(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流入力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する直流−直流変換装置において、
容量値が等しいｎ（ｎは３以上の整数）個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、ｎ個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
２個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある２個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも１個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記耐圧回路との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオフ状態にすることにより、
前記コンデンサ直列回路の両端電圧を降圧して前記入出力用コンデンサに供給することを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項２】
半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流入力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する直流−直流変換装置において、
容量値が等しいｎ（ｎは３以上の整数）個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、ｎ個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
２個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある２個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも１個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記入出力用コンデンサの負極との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオフすることにより、
前記入出力用コンデンサの両端電圧を昇圧して前記コンデンサ直列回路に供給することを特徴とする直流−直流変換装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した直流−直流変換装置において、
前記耐圧回路を、前記スイッチング素子直列回路に対して逆方向に接続された複数のダイオードの直列回路によって構成したことを特徴とする直流−直流変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、高圧大容量の鉄道車両用電力変換装置において、半導体スイッチング素子の損失低減や装置全体の小型軽量化、低コスト化を可能にした直流−直流変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の降圧型直流−直流変換装置（降圧チョッパ）の回路構成図である。
図４において、Ｃｉ４は直流入力電圧Ｅｉ４が印加されるコンデンサであり、その両端には、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子Ｑ４とダイオードＤ４とが逆方向に直列接続されている。ダイオードＤ４の両端には、直流リアクトルＬ４とコンデンサＣｏ４とが直列に接続され、コンデンサＣｏ４の両端から直流出力電圧Ｅｏ４が得られるようになっている。
この従来技術では、スイッチング素子Ｑ４をオン・オフするデューティ比を調整することにより、Ｅｉ４＞Ｅｏ４の範囲で出力電圧Ｅｏ４を任意の大きさに制御することができる。
【０００３】
ここで、鉄道車両用の電力変換装置では入力電圧の変動が大きい。このため、図４に示したような電力変換装置を鉄道車両用に使用する場合、スイッチング素子Ｑ４やダイオードＤ４等の半導体素子の耐圧は、入力電圧Ｅｉ４の変動範囲の最大値を考慮して選定する必要がある。特に、入力電圧Ｅｉ４は地域や路線によって様々であるため、十分な余裕を見て高電圧入力に対応させるためには、定格電圧が高く、一般的に高価な素子を選ぶことが必要となる。
【０００４】
なお、半導体素子への印加電圧を低減させる従来技術としては、例えば図５に示す直流−直流変換装置が知られており、図５とほぼ同様の回路が特許文献１に記載されている。
図５において、入力電圧Ｅｉ５が印加される分圧用コンデンサＣｉ５ａ，Ｃｉ５ｂの直列回路には、スイッチング素子Ｑ５ａ，ダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂ，スイッチング素子Ｑ５ｂからなる直列回路が並列に接続されている。また、ダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂの直列回路の両端には、直流リアクトルＬ５とコンデンサＣｏ５とが直列に接続され、コンデンサＣｏ５の両端から直流出力電圧Ｅｏ５が得られるようになっている。
