ６を介して第２出力点１０４に電気的に接続される。また、第２入力点１０２は、第４のスイッチング素子Ｑ４、第３のスイッチング素子Ｑ３を介して第１出力点１０３に電気的に接続される。このとき、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第３，４，５，６のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６の計４つであって、第１０のスイッチング素子Ｑ１０には電流は流れない。
【００９７】
したがって、第１出力点１０３は第２入力点１０２と同電位（０〔Ｖ〕）になり、第２出力点１０４は第１入力点１０１と同電位（Ｅ〔Ｖ〕）になる。そのため、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電力変換装置１の出力電圧Ｖ２は、−Ｅ（＝０−Ｅ）〔Ｖ〕になる。さらにこのとき、第３出力点１０５の電位は、第１出力点１０３の電位にインダクタＬ１の両端電圧を加えた電位となり、第４出力点１０６の電位は、第２出力点１０４の電位からインダクタＬ２の両端電圧を差し引いた電位となる。
【００９８】
要するに、電力変換装置１は、上記第１〜８のモードを切り替えることにより、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２の大きさを、複数段階に変化させる。
【００９９】
さらに詳しく説明すると、第１変換回路１１は、第１キャパシタＣ１をフライングキャパシタとして用い、第１〜４，９〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ９〜Ｑ１２のオン／オフを切り替えることにより、第１出力点１０３の電位を切り替える。なお、第１キャパシタＣ１は、原則、第２，７のモードで充電され、第３，６のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第１〜８のモードを切り替えれば、基本動作時における第１キャパシタＣ１の両端電圧は略一定（Ｅ／４〔Ｖ〕）とみなすことができる。
【０１００】
また、第２変換回路１２は、第２キャパシタＣ２をフライングキャパシタとして用い、第５〜１２のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ１２のオン／オフを切り替えることにより、第２出力点１０４の電位を切り替える。なお、第２キャパシタＣ２は、原則、第２，７のモードで充電され、第３，６のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第１〜８のモードを切り替えれば、基本動作時における第２キャパシタＣ２の両端電圧は略一定（Ｅ／４〔Ｖ〕）とみなすことができる。
【０１０１】
要するに、制御部６は、出力電圧Ｖ２の大きさが同じであって且つキャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）を流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、キャパシタの充電と放電とを切り替えている。
【０１０２】
具体的には、制御部６は、出力電圧Ｖ２をＥ／２〔Ｖ〕とする場合には、第２のモードと第３のモードとを一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の充電と放電とを切り替える。また、制御部６は、出力電圧Ｖ２を−Ｅ／２〔Ｖ〕とする場合には、第７のモードと第６のモードとを一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の充電と放電とを切り替える。
【０１０３】
ここで、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が充電されるのは、原則、第２，７のモードであるから、以下では第２のモードおよび第７のモードを「充電モード」とも呼ぶ。第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が放電されるのは、原則、第３，６のモードであるから、以下では第３のモードおよび第６のモードを「放電モード」とも呼ぶ。また、以下では、制御部６は、充電モードを選択するときに「充電指令」を出力することとし、放電モードを選択するときには「放電指令」を出力することとする。
【０１０４】
すなわち、制御部６は、出力電圧Ｖ２をＥ／２〔Ｖ〕とする場合において、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）を充電するときには、充電指令を出力し、充電モードである第２のモードを選択する。制御部６は、出力電圧Ｖ２をＥ／２〔Ｖ〕とする場合において、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）を放電するときには、放電指令を出力し、放電モードである第３のモードを選択する。
【０１０５】
同様に、制御部６は、出力電圧Ｖ２を−Ｅ／２〔Ｖ〕とする場合において、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）を充電するときには、充電指令を出力し、充電モードである第７のモードを選択する。制御部６は、出力電圧Ｖ２を−Ｅ／２〔Ｖ〕とする場合において、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）を放電するときには、放電指令を出力し、放電モードである第６のモードを選択する。
【０１０６】
このように、制御部６は、出力電圧Ｖ２の大きさが同じであって且つキャパシタを流れる電流の向きが逆になる充電モードと放電モードとを、一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタの充電と放電とを切り替える。ただし、充電モードでキャパシタが充電され、放電モードでキャパシタが放電されるのは、変換回路１０に後述する順方向電流が流れている状態に限られる。変換回路１０に後述する逆方向電流が流れている状態では、充電モードでキャパシタが放電され、放電モードでキャパシタが充電される。この点については後述する。以下、とくに断りがない限り、変換回路１０を流れる電流は順方向電流であると仮定して説明する。
【０１０７】
