(57)【要約】【課題】損失を分担し、温度の上昇を抑止する。【解決手段】実施形態の車両用電力変換装置は、単相交流電力を直流電力に変換する電力変換装置であって、２レベルコンバータと、３レベルコンバータと、制御部と、を備える。制御部は、２レベルコンバータと３レベルコンバータとによるマルチレベルコンバータから出力される電圧の一周期のうち、第１の期間において、２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行うと共に３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、一周期のうち第１の期間以外において、２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行う。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相交流電力を直流電力に変換する電力変換装置であって、
コンデンサが設けられ、スイッチング素子と当該スイッチング素子と逆並列に接続されるダイオードとを有する一方のスイッチングデバイスが、前記単相交流電力を供給する電源と接続される第１の接続点を介して２個直列且つ前記コンデンサに並列に接続され、他方のスイッチングデバイスが、第２の接続点を介して２個直列且つ前記コンデンサと並列に接続される２レベルコンバータと、
２個直列接続されるコンデンサが設けられ、一方のスイッチングデバイスが前記第２の接続点と接続される第３の接続点を介して２個直列且つ前記２個直列接続されるコンデンサと並列に接続され、他方のスイッチングデバイスが、第４の接続点を介して２個直列且つ前記２個直列接続されるコンデンサと並列に接続され、前記第４の接続点から中性点までの経路上に、複数のスイッチングデバイスを逆極性に直列に接続する双方向スイッチが設けられる３レベルコンバータと、
前記２レベルコンバータと前記３レベルコンバータとによるマルチレベルコンバータから出力される電圧の一周期のうち、第１の期間において、前記２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行うと共に前記３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、前記一周期のうち前記第１の期間以外において、前記２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、前記３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行う制御部と、
を備える車両用電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、さらに、前記一周期において、前記２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行うと共に前記３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、第１の条件を満たした場合に、前記第１の期間において、前記２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行うと共に前記３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、前記第１の期間以外において、前記２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、前記３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行う、
請求項１に記載の車両用電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部が制御を切り替える前記第１の条件が、前記２レベルコンバータから検出された温度に基づいた条件である、
請求項２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部が制御を切り替える前記第１の条件が、前記２レベルコンバータと前記３レベルコンバータとに対して流す電流を指示する電流指令値に基づいた条件である、
請求項２に記載の車両用電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わない場合に、前記３レベルコンバータの出力電圧を５段階で制御する、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の車両用電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両用電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コンバータがダイオードクランプ形３レベル回路で構成されていることは多かった。
【０００３】
このコンバータに対して、近年、開発が進められているシリコンカーバイド素子等の低損失デバイスを適用することで、コンバータ装置を小型化することが期待されている。
【０００４】
しかしながら、現在提供されているシリコンカーバイド素子等においては、高い電圧に耐えられる素子がない。このため、素子の直列化や、現存のシリコン素子と組み合わせたマルチレベル化を行う必要がある。
【０００５】
そこで、従来技術においては、複数の回路（例えばインバータ）を組み合わせたマルチレベル回路が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２０３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術においては、複数のレベル回路を組み合わせたマルチレベル回路においては、いずれか一方のレベル回路の損失が大きくなるという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、損失分担を可能とする車両用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】
【０００９】
実施形態の車両用電力変換装置は、単相交流電力を直流電力に変換する電力変換装置であって、２レベルコンバータと、３レベルコンバータと、制御部と、を備える。２レベルコンバータは、コンデンサが設けられ、スイッチング素子と当該スイッチング素子と逆並列に接続されるダイオードとを有する一方のスイッチングデバイスが、単相交流電力を供給する電源と接続される第１の接続点を介して２個直列且つコンデンサに並列に接続され、他方のスイッチングデバイスが、第２の接続点を介して２個直列且つコンデンサと並列に接続される。３レベルコンバータは、２個直列接続されるコンデンサが設けられ、一方のスイッチングデバイスが第２の接続点と接続される第３の接続点を介して２個直列且つ２個直列接続されるコンデンサと並列に接続され、他方のスイッチングデバイスが、第４の接続点を介して２個直列且つ２個直列接続されるコンデンサと並列に接続され、第４の接続点から中性点までの経路上に、複数のスイッチングデバイスを逆極性に直列に接続する双方向スイッチが設けられる。制御部は、２レベルコンバータと３レベルコンバータとによるマルチレベルコンバータから出力される電圧の一周期のうち、第１の期間において、２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行うと共に３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、一周期のうち第１の期間以外において、２レベルコンバータでパルス幅変調制御を行わず、３レベルコンバータでパルス幅変調制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかる車両用の電力変換装置のマルチレベルコンバータの構成を示した図である。
