(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電圧源が電気的に接続される第１入力点及び第２入力点と、
第１出力点及び第２出力点と、
それぞれ電源電圧が互いに異なる電圧源が電気的に接続されるＮ個の電圧制御部と、
４つのスイッチを有し、入力される直流電圧の極性を反転させて前記第１出力点及び前記第２出力点に出力電圧を生じさせる変換部と、
保持スイッチを有し、前記出力電圧を所定の電圧に保持するクランプ部とを備え、
電圧制御部の個数Ｎは、１以上の整数であって、
前記Ｎ個の電圧制御部は、それぞれ前記電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の回生スイッチと、前記主電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の入力スイッチとを備え、
前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することで、２Ｎ＋３段階に前記出力電圧を切り替える制御部を更に備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記出力電圧が、前記Ｎ個の電圧制御部のうちの任意の電圧制御部に電気的に接続される電圧源の電源電圧である場合、及び当該電源電圧より一段階低い電源電圧である場合に、前記任意の電圧制御部の前記一対の回生スイッチをオン状態に維持することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記クランプ部は、前記変換部の一対の出力点の間に電気的に接続される一対の保持スイッチの直列回路で構成され、
前記制御部は、前記出力電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記一対の保持スイッチのうちの第２保持スイッチをオン状態に維持し、前記出力電圧が前記所定の電圧より小さい場合に、前記一対の保持スイッチのうちの第１保持スイッチをオン状態に維持するように制御することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、Ｎ×２＋２個の同期した搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、Ｎ＋１個の搬送波、及び当該Ｎ＋１個の搬送波とは位相が反転したＮ＋１個の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御部は、Ｎ＋１個の同期した複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値の正負の判定結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
前記目標信号は、前記指令値の正負の判定結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値
と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御部は、複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値の正負の判定結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
前記複数の搬送波は、［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波、及び当該［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波とは位相が反転した［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波であり、
前記目標信号は、前記指令値の正負の判定結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御部は、Ｎ＋１個の同期した複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値と閾値との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
前記目標信号は、前記指令値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御部は、複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値と閾値との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
前記複数の搬送波は、［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波、及び当該［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波とは位相が反転した［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波であり、
前記目標信号は、前記指令値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、１個の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、前記指令値の正負の判定結果、及び前記指令値と閾値との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
前記目標信号は、前記指令値の正負の判定結果、及び前記指令値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記１個の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御部は、任意の電圧制御部における前記一対の回生スイッチ、又は前記任意の電圧制御部における前記一対の入力スイッチ、又は前記変換部の一対のレグのうちの第１レグのハイサイドのスイッチ及び第２レグのローサイドのスイッチの少なくとも何れかを一の駆動信号により駆動させることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記出力電圧を遷移させる際にデッドタイムを設けるように前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチ制御し、且つ前記デッドタイムにおいて、前記出力電圧の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチをオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替えるように制御することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記出力電圧を一段階ずつ遷移させるように前記Ｎ個の電圧制御部、前記変換部、前記クランプ部の前記各スイッチを制御することを特徴とする請求項１２記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記４つのスイッチ、及び前記保持スイッチは、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、
前記４つのスイッチの何れかのエミッタは、前記保持スイッチのエミッタに電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記４つのスイッチ、及び前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチは、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、  前記４つのスイッチの何れかのエミッタと、前記変換部に直接電気的に接続される電圧制御部の前記一対の回生スイッチの何れかのエミッタとが電気的に接続され、
且つ任意の電圧制御部の前記一対の入力スイッチの何れかのエミッタと、次段の電圧制御部の前記一対の回生スイッチの何れかのエミッタとが電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１６】
１以上Ｎ以下の整数をＭで表すとして、
前記変換部に直接電気的に接続される電圧制御部から数えてＭ番目の電圧制御部には、電源電圧が前記主電圧源の電源電圧のＭ／（Ｎ＋１）である電圧源が電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記第１出力点及び前記第２出力点には、系統電源が電気的に接続され、
前記制御部は、出力する交流電圧の位相が、前記系統電源の電源電圧の位相に対して逆位相となるように前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記第１出力点及び前記第２出力点には、系統電源が電気的に接続され、
前記制御部は、前記系統電源の電源周波数を測定する機能を有し、
且つ出力する交流電圧の位相が、前記系統電源の電源電圧の位相とずれるように前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の電力変換装置。
【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、より詳細には直流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。
【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。例えば特許文献１には、直流電圧源から複数の電圧レベル（出力レベル）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」）が開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の電力変換装置は、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、１６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両端電圧がＥ／２となり、各フライングキャパシタの両端電圧が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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、出力電圧を遷移させる際にコモンモード（同相）電圧が変動するという問題があった。このため、上記従来例では、コモンモード電圧の変動によりノイズが発生したり、漏洩電流が流れたりする虞があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて為されており、出力電圧の遷移によるコモンモード電圧の変動を抑制することのできる電力変換装置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、主電圧源が電気的に接続される第１入力点及び第２入力点と、第１出力点及び第２出力点と、それぞれ電源電圧が互いに異なる電圧源が電気的に接続されるＮ個の電圧制御部と、４つのスイッチを有し、入力される直流電圧の極性を反転させて前記第１出力点及び前記第２出力点に出力電圧を生じさせる変換部と、保持スイッチを有し、前記出力電圧を所定の電圧に保持するクランプ部とを備え、電圧制御部の個数Ｎは、１以上の整数であって、前記Ｎ個の電圧制御部は、それぞれ前記電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の回生スイッチと、前記主電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の入力スイッチとを備え、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することで、２Ｎ＋３段階に前記出力電圧を切り替える制御部を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、出力電圧の遷移によるコモンモード電圧の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａは、実施形態１に係る電力変換装置の基本構成を示す回路図で、図１Ｂは、実施形態１に係る電力変換装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の回路図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図４】５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の出力波形図である。
【図５】７レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の回路図である。