以上説明したように、上記第１〜８のモードにおいては、電力変換装置１は、第１出力点１０３を高電位側、第２出力点１０４を低電位側とする電圧を出力電圧Ｖ２として出力することになる。そして、電力変換装置１は、第１〜４のモードにおいて、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２を、Ｅ〔Ｖ〕（第１のモード）、Ｅ／２〔Ｖ〕（第２，３のモード）、０〔Ｖ〕（第４のモード）の３段階で切り替えることになる。第５〜８のモードにおいては、電力変換装置１は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２を、０〔Ｖ〕（第５のモード）、−Ｅ／２〔Ｖ〕（第６，７のモード）、−Ｅ〔Ｖ〕（第８のモード）の３段階で切り替えることになる。
【０１０８】
したがって、電力変換装置１は、上記第１〜８の計８つのモードを切り替えることにより、出力電圧Ｖ２をＥ〔Ｖ〕、Ｅ／２〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕、−Ｅ／２〔Ｖ〕、−Ｅ〔Ｖ〕の５段階で切り替えることができる。電力変換装置１は、これら５段階の第２出力電圧Ｖ２を適宜切り替えることにより、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に交流電圧である第１出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１０９】
ここで、出力電圧Ｖ１は、系統電源７の出力電圧に等しく、図６に示すように正弦波状の波形となる。図６では、横軸が時間軸、縦軸が電圧値を表している。ここで、出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する期間（つまり正弦波における正極性側の半波に相当する期間）Ｔ１〜Ｔ３においては、電力変換装置１は、第１〜４のモードを切り替えることで動作する。出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜−Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する期間（つまり正弦波における負極性側の半波に相当する期間）Ｔ４〜Ｔ６においては、電力変換装置１は、第５〜８のモードを切り替えることで動作する。
【０１１０】
以上説明した第１〜８のモードをまとめると、表１のようになる。
【０１１１】
【表１】
0006327563.tif 000002
【０１１２】
ここにおいて、制御部６は、ＰＷＭ信号により、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２のオン／オフを切り替え、上記第１〜８のモードを実現する。
【０１１３】
さらに詳しく説明すると、図６において出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜Ｅ／２〔Ｖ〕の範囲で変動する期間Ｔ１，Ｔ３には、制御部６は、表１に示すように第２〜４のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部６は、第２のモードと第３のモードとで時間長さを調整することで、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の放電、充電のバランスをとる。
【０１１４】
さらに、図６において出力電圧Ｖ１がＥ／２〔Ｖ〕〜Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する期間Ｔ２には、制御部６は、表１に示すように第１〜３のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部６は、第２のモードと第３のモードとで時間長さを調整することで、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の放電、充電のバランスをとる。
【０１１５】
また、図６において出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜−Ｅ／２〔Ｖ〕の範囲で変動する期間Ｔ４，Ｔ６には、制御部６は、表１に示すように第５〜７のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部６は、第６のモードと第７のモードとで時間長さを調整することで、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の放電、充電のバランスをとる。
【０１１６】
さらに、図６において出力電圧Ｖ１が−Ｅ／２〔Ｖ〕〜−Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する期間Ｔ５には、制御部６は、表１に示すように第６〜８のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部６は、第６のモードと第７のモードとで時間長さを調整することで、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の放電、充電のバランスをとる。
【０１１７】
本実施形態において、制御部６は、ＰＷＭ信号のデューティ比を変化させながら上述した第１〜８のモードの切り替えを行うことで、出力電圧Ｖ１の波形が正弦波に近似するように、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２を制御する。要するに、電力変換装置１は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２の大きさを制御部６にて５段階で変化させることにより、正弦波状の交流電圧（出力電圧Ｖ１）を第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に発生する。
【０１１８】
なお、第４のモードと第５のモードとは、いずれも出力電圧Ｖ２が０〔Ｖ〕であって、且つ第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の放電および充電には寄与しないモードである。そのため、第４のモードと第５のモードとのいずれか一方を省略することも考えられるが、出力電圧Ｖ１の正・負のバランスを考慮すれば、電力変換装置１は、第４のモードと第５のモードとを分けた方が、スイッチングロスを小さくできて効率がよくなる。
【０１１９】