【図２】図２は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置に対する出力電圧指示に対応する、モード１における各コンバータの指令値電圧を示した図である。
【図３】図３は、モード１における各コンバータに含まれているスイッチングデバイスによるスイッチ制御を示した図である。
【図４】図４は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置に対する出力電圧指示に対応する、モード２における各コンバータの指令値電圧を示した図である。
【図５】図５は、モード２における各コンバータに含まれているスイッチングデバイスによるスイッチ制御を示した図である。
【図６】図６は、第１の実施形態の制御部の構成を例示したブロック図である。
【図７】図７は、第１の実施形態のモード１の出力電圧指令値と、モード２の出力電圧指令値と、を例示した図である。
【図８】図８は、本実施形態の制御部における切り替え処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２の実施形態の制御部の構成を例示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる車両用のマルチレベルコンバータ１を含む車両用電力変換装置１１の構成を示した図である。図１に示すように、本実施形態にかかる車両用電力変換装置１１は、単相３レベルコンバータ５０と、単相２レベルコンバータ４０と、を直列接続している。
【００１２】
そして、車両用電力変換装置１１は、リアクトル成分を有する受動素子２を介して電力系統等の交流電源１００と接続し、単相交流電力を直流電力に変換した後、負荷３に対して電力を供給する。なお、本実施形態は、車両用電力変換装置１１が搭載される車両を制限するものではなく、様々な車両に搭載して良い。負荷３は、本実施形態ではインバータとモータで構成されているが、どのような構成でも良い。
【００１３】
制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０と、単相２レベルコンバータ４０と、を制御する。
【００１４】
また、本実施形態の制御部１５０は、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの各々の温度を検出するための温度センサ４０ａ〜４０ｄと接続されている。
【００１５】
そして、制御部１５０は、温度センサ４０ａ〜４０ｄで検出される、実施形態の単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度に応じて、単相２レベルコンバータ４０及び単相３レベルコンバータ５０の各々にかかる損失を制御する。
【００１６】
本実施形態の制御部１５０は、単相２レベルコンバータ４０及び単相３レベルコンバータ５０の各々にかかる損失を制御するための動作モードとして、モード１とモード２との間を切り替える。なお、具体的な制御については後述する。
【００１７】
単相２レベルコンバータ４０は、単相コンバータであり、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄと、（直流）コンデンサ１４と、で構成される。また、単相２レベルコンバータ４０では、スイッチングデバイス４ａ、４ｂが、単相交流電力を供給する交流電源１００と接続される第１の接続点４１を介して２個直列且つ当該コンデンサ１４と並列に接続され、スイッチングデバイス４ｃ、４ｄが、第２の接続点４２を介して２個直列且つコンデンサ１４と並列に接続される。
【００１８】
なお、各スイッチングデバイス４ａ〜４ｄには、自己消弧能力を有すると共にスイッチングを行うトランジスタ（スイッチング素子）４ａａ、４ｂａ、４ｃａ、４ｄａと、トランジスタ４ａａ、４ｂａ、４ｃａ、４ｄａに対して逆並列に接続された（還流）ダイオード４ａｂ、４ｂｂ、４ｃｂ、４ｄｂと、が含まれている。本実施形態にかかる単相２レベルコンバータ４０は、ＳｉＣ（シリコンカーバイドデバイス）で構成される。単相２レベルコンバータ４０は、ＳｉＣ（シリコンカーバイドデバイス）を用いることで、スイッチング損失を低減できる。
【００１９】
単相２レベルコンバータ４０は、コンデンサ１４より交流電源１００側に、スイッチングデバイス４ａと、スイッチングデバイス４ｂと、を直列に接続している。スイッチングデバイス４ａは、コンデンサ１４の正電位側に設けられ、スイッチングデバイス４ｂは、コンデンサ１４の負電位側に設けられている。そして、単相２レベルコンバータ４０は、スイッチングデバイス４ａとスイッチングデバイス４ｂとの間の第１の接続点４１を交流入出力点とし、第１の接続点４１から、リアクトル成分を有する受動素子２を介して電力系統等の交流電源１００と接続されている。
【００２０】
また、単相２レベルコンバータ４０は、コンデンサ１４より負荷３側に、スイッチングデバイス４ｃと、スイッチングデバイス４ｄと、を直列に接続している。スイッチングデバイス４ｃは、コンデンサ１４の正電位側に設けられ、スイッチングデバイス４ｄは、コンデンサ１４の負電位側に設けられている。そして、スイッチングデバイス４ｃとスイッチングデバイス４ｄと、の間の第２の接続点４２（交流入出力点）から単相３レベルコンバータ５０と接続されている。
【００２１】
次に、単相２レベルコンバータ４０と負荷３との間に接続されている単相３レベルコンバータ５０について説明する。単相３レベルコンバータ５０は、２個のレグと、双方向スイッチングデバイス７と、（コンデンサ１５ａ、コンデンサ１５ｂで構成される）コンデンサ部１５と、を備える。
【００２２】
単相３レベルコンバータ５０は、２個直列接続されたコンデンサ１５ａ、１５ｂが設けられ、スイッチングデバイス５ａ、５ｂが（第２の接続点４２と接続される）第３の接続点４２ａを介して２個直列且つ２個直列接続されるコンデンサ１５ａ、１５ｂと並列に接続され、スイッチングデバイス５ｃ、５ｄが、第４の接続点４２ｂを介して２個直列且つ２個直列接続されるコンデンサ１５ａ、１５ｂと並列に接続され、第４の接続点４２ｂから中性点９までの経路上に、複数のスイッチングデバイス５ｅ、５ｆを逆極性に直列に接続する双方向スイッチングデバイス７が設けられている。
【００２３】
なお、各スイッチングデバイス５ａ〜５ｆには、自己消弧能力を有すると共にスイッチングを行うトランジスタ（スイッチング素子）５ａａ、５ｂａ、５ｃａ、５ｄａ、５ｅａ、５ｆａと、トランジスタ５ａａ、５ｂａ、５ｃａ、５ｄａ、５ｅａ、５ｆａに対して逆並列に接続された（還流）ダイオード５ａｂ、５ｂｂ、５ｃｂ、５ｄｂ、５ｅｂ、５ｆｂとが含まれている。
【００２４】