【図６】図６Ａ，図６Ｂは、それぞれ７レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図７】図７Ａ，図７Ｂは、それぞれ７レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図８】５レベルインバータで構成した比較例に係る電力変換装置を示す回路図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれ５レベルインバータで構成した比較例に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図１０】５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図１１】図１１Ａ，図１１Ｂは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図１２】５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図１３】図１３Ａ〜図１３Ｃは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図１４】図１４Ａ，図１４Ｂは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図１５】５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の一部構成を変更した回路図である。
【図１６】図１６Ａは、変更前の制御部及び各ドライバ回路を示す図で、図１６Ｂは、変更後の制御部及び各ドライバ回路を示す図である。
【図１７】図１７Ａは、変更前の制御部及び各ドライバ回路を示す図で、図１７Ｂは、変更後の制御部及び各ドライバ回路を示す図である。
【図１８】実施形態１に係る電力変換装置の使用例を示す概略図である。
【図１９】実施形態２に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図２０】実施形態２に係る電力変換装置において、第１搬送波及び第４搬送波の位相を反転させた場合の動作説明図である。
【図２１】実施形態２の構成例１に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図２２】実施形態２の構成例２に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図２３】実施形態２の構成例３に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図２４】実施形態２の構成例４に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図２５】実施形態２の構成例５に係る電力変換装置の動作説明図である。
【図２６】実施形態２の構成例６に係る電力変換装置の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る電力変換装置１は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、第１入力点１１及び第２入力点１２と、第１出力点１３及び第２出力点１４と、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎと、変換部３と、クランプ部４と、制御部５とを備える。なお、‘Ｎ’は１以上の整数である。第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳＮ＋１が電気的に接続される。Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎには、それぞれ電源電圧Ｅ１〜ＥＮが互いに異なる電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮが電気的に接続される。
【００１１】
電圧制御部２Ｍは、一対の回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍと、一対の入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍとを有している。一対の回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍは、電圧源ＶＳＭと変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。一対の入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍは、主電圧源ＶＳＮ＋１と変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。なお、‘Ｍ’は１以上Ｎ以下の整数である。
【００１２】
変換部３は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４を有し、入力される直流電圧の極性を反転させて第１出力点１３及び第２出力点１４に出力電圧Ｖ１を生じさせるフルブリッジ型の回路である。クランプ部４は、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を有し、出力電圧Ｖ１を所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）に保持する。
【００１３】
制御部５は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎの各々における一対の回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎ及び一対の入力スイッチＱ３１〜Ｑ３Ｎ，Ｑ４１〜Ｑ４Ｎを制御する。これにより、制御部５は、‘２Ｎ＋３’段階に出力電圧Ｖ１を切り替える。
【００１４】
以下、本実施形態の電力変換装置１について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の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。
【００１５】
先ず、本実施形態の電力変換装置１の基本構成について説明する。本実施形態の電力変換装置１は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎと、変換部３と、クランプ部４と、制御部５とを備えている。電力変換装置１の第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳＮ＋１が電気的に接続されている。また、電力変換装置１の第１出力点１３及び第２出力点１４には、例えば系統電源７（図１８参照）や負荷８（図１８参照）が電気的に接続される。そして、電力変換装置１は、主電圧源ＶＳＮ＋１、及び後述する電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮの何れかから入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。また、電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮ及び主電圧源ＶＳＮ＋１は、それぞれ互いに電源電圧Ｅ１〜ＥＮ＋１が異なっている（Ｅ１＜…＜ＥＮ＋１）。
【００１６】
第１出力点１３と第２出力点１４との間には、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路が電気的に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６（すなわち、第１出力点１３及び第２出力点１４の共通電位点）は、電力変換装置１を収納する筐体（図示せず）やアース（図示せず）に電気的に接続されている。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２は、ラインバイパスコンデンサ（Ｙコンデンサ）であってもよいし、寄生容量であってもよい。
【００１７】
なお、以下の説明では、電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮ、及び主電圧源ＶＳＮ＋１の各々において、高電位点（正極）と低電位点（負極）との中間電位点を基準電位点１５とし、基準電位点１５を基準電位Ｅ０〔Ｖ〕とする。
【００１８】
電圧制御部２１〜２Ｎは、主電圧源ＶＳＮ＋１と変換部３との間に直列に電気的に接続されている。以下、電圧制御部２１〜２Ｎのうち任意の電圧制御部２Ｍについて説明する。電圧制御部２Ｍは、一対の回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍと、一対の入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍとを備えている。本実施形態の電力変換装置１では、回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍ及び入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍは、それぞれＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。また、回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍ及び入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍには、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。なお、回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍ及び入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍは、それぞれバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の他の半導体スイッチ素子で構成されていてもよい。
【００１９】
入力スイッチＱ３Ｍは、コレクタが第１入力点２１Ｍに電気的に接続され、エミッタが第１出力点２３Ｍに電気的に接続されている。また、入力スイッチＱ４Ｍは、エミッタが第２入力点２２Ｍに電気的に接続され、コレクタが第２出力点２４Ｍに電気的に接続されている。第１入力点２１Ｍは、第１入力点１１を介して主電圧源ＶＳＮ＋１の高電位点（正極）に電気的に接続されるか（Ｍ＝Ｎの場合）、電圧制御部２Ｍ＋１の第１出力点２３Ｍ＋１に電気的に接続される（Ｍ≠Ｎの場合）。第２入力点２２Ｍは、第２入力点１２を介して主電圧源ＶＳＮ＋１の低電位点（負極）に電気的に接続されるか（Ｍ＝Ｎの場合）、電圧制御部２Ｍ＋１の第２出力点２４Ｍ＋１に電気的に接続される（Ｍ≠Ｎの場合）。
【００２０】
入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍは、制御部５によりオン／オフを切り替えられることで、第１入力点１１と変換部３の第１入力点３１との間の電路の一部、及び第２入力点１２と変換部３の第２入力点３２との間の電路の一部を開閉する。つまり、入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍは、主電圧源ＶＳＮ＋１と変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。
【００２１】
回生スイッチＱ１Ｍは、エミッタが第３入力点２５Ｍに電気的に接続され、コレクタが第１出力点２３Ｍに電気的に接続されている。また、回生スイッチＱ２Ｍは、コレクタが第４入力点２６Ｍに電気的に接続され、エミッタが第２出力点２４Ｍに電気的に接続されている。第３入力点２５Ｍは、電圧源ＶＳＭの高電位点（正極）に電気的に接続される。第４入力点２６Ｍは、電圧源ＶＳＭの低電位点（負極）に電気的に接続される。
【００２２】
回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍは、制御部５によりオン／オフを切り替えられることで、第３入力点２５Ｍと変換部３の第１入力点３１との間の電路の一部、及び第４入力点２６Ｍと変換部３の第２入力点３２との間の電路の一部を開閉する。つまり、回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍは、電圧源ＶＳＭと変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。
【００２３】
変換部３は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４で構成されるフルブリッジ・インバータである。本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１では、スイッチＱＢ１〜ＱＢ４は、それぞれＩＧＢＴである。また、スイッチＱＢ１〜ＱＢ４には、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。なお、スイッチ素子ＱＢ１〜ＱＢ４は、それぞれバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等の他の半導体スイッチ素子で構成されていてもよい。
【００２４】
変換部３では、第１スイッチＱＢ１及び第２スイッチＱＢ２の直列回路と、第３スイッチ素子ＱＢ３及び第４スイッチＱＢ４の直列回路とが並列に電気的に接続されている。スイッチ素子ＱＢ１，ＱＢ３のコレクタは、変換部３の第１入力点３１に電気的に接続されている。変換部３の第１入力点３１は、電圧制御部２１〜２Ｎを介して第１入力点１１に電気的に接続されている。また、スイッチ素子ＱＢ２，ＱＢ４のエミッタは、変換部３の第２入力点３２に電気的に接続されている。変換部３の第２入力点３２は、電圧制御部２１〜２Ｎを介して第２入力点１２に電気的に接続されている。そして、第１スイッチＱＢ１のエミッタ及び第２スイッチＱＢ２のコレクタの接続点と、第３スイッチＱＢ３のエミッタ及び第４スイッチＱＢ４のコレクタの接続点とが、変換部３の一対の出力点３３，３４となっている。