本実施形態の電力変換装置１によれば、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子の数（以下、「通過素子数」という）は、上述したように第１〜８のいずれのモードにおいても「４」以下である。
【０１２０】
とくに、第２の双方向スイッチ１４が全オン状態となる第３，４のモードにおいては、第１１のスイッチング素子Ｑ１１と第１２のスイッチング素子Ｑ１２とを別素子として数えても通過素子数は「４」である。同様に、第１の双方向スイッチ１３が全オン状態となる第５，６のモードにおいては、第９のスイッチング素子Ｑ９と第１０のスイッチング素子Ｑ１０とを別素子として数えても通過素子数は「４」である。したがって、第１，２の双方向スイッチ１３，１４がそれぞれ１素子で構成されている場合には、第３〜６のモードにおける通過素子数は「３」になる。
【０１２１】
ところで、制御部６は、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電するか放電するかを、検出回路６３の検出結果に応じて決定することが好ましい。本実施形態では、検出回路６３は制御部６に含まれており、検出回路６３の検出結果はマイコン６２に出力されている。検出回路６３は、第１キャパシタＣ１の両端電圧および第２キャパシタＣ２の両端電圧を個別に検出し、これら２つの電圧の平均値Ｖｃを検出結果としてマイコン６２に出力する。マイコン６２は、キャパシタを充電するか放電するかを、検出回路６３の検出結果に応じて選択するように構成されている。
【０１２２】
さらに詳しく説明すると、たとえば出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する期間Ｔ１〜Ｔ３には、制御部６は、表１に示すように第１〜４のモードを切り替える動作を繰り返している。これらの場合（期間Ｔ１〜Ｔ３）において、マイコン６２は、第２のモード（充電モード）と第３のモード（放電モード）とのいずれを選択するかを、検出回路６３の検出結果に応じて決定する。つまり、マイコン６２は、検出回路６３の検出結果（平均値Ｖｃ）と目標電圧とを比較し、比較結果によって第２のモード（充電モード）と第３のモード（放電モード）とのいずれかを選択する。マイコン６２は、検出回路６３の検出結果が目標電圧よりも大きければ、放電モードである第３のモードを選択し、検出回路６３の検出結果が目標電圧よりも小さければ、充電モードである第２のモードを選択する。ここで、目標電圧は基準電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）である。
【０１２３】
同様に、出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜−Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する期間Ｔ４〜Ｔ６には、制御部６は、表１に示すように第５〜８のモードを切り替える動作を繰り返す。これらの場合（期間Ｔ４〜Ｔ６）において、マイコン６２は、第６のモード（放電モード）と第７のモード（充電モード）とのいずれを選択するかを、検出回路６３の検出結果に応じて決定する。つまり、マイコン６２は、検出回路６３の検出結果（平均値Ｖｃ）と目標電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）とを比較し、比較結果によって第７のモード（充電モード）と第６のモード（放電モード）とのいずれかを選択する。マイコン６２は、検出回路６３の検出結果が目標電圧よりも大きければ、放電モードである第６のモードを選択し、検出回路６３の検出結果が目標電圧よりも小さければ、充電モードである第７のモードを選択する。
【０１２４】
これにより、基本動作時における第１キャパシタＣ１の両端電圧および第２キャパシタＣ２の両端電圧は、それぞれ目標電圧である基準電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）に維持される。
【０１２５】
また、制御部６は、所定のスイッチング周期でキャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の充電と放電とを切り替えることが好ましい。ここでいうスイッチング周期は、たとえばＰＷＭ信号の周期に合わせて設定される。
【０１２６】
＜パワーコンディショナの構成＞
本実施形態に係るパワーコンディショナ２０は、図７に示すように、上記の電力変換装置１と、解列器９とを備えている。解列器９は、第１出力点１０３（図１参照）および第２出力点１０４（図１参照）と、系統電源７との間に電気的に接続されている。図７の例では、解列器９は、第３出力点１０５および第４出力点１０６と、系統電源７との間に電気的に接続されている。言い換えれば、解列器９は、フィルタ回路５（図１参照）を介して第１出力点１０３および第２出力点１０４に接続されている。つまり、解列器９は、第１出力点１０３および第２出力点１０４と、系統電源７との間にあればよく、第１出力点１０３および第２出力点１０４に直接接続されていることは必須でなく、本実施形態のようにフィルタ回路５の後段に接続されていてもよい。
【０１２７】
ここで、解列器９は、第３出力点１０５と系統電源７との間に電気的に接続された第１接点部９１と、第４出力点１０６と系統電源７との間に電気的に接続された第２接点部９２とを有している。ただし、解列器９は、第３出力点１０５および第４出力点１０６の少なくとも一方と系統電源７との間に電気的に接続されていればよく、第１接点部９１および第２接点部９２のいずれかは省略されていてもよい。
【０１２８】
このパワーコンディショナ２０は、定常時、系統連系運転を行い、直流電源１００から入力される直流電力を電力変換装置１で交流電力に変換し、系統電源７および負荷８へ出力する。詳しい説明は省略するが、パワーコンディショナ２０は、系統電源７の停電等の異常時には、解列器９を開放し、系統電源７から解列された状態で交流電力を出力する自立運転を行うように構成されている。
【０１２９】
このパワーコンディショナ２０によれば、解列器９を開放（解列）することにより、第１変換回路１１および第２変換回路１２と系統電源７との間を電気的に切り離すことができる。そのため、パワーコンディショナ２０は、電源投入後、電力変換装置１が上述した基本動作を開始する前の始動期間に、解列器９を開放することで、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に、フィルタ回路５を含む電流経路を構成することができる。
【０１３０】