単相３レベルコンバータ５０が備える２個のレグのうち一方は、スイッチングデバイス５ａ、スイッチングデバイス５ｂにより構成される。スイッチングデバイス５ａ、５ｂは直列に接続される。スイッチングデバイス５ａは、コンデンサ部１５の正電位と第３の接続点４２ａとの間に接続される。スイッチングデバイス５ｂは、コンデンサ部１５の負電位と第３の接続点４２ａとの間に接続される。第３の接続点４２ａは、第２の接続点４２と接続する点とする。
【００２５】
単相３レベルコンバータ５０が備える２個のレグのうち他方は、スイッチングデバイス５ｃ、スイッチングデバイス５ｄにより構成される。スイッチングデバイス５ｃ、５ｄは直列に接続される。スイッチングデバイス５ｃは、コンデンサ部１５の正電位と（双方向スイッチングデバイス７及び中性点９側と接続する）第４の接続点４２ｂとの間に接続される。スイッチングデバイス５ｄは、コンデンサ部１５の負電位と第４の接続点４２ｂの間に接続される。
【００２６】
単相３レベルコンバータ５０では、スイッチングデバイス５ｃ、５ｄ、５ｅを接続する第４の接続点４２ｂを交流入出力点とし、リアクトル成分を有する受動素子２を介して電力系統等の交流電源１００と接続される。
【００２７】
２個のレグの第４の接続点４２ｂ（他方の交流入出力点）の負荷３側には双方向スイッチングデバイス７が接続される。双方向スイッチングデバイス７は、逆極性に直列接続されたスイッチングデバイス５ｅ、５ｆを有している。双方向スイッチングデバイス７の負荷３側は、コンデンサ部１５と接続される。
【００２８】
コンデンサ部１５は、コンデンサ１５ａ、コンデンサ１５ｂを有している。コンデンサ１５ａとコンデンサ１５ｂは直列に接続される。コンデンサ１５ａは、負荷３の正電位導線１０ａを正側に、中性点９を負側に接続する。コンデンサ１５ｂは、中性点９を正側に、負荷３の負電位導線１０ｂを負側に接続する。コンデンサ部１５内で直列接続されたコンデンサ１５ａ、１５ｂの間は、中性点９と接続される。
【００２９】
本実施形態にかかる単相２レベルコンバータ４０は、上述したように、スイッチング損失が少ないシリコンカーバイドデバイス（ＳｉＣ）等で構成され、単相３レベルコンバータ５０は、高耐圧のシリコンデバイス等で構成される。これにより、単相２レベルコンバータ４０は、単相３レベルコンバータ５０より、スイッチング損失を少なくできる。これにより、単相２レベルコンバータ４０のスイッチング回数を多くした場合でも、スイッチング損失を抑えることができる。一方、単相３レベルコンバータ５０は、単相２レベルコンバータ４０より、耐電圧性が高くなる。
【００３０】
図１に示されるように、中性点９を接地した場合、接地点に対してスイッチングデバイス５ａ〜５ｆは、中性点９を基点として、コンデンサ１５ａ又は１５ｂの電圧分の電位を有する。これに対して、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄは、中性点９を基点として、コンデンサ１５ａ又は１５ｂの電圧に、さらにコンデンサ１４の電圧を加算した電圧分の電位となる。このため、車両用電力変換装置１１では、単相３レベルコンバータ５０と、単相２レベルコンバータ４０と、の間の電位差を考慮して、絶縁設計を行う必要がある。
【００３１】
単相３レベルコンバータ５０の基本出力周期内では、単相３レベルコンバータ５０の出力電圧が５段階で調整可能である。当該単相３レベルコンバータ５０が有する（可制御）スイッチングデバイス５ａ〜５ｆの切り替え位相を制御する。次に、単相３レベルコンバータ５０の５段階の出力電圧を含めて、車両用電力変換装置１１の指令値電圧について説明する。
【００３２】
図２は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置１１に対する出力電圧指示に対応する、動作モードがモード１における各コンバータの指令値電圧を示した図である。図２には、車両用電力変換装置１１の出力電圧指令値Ｖｒｅｆ２０１と、単相３レベルコンバータ５０の指令値電圧２０２と、単相２レベルコンバータ４０の指令値電圧２０３と、単相２レベルコンバータ４０の出力電圧２０４と、が示されている。
【００３３】
つまり、本実施形態にかかる車両用電力変換装置１１は、単相３レベルコンバータ５０の指令値電圧２０２と単相２レベルコンバータ４０の指令値電圧２０３とを組み合わせることで、車両用電力変換装置１１の出力電圧指令値Ｖｒｅｆ２０１を実現している。
【００３４】
そして、本実施形態にかかる車両用電力変換装置１１は、通常（動作モードがモード１の場合）、スイッチング損失が低い単相２レベルコンバータ４０を、単相３レベルコンバータ５０よりスイッチング周波数を高くした上で、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ２０１の詳細な変化に追従するように単相２レベルコンバータ４０を制御する。これにより詳細な電圧の制御と、スイッチング損失の低減とを実現する。
【００３５】
一般に、シリコンカーバイドデバイスなどのスイッチング損失が少ない素子は、耐電圧性が低いことが多い。そこで、本実施形態のモード１では、電圧の大きな変化を可能とするために、耐電圧性の高い単相３レベルコンバータ５０に対して、階段波形を実現するための制御を行うこととした。
【００３６】
本実施形態では、車両用電力変換装置１１の出力電圧指令値Ｖｒｅｆ２０１について、単相３レベルコンバータ５０のコンデンサ１５ａ、１５ｂの直流電圧を出力するための閾値が設けられている。例えば、単相３レベルコンバータ５０のコンデンサ１５ａ、１５ｂのいずれか１つで直流電圧を出力するための電圧の閾値を±Ｖｔｈｒ１とする。さらには、単相３レベルコンバータ５０のコンデンサ１５ａ、１５ｂの両方の直流電圧を出力するための電圧の閾値を±Ｖｔｈｒ２とする。そして、制御部１５０は、出力電圧指令値Ｖｒｅｆが、電圧の閾値±Ｖｔｈｒ１及び電圧の閾値±Ｖｔｈｒ２を超えたか否かに基づいて、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ〜５ｆを制御する。
【００３７】
図２の指令値電圧２０２に示されるように、単相３レベルコンバータ５０の出力電圧値２０２は、負の（コンデンサ１５ａ、１５ｂによる）全電圧、負の（コンデンサ１５ａ、１５ｂのいずれか一方による）半電圧、０、正の（コンデンサ１５ａ、１５ｂのいずれか一方による）半電圧、及び正の（コンデンサ１５ａ、１５ｂによる）全電圧の５段階で出力電圧値が制御される。そして、制御部１５０は、出力電圧値を５段階で切り替えるタイミングである、時刻ｔ１〜ｔ８に対応する位相の制御を行う。
【００３８】
さらには、単相２レベルコンバータ４０の指令値電圧２０３に基づいて、制御部１５０は、単相２レベルコンバータ４０の出力電圧２０４となるよう制御する。次に具体的なスイッチングデバイスの制御について説明する。
【００３９】
図３は、モード１における各コンバータに含まれているスイッチングデバイスによるスイッチ制御を示した図である。図３に示す例では、単相３レベルコンバータ５０側のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆのスイッチ制御２０５と、単相２レベルコンバータ４０側のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄのスイッチ制御２０６と、が示されている。
【００４０】
