特開 2024-32386 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024032386

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240305BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022136005

(22)【出願日】2022-08-29

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 拓実

(72)【発明者】

【氏名】松岡 祐司

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA17

5H770DA01

5H770DA41

5H770HA02Y

5H770HA03Y

5H770HA06X

(57)【要約】

【課題】より簡単な構成で、複数のスイッチング素子のサイクル寿命を延長できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】複数の交流出力点と、前記複数の交流出力点のそれぞれに対応して設けられた複数の相回路と、前記複数の相回路のそれぞれに設けられた複数のスイッチング素子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、直流電力から交流電力への変換を行う変換器と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対して制御信号を送信し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、前記変換器による電力の変換を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを所定のタイミングで行うことにより、前記複数の相回路の出力を前記所定のタイミングで入れ替える電力変換装置が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の交流出力点と、前記複数の交流出力点のそれぞれに対応して設けられた複数の相回路と、前記複数の相回路のそれぞれに設けられた複数のスイッチング素子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、直流電力から交流電力への変換を行う変換器と、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対して制御信号を送信し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、前記変換器による電力の変換を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを所定のタイミングで行うことにより、前記複数の相回路の出力を前記所定のタイミングで入れ替える電力変換装置。

【請求項2】

前記変換器は、２つの前記相回路を有し、直流電力を単相交流電力に変換し、
前記制御部は、一方の前記相回路に設けられた前記スイッチング素子に対する前記制御信号を、他方の前記相回路に設けられた前記スイッチング素子に対する前記制御信号と、前記所定のタイミングで入れ替えることにより、一方の前記相回路の出力と他方の前記相回路の出力とを前記所定のタイミングで入れ替える請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記変換器は、３つの前記相回路を有し、直流電力を三相交流電力に変換し、
前記制御部は、３つの前記相回路のそれぞれの出力を入れ替えるように、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを行う請求項１記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記変換器の起動毎に、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを行う請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記変換器は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれの温度を表す温度情報を取得する複数の温度センサをさらに有し、
前記制御部は、前記複数の温度センサのそれぞれから取得した前記温度情報を基に、前記複数のスイッチング素子の温度が所定の条件を満たした際に、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを行う請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記変換器の出力電圧に対する前記変換器の出力電流の位相を表す位相情報を取得し、取得した前記位相情報を基に、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを行う請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のスイッチングにより、直流電力を交流電力に変換し、変換後の交流電力を負荷に供給する電力変換装置がある。こうした電力変換装置では、負荷が容量性か誘導性かによって、各相のスイッチング素子のスイッチングロスが異なる状態となる場合がある。この場合、素子損失の厳しい条件側のスイッチング素子によって、各スイッチング素子のサイクル寿命が決まる。このため、サイクル寿命の見込みが短くなってしまう可能性がある。

【0003】

各スイッチング素子のサイクル寿命に対する対策の１つとして、各スイッチング素子の冷却器の性能を向上させ、各スイッチング素子の最大のジャンクション温度や、各スイッチング素子のスイッチングにともなうジャンクション温度の温度差を減少させることにより、サイクル寿命を延ばせるようにすることが知られている。

【0004】

しかしながら、このような対策では、冷却器の性能の向上にともなう装置の大型化や装置のコスト増などが懸念される。このため、電力変換装置では、より簡単な構成で、複数のスイッチング素子のサイクル寿命を延長できるようにすることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１４４３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施形態は、より簡単な構成で、複数のスイッチング素子のサイクル寿命を延長できる電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態によれば、複数の交流出力点と、前記複数の交流出力点のそれぞれに対応して設けられた複数の相回路と、前記複数の相回路のそれぞれに設けられた複数のスイッチング素子と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、直流電力から交流電力への変換を行う変換器と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対して制御信号を送信し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、前記変換器による電力の変換を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のスイッチング素子に対する前記制御信号の入れ替えを所定のタイミングで行うことにより、前記複数の相回路の出力を前記所定のタイミングで入れ替える電力変換装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

より簡単な構成で、複数のスイッチング素子のサイクル寿命を延長できる電力変換装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図2】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。

【図3】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。

【図4】第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図5】第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図6】第４の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【0010】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、変換器１２と、制御部１４と、を備える。変換器１２は、複数の交流出力点１２ａ、１２ｂと、複数の交流出力点１２ａ、１２ｂのそれぞれに対応して設けられた複数の相回路２１、２２と、複数の相回路２１、２２のそれぞれに設けられた複数のスイッチング素子３１～３４と、を有する。