【０００５】
直流入力部のコンデンサＣｉ５ａ，Ｃｉ５ｂの容量値が等しい場合、各コンデンサＣｉ５ａ，Ｃｉ５ｂに印加される電圧は何れもＥｉ５／２である。図５の回路では、スイッチング素子Ｑ５ａ，Ｑ５ｂ及びダイオードＤ５ａ，Ｄ５ｂに印加される電圧がコンデンサＣｉ５ａ，Ｃｉ５ｂへの印加電圧にそれぞれ等しくなるため、理想的には、全てＥｉ５／２となる。
このような特徴から、図５の回路によれば、図４と同じ定格電圧の素子を用いた場合に図４の２倍の入力電圧に対応させることができる。すなわち、Ｅｉ５＝２Ｅｉ４である電力変換装置に適用することができる。
【０００６】
例えば、鉄道車両用の電力変換装置として一般的な７５０［Ｖ］の直流入力電圧の場合、図４の回路では、スイッチング素子Ｑ４として、電圧変動を考慮して定格電圧が１７００［Ｖ］の汎用ＩＧＢＴが使用されている。また、直流入力電圧が１５００［Ｖ］の場合には、通常、定格電圧が３３００［Ｖ］のＩＧＢＴが使用される。
【０００７】
これに対し、図５の回路では、スイッチング素子Ｑ５ａ，Ｑ５ｂとして定格電圧が１７００［Ｖ］の汎用ＩＧＢＴを使用しながら、ほぼ２倍の定格電圧である３３００［Ｖ］のＩＧＢＴを使用した場合と同等の直流入力電圧に対応させることが可能になる。
１７００［Ｖ］定格の汎用ＩＧＢＴは、３３００［Ｖ］定格のＩＧＢＴに比べて損失が非常に少ないため、図５に示す回路構成によれば、損失の低減やスイッチング周波数の高周波化が可能となり、直流リアクトルＬ５ひいては装置全体の小型化、低コスト化に寄与することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２９５２２８号公報（段落［００３９］〜［００５２］、図５〜図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、直流入力部に分圧用のコンデンサを２個、直列に接続して回路構成を工夫すれば、スイッチング素子等への印加電圧を１／２にすることができる。しかし、更に高い直流入力電圧、例えば３０００［Ｖ］に対応するためには、図５に示したような回路構成でも汎用の素子を使用することができなくなる。
【００１０】
そこで、本発明の解決課題は、スイッチング素子への印加電圧を低下させて汎用の素子を使用可能とし、損失の低減、装置全体の小型化、低コスト化を可能にした直流−直流変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流入力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する直流−直流変換装置において、
容量値が等しいｎ（ｎは３以上の整数）個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、ｎ個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
２個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある２個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも１個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記耐圧回路との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオフ状態にすることにより、
前記コンデンサ直列回路の両端電圧を降圧して前記入出力用コンデンサに供給するものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、半導体スイッチング素子のオン・オフにより、直流入力電圧を所定の大きさの直流電圧に変換する直流−直流変換装置において、
容量値が等しいｎ（ｎは３以上の整数）個の分圧コンデンサが直列に接続されたコンデンサ直列回路と、
前記コンデンサ直列回路に並列に接続され、かつ、ｎ個の前記スイッチング素子により構成されたスイッチング素子直列回路と前記コンデンサ直列回路の両端電圧より大きい耐圧を有する耐圧回路とを直列接続してなる回路と、
前記スイッチング素子直列回路と前記耐圧回路との接続点と前記コンデンサ直列回路の一端との間に接続され、かつ、直流リアクトルと入出力用コンデンサとを直列接続してなる回路と、
２個の前記分圧コンデンサ同士の接続点とこれらの分圧コンデンサと同じ段にある２個の前記スイッチング素子同士の接続点との間にそれぞれ接続された複数のダイオードからなるダイオード群と、
を備え、
前記スイッチング素子直列回路を構成する全てのスイッチング素子をオンしてから、前記スイッチング素子直列回路内の少なくとも１個のスイッチング素子と、当該スイッチング素子と前記入出力用コンデンサの負極との間に他のスイッチング素子がある場合には当該他のスイッチング素子と、をオフすることにより、
前記入出力用コンデンサの両端電圧を昇圧して前記コンデンサ直列回路に供給するものである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した直流−直流変換装置において、