ここでいう電流経路は、フィルタ回路５を構成するインダクタＬ１、第３キャパシタＣ３、およびインダクタＬ２を含む電流経路である。電力変換装置１は、この電流経路を充電用の経路として用いることにより、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間が電気的に絶縁されていても第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電できる。
【０１３１】
したがって、電力変換装置１は、第３出力点１０５および第４出力点１０６が系統電源７に接続されていなくても、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電することが可能である。言い換えれば、電力変換装置１は、一対の出力端子（第３出力点１０５、第４出力点１０６）間に何の負荷も接続されていない状態（無負荷状態）であっても、定常動作に必要なキャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）を充電できる。なお、ここでいう定常動作とは、始動期間の経過後、つまり第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が基準電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）に充電された後の電力変換装置１の動作であって、上述した基本動作と同義である。
【０１３２】
＜キャパシタの充電および放電＞
ところで、本実施形態の電力変換装置１は、上述のように第３，４のモードにおいて第２の双方向スイッチ１４が全オン状態であり、第５，６のモードにおいて第１の双方向スイッチ１３が全オン状態である。つまり、第１〜８のいずれのモードにおいても、半導体素子（スイッチング素子、ダイオード）のうち電流が流れる素子は第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２のいずれかであって、ダイオード（第１〜１２のダイオードＤ１〜Ｄ１２）に電流は流れない。そのため、電力変換装置１は、第１〜８のいずれのモードにおいても、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に双方向の電流を流すことができる。
【０１３３】
以下では、図２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂに太線矢印で示す向きに変換回路１０を流れる電流を「順方向電流」と呼び、順方向電流とは逆向きに変換回路１０を流れる電流を「逆方向電流」と呼ぶ。すなわち、出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する第１〜４のモードにおいては、第１出力点１０３から第３出力点１０５へ向かう電流が順方向電流となる。出力電圧Ｖ１が０〔Ｖ〕〜−Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する第５〜８のモードにおいては、第２出力点１０４から第４出力点１０６へ向かう電流が順方向電流となる。
【０１３４】
電力変換装置１は、このように変換回路１０が双方向の電流に対応していることにより、第３出力点１０５および第４出力点１０６間に流す出力電流Ｉ１と、第３出力点１０５および第４出力点１０６間に生じる出力電圧Ｖ１との間に位相差を設定できる。要するに、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１との間に位相差があると、図８に示すように、出力電流Ｉ１が出力電圧Ｖ１と異符号（たとえば出力電圧Ｖ１が正で出力電流Ｉ１が負など）になる期間が生じる。図８は、横軸を時間軸として、第３出力点１０５と第４出力点１０６との間に生じる第１出力電圧Ｖ１、および第３出力点１０５または第４出力点１０６を流れる出力電流Ｉ１を示している。図８の例では、出力電流Ｉ１は出力電圧Ｖ１に対して遅相であり、期間Ｔ１１，Ｔ１３に出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１とが異符号となり、期間Ｔ１２，Ｔ１４に出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１とが同符号となっている。
【０１３５】
ここで、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１とが同符号の期間Ｔ１２，Ｔ１４には、変換回路１０を流れる電流は順方向電流であるが、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１とが異符号の期間Ｔ１１，Ｔ１３には、変換回路１０を流れる電流は逆方向電流となる。そのため、電力変換装置１は、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１との間に位相差を設定する場合、変換回路１０が双方向の電流に対応している必要がある。本実施形態の電力変換装置１は、変換回路１０が双方向の電流に対応しているため、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１との間に位相差を設定することが可能である。
【０１３６】
とくに、太陽光発電装置用のパワーコンディショナ２０（図７参照）に電力変換装置１が用いられる場合には、単独運転の検出や、系統電源７の電圧上昇を抑制する目的で、電力変換装置１は、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１との間に位相差を設定する場合がある。また、蓄電装置用のパワーコンディショナに電力変換装置１が用いられる場合には、出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１との間に位相差を設定することで、電力変換装置１は、電力が供給される向きを制御し、蓄電装置の充電と放電とを切り替える。本実施形態の電力変換装置１は、変換回路１０を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことで、このような用途に対応できる。
【０１３７】