【００２５】
クランプ部４は、第１保持スイッチＱＣ１及び第２保持スイッチＱＣ２の直列回路で構成されている。本実施形態の電力変換装置１では、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２は、それぞれＩＧＢＴである。また、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２には、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。なお、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２は、それぞれバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等の他の半導体スイッチ素子で構成されていてもよい。
【００２６】
第１保持スイッチＱＣ１のコレクタは、変換部３の第１出力点３３に電気的に接続され、且つ第１出力点１３に電気的に接続されている。第２保持スイッチＱＣ２のコレクタは、変換部３の第２出力点３４に電気的に接続され、且つ第２出力点１４に電気的に接続されている。また、第１保持スイッチＱＣ１のエミッタと、第２保持スイッチＱＣ２のエミッタとが電気的に接続されている。クランプ部４は、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を有し、出力電圧Ｖ１を所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）に保持する。
【００２７】
制御部５は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成としており、メモリ（図示せず）に記憶されているプログラムを実行することにより各種処理を実行する。プログラムは、電気通信回線を通して提供されてもよく、記憶媒体に記憶されて提供されてもよい。制御部５は、電圧制御部２１〜２Ｎの回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎ、及び入力スイッチＱ３１〜Ｑ３Ｎ，Ｑ４１〜Ｑ４Ｎの各々に駆動信号を与え、オン／オフを切り替えることで電圧制御部２１〜２Ｎを制御する。また、制御部５は、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の各々に駆動信号を与え、オン／オフを切り替えることで変換部３を制御する。更に、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の各々に駆動信号を与え、オン／オフを切り替えることでクランプ部４を制御する。これらの駆動信号は、何れもＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。
【００２８】
以下、本実施形態の電力変換装置１の基本構成の動作について説明する。この基本構成は、制御部５が以下の表１に示す条件に従って、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。つまり、制御部５は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎの各々における一対の回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎ及び一対の入力スイッチＱ３１〜Ｑ３Ｎ，Ｑ４１〜Ｑ４Ｎを制御する。これにより、この基本構成は、‘２Ｎ＋３’段階に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータとして動作する。すなわち、電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮの電源電圧をそれぞれＥ１〜ＥＮ〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳＮ＋１の電源電圧をＥＮ＋１とすると、この基本構成は、０〔Ｖ〕，±Ｅ１〔Ｖ〕，…，±ＥＮ＋１〔Ｖ〕の何れかの出力電圧Ｖ１を発生する。そして、この基本構成は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
例えば、ＥＭ〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、電圧制御部２Ｍの回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍをオンに切り替え、その他の電圧制御部２１〜２Ｍ−１，２Ｍ＋１〜２Ｎの回生スイッチをオフに切り替える。また、制御部５は、電圧制御部２１〜２Ｍ−１の入力スイッチＱ３１〜Ｑ３Ｍ−１，Ｑ４１〜Ｑ４Ｍ−１をオンに切り替え、その他の電圧制御部２Ｍ〜２Ｎの入力スイッチをオフに切り替える。そして、制御部５は、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオン、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオフに切り替え、且つクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオフに切り替える。
【００３１】
また、−ＥＭ〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合は、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替えればよい。また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合は、制御部５は、電圧制御部２１〜２Ｎ及び変換部３の全てのスイッチをオフに切り替え、且つクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオンに切り替えればよい。
【００３２】
以下、一例として、５段階（すなわち、Ｎ＝１）に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータ（以下では、「５レベルインバータ」と称する）で構成した電力変換装置１について説明する。この電力変換装置１は、図２に示すように、１個の電圧制御部２１を備えている。電圧制御部２１の第３入力点２５１及び第４入力点２６１には、電圧源ＶＳ１が電気的に接続されている。また、第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳ２が電気的に接続されている。ここでは、電圧源ＶＳ１の電源電圧を１〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ２の電源電圧を２〔Ｖ〕と仮定する。
【００３３】
この電力変換装置１は、制御部５が以下の表２に示す条件に従って電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御することで、±２〔Ｖ〕，±１〔Ｖ〕，０〔Ｖ〕の５段階の出力電圧Ｖ１を発生する。なお、表２中のコモンモード（同相）電圧ＣＶ１については後述する。
【００３４】
【表２】
0006286801.tif 000003
【００３５】
以下、図３Ａ〜図３Ｃを用いて具体的に説明する。なお、図３Ａ〜図３Ｃにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。例えば、２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図３Ａに示すように、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。
【００３６】
１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図３Ｂに示すように、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。
【００３７】
また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合、制御部５は、図３Ｃに示すように、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。そして、この電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、図４に示すように、０〔Ｖ〕を中心に−２〔Ｖ〕〜２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧（同図の太い実線参照）を出力する。
【００３８】
ここで、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６と基準電位点１５との間の電圧（すなわち、出力側のコモンモード（同相）電圧ＣＶ１）について説明する。例えば、出力電圧Ｖ１が２〔Ｖ〕の場合、第１出力点１３の電位は‘Ｅ０＋１’〔Ｖ〕となり、第２出力点１４の電位は‘Ｅ０−１’〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６の電位は、第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。
【００３９】
また、例えば出力電圧Ｖ１が−１〔Ｖ〕の場合、第１出力点１３の電位は‘Ｅ０−１／２’〔Ｖ〕となり、第２出力点１４の電位は‘Ｅ０＋１／２’〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６の電位は、第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。
【００４０】
このように、本実施形態の電力変換装置１では、表２に示すように、出力電圧Ｖ１が何れのレベルであってもコモンモード電圧ＣＶ１が０〔Ｖ〕となる。
【００４１】
勿論、本実施形態の電力変換装置１は、上記の５レベルインバータに限定されず、更に多段階に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータで構成することも可能である。例えば、本実施形態の電力変換装置１は、７段階（すなわち、Ｎ＝２）に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータ（以下では、「７レベルインバータ」と称する）で構成されていてもよい。
【００４２】
７レベルインバータで構成される電力変換装置１は、図５に示すように、２個の電圧制御部２１，２２を備えている。電圧制御部２１の第３入力点２５１及び第４入力点２６１には、電圧源ＶＳ１が電気的に接続されている。電圧制御部２２の第３入力点２５２及び第４入力点２６２には、電圧源ＶＳ２が電気的に接続されている。また、第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳ３が電気的に接続されている。ここでは、電圧源ＶＳ１の電源電圧を１〔Ｖ〕、電圧源ＶＳ２の電源電圧を２〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ３の電源電圧を３〔Ｖ〕と仮定する。
【００４３】
この電力変換装置１は、制御部５が以下の表３に示す条件に従って電圧制御部２１，２２、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御することで、±３〔Ｖ〕，±２〔Ｖ〕，±１〔Ｖ〕，０〔Ｖ〕の７段階の出力電圧Ｖ１を発生する。
【００４４】
【表３】
0006286801.tif 000004
【００４５】
以下、図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ，図７Ｂを用いて具体的に説明する。なお、図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ，図７Ｂにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。例えば、３〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図６Ａに示すように、電圧制御部２１，２２の入力スイッチＱ３１，Ｑ３２，Ｑ４１，Ｑ４２と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−３〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。
【００４６】
２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図６Ｂに示すように、電圧制御部２２の回生スイッチＱ１２，Ｑ２２と、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１とをオンに切り替える。また、制御部５は、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。
【００４７】
１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図７Ａに示すように、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。
【００４８】
また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合、制御部５は、図７Ｂに示すように、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。そして、この電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−３〔Ｖ〕〜３〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【００４９】