【0012】

変換器１２は、複数のスイッチング素子３１～３４のスイッチングにより、直流電力から交流電力への変換を行う。変換器１２は、例えば、直流電源と交流の負荷２とに接続される。変換器１２は、直流電源から供給された直流電力を負荷２に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を負荷２に供給する。

【0013】

直流電源は、例えば、電力系統から供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路である。但し、直流電源は、これに限ることなく、例えば、蓄電池など、変換器１２に対して直流電力を供給可能な任意の電源でよい。負荷２は、例えば、交流モータである。但し、負荷２は、これに限ることなく、変換器１２から交流電力の供給を受けることが可能な任意の負荷でよい。

【0014】

なお、変換器１２は、例えば、負荷２側の交流電力を直流電力に変換して直流電源側に出力する機能をさらに有してもよい。但し、変換器１２は、直流電力から交流電力に変換する機能を少なくとも有していればよい。

【0015】

この例において、変換器１２は、２つの交流出力点１２ａ、１２ｂと、２つの相回路２１、２２と、４つのスイッチング素子３１～３４と、を有する。変換器１２では、直列に接続された２つのスイッチング素子３１、３２によって一方の相回路２１が構成され、直列に接続された２つのスイッチング素子３３、３４によって他方の相回路２２が構成される。他方の相回路２２は、一方の相回路２１と並列に接続される。換言すれば、スイッチング素子３３、３４は、スイッチング素子３１、３２と並列に接続される。そして、変換器１２では、スイッチング素子３１、３２の接続点が一方の交流出力点１２ａとなり、スイッチング素子３３、３４の接続点が他方の交流出力点１２ｂとなる。

【0016】

変換器１２は、いわゆる単相フルブリッジ回路である。変換器１２は、直流電力を単相交流電力に変換する。負荷２は、例えば、単相交流電力の負荷である。相回路２１、２２は、換言すれば、フルブリッジ回路のレグである。変換器１２では、相回路２１、２２の両端が直流接続点となり、相回路２１、２２の両端を介して直流電源と接続される。相回路２１、２２の両端は、換言すれば、直列に接続されたスイッチング素子３１、３２の両端、及び直列に接続されたスイッチング素子３３、３４の両端である。

【0017】

複数のスイッチング素子３１～３４は、一対の主端子と、制御端子と、を有する。また、複数のスイッチング素子３１～３４は、一対の主端子間に電流を流すオン状態と、一対の主端子間に流れる電流を遮断するオフ状態と、を有する。複数のスイッチング素子３１～３４は、制御端子に入力される信号（電圧）に応じて、オン状態とオフ状態とを切り替える。複数のスイッチング素子３１～３４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの自励式のスイッチング素子である。なお、オフ状態は、一対の主端子間に全く電流が流れない状態に限ることなく、変換器１２の動作に影響の無い範囲の微弱な電流が主端子間に流れる状態でもよい。

【0018】

変換器１２は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれに逆並列に接続された整流素子４１～４４と、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれに対して並列に接続された電荷蓄積素子５０と、をさらに有する。但し、整流素子４１～４４及び電荷蓄積素子５０は、必要に応じて設けられ、省略可能である。

【0019】

制御部１４は、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれに対して制御信号を送信し、複数のスイッチング素子３１～３４のスイッチングを制御することにより、変換器１２による電力の変換を制御する。制御部１４は、換言すれば、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれの制御端子に対して制御信号を送信し、複数のスイッチング素子３１～３４のオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、電力の変換を制御する。複数のスイッチング素子３１～３４の制御端子は、例えば、ゲートである。制御信号は、例えば、ゲート信号などと呼ばれる場合もある。

【0020】

図２（ａ）及び図２（ｂ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、負荷２が容量性の負荷である場合の電力変換装置１０の動作の一例を模式的に表す。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、負荷２が誘導性の負荷である場合の電力変換装置１０の動作の一例を模式的に表す。また、図２（ａ）及び図３（ａ）は、変換器１２の出力電圧及び負荷２に流れる負荷電流の一例を模式的に表す。図２（ｂ）及び図３（ｂ）は、スイッチング素子３１に流れる電流及びスイッチング素子３３に流れる電流の一例を模式的に表す。