双方向の電流に対応した電力変換装置１は、同じモードで動作していても、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流が順方向電流か逆方向電流かによって、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の充電と放電とが入れ替わることがある。つまり、変換回路１０に順方向電流が流れている場合には、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は、原則通り、第２，７のモードで充電され、第３，６のモードで放電される。これに対して、変換回路１０に逆方向電流が流れている場合には、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は、第２，７のモードで放電され、第３，６のモードで充電されることになる。
【０１３８】
そこで、本実施形態の電力変換装置１は、制御部６が、判定部２の判定結果に応じて、充電モードと放電モードとの一対のモードのうち、キャパシタを充電するときに選択するモードとキャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成される。すなわち、制御部６は、判定部２の判定結果が第１状態と第２状態とのいずれであるかによって、一対のモード（充電モードおよび放電モード）のうち、キャパシタを充電するときに選択するモードと、キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替える。
【０１３９】
まず、出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とが同符号になる第１状態、つまり図８における期間Ｔ１２，Ｔ１４においては、変換回路１０に流れる電流は順方向電流となる。そのため、制御部６は、判定部２の判定結果が第１状態であれば、上述した通り、キャパシタを充電するときには充電モードを選択し、キャパシタを放電するときには放電モードを選択する。
【０１４０】
一方、出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とが異符号になる第２状態、つまり図８における期間Ｔ１１，Ｔ１３においては、変換回路１０に流れる電流は逆方向電流となる。そのため、判定部２の判定結果が第２状態であれば、制御部６は、キャパシタを充電するときには放電モードを選択し、キャパシタを放電するときには充電モードを選択する。
【０１４１】
要するに、制御部６は、たとえば図９に示すフローチャートに従って動作する。
【０１４２】
制御部６はまず、判定部２の判定結果が第１状態か第２状態かを判断する（Ｓ１）。判定部２の判定結果が第１状態であれば、つまり出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１とが同符号（Ｉ１×Ｖ１≧０）であれば（Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御部６は、「Ｓ２」の処理に移行する。処理Ｓ２において、制御部６は、検出回路６３の検出結果（平均値Ｖｃ）と基準電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）とを比較し、比較結果によって充電モードと放電モードとのいずれかを選択する。このとき、検出回路６３の検出結果が基準電圧以上であれば（Ｓ２：Ｙｅｓ）、制御部６は、放電指令を出力して放電モードを選択する（Ｓ４）。検出回路６３の検出結果が基準電圧未満であれば（Ｓ２：Ｎｏ）、制御部６は、充電指令を出力して充電モードを選択する（Ｓ５）。
【０１４３】
一方、判定部２の判定結果が第２状態であれば、つまり出力電流Ｉ１と出力電圧Ｖ１とが異符号（Ｉ１×Ｖ１＜０）であれば（Ｓ１：Ｎｏ）、制御部６は、「Ｓ３」の処理に移行する。処理Ｓ３において、制御部６は、検出回路６３の検出結果（平均値Ｖｃ）と基準電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）とを比較し、比較結果によって充電モードと放電モードとのいずれかを選択する。このとき、検出回路６３の検出結果が基準電圧以上であれば（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御部６は、充電指令を出力して充電モードを選択する（Ｓ６）。検出回路６３の検出結果が基準電圧未満であれば（Ｓ３：Ｎｏ）、制御部６は、放電指令を出力して放電モードを選択する（Ｓ７）。
【０１４４】
以下に、本実施形態の電力変換装置１において、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の充電および放電に関する動作について、図１０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂを参照して説明する。なお、図中、太線矢印は電流経路を表し、点線の丸印が付されたスイッチング素子はオン状態の素子を表している。
【０１４５】
まず、図１０Ａに示す第２のモードは、図２Ｂに示す第２のモードとは変換回路１０を流れる電流の向きが異なり、変換回路１０を逆方向電流が流れる第２状態を示している。この状態では、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流の向きが、図２Ｂに示す第２のモードとは反対である。そのため、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流も図２Ｂの状態とは反対になり、図１０Ａの状態では、充電モードである第２のモードで第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は放電されることになる。
【０１４６】
次に、図１０Ｂに示す第３のモードは、図３Ａに示す第３のモードとは変換回路１０を流れる電流の向きが異なり、変換回路１０を逆方向電流が流れる第２状態を示している。この状態では、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流の向きが、図３Ａに示す第３のモードとは反対である。そのため、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流も図３Ａの状態とは反対になり、図１０Ｂの状態では、放電モードである第３のモードで第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は充電されることになる。
【０１４７】