そして、Ｖｔｈｒ１≧Ｖｒｅｆ≧−Ｖｔｈｒ１の条件を満たす場合（時刻０〜ｔ１、ｔ４〜ｔ５、ｔ８以降）、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれる「スイッチングデバイス５ａ且つスイッチングデバイス５ｃ」の組み合わせ、及び「スイッチングデバイス５ｂ且つスイッチングデバイス５ｄ」の組み合わせ、のうちいずれか１つの組み合わせをオン状態とする。これにより、単相３レベルコンバータ５０の出力電圧には、コンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧が重畳されず、制御部１５０が、単相２レベルコンバータ４０に対するパルス幅変調制御でコンバータ全体の出力電圧指令値Ｖｒｅｆを出力する。さらに、本実施形態の制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれる「スイッチングデバイス５ａ且つスイッチングデバイス５ｃ」をオン状態にするときに、スイッチングデバイス５ｆをオン状態にしておく。さらに、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれる「スイッチングデバイス５ｂ且つスイッチングデバイス５ｄ」をオン状態にするときに、スイッチングデバイス５ｅをオン状態にしておく。
【００４１】
Ｖｔｈｒ２≧Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ１の条件を満たす場合（時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ、５ｅ、５ｆをオン状態に制御する。これにより、コンバータ出力電圧に、コンデンサ１５ａの電圧が足されるため、単相２レベルコンバータ４０は、コンバータ全体の出力電圧指令値Ｖｒｅｆからコンデンサ１５ａの電圧を差し引いた差分電圧を、制御部１５０によるパルス幅変調制御に従って出力する。
【００４２】
Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２の条件を満たす場合（時刻ｔ２〜ｔ３）、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ、５ｄをオン状態とする。これにより、コンバータ出力電圧に、コンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧が足されるため、単相２レベルコンバータ４０はコンバータ全体の出力電圧指令値Ｖｒｅｆからコンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧を差し引いた差分電圧を、制御部１５０によるパルス幅変調制御により出力する。さらに、本実施形態の制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ、５ｄをオン状態にするときに、スイッチングデバイス５ｅをオン状態にしておく。
【００４３】
−Ｖｔｈｒ１＞Ｖｒｅｆ≧−Ｖｔｈｒ２の条件を満たす場合（時刻ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８）、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ｂ、５ｅ、及び５ｆをオン状態とする。これにより、コンバータ出力電圧から、コンデンサ１５ｂの電圧が引かれるため、単相２レベルコンバータ４０はコンバータ全体の出力電圧指令値Ｖｒｅｆにコンデンサ１５ｂの電圧を加算した差分電圧を、制御部１５０によるパルス幅変調制御により出力する。
【００４４】
−Ｖｔｈｒ２＞Ｖｒｅｆの条件を満たす場合（時刻ｔ６〜ｔ７）、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ｂ、及び５ｃをオン状態とする。これにより、コンバータ出力電圧からコンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧が引かれるため、単相２レベルコンバータ４０は、コンバータ全体の出力電圧指令値Ｖｒｅｆに、コンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧を加算した差分電圧を、制御部１５０によるパルス幅変調制御により出力する。さらに、本実施形態の制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ｂ、５ｃをオン状態にするときに、スイッチングデバイス５ｆをオン状態にしておく。
【００４５】
このように、本実施形態にかかる制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ〜５ｆを、所定電圧単位（閾値±Ｖｔｈｒ２、閾値±Ｖｔｈｒ１）で制御する。そして、制御部１５０は、所定電圧より小さい出力電圧の変化に対応して、単相２レベルコンバータ４０に含まれるスイッチングデバイス４ａ〜４ｄを制御する。
【００４６】
図２〜図３に示したモード１の例においては、単相３レベルコンバータ５０が階段波形を出力し、単相２レベルコンバータ４０がマルチレベルコンバータ１全体の出力電圧指令値Ｖｒｅｆと単相３レベルコンバータ５０の階段波形との差分電圧を出力する。これにより、マルチレベルコンバータ１全体での損失低減を実現できる。
【００４７】
しかしながら、図２〜図３に示したモード１の例では、単相２レベルコンバータ４０で生じているスイッチング損失のため、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度が上昇する。このため、図３で示したＰＷＭ制御を停止して、温度上昇を抑制するのが好ましい。そこで、本実施形態では、単相２レベルコンバータ４０が予め設定された温度以上になった場合に、動作モードを、モード１からモード２に切り替える。モード２では、マルチレベルコンバータ１の基本周期のうち、一部期間において、単相２レベルコンバータ４０の代わりに単相３レベルコンバータ５０でＰＷＭ制御を行う。これにより、単相２レベルコンバータ４０のスイッチング損失を低減し、単相２レベルコンバータ４０の温度上昇を抑制する。
【００４８】
なお、予め設定された温度は、実施の態様に応じて定められるが、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの定格温度を超えないように設定される。例えば、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄの上限となる定格温度に、所定値（例えば、１０℃〜２０℃）を減算した値を、予め設定された温度として設定する。
【００４９】
本実施形態では、一部期間を、Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２の条件を満たす期間、及びＶｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２の条件を満たす期間とする。つまり、電流値が高い期間でスイッチング損失が大きくなるため、電流値が大きくなる上記の期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７）で、単相２レベルコンバータ４０の代わりに、単相３レベルコンバータ５０がＰＷＭ制御を行うことで、単相２レベルコンバータ４０のスイッチング負担を軽減できる。
【００５０】