この電力変換装置１でも、５レベルインバータで構成した場合と同様に、出力電圧Ｖ１が何れのレベルであってもコモンモード電圧ＣＶ１が０〔Ｖ〕となる。
【００５０】
ここで、ＮＰＣ（Neutral-Point-Clamped）型の５レベルインバータである電力変換装置１００を本実施形態の電力変換装置１の比較例として説明する。この電力変換装置１００は、図８に示すように、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に、２つの電圧源１０５，１０６が直列に電気的に接続されている。ここでは、電圧源１０５，１０６の電源電圧は、何れも１〔Ｖ〕と仮定する。
【００５１】
第１出力点１０３と第２出力点１０４との間には、本実施形態の電力変換装置１と同様に、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路が電気的に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７（すなわち、第１出力点１０３及び第２出力点１０４の共通電位点）は、電力変換装置１００を収納する筐体（図示せず）やアース（図示せず）に電気的に接続されている。また、電圧源１０５の低電位点（負極）と、電圧源１０６の高電位点（正極）との接続点は、基準電位点１０８である。この基準電位点１０８の電位は、本実施形態の電力変換装置１と同様に、Ｅ０〔Ｖ〕とする。
【００５２】
第１入力点１０１と第１出力点１０３との間には、スイッチＳ１，Ｓ５の直列回路が電気的に接続されている。また、第２入力点１０２と第１出力点１０３との間には、スイッチＳ２，Ｓ６の直列回路が電気的に接続されている。また、第１入力点１０１と第２出力点１０４との間には、スイッチＳ３，Ｓ７の直列回路が電気的に接続されている。更に、第２入力点１０２と第２出力点１０４との間には、スイッチＳ４，Ｓ８の直列回路が電気的に接続されている。スイッチＳ１〜Ｓ８は、何れもＩＧＢＴであり、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。
【００５３】
スイッチＳ１，Ｓ３のコレクタは第１入力点１０１に電気的に接続されており、スイッチＳ２，Ｓ４のエミッタは第２入力点１０２に電気的に接続されている。また、スイッチＳ５のエミッタ及びスイッチＳ６のコレクタは第１出力点１０３に電気的に接続されており、スイッチＳ７のエミッタ及びスイッチＳ８のコレクタは第２出力点１０４に電気的に接続されている。
【００５４】
スイッチＳ１のエミッタ及びスイッチＳ５のコレクタの接続点と、スイッチＳ２のコレクタ及びスイッチＳ６のエミッタの接続点との間には、ダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路が電気的に接続されている。また、ダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のカソードの接続点は、基準電位点１０８に電気的に接続されている。スイッチＳ３のエミッタ及びスイッチＳ７のコレクタの接続点と、スイッチＳ４のコレクタ及びスイッチＳ８のエミッタの接続点との間には、ダイオードＤ３，Ｄ４の直列回路が電気的に接続されている。また、ダイオードＤ３のアノード及びダイオードＤ４のカソードの接続点は、基準電位点１０８に電気的に接続されている。
【００５５】
スイッチＳ１〜Ｓ８は、制御部２００からＰＷＭ信号である駆動信号を与えられることで、オン／オフが切り替えられる。そして、この電力変換装置１００は、制御部２００が以下の表４に示す条件に従ってスイッチＳ１〜Ｓ８を制御することで、±２〔Ｖ〕，±１〔Ｖ〕，０〔Ｖ〕の５段階の出力電圧Ｖ１を発生する。
【００５６】
【表４】
0006286801.tif 000005
【００５７】
以下、図９Ａ〜図９Ｃを用いて具体的に説明する。なお、図９Ａ〜図９Ｃにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。例えば、２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、図９Ａに示すように、スイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ８をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。
【００５８】
１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、図９Ｂに示すように、スイッチＳ１，Ｓ５，Ｓ８をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、スイッチＳ２，Ｓ６，Ｓ７をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。
【００５９】
また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合、制御部２００は、図９Ｃに示すように、スイッチＳ５，Ｓ８をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。そして、この電力変換装置１００は、制御部２００により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−２〔Ｖ〕〜２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【００６０】
ここで、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７と基準電位点１０８との間の電圧（すなわち、出力側のコモンモード電圧ＣＶ１）について説明する。例えば、出力電圧Ｖ１が２〔Ｖ〕の場合、第１出力点１０３の電位は‘Ｅ０＋１’〔Ｖ〕となり、第２出力点１０４の電位は‘Ｅ０−１’〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７の電位は、第１出力点１０３の電位と第２出力点１０４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。
【００６１】
また、例えば出力電圧が０〔Ｖ〕の場合、第１出力点１０３の電位と第２出力点１０４の電位とは、何れもＥ０〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７の電位は、第１出力点１０３の電位と第２出力点１０４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。
【００６２】
一方、例えば出力電圧Ｖ１が１〔Ｖ〕の場合、第１出力点１０３の電位は‘Ｅ０＋１’〔Ｖ〕となり、第２出力点１０４の電位はＥ０〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７の電位は、第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位であるため、‘Ｅ０＋１／２’〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は１／２〔Ｖ〕となる。なお、表４に示すように、出力電圧Ｖ１が−１〔Ｖ〕の場合には、コモンモード電圧ＣＶ１が−１／２〔Ｖ〕となる。
【００６３】
このように、比較例の電力変換装置１００では、出力電圧Ｖ１が変動するとコモンモード電圧ＣＶ１が変動する。そして、この電力変換装置１００では、コモンモード電圧ＣＶ１の変動によりノイズが発生したり、漏洩電流が流れたりする虞がある。
【００６４】
上述のように、比較例の電力変換装置１００では、出力電圧Ｖ１が±１〔Ｖ〕となる場合にコモンモード電圧ＣＶ１が変動する。そこで、この電力変換装置１００は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕，±２〔Ｖ〕の３段階に切り替える３レベルインバータとして使用することで、コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避することは可能である。しかしながら、この場合、所望のマルチレベルインバータを実現するためには、出力電圧Ｖ１を更に多段階に切り替え可能なマルチレベルインバータを使用しなければならない。例えば、コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避することを条件として５レベルインバータを実現するためには、比較例の電力変換装置１００を７レベルインバータとして構成する必要がある。このように、比較例の電力変換装置１００では、コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避しようとすると、回路を構成する構成要素の数が増大してしまうという問題が生じる。
【００６５】
そこで、本実施形態の電力変換装置１では、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎの各々の回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎ、及び入力スイッチＱ３１〜Ｑ３Ｎ，Ｑ４１〜Ｑ４Ｎを制御部５が制御することで、変換部３に入力する直流電圧を変化させている。また、本実施形態の電力変換装置１では、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４を制御部５が制御することで、出力電圧Ｖ１の極性を反転させている。更に、本実施形態の電力変換装置１では、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を制御部５が制御することで、出力電圧Ｖ１を所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）に保持している。
【００６６】
したがって、本実施形態の電力変換装置１では、出力電圧Ｖ１が遷移しても第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位が変動しないため、コモンモード電圧ＣＶ１が変動しない。つまり、本実施形態の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１の遷移によるコモンモード電圧ＣＶ１の変動を抑制することができる。このため、本実施形態の電力変換装置１は、コモンモード電圧ＣＶ１の変動によるノイズが発生し難く、漏洩電流が流れ難いという利点がある。
【００６７】
また、本実施形態の電力変換装置１は、以下の利点も有している。コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避することを条件として、本実施形態の電力変換装置１の構成要素（スイッチ、ダイオード（リカバリダイオードを含む）、電圧源）の数と、比較例の電力変換装置１００の構成要素の数とを比較した結果を以下の表５に示す。このように、本実施形態の電力変換装置１は、比較例の電力変換装置１００と比較して、構成要素の数が少なくて済むため、コストの低減を図ることができる。
【００６８】
【表５】
0006286801.tif 000006
【００６９】
ところで、制御部５は、以下の表６に示す条件に従って電圧制御部２１〜２Ｎの回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎのオン／オフを制御してもよい。具体的には、制御部５は、出力電圧Ｖ１が、任意の電圧制御部２Ｍに電気的に接続される電圧源ＶＳＭの電源電圧ＥＭである場合に、任意の電圧制御部２Ｍの回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍをオン状態に維持してもよい。また、制御部５は、出力電圧Ｖ１が、当該電源電圧ＥＭより一段階低い電源電圧ＥＭ−１である場合に、任意の電圧制御部２Ｍの回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍをオン状態に維持してもよい。
【００７０】
【表６】
0006286801.tif 000007
【００７１】
一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。この場合、制御部５は、１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合のみならず、図１０に示すように、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合にも電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオン状態に維持する。なお、図１０において、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。
【００７２】
この構成では、電圧制御部２１〜２Ｎの回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎのオン／オフを短期間で切り替える必要が無い。したがって、この構成では、回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎとして低速動作の素子を用いることができるため、コストを低減することが可能である。
【００７３】