このように、変換回路１０に逆方向電流が流れる第２状態においては、電力変換装置１は、充電モードである第２のモードで動作することにより、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）が放電されることになる。反対に、電力変換装置１は、放電モードである第３のモードで動作することにより、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）が充電されることになる。
【０１４８】
また、図１１Ａに示す第６のモードは、図４Ｂに示す第６のモードとは変換回路１０を流れる電流の向きが異なり、変換回路１０を逆方向電流が流れる第２状態を示している。この状態では、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流の向きが、図４Ｂに示す第６のモードとは反対である。そのため、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流も図４Ｂの状態とは反対になり、図１１Ａの状態では、放電モードである第２のモードで第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は充電されることになる。
【０１４９】
次に、図１１Ｂに示す第７のモードは、図５Ａに示す第７のモードとは変換回路１０を流れる電流の向きが異なり、変換回路１０を逆方向電流が流れる第２状態を示している。この状態では、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流の向きが、図５Ａに示す第７のモードとは反対である。そのため、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を流れる電流も図５Ａの状態とは反対になり、図１１Ｂの状態では、充電モードである第７のモードで第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は放電されることになる。
【０１５０】
このように、変換回路１０に逆方向電流が流れる第２状態においては、電力変換装置１は、放電モードである第６のモードで動作することにより、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）が充電されることになる。反対に、電力変換装置１は、充電モードである第７のモードで動作することにより、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）が放電されることになる。
【０１５１】
＜効果＞
以上説明した本実施形態の電力変換装置１によれば、判定部２での第１状態と第２状態との判定結果に応じて、上記キャパシタを充電するときに選択するモードと上記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えている。ここで、第１状態では電力変換装置１の出力電圧（本実施形態では第１出力電圧Ｖ１）と出力電流Ｉ１とは同符号となる。一方、第２状態では電力変換装置１の出力電圧（本実施形態では第１出力電圧Ｖ１）と出力電流Ｉ１とは異符号となる。したがって、電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とが異符号の期間においても、キャパシタを充電すべき場合にはキャパシタを充電する向きの電流を流し、キャパシタを放電すべき場合にはキャパシタを放電する向きの電流を流すことが可能になる。その結果、電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易である、という利点がある。
【０１５２】
また、電力変換装置１は、本実施形態のように、変換回路１０が、第１変換回路１１および第２変換回路１２と、第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４とを備えていることが好ましい。この電力変換装置１は、直流電源１００の両端間に並列接続された第１変換回路１１および第２変換回路１２を有し、第１変換回路１１と第２変換回路１２との間を第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４で接続している。ここで、第１変換回路１１は、４つのスイッチング素子（第１〜４のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４）および１つのキャパシタ（第１キャパシタＣ１）を有している。同様に、第２変換回路１２は、４つのスイッチング素子（第５〜８のスイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８）および１つのキャパシタ（第２キャパシタＣ２）を有している。
【０１５３】
この構成において、直流電源１００から電力変換装置１に入力される電流は、１０個のスイッチング素子（第１〜８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８および第１，２の双方向スイッチ１３，１４）のうち多くても４個の素子を通過するだけである。したがって、この電力変換装置１では、スイッチング素子の導通損失（ロス）の和が比較的小さく、電力変換効率のさらなる向上を図ることができる、という利点がある。
【０１５４】
さらに、電力変換装置１は、一般的に、導通損失が大きくなるほど発熱量が増えるため大型の放熱装置（ヒートシンクやファン等の空冷装置）が必要になる。本実施形態の電力変換装置１は、導通損失を小さく抑えることで放熱装置の小型化も期待できる。
【０１５５】
また、特許文献１に記載の構成と比較すると、本実施形態の電力変換装置１は、分圧用のキャパシタが必要ない分だけ、装置全体の小型化を図ることができるという利点もある。すなわち、特許文献１に記載の電力変換装置は、２個の直流キャパシタの直列回路に直流電圧Ｅを印加することで、直流電圧ＥをＥ／２ずつに分圧しているので、２個の直流キャパシタは必須の構成である。これに対して、本実施形態の電力変換装置１は、分圧用のキャパシタが必要ないので、その分、装置全体の小型化を図ることが可能である。
【０１５６】
また、この場合、本実施形態のように、直流電源１００から第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に印加される電圧の１／４の大きさの電圧を基準電圧とすることが好ましい。この場合、制御部６は、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２がそれぞれ上記基準電圧を中心に充電と放電とを繰り返すように、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の充電と放電とを切り替えることが好ましい。