図４は、第１の実施形態にかかる車両用電力変換装置１１に対する出力電圧指示に対応する、動作モードがモード２における各コンバータの指令値電圧を示した図である。図４には、車両用電力変換装置１１の出力電圧指令値Ｖｒｅｆ２０１と、単相３レベルコンバータ５０の指令値電圧２１２と、単相２レベルコンバータ４０の指令値電圧２１３と、単相２レベルコンバータ４０の出力電圧２１４と、が示されている。
【００５１】
図２と異なる点としては、ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７間において、単相２レベルコンバータ４０に対する出力電圧指令２１３を０とし、単相３レベルコンバータ５０に対する出力電圧指令２１２を、車両用電力変換装置１１の出力電圧指令値Ｖｒｅｆ２０１と同じとする制御を行うところとする。
【００５２】
図５は、モード２における各コンバータに含まれているスイッチングデバイスによるスイッチ制御を示した図である。図５に示す例では、単相３レベルコンバータ５０側のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆのスイッチ制御２１５と、単相２レベルコンバータ４０側のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄのスイッチ制御２１６と、が示されている。
【００５３】
図５に示すモード２のスイッチング制御は、モード１のスイッチング制御を示した図３と比べて、ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７間の制御が異なる。
【００５４】
つまり、モード２では、単相３レベルコンバータ５０が、ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７間において交流波形を出力する必要がある。このため、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に対してパルス幅変調制御を行う。
【００５５】
時刻ｔ２〜ｔ３、換言すればＶｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２の条件を満たす期間の場合、制御部１５０は、単相２レベルコンバータ４０に含まれるスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とし、単相２レベルコンバータ４０のコンデンサ１４に電流が流れない経路を生成する。また、制御部１５０は、コンデンサ１５ａ単体の電圧と、コンデンサ１５ａ＋１５ｂの電圧と、のデューティー比をパルス幅変調制御で出力する。そこで、制御部１５０は、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ、５ｅをオン状態とした上で、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ｄ、５ｆをパルス幅変調制御する。これにより、時刻ｔ２〜ｔ３において、単相３レベルコンバータ５０全体で出力電圧指令値Ｖｒｅｆになるような制御がなされる。
【００５６】
時刻ｔ６〜ｔ７、換言すればＶｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２の条件を満たす期間の場合、制御部１５０は、単相２レベルコンバータ４０に含まれるスイッチングデバイス４ｂ、４ｄをオン状態とし、単相２レベルコンバータ４０のコンデンサ１４に電流が流れない経路を生成する。また、制御部１５０は、コンデンサ１５ｂ単体の電圧と、コンデンサ１５ａ＋１５ｂの電圧と、のデューティー比をパルス幅変調制御で出力する。単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ｂ、５ｆをオン状態とした上で、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ｃ、５ｅをパルス幅変調制御する。これにより、時刻ｔ６〜ｔ７において、単相３レベルコンバータ５０全体で出力電圧指令値Ｖｒｅｆになるような制御がなされる。
【００５７】
上述した制御を行うことで、本実施形態のマルチレベルコンバータ１では、スイッチング損失を、単相２レベルコンバータ４０及び単相３レベルコンバータ５０で分担することができる。これにより、単相２レベルコンバータ４０の発熱を抑止できる。また、時刻ｔ２〜ｔ３でスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とし、時刻ｔ６〜ｔ７でスイッチングデバイス４ｂ、４ｄをオン状態とすることで、通電経路を切り替えている。これにより、通電による発熱を分担できる。次に、制御部１５０の構成について説明する。
【００５８】
図６は、本実施形態の制御部１５０の構成を例示したブロック図である。図６に示されるように、制御部１５０は、コンデンサ電圧制御部６０１と、電流制御部６０２と、温度判定部６０３と、電圧指令値生成部６０４と、２レベル用制御部６０５と、３レベル用制御部６０６と、電圧値判定部６０７と、正負判定部６０８と、演算部６０９と、を備える。
【００５９】
そして、制御部１５０は、上述した構成を用いることで、単相２レベルコンバータ４０と単相３レベルコンバータ５０とによるマルチレベルコンバータ１から出力される電圧の一周期のうち、所定の期間（本実施形態では、最初〜時刻ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ６、時刻ｔ７〜最後）において、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄのうちいずれか一つ以上でＰＷＭ制御を行うと共に単相３レベルコンバータ５０のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆでＰＷＭ制御を行わない。そして、制御部１５０は、一周期のうち所定の周期以外（時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ６〜ｔ７）において、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄでＰＷＭ制御を行わず、単相３レベルコンバータ５０のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆのうちいずれか一つ以上でＰＷＭ制御を行う。
【００６０】
コンデンサ電圧制御部６０１は、コンデンサ１４、及びコンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧を調整するための電力制御を行う。そして、コンデンサ電圧制御部６０１は、コンデンサ１４、コンデンサ１５ａ、１５ｂの電圧を調整するため電流指令値を出力する。
【００６１】
演算部６０９は、コンデンサ電圧制御部６０１から出力された電流指令値に、負荷３に対する電流指令値を、加算する。
【００６２】
電流制御部６０２は、演算部６０９から入力された電流指令値に基づいた電流が流れるようにＰ制御もしくはＰＩ制御を行う。
【００６３】
温度判定部６０３は、温度センサ４０ａ〜４０ｄで検出された、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの各々の温度が、予め設定された温度を超えたか否かを判定する。そして、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの各々の温度が、予め設定された温度を超えていない場合には、モード１で制御する指示を、電圧指令値生成部６０４、２レベル用制御部６０５、及び３レベル用制御部６０６に行う。また、温度判定部６０３は、予め設定された温度を超えている場合には、モード２で制御する指示を、電圧指令値生成部６０４、２レベル用制御部６０５、及び３レベル用制御部６０６に行う。