前記耐圧回路を、前記スイッチング素子直列回路に対して逆方向に接続された複数のダイオードの直列回路によって構成したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、直流電圧が高い場合でも、低損失かつ低コストの汎用のスイッチング素子を使用して直流−直流変換装置を構成することができる。また、スイッチング周波数を高くすることによる支障も少ないため、制御装置の演算負荷が軽減されると共に、直流リアクトルひいては装置全体の小型軽量化、低コスト化が可能である。
特に、本発明では、例えばチョッパの入力フィルタ回路を構成する直流リアクトル及びコンデンサをそのまま流用可能であるから、装置の小型軽量化、低コスト化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。
【図２】図１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
【図４】従来の降圧型直流−直流変換装置の回路構成図である。
【図５】他の従来技術を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す回路構成図であり、本発明を降圧型直流−直流変換装置（降圧チョッパ）に適用した場合のものである。
【００１８】
図１において、４個の分圧用コンデンサＣｉ１ａ，Ｃｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄからなるコンデンサ直列回路１１の両端には、直流入力電圧Ｅｉ１が印加されている。また、コンデンサ直列回路１１には、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄからなるスイッチング素子直列回路２１とダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄからなるダイオード直列回路３１とを逆方向に直列接続した回路が、並列に接続されている。ここで、ダイオード直列回路３１は、請求項における耐圧回路に相当している。
【００１９】
コンデンサＣｉ１ａ，Ｃｉ１ｂ同士の接続点とスイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ同士の接続点との間には、ダイオードＤ１ｅ，Ｄ１ｆ，Ｄ１ｇが図示の方向で直列に接続される。また、コンデンサＣｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ同士の接続点とスイッチング素子Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃ同士の接続点との間には、ダイオードＤ１ｈ，Ｄ１ｉが図示の方向で直列に接続される。更に、コンデンサＣｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄ同士の接続点とスイッチング素子Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄ同士の接続点との間には、ダイオードＤ１ｊが図示の方向で接続されている。
これらのダイオードＤ１ｅ，Ｄ１ｆ，Ｄ１ｇ，Ｄ１ｈ，Ｄ１ｉ，Ｄ１ｊは、ダイオード群４１を構成している。
【００２０】
ダイオード直列回路３１の両端には、直流リアクトルＬ１とコンデンサＣｏ１とが直列に接続されており、スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄのオン・オフ動作により、入力電圧Ｅｉ１より低い出力電圧Ｅｏ１がコンデンサＣｏ１の両端から得られるようになっている。コンデンサＣｏ１は、請求項における入出力用コンデンサに相当し、本実施形態では出力用コンデンサとして機能する。
なお、Ｅｃｈ１は、ダイオード直列回路３１の両端電圧、ＩＬ１は直流リアクトルＬ１を流れる電流である。
ここで、コンデンサ直列回路１１を構成するコンデンサＣｉ１ａ，Ｃｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄの容量値を全て等しくすると、入力電圧Ｅｉ１は、これらのコンデンサＣｉ１ａ，Ｃｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄによって均等に分圧されるので、各コンデンサＣｉ１ａ，Ｃｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄの電圧はＥｉ１／４となる。
【００２１】
次に、図２は、図１の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、以下の説明において、スイッチング素子及びダイオードによる順方向電圧降下は無視するものとする。
【００２２】
図１の回路の動作は、出力電圧Ｅｏ１として、入力電圧Ｅｉ１より低い電圧Ｅｃｈ１を発生する降圧出力モードと、全てのスイッチング素子Ｑ１ａ〜Ｑ１ｄがオフすることによって電圧Ｅｃｈ１が０になる零電圧モード（電流ＩＬ１がダイオード直列回路３１を流れるモード）と、がある。この二つのモードを繰り返し、また、各モードの時間比率を調整することにより、出力電圧Ｅｏ１を制御する。
【００２３】
図２に示すように、降圧出力モードは、オンするスイッチング素子の数に応じて４つのモード１〜４が存在する。なお、モード０は零電圧モードである。