また、制御部５は、以下の表７に示す条件に従ってクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のオン／オフを制御してもよい。具体的には、クランプ部４は、変換部３の一対の出力点３３，３４の間に電気的に接続される一対の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の直列回路で構成されている。そして、制御部５は、出力電圧Ｖ１が所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）より大きい場合に、一対の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のうちの第２保持スイッチＱＣ２をオン状態に維持するように制御してもよい。また、制御部５は、出力電圧が所定の電圧より小さい場合に、一対の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のうちの第１保持スイッチＱＣ１をオン状態に維持するように制御してもよい。
【００７４】
【表７】
0006286801.tif 000008
【００７５】
一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。この場合、制御部５は、図１１Ａに示すように２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合と、図１１Ｂに示すように１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合との何れにおいても、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２をオン状態に維持する。なお、図１１Ａ，図１１Ｂにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。
【００７６】
この構成では、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のオン／オフを短期間で切り替える必要が無い。したがって、この構成では、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２として低速動作の素子を用いることができるため、コストを低減することが可能である。
【００７７】
ところで、本実施形態の電力変換装置１では、表１に示すように、回生スイッチＱ１Ｍと回生スイッチＱ２Ｍとは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。同様に、入力スイッチＱ３Ｍと入力スイッチＱ４Ｍとは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。また、変換部３の第１スイッチＱＢ１と第４スイッチＱＢ４とは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。同様に、変換部３の第２スイッチＱＢ２と第３スイッチＱＢ３とは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。
【００７８】
そこで、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、任意の電圧制御部２Ｍにおける一対の回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍを一の駆動信号により駆動させてもよい。また、制御部５は、任意の電圧制御部２Ｍにおける一対の入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍを一の駆動信号により駆動させてもよい。また、制御部５は、変換部３の一対のレグ（leg）のうちの第１レグのハイサイドのスイッチＱＢ１と、第２レグのローサイドのスイッチＱＢ４とを一の駆動信号により駆動させてもよい。ここでは、第１レグは、スイッチＱＢ１，ＱＢ２の直列回路であり、第２レグは、スイッチＱＢ３，ＱＢ４の直列回路であるが、第１レグと第２レグとが逆であってもよい。この構成では、駆動信号用の信号線の数を低減することができる。また、この構成では、一の駆動信号により駆動される一対のスイッチにおいて、オン／オフのタイミングがずれるのを防止することができる。
【００７９】
ところで、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、以下の表８に示すように、出力電圧Ｖ１を遷移させる際にデッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４を設けるように制御してもよい。デッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４において、制御部５は、全てのスイッチをオフに切り替える。このように制御することで、出力電圧Ｖ１を遷移させる際に第１入力点１１と第２入力点１２との間が短絡するのを防止することができる。
【００８０】
【表８】
0006286801.tif 000009
【００８１】
しかしながら、上記のデッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４では、図１２に示すように、スイッチＱＢ３，Ｑ３１，Ｑ４１，ＱＢ２のリカバリダイオード、及び主電圧源ＶＳ２を通る経路で電流Ｉ１が流れる。このため、デッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４において、第１入力点１１及び第２入力点１２の間に、主電圧源ＶＳＮ＋１の電源電圧ＥＮ＋１〔Ｖ〕（ここでは、２〔Ｖ〕）が印加される。したがって、この場合、電圧制御部２１〜２Ｎを構成する各スイッチには、最大で主電圧源ＶＳＮ＋１の電源電圧ＥＮ＋１〔Ｖ〕が印加される可能性があるため、必要とする耐圧が主電圧源ＶＳＮ＋１の電源電圧ＥＮ＋１により決定される。このため、電圧制御部２１〜２Ｎを構成する各スイッチに高耐圧の素子を用いなければならず、コストが増大する虞がある。
【００８２】
そこで、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は以下のように制御するのが好ましい。すなわち、制御部５は、出力電圧Ｖ１を遷移させる際にデッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４を設けるようにＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。そして、制御部５は、デッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４において、出力電圧Ｖ１の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチをオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替えるように制御する。
【００８３】
一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。説明するに当たり、２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる状態、１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる状態、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする状態の各々における電流Ｉ１の経路を図１３Ａ〜図１３Ｃに示す。また、デッドタイムＤＴ１，ＤＴ２の各々における電流Ｉ１の経路を図１４Ａ，図１４Ｂに示す。なお、図１３Ａ〜図１３Ｃ、及び図１４Ａ，図１４Ｂにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。
【００８４】
この場合、制御部５は、以下の表９に示す条件に従って電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。例えば、制御部５は、デッドタイムＤＴ１において、出力電圧Ｖ１の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチＱＢ１，ＱＢ４，ＱＣ２をオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替える。すると、図１４Ａに示すように、第１入力点１１及び第２入力点１２に主電圧源ＶＳ２の電源電圧Ｅ２〔Ｖ〕が印加される代わりに、電圧制御部２１の第３入力点２５１及び第４入力点２６１に電圧源ＶＳ１の電源電圧Ｅ１〔Ｖ〕が印加される。
【００８５】
また、例えば制御部５は、デッドタイムＤＴ２において、出力電圧Ｖ１の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチＱ１１，Ｑ２１，ＱＣ２をオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替える。すると、図１４Ｂに示すように、第１入力点１１及び第２入力点１２に主電圧源ＶＳ２の電源電圧Ｅ２〔Ｖ〕が印加される代わりに、第１出力点１３及び第２出力点１４の間の電圧が０〔Ｖ〕となる。
【００８６】
【表９】
0006286801.tif 000010
【００８７】
すなわち、この構成では、任意の電圧制御部２Ｍにおける回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍ、及び入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍの各々が最低限必要な耐圧は、以下の表１０に示すように‘ＥＭ＋１−ＥＭ’〔Ｖ〕となる。例えば、主電圧源ＶＳＮ＋１と電圧源ＶＳＮとの電圧差、及び任意の電圧源ＶＳＭとその次段の電圧源ＶＳＭ＋１との電圧差が何れもＥ１〔Ｖ〕であると仮定する。この場合、任意の電圧制御部２Ｍにおける回生スイッチＱ１Ｍ，Ｑ２Ｍ、及び入力スイッチＱ３Ｍ，Ｑ４Ｍの各々が最低限必要な耐圧はＥ１〔Ｖ〕となる。
【００８８】
【表１０】
0006286801.tif 000011
【００８９】
上述のように、この構成では、電圧制御部２１〜２Ｎを構成する各スイッチが最低限必要とする耐圧を下げることができるので、高耐圧の素子を用いなくてもよく、コストを低減することができる。また、この構成では、電圧制御部２１〜２Ｎの回生スイッチＱ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎ、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の各々のオン／オフを切り替える頻度が少なくて済む。このため、この構成では、スイッチング損失を低減することができる。
【００９０】
また、上記の構成において、制御部５は、出力電圧Ｖ１を一段階ずつ遷移させるように電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御するのが好ましい。すなわち、制御部５は、出力電圧Ｖ１が最小値から順に大きくなるように、或いは最大値から順に小さくなるように、Ｎ個の電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御するのが好ましい。一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。この場合、出力電圧Ｖ１が１〔Ｖ〕の状態を介さずに、出力電圧Ｖ１を２〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕に遷移させると、デッドタイムにおいて第１入力点１１及び第２入力点１２に主電圧源ＶＳ２の電源電圧Ｅ２〔Ｖ〕が印加されてしまう。したがって、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の最低限必要な耐圧は、主電圧源ＶＳ２の電源電圧Ｅ２〔Ｖ〕により決定されてしまう。
【００９１】
一方、出力電圧Ｖ１を２〔Ｖ〕、１〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕と一段階ずつ遷移させるように制御部５が制御すれば、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の最低限必要な耐圧は、電圧源ＶＳ１の電源電圧Ｅ１〔Ｖ〕で済む。このため、この構成では、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４に高耐圧の素子を用いなくてもよく、コストを低減することができる。
【００９２】
ところで、図１６Ａに示すように、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ３に与えられる駆動信号を駆動信号ＧＢ１，ＧＢ３とし、クランプ部４のスイッチＱＣ，ＱＣ２に与えられる駆動信号を駆動信号ＧＣ１，ＧＣ２とする。駆動信号ＧＢ１，ＧＢ３は、それぞれドライブ回路６１，６２でバッファ（buffer）してから変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ３に与えられる。また、駆動信号ＧＣ１，ＧＣ２は、それぞれドライブ回路６３，６４でバッファしてからクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２に与えられる。そして、スイッチ素子ＱＢ１，ＱＢ３及び保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を駆動するには、各々のゲート−エミッタ間に電圧を印加する必要がある。このため、ドライブ回路６１〜６４は、スイッチ素子ＱＢ１，ＱＢ３及び保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のエミッタ電位を基準電位とする駆動電源が必要となる。