【００６４】
電圧指令値生成部６０４は、第１のスイッチ６５１と、モード１用指令値生成部６１１と、モード２用指令値生成部６１２と、を備え、２レベルコンバータ出力電圧指令値と、３レベルコンバータ出力電圧指令値と、を出力する。
【００６５】
第１のスイッチ６５１は、温度判定部６０３からの指示に従って、切り替え制御を行う。例えば、第１のスイッチ６５１は、モード１で制御する指示を受け付けた場合に、モード１用指令値生成部６１１側に切り替える。また、第１のスイッチ６５１は、モード２で制御する指示を受け付けた場合に、モード２用指令値生成部６１２側に切り替える。
【００６６】
図７は、本実施形態のモード１の出力電圧指令値と、モード２の出力電圧指令値と、を例示した図である。図７に示されるように、温度判定部６０３からモード１で制御する指示を受け付けた場合に、電圧指令値生成部６０４は、図７（Ａ）に示されるような、３レベルコンバータ出力電圧指令値と、２レベルコンバータ出力電圧指令値と、を出力する。温度判定部６０３からモード２で制御する指示を受け付けた場合に、電圧指令値生成部６０４は、図７（Ｂ）に示されるような、３レベルコンバータ出力電圧指令値と、２レベルコンバータ出力電圧指令値と、を出力する。
【００６７】
図６に戻り、モード１用指令値生成部６１１は、モード１の場合の２レベルコンバータ出力電圧指令値と、３レベルコンバータ出力電圧指令値と、を生成し、出力する。
【００６８】
モード２用指令値生成部６１２は、モード２の場合の２レベルコンバータ出力電圧指令値と、３レベルコンバータ出力電圧指令値と、を生成し、出力する。
【００６９】
電圧値判定部６０７は、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２か否かを判定する。そして、電圧値判定部６０７は、Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又はＶｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２ではない、換言すれば、−Ｖｔｈｒ２≦Ｖｒｅｆ≦Ｖｔｈｒ２の場合に、単相２レベルコンバータ４０側でＰＷＭ制御を行うための指示を行う。また、電圧値判定部６０７は、Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又はＶｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒである場合に、単相３レベルコンバータ５０側でＰＷＭ制御を行うための指示を行う。
【００７０】
正負判定部６０８は、出力電圧指令値Ｖｒｅｆが正か否かを判定する。そして、正負判定部６０８は、正と判定した場合に、正の場合の制御を行うための指示を行う。また、正負判定部６０８は、負と判定した場合に、負の場合の制御を行うための指示を行う。
【００７１】
２レベル用制御部６０５は、第２のスイッチ６５２と、第４のスイッチ６５４と、第６のスイッチ６５６と、第１のＰＷＭ制御部６２１と、第２のＰＷＭ制御部６２２と、正用ロジック制御部６２３と、負用ロジック制御部６２４と、を備え、単相２レベルコンバータ４０を制御する。
【００７２】
第２のスイッチ６５２は、温度判定部６０３からの指示に従って、切り替え制御を行う。例えば、第２のスイッチ６５２は、モード１で制御する指示を受け付けた場合に、第１のＰＷＭ制御部６２１側に切り替える。例えば、第２のスイッチ６５２は、モード２で制御する指示を受け付けた場合に、第４のスイッチ６５４側に切り替える。
【００７３】
第１のＰＷＭ制御部６２１は、２レベルコンバータ出力電圧指令値に従って、単相２レベルコンバータ４０が有するスイッチングデバイス４ａ〜４ｄのオン／オフを制御する。第１のＰＷＭ制御部６２１は、単相２レベルコンバータ４０が、単相３レベルコンバータ５０の階段波形とマルチレベルコンバータ１の出力電圧の差分電圧を補償できるように、（可制御）スイッチングデバイス４ａ〜４ｄに対して高速スイッチング制御を行う。
【００７４】
第４のスイッチ６５４は、電圧値判定部６０７からの指示に従って切り替え制御を行う。例えば、第４のスイッチ６５４は、電圧値判定部６０７から、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２ではない、換言すれば出力電圧指令値−Ｖｔｈｒ２≦Ｖｒｅｆ≦Ｖｔｈｒ２であり、単相２レベルコンバータ４０側でＰＷＭ制御を行うための指示を受け付けた場合に、第２のＰＷＭ制御部６２２側に切り替える。また、第４のスイッチ６５４は、電圧値判定部６０７から、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又はＶｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２であり単相３レベルコンバータ５０側でＰＷＭ制御を行うための指示を受け付けた場合に、第６のスイッチ６５６側に切り替える。
【００７５】
第２のＰＷＭ制御部６２２は、２レベルコンバータ出力電圧指令値に従って、単相２レベルコンバータ４０が有するスイッチングデバイス４ａ〜４ｄをオン／オフを制御する。具体的には、一部期間（時刻ｔ２〜ｔ３、時刻ｔ６〜ｔ７）を除いて、第１のＰＷＭ制御部６２１と同様の高速スイッチング制御を行うことになる。
【００７６】
第６のスイッチ６５６は、正負判定部６０８からの指示に従って切り替え制御を行う。例えば、第６のスイッチ６５６は、正負判定部６０８から、出力電圧指令値Ｖｒｅｆが正であり、正の場合の制御を行うための指示を受け付けた場合に、正用ロジック制御部６２３側に切り替える。また、第６のスイッチ６５６は、正負判定部６０８から、出力電圧指令値Ｖｒｅｆが負であり、負の場合の制御を行うための指示を受け付けた場合に、負用ロジック制御部６２４側に切り替える。
【００７７】
正用ロジック制御部６２３は、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２の場合の制御として、単相２レベルコンバータ４０に含まれるスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とする制御を行う。
【００７８】
負用ロジック制御部６２４は、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２の場合の制御として、単相２レベルコンバータ４０に含まれるスイッチングデバイス４ｂ、４ｄをオン状態とする制御を行う。
【００７９】
３レベル用制御部６０６は、第３のスイッチ６５３と、第５のスイッチ６５５と、第１のロジック制御部６３１と、第２のロジック制御部６３２と、ＰＷＭ制御部６３３と、を備える。
【００８０】
第３のスイッチ６５３は、温度判定部６０３からの指示に従って、切り替え制御を行う。例えば、第３のスイッチ６５３は、モード１で制御する指示を受け付けた場合に、第１のロジック制御部６３１側に切り替える。例えば、第３のスイッチ６５３は、モード２で制御する指示を受け付けた場合に、第５のスイッチ６５５側に切り替える。