【0021】

図２（ａ）及び図２（ｂ）に表したように、負荷２が容量性の負荷である場合には、変換器１２の出力電圧に対して負荷２に流れる負荷電流の位相が進む。一方、図３（ａ）及び図３（ｂ）に表したように、負荷２が誘導性の負荷である場合には、変換器１２の出力電圧に対して負荷２に流れる負荷電流の位相が遅れる。このため、負荷２によって厳しい条件となる相回路が異なる。

【0022】

例えば、図２（ｂ）に表した例では、スイッチング素子３１のオフ状態からオン状態への切り替え時（ターンオン時）の遮断電流が、スイッチング素子３３のオン状態からオフ状態への切り替え時（ターンオフ時）の遮断電流よりも大きい。このため、図２（ｂ）に表した例では、スイッチング素子３１における損失が、スイッチング素子３３における損失よりも大きくなり、スイッチング素子３１のサイクル寿命が、スイッチング素子３３のサイクル寿命よりも先に訪れると考えられる。換言すれば、図２（ｂ）に表した例では、スイッチング素子３１が、スイッチング素子３３よりも先に故障してしまうと考えられる。

【0023】

一方、図３（ｂ）に表した例では、スイッチング素子３３のオン状態からオフ状態への切り替え時の遮断電流が、スイッチング素子３１のオン状態からオフ状態への切り替え時の遮断電流よりも大きい。このため、図３（ｂ）に表した例では、スイッチング素子３３における損失が、スイッチング素子３１における損失よりも大きくなり、スイッチング素子３３のサイクル寿命が、スイッチング素子３１のサイクル寿命よりも先に訪れると考えられる。

【0024】

このように、図２（ａ）及び図２（ｂ）に表した例では、相回路２１側の条件が、相回路２２側の条件よりも厳しく、図３（ａ）及び図３（ｂ）に表した例では、相回路２２側の条件が、相回路２１側の条件よりも厳しい。

【0025】

このように、複数の相回路２１、２２に設けられた複数のスイッチング素子３１～３４の損失（スイッチングロス）に偏りがある場合には、素子損失の厳しい条件側のスイッチング素子によって、複数のスイッチング素子３１～３４のサイクル寿命が決まってしまう。結果として、複数のスイッチング素子３１～３４の全体におけるサイクル寿命の見込みが短くなってしまう可能性がある。

【0026】

このため、制御部１４は、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを所定のタイミングで行うことにより、複数の相回路２１、２２の出力を所定のタイミングで入れ替える。

【0027】

この例において、制御部１４は、一方の相回路２１に設けられたスイッチング素子３１、３２に対する制御信号を、他方の相回路２２に設けられたスイッチング素子３３、３４に対する制御信号と、所定のタイミングで入れ替えることにより、一方の相回路２１の出力と他方の相回路２２の出力とを所定のタイミングで入れ替える。より詳しくは、制御部１４は、スイッチング素子３１に対する制御信号をスイッチング素子３３に対する制御信号と入れ替え、スイッチング素子３２に対する制御信号をスイッチング素子３４に対する制御信号と入れ替える。

【0028】

制御部１４は、例えば、変換器１２の起動毎に、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを行う。所定のタイミングは、例えば、変換器１２を起動するタイミングである。より具体的には、制御部１４は、変換器１２に電力の変換の動作を行わせている状態から変換器１２の動作を停止させた後、再び変換器１２に電力の変換の動作を行わせる際に、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを行う。

【0029】

これにより、負荷２が容量性か誘導性か分からない場合でも、長期間で見た時の複数の相回路２１、２２の条件を同程度とすることができる。複数の相回路２１、２２に設けられた複数のスイッチング素子３１～３４の損失（スイッチングロス）に偏りがある場合にも、複数の相回路２１、２２に対する制御信号を入れ替えることで、複数のスイッチング素子３１～３４の損失を平準化することができる。従って、複数のスイッチング素子３１～３４の全体におけるサイクル寿命の見込みを延長することができる。

【0030】

なお、変換器１２の構成において、一方の相回路２１に設けられたスイッチング素子３１、３２に対する制御信号を、他方の相回路２２に設けられたスイッチング素子３３、３４に対する制御信号と入れ替えると、負荷２に出力される電圧及び電流の極性が入れ替わる。換言すれば、制御信号を入れ替えると、負荷２に出力される電圧及び電流の位相が１８０°変化する。このため、負荷２には、制御信号の入れ替えにともなう極性の変化に対して影響の無いものとする必要がある。負荷２には、例えば、極性が入れ替わったとしても動作に影響の無い交流モータなどが用いられる。