降圧出力モード１〜４において所定数のスイッチング素子をオンさせる動作、及び、零電圧モード０において全てのスイッチング素子をオフさせる動作（全ゲートオフ動作）は、図示されていない制御回路によって容易に実現可能である。
【００２４】
降圧出力モード１では、図１のスイッチング素子直列回路２１における最下段のスイッチング素子Ｑ１ｄのみをオンさせ、他のスイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃはオフ状態とする。スイッチング素子Ｑ１ｄのオンによってダイオードＤ１ｊもオンするため、電圧Ｅｃｈ１はコンデンサＣｉ１ｄの電圧、すなわちＥｉ／４となる。
【００２５】
降圧出力モード２では、２つのスイッチング素子Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄをオンさせ、他のスイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂはオフ状態とする。これにより、ダイオードＤ１ｈ，Ｄ１ｉ，Ｄ１ｊがオンするため、電圧Ｅｃｈ１はコンデンサＣｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄの直列回路の電圧、すなわち２Ｅｉ１／４（＝Ｅｉ１／２）となる。
【００２６】
降圧出力モード３では、３つのスイッチング素子Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄをオンさせ、残りのスイッチング素子Ｑ１ａをオフ状態とする。これにより、ダイオードＤ１ｅ，Ｄ１ｆ，Ｄ１ｇ，Ｄ１ｈ，Ｄ１ｉ，Ｄ１ｊがオンするので、電圧Ｅｃｈ１はコンデンサＣｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄの直列回路の電圧、すなわち３Ｅｉ１／４となる。
【００２７】
降圧出力モード４では、スイッチング素子直列回路２１の全てのスイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄをオンさせる。これにより、電圧Ｅｃｈ１はコンデンサＣｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄの直列回路の電圧である入力電圧Ｅｉ１に等しくなる。
なお、図２では、降圧出力モード１〜４が零電圧モード０を挟んで時系列的に順次、選択されるようになっているが、降圧出力モード１〜４は所望の出力電圧に応じて任意に選択されるものである。
【００２８】
上記の説明から明らかなように、何れの降圧出力モード１〜４においても、オフ状態の各スイッチング素子Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ１ｃ，Ｑ１ｄには、それぞれ、コンデンサＣｉ１ａ，Ｃｉ１ｂ，Ｃｉ１ｃ，Ｃｉ１ｄの個々の電圧に等しいＥｉ１／４だけが印加される。
従って、仮に入力電圧Ｅｉ１が３０００［Ｖ］であった場合、スイッチング素子１個当たりの印加電圧は７５０［Ｖ］となり、入力電圧Ｅｉ１の変動を考慮したとしても、定格電圧が１７００［Ｖ］の汎用ＩＧＢＴを使用することが可能になる。入力電圧Ｅｉ１が更に高くなった場合には、直流入力部の分圧用コンデンサの直列接続数と、これに対応するスイッチング素子の直列接続数とを、更に増加させれば良い。
【００２９】
なお、降圧出力モード１〜４に応じて電圧Ｅｃｈ１が変化するので、所定の耐圧を持たせるために、ダイオード直列回路３１は複数のダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ１ｃ，Ｄ１ｄを直列に接続して構成されている。このダイオード直列回路３１は、必ずしも４個のダイオードによって構成する必要はなく、全体の耐圧が入力電圧Ｅｉ１より大きければ、任意の数のダイオードを直列に接続して構成しても良い。
また、分圧用コンデンサ同士の接続点とスイッチング素子同士の接続点との間に接続されたダイオード群４１についても、同様に所定の耐圧を持たせるために、各段でダイオードの直列接続数がそれぞれ異なっている。
【００３０】
この実施形態によれば、鉄道車両用の電力変換装置のように入力電圧Ｅｉ１の変動範囲が大きい場合、Ｅｉ１＞Ｅｏ１という条件のもとで、入力電圧値に応じて４つの降圧出力モード１〜４から任意のモードを選択して動作させることができる。この時、直流リアクトルＬ１の電流ＩＬ１のリプルが極力小さくなるようにすれば、直流リアクトルＬ１のインダクタンス値を小さく設定することができ、直流リアクトルＬ１の小型軽量化、低コスト化が可能になる。
【００３１】
次に、図３は本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。この第２実施形態は、本発明を昇圧型直流−直流変換装置（昇圧チョッパ）に適用した場合のものである。
【００３２】
図３において、コンデンサＣｉ３の両端には、直流入力電圧Ｅｉ３が印加されている。また、コンデンサＣｉ３の正極は、直流リアクトルＬ３を介して、耐圧回路としてのダイオード直列回路３２とスイッチング素子直列回路２２との接続点に接続されている。ここで、コンデンサＣｉ３は、請求項における入出力用コンデンサに相当し、本実施形態では入力用コンデンサとして機能するものである。