【００９３】
本実施形態の電力変換装置１を図２に示す５レベルインバータで構成した場合、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のエミッタ電位は同じである。しかしながら、このエミッタ電位と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ３の各々のエミッタ電位とは互いに異なる電位である。したがって、図１６Ａに示すように、これらのエミッタ電位をそれぞれ基準電位とする３つの駆動電源ＰＳ１〜ＰＳ３を用意しなければドライブ回路６１〜６４を駆動することができない。
【００９４】
そこで、本実施形態の電力変換装置１では、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の何れかのエミッタは、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の何れかのエミッタに電気的に接続されていてもよい。以下、本実施形態の電力変換装置１を５レベルインバータで構成した場合について図１５を用いて説明する。この構成では、図１５に示すように、変換部３の第１スイッチＱＢ１のエミッタは、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１のエミッタに電気的に接続されている。また、変換部３の第３スイッチＱＢ３のエミッタは、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２のエミッタに電気的に接続されている。
【００９５】
この場合、変換部３の第１スイッチＱＢ１及びクランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１の各々のエミッタ電位は、共通する第１エミッタ電位ＥＰ１となる。また、変換部３の第３スイッチＱＢ３及びクランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２の各々のエミッタ電位は、共通する第２エミッタ電位ＥＰ２となる。したがって、この構成では、図１６Ｂに示すように、第１エミッタ電位ＥＰ１を基準電位とする第１駆動電源ＰＳ１により、第１ドライバ回路６１及び第３ドライバ回路６３を駆動することができる。また、この構成では、第２エミッタ電位ＥＰ２を基準電位とする第２駆動電源ＰＳ２により、第２ドライバ回路６２及び第４ドライバ回路６４を駆動することができる。
【００９６】
上述のように、この構成では、駆動電源の数を低減して回路の小型化を図ることができる。また、この構成では、駆動電源の数を低減できることから、コストの低減も図ることができる。
【００９７】
また、本実施形態の電力変換装置１では、図１に示すように、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ４のエミッタと、電圧制御部２１の回生スイッチＱ２１のエミッタとが電気的に接続されている。なお、電圧制御部２１は、変換部３に直接電気的に接続されている。同様に、任意の電圧制御部２Ｍ−１の入力スイッチＱ４Ｍ−１のエミッタと、次段の電圧制御部２Ｍの回生スイッチＱ２Ｍのエミッタとが電気的に接続されている。したがって、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３と、電圧制御部２１の回生スイッチＱ２１とはエミッタ電位が共通であるので、共通する１つの駆動電源で駆動することが可能である。同様に、任意の電圧制御部２Ｍ−１の入力スイッチＱ４Ｍ−１と、次段の電圧制御部２Ｍの回生スイッチＱ２Ｍとはエミッタ電位が共通であるので、共通する１つの駆動電源で駆動することが可能である。
【００９８】
以下、本実施形態の電力変換装置１を図５に示す７レベルインバータで構成した場合について説明する。例えば、図１７Ａに示すように、変換部３のスイッチＱＢ２に与えられる駆動信号を駆動信号ＧＢ２とし、電圧制御部２１の入力スイッチＱ４１及び回生スイッチＱ２１に与えられる駆動信号をそれぞれ駆動信号Ｇ４１，Ｇ２１とする。また、電圧制御部２２の回生スイッチＱ２２に与えられる駆動信号をＧ２２とする。駆動信号ＧＢ２，Ｇ４１は、それぞれドライブ回路６５，６６でバッファしてからスイッチＱＢ２，Ｑ４１に与えられる。また、駆動信号Ｇ２１，Ｇ２２は、それぞれドライブ回路６７，６８でバッファしてからスイッチＱ２１，Ｑ２２に与えられる。
【００９９】
図１７Ａに示す構成では、スイッチＱＢ２，Ｑ４１，Ｑ２１，Ｑ２２を駆動するために個別に駆動電源ＰＳ４〜ＰＳ７を設けている。一方、図１７Ｂに示す構成では、スイッチＱＢ２のエミッタと回生スイッチＱ２１のエミッタとが同電位であるため、スイッチＱＢ２，Ｑ２１を１つの駆動電源ＰＳ４で駆動している。同様に、入力スイッチＱ４１のエミッタと回生スイッチＱ２２のエミッタとが同電位であるため、スイッチＱ４１，Ｑ２２を１つの駆動電源ＰＳ５で駆動している。つまり、図１７Ｂに示す構成は、図１７Ａに示す構成と比較して駆動電源の数を低減することができる。
【０１００】
上述のように、この構成では、駆動電源の数を低減して回路の小型化を図ることができる。具体的には、本実施形態の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備える構成であれば、各スイッチに個別に駆動電源を設ける場合と比較して、駆動電源をＮ個減らすことが可能である。また、この構成では、駆動電源の数を低減できることから、コストの低減も図ることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。
【０１０１】
また、本実施形態の電力変換装置１では、任意の電圧制御部２Ｍに電気的に接続される電圧源ＶＳＭは、その電源電圧ＥＭが主電圧源ＶＳＮ＋１の電源電圧ＥＮ＋１の‘Ｍ／Ｎ＋１’であるのが好ましい。言い換えれば、変換部３に直接電気的に接続される電圧制御部２１から数えてＭ番目の電圧制御部２Ｍには、電源電圧ＥＭが主電圧源ＶＳＮ＋１の電源電圧ＥＮ＋１の‘Ｍ／Ｎ＋１’である電圧源ＶＳＭが電気的に接続されるのが好ましい。
【０１０２】
例えば、本実施形態の電力変換装置１を７レベルインバータ（すなわち、Ｎ＝２）で構成したと仮定する。この場合、電圧制御部２１（すなわち、Ｍ＝１）に電気的に接続される電圧源ＶＳ１は、その電源電圧Ｅ１が主電圧源ＶＳ３の出力電圧Ｅ３の１／３であることが好ましい。同様に、電圧制御部２２（すなわち、Ｍ＝２）に電気的に接続される電圧源ＶＳ２は、その電源電圧Ｅ２が主電圧源ＶＳ３の出力電圧Ｅ３の２／３であることが好ましい。
【０１０３】
この構成では、主電圧源ＶＳＮ＋１と電圧源ＶＳＮとの電圧差、及び任意の電圧源ＶＳＭとその次段の電圧源ＶＳＭ＋１との電圧差は、それぞれ‘ＥＮ＋１／Ｎ＋１’〔Ｖ〕となる。したがって、以下の表１１に示すように、各スイッチの最低限必要な耐圧を下げることができる。例えば、本実施形態の電力変換装置１を図５に示すような７レベルインバータ（すなわち、Ｎ＝２）で構成した場合、各スイッチの最低限必要な耐圧は、Ｅ３／３＝Ｅ１〔Ｖ〕で済む。このため、この構成では、各スイッチが必要とする耐圧を下げることができるので、高耐圧の素子を用いる必要が無く、コストを低減することができる。また、この構成では、各スイッチを基板に実装する際に考慮すべき絶縁距離の制限が緩和される。更に、この構成では、各スイッチに同種類の素子を使用することができるので、よりコストを低減することができる。
【０１０４】
【表１１】
0006286801.tif 000012
【０１０５】
以下、本実施形態の電力変換装置１をパワーコンディショナに用いた使用例について説明する。この使用例は、図１８に示すように、本実施形態の電力変換装置１と、解列器９とを備えている。解列器９は、第１出力点１３及び第２出力点１４と、系統電源７との間に電気的に接続されている。具体的には、電力変換装置１の第１出力点１３及び第２出力点１４は、解列器９を介して分電盤（図示せず）に設けられた連系ブレーカ（図示せず）に電気的に接続されることにより、系統電源７に電気的に接続される。また、解列器９と系統電源７との間には、負荷８が電気的に接続されている。
【０１０６】
解列器９は、第１出力点１３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２出力点１４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。但し、解列器９は、第１出力点１３及び第２出力点１４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及び第２接点部９２の何れかは省略されていてもよい。
【０１０７】
この使用例は、定常時、系統連系運転を行い、主電圧源ＶＳＮ＋１及び電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮ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及び負荷８に出力する。
【０１０８】
この使用例において、制御部５は、出力する交流電圧の位相が、系統電源７の電源電圧の位相に対して逆位相となるように電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御してもよい。この構成では、主電圧源ＶＳＮ＋１及び電圧源ＶＳ１〜ＶＳＮの充電及び放電の双方が可能である双方向インバータとして、本実施形態の電力変換装置１を使用することができる。
【０１０９】
また、この使用例において、制御部５は、系統電源７の電源周波数を測定する機能を有していてもよい。そして、制御部５は、出力する交流電圧の位相が、系統電源７の電源電圧の位相とずれるように電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御してもよい。
【０１１０】
この構成では、上記のように制御することで系統電源７に無効電力を注入することができる。そして、系統電源７に停電などの異常が発生している場合には、無効電力の注入により系統電源７の電源周波数が変動する。したがって、制御部５は、この系統電源７の電源周波数を測定することで、系統電源７に停電などの異常が発生しているか否かを判定することができ、結果として電力変換装置１が単独運転しているか否かを判定することができる。
【０１１１】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係る電力変換装置１について図１９を用いて説明する。本実施形態の電力変換装置１は、回路構成自体は実施形態１の電力変換装置１と共通であり、制御部５の動作が実施形態１の電力変換装置１と相違する。なお、本実施形態の電力変換装置１において、実施形態１の電力変換装置１と共通する構成要素については適宜説明を省略する。以下では、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。また、電圧源ＶＳ１の電源電圧をＥ１〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ２の電源電圧をＥ２〔Ｖ〕と仮定する。勿論、本実施形態の電力変換装置１を５レベルインバータに限定する趣旨ではない。
【０１１２】
本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、４個の搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。
【０１１３】
第１搬送波ＣＷ１は、最小電圧値が０〔Ｖ〕、最大電圧値がＥ１／Ｌ〔Ｖ〕の三角波である。第２搬送波ＣＷ２は、最小電圧値がＥ１／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値がＥ２／Ｌ〔Ｖ〕の三角波である。第３搬送波ＣＷ３は、最小電圧値が−Ｅ１／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値が０〔Ｖ〕の三角波である。第４搬送波ＣＷ４は、最小電圧値が−Ｅ２／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値が−Ｅ１／Ｌ〔Ｖ〕の三角波である。搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４は、それぞれ同期している。なお、‘Ｌ’は１以上の整数である。
【０１１４】
目標信号ＯＳ１は、電力変換装置１の出力する所望の交流電圧の指令値に応じた信号である。本実施形態の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は指令値と同じ電圧値であり、最小電圧値が−Ｅ２／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値がＥ２／Ｌ〔Ｖ〕の正弦波になる。なお、‘Ｌ’は１以上の整数である。
【０１１５】
制御部５は、搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と目標信号ＯＳ１とを比較し、以下の表１２に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１２に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１１６】
【表１２】
0006286801.tif 000013