【０１５７】
この構成によれば、電力変換装置１は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２を、上述したように第１〜４のモードにおいてＥ〔Ｖ〕、Ｅ／２〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕の３段階で切り替えることができる。第５〜８のモードにおいては、電力変換装置１は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる出力電圧Ｖ２を、０〔Ｖ〕、−Ｅ／２〔Ｖ〕、−Ｅ〔Ｖ〕の３段階で切り替えることになる。その結果、電力変換装置１は、上記第１〜８のモードを切り替えることにより、出力電圧Ｖ２をＥ〔Ｖ〕、Ｅ／２〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕、−Ｅ／２〔Ｖ〕、−Ｅ〔Ｖ〕の５段階で切り替えることができる。
【０１５８】
要するに、本実施形態に係る電力変換装置１は、出力電圧Ｖ２を５段階で切り替える５レベルインバータでありながらも、動作としては３レベルインバータと同様であるから、通過素子数を３レベルインバータと同等の「４」以下とすることができる。したがって、この電力変換装置１は、一般的な５レベルインバータの通過素子数「６」に比べて、通過素子数を少なく抑えることができ、その結果、電力変換効率のさらなる向上を図ることができる。
【０１５９】
また、電力変換装置１は、本実施形態のように、出力電圧Ｖ１を検出する電圧検出部３１と、出力電流Ｉ１を検出する電流検出部３２とをさらに備えることが好ましい。この場合、判定部２は、電圧検出部３１で検出される出力電圧Ｖ１と電流検出部３２で検出される出力電流Ｉ１とが同符号であれば上記第１状態と判定する。さらに、判定部２は、電圧検出部３１で検出される出力電圧Ｖ１と電流検出部３２で検出される出力電流Ｉ１とが異符号であれば上記第２状態と判定するように構成される。
【０１６０】
この構成によれば、判定部２は、電圧検出部３１の検出結果（出力電圧Ｖ１）と電流検出部３２の検出結果（出力電流Ｉ１）とを対比するだけで、第１状態か第２状態かを判定することができる。したがって、判定部２の処理負荷を軽減することができる。
【０１６１】
また、電力変換装置１は、本実施形態のように、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の電圧を検出する検出回路６３をさらに備えることが好ましい。この場合、制御部６は、検出回路６３で検出されるキャパシタの電圧が目標電圧よりも小さければキャパシタを充電し、検出回路６３で検出されるキャパシタの電圧が上記目標電圧よりも大きければキャパシタを放電するように、上記一対のモードを切り替える。
【０１６２】
この構成によれば、制御部６は、キャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の電圧に応じてキャパシタの充電と放電とを切り替えるので、キャパシタの電圧を精度よく目標電圧（本実施形態では基準電圧）に調節することができる。
【０１６３】
また、制御部６は、本実施形態のように、所定のスイッチング周期でキャパシタ（第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２）の充電と放電とを切り替えることが好ましい。
【０１６４】
この構成によれば、制御部６は、スイッチング周期で細目にキャパシタの充電と放電とを切り替えることができ、キャパシタの電圧変動を極力小さく抑えることができる。
【０１６５】
また、本実施形態に係るパワーコンディショナ２０によれば、解列器９を開放（解列）することにより、第１変換回路１１および第２変換回路１２と系統電源７との間を電気的に切り離すことができる。したがって、パワーコンディショナ２０は、定常時、系統連系運転を行い、系統電源７の停電等の異常時には、解列器９を開放し、系統電源７から解列された状態で交流電力を出力する自立運転を行うことができる。
【０１６６】
また、本実施形態のように、第１の双方向スイッチ１３の動作状態は、第２接続点２０２から第１接続点２０１へ流れる電流を遮断し、且つ第１接続点２０１から第２接続点２０２へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいることが好ましい。この場合、第２の双方向スイッチ１４の動作状態は、第３接続点２０３から第４接続点２０４へ流れる電流を遮断し、且つ第４接続点２０４から第３接続点２０３へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいることが好ましい。
【０１６７】
この構成によれば、第７，８のモードのように、第１接続点２０１から第２接続点２０２へ流れる電流を遮断する必要がないモードにおいては、第１の双方向スイッチ１３は半オン状態でよい。したがって、制御部６は、第５〜７のモード、あるいは第６〜８のモードを切り替える動作を繰り返す期間（期間Ｔ４〜Ｔ６）においては、第１０のスイッチング素子Ｑ１０をオンし続けることができる。つまり、第５，６のモードでは第１の双方向スイッチ１３は全オン状態であるので、第７，８のモードに切り替わる度に第１０のスイッチング素子Ｑ１０がオフすると、第１０のスイッチング素子Ｑ１０でスイッチングロスが生じる可能性がある。本実施形態の電力変換装置１は、第５〜７のモード、あるいは第６〜８のモードが切り替わる際に、第１０のスイッチング素子Ｑ１０がオンし続けることで、第１の双方向スイッチ１３で生じるスイッチングロスを低減できる。
【０１６８】
同様に、第１，２のモードのように、第４接続点２０４から第３接続点２０３へ流れる電流を遮断する必要がないモードにおいては、第２の双方向スイッチ１４は半オン状態でよい。したがって、本実施形態の電力変換装置１は、第１〜３のモード、あるいは第２〜４のモードが切り替わる際に、第１２のスイッチング素子Ｑ１２がオンし続けることで、第２の双方向スイッチ１４で生じるスイッチングロスを低減できる。
【０１６９】