【００８１】
第１のロジック制御部６３１は、３レベルコンバータ出力電圧指令値に従って、電圧の閾値±Ｖｔｈｒ１及び電圧の閾値±Ｖｔｈｒ２を超えたか否かに基づいて、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ〜５ｆを制御する。
【００８２】
第５のスイッチ６５５は、電圧値判定部６０７からの指示に従って切り替え制御を行う。例えば、第５のスイッチ６５５は、電圧値判定部６０７から、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２ではない、換言すれば出力電圧指令値−Ｖｔｈｒ２≦Ｖｒｅｆ≦Ｖｔｈｒ２であり、単相２レベルコンバータ４０側でＰＷＭ制御を行うための指示を受け付けた場合（単相３レベルコンバータ５０側は階段波形制御）に、第２のロジック制御部６３２側に切り替える。また、第５のスイッチ６５５は、電圧値判定部６０７から、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又はＶｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒであり単相３レベルコンバータ５０側でＰＷＭ制御を行うための指示を受け付けた場合に、ＰＷＭ制御部６３３側に切り替える。
【００８３】
第２のロジック制御部６３２は、３レベルコンバータ出力電圧指令値に従って、電圧の閾値±Ｖｔｈｒ１を超えたか否かに基づいて、単相３レベルコンバータ５０に含まれるスイッチングデバイス５ａ〜５ｆを制御する。具体的には一部期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７）を除いて、第１のロジック制御部６３１と同様の制御を行うことになる。
【００８４】
ＰＷＭ制御部６３３は、３レベルコンバータ出力電圧指令値に従って、単相３レベルコンバータ５０が有する、スイッチングデバイス５ａ〜５ｆのオン／オフを制御する。
【００８５】
本実施形態の制御部１５０では、上述した構成を備えることで、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイスの温度上昇が大きい場合は、動作モードをモード２に切り替えることで、単相３レベルコンバータ５０の損失の増加と引き換えに、単相２レベルコンバータ４０の損失を低減し、温度上昇を抑制できる。
【００８６】
次に、本実施形態の制御部１５０における、切り替え処理について説明する。図８は、本実施形態の制御部１５０における上述した処理の手順を示すフローチャートである。
【００８７】
まず、温度判定部６０３が、温度センサ４０ａ〜４０ｄで検出された、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度情報に基づいて、モード１で制御するか否かを判定する（ステップＳ８０１）。モード１で制御すると判定した場合（ステップＳ８０１：Ｙｅｓ）、温度判定部６０３が、第１のスイッチ６５１を、モード１用指令値生成部６１１側に切り替える（ステップＳ８０２）。また、温度判定部６０３が、第２のスイッチ６５２を、第１のＰＷＭ制御部６２１側に切り替える（ステップＳ８０３）。また、温度判定部６０３が、第３のスイッチ６５３を、第１のロジック制御部６３１側に切り替える（ステップＳ８０４）。
【００８８】
一方、温度判定部６０３が、モード１で制御しない、換言すればモード２で制御すると判定した場合（ステップＳ８０１：Ｎｏ）、温度判定部６０３が、第１のスイッチ６５１を、モード２用指令値生成部６１２側に切り替える（ステップＳ８０５）。また、温度判定部６０３が、第２のスイッチ６５２を、第４のスイッチ６５４側に切り替える（ステップＳ８０６）。また、温度判定部６０３が、第３のスイッチ６５３を、第５のスイッチ６５５側に切り替える（ステップＳ８０７）。
【００８９】
次に、電圧値判定部６０７が、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２か否かを判定する（ステップＳ８０８）。
【００９０】
電圧値判定部６０７が、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２ではない、換言すれば−Ｖｔｈｒ２≦Ｖｒｅｆ≦Ｖｔｈｒ２と判定した場合（ステップＳ８０８：Ｎｏ）、第４のスイッチ６５４を第２のＰＷＭ制御部６２２側に切り替える（ステップＳ８０９）。また、電圧値判定部６０７は、第５のスイッチ６５５を第２のロジック制御部６３２側に切り替える（ステップＳ８１０）。
【００９１】
一方、電圧値判定部６０７が、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２であると判定した場合（ステップＳ８０８：Ｙｅｓ）、第４のスイッチ６５４を第６のスイッチ６５６側に切り替える（ステップＳ８１１）。また、電圧値判定部６０７は、第５のスイッチ６５５をＰＷＭ制御部６３３側に切り替える（ステップＳ８１２）。
【００９２】
次に、正負判定部６０８が、出力電圧指令値が正か否かを判定する（ステップＳ８１３）。そして、正負判定部６０８が、出力電圧指令値が正であると判定した場合（ステップＳ８１３：Ｙｅｓ）、第６のスイッチ６５６を正用ロジック制御部６２３側に切り替える（ステップＳ８１４）。また、正負判定部６０８が、出力電圧指令値が正ではない、負であると判定した場合（ステップＳ８１３：Ｎｏ）、第６のスイッチ６５６を負用ロジック制御部６２４側に切り替える（ステップＳ８１５）。
【００９３】
上述した処理手順により、出力電圧指令値及び単相２レベルコンバータ４０の温度状況に応じたマルチレベルコンバータ１の制御を実現できる。
【００９４】
（第１の実施形態の変形例）
上述した実施形態では、温度センサ４０ａ〜４０ｄで検出された、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度が予め設定された温度以上であるか否かに基づいて、動作モードを切り替える例について説明した。しかしながら、上述した実施形態は、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度が予め設定された温度以上であるか否かで切り替える例に制限するものではない。そこで、第１の実施形態の変形例では、他の態様で切り替える例について説明する。本変形例では、単相３レベルコンバータ５０のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆの各々にも温度センサが設けられている例とする。
【００９５】
そして、本変形例の温度判定部６０３は、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度と、単相３レベルコンバータ５０のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆの温度と、の間の相対的な温度の違いに基づいて、動作モードを切り替える。なお、相対的な温度の違いは、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの定格温度、単相３レベルコンバータ５０のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆの定格温度等を考慮して定めるものとして説明を省略する。