【０１１７】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第３搬送波ＣＷ３と第４搬送波ＣＷ４との間にある場合、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替える。また、制御部５は、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、−Ｅ１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１１８】
上述のように、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、４個の同期した搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と、目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ２〔Ｖ〕〜Ｅ２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１１９】
また、本実施形態の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備えている場合、制御部５は、‘Ｎ×２＋２’個の同期した搬送波と、目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１２０】
したがって、本実施形態の電力変換装置１は、所望の交流電圧を出力するために出力電圧Ｖ１を遷移させる回数が少ないので、各スイッチのオン／オフを切り替える回数が少なく、スイッチング損失を低減することができる。
【０１２１】
ところで、本実施形態の電力変換装置１では、図２０に示すように、第１搬送波ＣＷ１及び第４搬送波ＣＷ１の位相を反転させてもよい。この場合も、制御部５は、搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と目標信号ＯＳ１とを比較し、表１２に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。
【０１２２】
つまり、制御部５は、‘Ｎ＋１’個の搬送波、及び当該‘Ｎ＋１’個の搬送波とは位相が反転した‘Ｎ＋１’個の搬送波と、目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御してもよい。この構成では、所望の交流電圧を出力するために出力電圧Ｖ１を遷移させる回数が一定であるので、歪みの少ない交流電圧を出力することが可能である。
【０１２３】
（構成例１）
以下、本実施形態の構成例１に係る電力変換装置１について図２１を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。
【０１２４】
図２１において、第１判定信号ＤＳ１は、指令値の正負の判定を示す信号である。第１判定信号ＤＳ１は、指令値が正であれば‘Ｌ’、指令値が負であれば‘Ｈ’となる。なお、指令値が零のときの判定信号ＤＳ１は、適宜定義されてよい。また、目標信号ＯＳ１は、指令値の正負の判定結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ２）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は、指令値が負の期間において、所定の電圧値が加算された信号である。ここで、所定の電圧値は、第１搬送波ＣＷ１の最小値と、第２搬送波ＣＷ２の最大値との差分である。すなわち、図２１に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’になると、指令値に‘Ｅ２／Ｌ’〔Ｖ〕を加算した電圧値を示す。
【０１２５】
制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１とに応じて、以下の表１３に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ２の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１３に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１２６】
【表１３】
0006286801.tif 000014
【０１２７】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１と第２搬送波ＣＷ２との間にある場合について説明する。この場合、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１２８】
上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の同期した搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ２〔Ｖ〕〜Ｅ２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１２９】
また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、‘Ｎ＋１’個の同期した搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１３０】
したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する加算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた加算器により加算処理を実行してもよい。
【０１３１】
（構成例２）
以下、本実施形態の構成例２に係る電力変換装置１について図２２を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、構成例１の電力変換装置１とは異なり、第１搬送波ＣＷ１の位相を反転させている。また、目標信号ＯＳ１は、指令値の正負の判定結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ２）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、構成例１の電力変換装置１とは異なり、目標信号ＯＳ１は、指令値が負の期間において、指令値の正負を反転させた信号である。すなわち、図２２に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’になると、指令値の正負を反転した電圧値を示す。
【０１３２】
制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１とに応じて、以下の表１４に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ２の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１４に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１３３】
【表１４】
0006286801.tif 000015
【０１３４】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第２搬送波ＣＷ２よりも大きい場合について説明する。この場合、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１３５】
上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、第２搬送波ＣＷ２及び位相を反転した第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ２〔Ｖ〕〜Ｅ２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１３６】
また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、複数の搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。複数の搬送波は、‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波、及び当該‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波とは位相が反転した‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波である。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１３７】
なお、‘［（Ｎ＋１）／２］’の‘［］’はガウス記号である。例えば、Ｘを実数とすると、［Ｘ］は整数であり、‘Ｘ−１≦［Ｘ］＜Ｘ’の関係を満たす。したがって、‘［（Ｎ＋１）／２］’は、‘（Ｎ＋１）／２’を超えない最大の整数を表している。
【０１３８】
したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値の正負を反転させる処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた乗算器により、指令値の正負を反転させる処理を実行してもよい。
【０１３９】
（構成例３）
以下、本実施形態の構成例３に係る電力変換装置１について図２３を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。ここでは、閾値として、第１搬送波ＣＷ１の最大値である‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を第１閾値、第３搬送波ＣＷ３の最小値である‘−Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を第２閾値としている。
【０１４０】
図２３において、第２判定信号ＤＳ２は、指令値と閾値との比較結果を示す信号である。第２判定信号ＤＳ２は、指令値が第１閾値（‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕）を上回れば‘Ｈ１’、第２閾値（‘−Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕）を下回れば‘Ｈ２’、それ以外であれば‘Ｌ’となる。また、目標信号ＯＳ１は、指令値と閾値との比較結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ３）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は、指令値が第１閾値を上回る期間において指令値から第１閾値が減算され、且つ指令値が第２閾値を下回る期間において指令値から第２閾値が減算された信号である。すなわち、図２３に示すように、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値から‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、指令値から‘−Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を減算した電圧値を示す。
【０１４１】
制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１５に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ３の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１５に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１４２】
【表１５】
0006286801.tif 000016
【０１４３】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１と第３搬送波ＣＷ３との間にある場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１４４】
上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の同期した搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ２〔Ｖ〕〜Ｅ２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１４５】
また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、‘Ｎ＋１’個の同期した搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１４６】
したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。
【０１４７】
（構成例４）