さらに、制御部６は、第１の双方向スイッチ１３に電流が流れている状態で第１の双方向スイッチ１３を半オン状態から全オン状態に移行するようにすれば、第１の双方向スイッチ１３で生じるスイッチングロスを一層低減できる。すなわち、たとえば第７のモードから第６のモードへの切り替え時、制御部６は、第９のダイオードＤ９がオンしている状態で第９のスイッチング素子Ｑ９をオンすることで、第９のスイッチング素子Ｑ９のゼロボルトスイッチングを実現できる。同様に、制御部６は、第２の双方向スイッチ１４に電流が流れている状態で第２の双方向スイッチ１４を半オン状態から全オン状態に移行するようにすれば、第２の双方向スイッチ１４で生じるスイッチングロスを一層低減できる。
【０１７０】
なお、電力変換装置１は、上述したように変換回路１０が第１変換回路１１および第２変換回路１２と、第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４とを備えた構成に限らず、適宜変更可能である。スイッチング素子の数についても、第１〜１２のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ１２の１２個に限らず、適宜変更可能である。
【０１７１】
また、第１〜８のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８、および第９〜１２のスイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２としては、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、その他の半導体スイッチが用いられていてもよい。たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＧａＮ（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたパワー半導体デバイスが用いられる。
【０１７２】
また、双方向スイッチ（第１の双方向スイッチ１３および第２の双方向スイッチ１４のそれぞれ）の具体的な構成についても、上述した構成に限らない。双方向スイッチは、たとえばＧａＮ（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたダブルゲート（デュアルゲート）構造の双方向スイッチであってもよい。
【０１７３】
（実施形態２）
本実施形態の電力変換装置１は、図１２に示すように、第１入力点１０１または第２入力点１０２を流れる電流（入力電流Ｉ２）を検出する入力検出部３３を備える点で、実施形態１の電力変換装置１と相違する。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
【０１７４】
本実施形態では、電圧検出部３１および電流検出部３２が省略されており、判定部２は、入力検出部３３で検出される電流の向きによって第１状態と第２状態とのいずれの状態に、変換回路１０があるかを判定するように構成されている。
【０１７５】
入力検出部３３は、第１入力点１０１または第２入力点１０２を流れる電流を入力電流Ｉ２として検出するように構成されている。図１２の例では、入力検出部３３は第１入力点１０１を流れる電流を検出する構成であるが、これに限らず、入力検出部３３は第２入力点１０２を流れる電流を検出する構成であってもよい。
【０１７６】
入力検出部３３は、入力電流Ｉ２の大きさ（瞬時値）を、極性（＋あるいは−）も含めて検出する。入力検出部３３は、たとえば第１入力点１０１と第１のスイッチング素子Ｑ１との間に接続されたシャント抵抗で構成される。ただし、入力検出部３３の構成はこれに限らず、少なくとも入力電流Ｉ２の向きを判別できる形で入力電流Ｉ２を検出する構成であればよい。入力検出部３３は、検出結果を判定部２へ出力する。
【０１７７】
判定部２は、入力検出部３３で検出される入力電流Ｉ２が、第１入力点１０１から変換回路１０に向けて流れていれば、第１状態と判定する。つまり、出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とが同符号である第１状態においては、変換回路１０には直流電源１００の高電位（正極）側から電流が流れ込むので、第１入力点１０１から変換回路１０に向けて入力電流Ｉ２が流れていれば、判定部２は第１状態と判定する。
【０１７８】
一方、入力検出部３３で検出される入力電流Ｉ２が、第２入力点１０２から変換回路１０に向けて流れていれば、判定部２は、第２状態と判定する。つまり、出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とが異符号である第２状態においては、変換回路１０には直流電源１００の低電位（負極）側から電流が流れ込むので、第２入力点１０２から変換回路１０に向けて入力電流Ｉ２が流れていれば、判定部２は第２状態と判定する。
【０１７９】
以上説明した本実施形態の構成によれば、判定部２は、１つの検出部（入力検出部３３）の検出結果から、第１状態と第２状態とを判定可能になる。そのため、電力変換装置１は、構成要素の削減を図ることができる。ただし、第３〜６のモードのように、直流電源１００から変換回路１０に電流が流れ込まないモードにおいては、入力検出部３３の検出結果からでは、判定部２は第１状態と第２状態とを判定できない。
【０１８０】
その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
【０１８１】
なお、判定部２は、第１状態と第２状態とのいずれの状態に変換回路１０があるかを判定する構成であればよく、実施形態１あるいは実施形態２で説明した構成に限らない。
【符号の説明】
【０１８２】
１  電力変換装置
１０  変換回路
１１  第１変換回路
１２  第２変換回路
１３  第１の双方向スイッチ
１４  第２の双方向スイッチ
２  判定部
３１  電圧検出部
３２  電流検出部
３３  入力検出部
６  制御部
６３  検出回路
７  系統電源
９  解列器
２０  パワーコンディショナ
１００  直流電源
１０１  第１入力点
１０２  第２入力点
１０３  第１出力点
１０４  第２出力点
２０１  第１接続点
２０２  第２接続点
２０３  第３接続点
２０４  第４接続点
Ｃ１  第１キャパシタ
Ｃ２  第２キャパシタ
Ｉ１  出力電流
Ｉ２  入力電流
Ｑ１〜Ｑ８  第１〜８のスイッチング素子
Ｖ１  （第１）出力電圧
【図１】
0006327563.tif 000003
【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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