【００９６】
（第２の実施形態）
上述した実施形態及び変形例では、スイッチングデバイスの温度に基づいて、動作モードを切り替える例について説明した。しかしながら、動作モードの切り替えを、スイッチングデバイスの温度に基づくものに制限するものではない。
【００９７】
そこで第２の実施形態では、電流指令値に基づく例について説明する。図９は、本実施形態の制御部９００の構成例を示した図である。図９に示される制御部９００は、第１の実施形態の制御部１５０と比べて、温度判定部６０３を電流判定部９０１に置き換えた例とする。
【００９８】
電流判定部９０１は、演算部６０９から入力された電流指令値に基づいて、動作モードを切り替えるか否か判定する。
【００９９】
上述したスイッチングデバイス４ａ〜４ｄ、スイッチングデバイス５ａ〜５ｆにおいては、流れた電流量からどの程度の温度なのか、ある程度推測できる。そこで、本実施形態の電流判定部９０１は、演算部６０９から入力された電流指令値を積分した値に基づいて、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄ等の温度を推測し、動作モードを切り替えるか否かを判定する。なお、電流に基づいて上昇する温度はスイッチングデバイス毎に異なるため、実際の値等については説明を省略する。
【０１００】
第１の実施形態では動作モードを切り替える条件として、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度、本実施形態では動作モードを切り替える条件として電流指令値を用いた。しかしながら、動作モードを切り替える条件をこれらに制限するものではなく、単相２レベルコンバータ４０と単相３レベルコンバータ５０との間で損失を分担可能な条件であれば良い。
【０１０１】
本実施形態では、温度センサからのフィードバックが不要になるため、温度センサの設置負担及び設置コストを低減できる。
【０１０２】
上述した実施形態においては、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄ、スイッチングデバイス５ａ〜５ｆの間で、スイッチング損失を分担できる。さらに、単相２レベルコンバータ４０の温度が上昇していると推測される場合に、動作モードをモード２に切り替えて、スイッチングデバイス５ａ〜５ｆでＰＷＭ制御を行うこととした。つまり、通常は、スイッチング損失が低いスイッチングデバイス４ａ〜４ｄでＰＷＭ制御を行い、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄの温度が高い場合に限り、スイッチングデバイス５ａ〜５ｆでＰＷＭ制御を行うこととした。これにより、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄ、スイッチングデバイス５ａ〜５ｆの間の損失分担と、スイッチング損失の上昇の抑止と、を両立することができる。
【０１０３】
また、上述した実施形態では、出力電圧指令値がピーク値近傍の場合（例えば、出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＞Ｖｔｈｒ２、又は出力電圧指令値Ｖｒｅｆ＜−Ｖｔｈｒ２の場合）に、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄはスイッチングせず、コンデンサ１４にも電流が流れない。このため、スイッチング損失低減以外に、スイッチングデバイス４ａ〜４ｄに印加されるサージ電圧の低減、コンデンサ１４の電流低減によるコンデンサ発熱の低減も可能となる。
【０１０４】
また、上述した実施形態では、正用ロジック制御部６２３でスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とする制御、負用ロジック制御部６２４でスイッチングデバイス４ｂ、４ｄをオン状態とする制御としたが、正用ロジック制御部６２３でスイッチングデバイス４ｂ、４ｄをオン状態とする制御、負用ロジック制御部６２４でスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とする制御としても電流経路が異なるだけでありいずれでも良い。更に、出力電圧指令値が正負反転する毎にスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とする制御とスイッチングデバイス４ｂ、４ｄをオン状態とする制御とを切り替えたが、単相２レベルコンバータ４０がＰＷＭ制御を行わないときにおいて、いずれか一方の状態、例えばスイッチングデバイス４ａ、４ｃをオン状態とする制御を所定の間継続しても良い。
また、上述した実施形態では、単相３レベルコンバータ５０のパルス幅変調制御を行う期間が、ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７の間の場合について説明したが、どの期間で行っても良い。
【０１０５】
（変形例）
上述した実施形態及び変形例では、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄの状況に応じて、動作モードを切り替える、換言すれば基本周期の一部期間で行われるＰＷＭ制御を単相２レベルコンバータ４０と、単相３レベルコンバータ５０と、の間で切り替える例について説明した。しかしながら、このような切り替えに制限するものではない。そこで、変形例としては、基本周期の一部期間において、単相３レベルコンバータ５０でＰＷＭ制御を行い、それ以外の期間において、単相２レベルコンバータ４０でＰＷＭ制御を行っても良い。これにより、上述した実施形態と同様に、スイッチング損失を分担できるので、単相２レベルコンバータ４０の温度上昇を抑止できる。
【０１０６】
上述した実施形態においては、単相２レベルコンバータ４０のスイッチングデバイス４ａ〜４ｄと、単相３レベルコンバータ５０のスイッチングデバイス５ａ〜５ｆとの間で損失を分担することで、素子温度の均等化を図ることができる。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…マルチレベルコンバータ、４ａ〜４ｄ…スイッチングデバイス、５ａ〜５ｆ…スイッチングデバイス、１４…コンデンサ、１５ａ、１５ｂ…コンデンサ、４０…単相２レベルコンバータ、４０ａ〜４０ｄ…温度センサ、５０…単相３レベルコンバータ、１５０、９００…制御部、６０１…コンデンサ電圧制御部、６０２…電流制御部、６０３…温度判定部、６０４…電圧指令値生成部、６０５…２レベル用制御部、６０６…３レベル用制御部、６０７…電圧値判定部、６０８…正負判定部、６０９…演算部、６１１…モード１用指令値生成部、６１２…モード２用指令値生成部、６２１…第１のＰＷＭ制御部、６２２…第２のＰＷＭ制御部、６２３…正用ロジック制御部、６２４…負用ロジック制御部、６３１…第１のロジック制御部、６３２…第２のロジック制御部、６３３…ＰＷＭ制御部、６５１…第１のスイッチ、６５２…第２のスイッチ、６５３…第３のスイッチ、６５４…第４のスイッチ、６５５…第５のスイッチ、６５６…第６のスイッチ、９０１…電流判定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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