以下、本実施形態の構成例４に係る電力変換装置１について図２４を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、構成例３の電力変換装置１とは異なり、第３搬送波ＣＷ３の位相を反転させている。また、目標信号ＯＳ１は、指令値と閾値との比較結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ３）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、構成例３の電力変換装置１とは異なり、目標信号ＯＳ１は、指令値が第１閾値を上回る期間において、指令値と第１閾値との差分が第１閾値から減算された信号である。且つ、目標信号ＯＳ１は、指令値が第２閾値を下回る期間において、指令値と第２閾値との差分が第２閾値から減算された信号である。すなわち、図２４に示すように、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値と‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、指令値と‘−Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘−Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。
【０１４８】
制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１６に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ３の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１６に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１４９】
【表１６】
0006286801.tif 000017
【０１５０】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１と第３搬送波ＣＷ３との間にある場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１５１】
上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ２〔Ｖ〕〜Ｅ２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１５２】
また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、複数の搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。複数の搬送波は、‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波、及び当該‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波とは位相が反転した‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波である。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１５３】
したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。
【０１５４】
（構成例５）
以下、本実施形態の構成例５に係る電力変換装置１について図２５を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。ここでは、閾値として、第１搬送波ＣＷ１の最大値である‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を第１閾値、第１搬送波ＣＷ３の最大値を反転させた‘−Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を第２閾値としている。
【０１５５】
本構成例の電力変換装置１では、第２判定信号ＤＳ２は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’の場合に指令値が第１閾値を上回れば‘Ｈ１’、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’の場合に指令値が第２閾値を下回れば‘Ｈ２’、それ以外であれば‘Ｌ’となる。
【０１５６】
また、目標信号ＯＳ１は、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に基づいて、１個の搬送波（第１搬送波ＣＷ１）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は、指令値が正であり且つ第１閾値を上回る期間において、指令値から第１閾値が減算された信号である。且つ、目標信号ＯＳ１は、指令値が負である期間において、指令値に第１閾値が加算された信号である。更に、目標信号ＯＳ１は、指令値が負であり且つ第２閾値を下回る期間において、加算後の指令値に更に第１閾値が加算された信号である。
【０１５７】
すなわち、図２５に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値と同じ電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値から‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値に‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を加算した電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕が加算された指令値に更に‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕を加算した電圧値を示す。
【０１５８】
制御部５は、第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１７に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１と等しい場合は、表１７に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１５９】
【表１７】
0006286801.tif 000018
【０１６０】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１よりも大きく、且つ第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’の場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１６１】
上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、１個の搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ２〔Ｖ〕〜Ｅ２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１６２】
また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２１〜２Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、１個の搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２１〜２Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−ＥＮ＋１〔Ｖ〕〜ＥＮ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。
【０１６３】
したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が１個で済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。また、本構成例の電力変換装置１は、１個の搬送波を用いるため、複数の搬送波の同期をとる必要がない。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する加算処理及び減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた加算器により加算処理を実行し、且つ制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。
【０１６４】
（構成例６）
以下、本実施形態の構成例６に係る電力変換装置１について図２６を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、構成例５の電力変換装置１とは異なり、目標信号ＯＳ１は、指令値が正であり且つ第１閾値を上回る期間において、指令値と第１閾値との差分が第１閾値から減算された信号である。且つ、目標信号ＯＳ１は、指令値が負である期間において、指令値の正負を反転させた信号である。更に、目標信号ＯＳ１は、指令値が負であり且つ第２閾値を下回る期間において、反転後の指令値と第１閾値との差分が第１閾値から減算された信号である。
【０１６５】
すなわち、図２６に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値と同じ電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値と‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値の正負を反転した電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、反転した指令値と‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘Ｅ１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。
【０１６６】
制御部５は、第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１８に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１と等しい場合は、表１８に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。
【０１６７】
【表１８】
0006286801.tif 000019
【０１６８】
例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１よりも小さく、且つ第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’の場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、電圧制御部２１の回生スイッチＱ１１，Ｑ２１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２１の入力スイッチＱ３１，Ｑ４１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。
【０１６９】
本構成例の電力変換装置１は、構成例５の電力変換装置１と同様の効果を奏することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値の正負を反転させる処理、及び指令値に対する減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた乗算器により指令値の正負を反転させる処理を実行し、且つ制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。
【符号の説明】
【０１７０】
１  電力変換装置
１１  第１入力点
１２  第２入力点
１３  第１出力点
１４  第２出力点
２１〜２Ｎ  電圧制御部
３  変換部
４  クランプ部
５  制御部
Ｑ１１〜Ｑ１Ｎ，Ｑ２１〜Ｑ２Ｎ  回生スイッチ
Ｑ３１〜Ｑ３Ｎ，Ｑ４１〜Ｑ４Ｎ  入力スイッチ
ＶＳ１〜ＶＳＮ  電圧源
ＶＳＮ＋１  主電圧源
【図１】
0006286801.tif 000020
【図２】
0006286801.tif 000021
【図３】
0006286801.tif 000022
【図４】
0006286801.tif 000023
【図５】
0006286801.tif 000024
【図６】
0006286801.tif 000025
【図７】
0006286801.tif 000026
【図８】
0006286801.tif 000027
【図９】
0006286801.tif 000028
【図１０】
0006286801.tif 000029
【図１１】
0006286801.tif 000030
【図１２】
0006286801.tif 000031
【図１３】
0006286801.tif 000032
【図１４】
0006286801.tif 000033
【図１５】
0006286801.tif 000034
【図１６】
0006286801.tif 000035
【図１７】
0006286801.tif 000036
【図１８】
0006286801.tif 000037
【図１９】
0006286801.tif 000038
【図２０】
0006286801.tif 000039
【図２１】
0006286801.tif 000040
【図２２】
0006286801.tif 000041
【図２３】
0006286801.tif 000042
【図２４】
0006286801.tif 000043
【図２５】
0006286801.tif 000044
【図２６】
0006286801.tif 000045