なお、Ｄ３ａ，Ｄ３ｂ，Ｄ３ｃ，Ｄ３ｄはダイオード直列回路３２を構成するダイオード、Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄはスイッチング素子直列回路２２を構成するスイッチング素子であり、これらの直列回路３２，２２は逆方向に直列接続されている。
【００３３】
ダイオード直列回路３２とスイッチング素子直列回路２２とを直列接続した回路には、コンデンサ直列回路１２が並列に接続されている。コンデンサ直列回路１２は分圧用コンデンサＣｏ３ａ，Ｃｏ３ｂ，Ｃｏ３ｃ，Ｃｏ３ｄからなり、コンデンサ直列回路１２の両端から出力電圧Ｅｏ３が得られるようになっている。
【００３４】
スイッチング素子Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ同士の接続点とコンデンサＣｏ３ａ，Ｃｏ３ｂ同士の接続点との間には、ダイオードＤ３ｅ，Ｄ３ｆ，Ｄ３ｇが図示の方向で直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ同士の接続点とコンデンサＣｏ３ｂ，Ｃｏ３ｃ同士の接続点との間には、ダイオードＤ３ｈ，Ｄ３ｉが図示の方向で直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄ同士の接続点とコンデンサＣｏ３ｃ，Ｃｏ３ｄ同士の接続点との間には、ダイオードＤ３ｊが図示の方向で接続されている。
これらのダイオードＤ３ｅ，Ｄ３ｆ，Ｄ３ｇ，Ｄ３ｈ，Ｄ３ｉ，Ｄ３ｊは、ダイオード群４２を構成している。
【００３５】
この実施形態では、例えば、スイッチング素子Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄを全てオンさせて直流リアクトルＬ３にエネルギーを蓄積し、その後にオフするスイッチング素子の組み合わせを変えることにより充電されるコンデンサの組み合わせを変えることができ、この動作の繰り返しによって出力電圧Ｅｏ３を制御することができる。
【００３６】
例えば、スイッチング素子Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄを全てオンさせた後に、これらのスイッチング素子Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄを全てオフするモードでは、ダイオード直列回路３２がオンしてコンデンサ直列回路１２のコンデンサＣｏ３ａ，Ｃｏ３ｂ，Ｃｏ３ｃ，Ｃｏ３ｄが全て充電される。また、３個のスイッチング素子Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄをオフするモードでは、スイッチング素子Ｑ３ａ及びダイオードＤ３ｅ，Ｄ３ｆ，Ｄ３ｇがオンしてコンデンサＣｏ３ｂ，Ｃｏ３ｃ，Ｃｏ３ｄが充電される。以下、２個のスイッチング素子Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄをオフするモードではコンデンサＣｏ３ｃ，Ｃｏ３ｄが充電され、１個のスイッチング素子Ｑ３ｄのみをオフするモードではコンデンサＣｏ３ｄが充電されることになる。
【００３７】
この第２実施形態においても、上記の全てのモードにおいて各スイッチング素子Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄに印加される電圧は出力電圧Ｅｏ３の１／４となる。よって、出力電圧Ｅｏ３が高電圧である場合にも、耐圧の低いスイッチング素子Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ３ｃ，Ｑ３ｄを使用することができる。
また、Ｅｉ３＜Ｅｏ３という条件のもとで、出力電圧値に応じて任意のモードを選択することが可能である。
【００３８】
以上のように、第１または第２実施形態によれば、直流入力電圧または直流出力電圧が高い場合でも各スイッチング素子への印加電圧を分圧コンデンサによる分圧値に抑えることができる。このため、低耐圧の汎用の素子を使用して高電圧対応の直流−直流変換装置を構成することができ、スイッチング周波数の高周波数化によって直流リアクトルを小型化することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、鉄道車両用だけでなく、電圧変動が大きい各種用途の降圧チョッパ、昇圧チョッパに適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
Ｃｉ１ａ〜Ｃｉ１ｄ，Ｃｏ３ａ〜Ｃｏ３ｄ，Ｃｏ１，Ｃｉ３：コンデンサ
Ｄ１ａ〜Ｄ１ｊ，Ｄ３ａ〜Ｄ３ｊ：ダイオード
Ｑ１ａ〜Ｑ１ｄ，Ｑ３ａ〜Ｑ３ｄ：半導体スイッチング素子
Ｌ１，Ｌ３：直流リアクトル
１１，１２：コンデンサ直列回路
２１，２２：スイッチング素子直列回路（耐圧回路）
３１，３２：ダイオード直列回路
４１，４２：ダイオード群
【図１】
0006365877.tif 000002
【図２】
0006365877.tif 000003
【図３】
0006365877.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006365877.tif 000006