【0031】

以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御部１４が、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを所定のタイミングで行うことにより、複数の相回路２１、２２の出力を所定のタイミングで入れ替える。

【0032】

これにより、例えば、各スイッチング素子３１～３４の冷却器の性能の向上にともなう装置の大型化や装置のコスト増などを抑制しつつ、各スイッチング素子３１～３４のサイクル寿命を延長することができる。従って、電力変換装置１０では、より簡単な構成で、複数のスイッチング素子３１～３４のサイクル寿命を延長することができる。

【0033】

また、電力変換装置１０では、制御部１４が、変換器１２の起動毎に制御信号の入れ替えを行う。この場合には、例えば、センサなどの追加の必要がなく、より簡単な構成で、複数のスイッチング素子３１～３４のサイクル寿命を延長することができる。例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のサイクル寿命の延長を図る際にも、部品点数の増加や、それにともなう製造コストの増加などを抑制することができる。

【0034】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、本実施形態に係る電力変換装置１０ａでは、変換器１２が、複数の温度センサ６１～６４をさらに有する。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0035】

複数の温度センサ６１～６４は、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれの温度を表す温度情報を取得する。複数の温度センサ６１～６４は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４に設けられ、複数のスイッチング素子３１～３４の温度を直接的に検出することにより、温度情報を取得する。複数の温度センサ６１～６４は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４の冷却を行う複数のヒートシンク（フィン）のそれぞれに設けられ、複数のヒートシンクの温度を検出することにより、複数のスイッチング素子３１～３４の温度を間接的に表す温度情報を取得してもよい。

【0036】

温度情報は、複数のスイッチング素子３１～３４の温度を直接的に表すものでもよいし、複数のスイッチング素子３１～３４の温度を間接的に表すものでもよい。温度情報は、複数のスイッチング素子３１～３４の温度を表すことが可能な任意の情報でよい。複数の温度センサ６１～６４の構成は、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれの温度を表す温度情報を取得可能な任意の構成でよい。

【0037】

制御部１４は、複数の温度センサ６１～６４のそれぞれから温度情報を取得する。制御部１４は、例えば、複数の温度センサ６１～６４のそれぞれと接続されることにより、複数の温度センサ６１～６４のそれぞれから温度情報を取得する。但し、制御部１４は、必ずしも複数の温度センサ６１～６４と接続されていなくてもよい。制御部１４は、例えば、無線通信を介して複数の温度センサ６１～６４から温度情報を取得してもよい。例えば、複数の温度センサ６１～６４の温度情報を上位のコントローラなどの外部機器に送信し、制御部１４は、外部機器から温度情報を取得してもよい。このように、制御部１４は、複数の温度センサ６１～６４の温度情報を外部機器などを介して取得してもよい。制御部１４による温度情報の取得方法は、温度情報を適切に取得可能な任意の方法でよい。

【0038】

電力変換装置１０ａにおいて、制御部１４は、複数の温度センサ６１～６４のそれぞれから取得した温度情報を基に、複数のスイッチング素子３１～３４の温度が所定の条件を満たした際に、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを行う。

【0039】

制御部１４は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかの温度が所定の温度以上となった際に、制御信号の入れ替えを行う。換言すれば、所定の条件は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかの温度が所定の温度以上となることである。

【0040】

複数のスイッチング素子３１～３４の温度は、スイッチング素子３１～３４の損失の増加に応じて高くなる。従って、上記のように、温度情報を基に、複数のスイッチング素子３１～３４の温度が所定の条件を満たしたことに応じて制御信号の入れ替えを行うことにより、複数のスイッチング素子３１～３４で発生した損失の具合を考慮し、複数のスイッチング素子３１～３４の損失をより平準化することができる。換言すれば、複数のスイッチング素子３１～３４の劣化具合をより平準化することができる。これにより、複数のスイッチング素子３１～３４の全体におけるサイクル寿命の見込みをより適切に延長することができる。

【0041】

なお、所定の条件は、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかの温度が所定の温度以上となることに限定されるものではない。所定の条件は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかにおいて、所定の温度以上となった時間の積算時間が所定時間以上となることなどでもよい。所定の条件は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかにおいて、ターンオンに応じて所定の温度以上となった回数が所定回数以上となることなどでもよい。所定の条件は、複数のスイッチング素子３１～３４の損失を平準化し易くすることができる任意の条件でよい。

【0042】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図５に表したように、本実施形態に係る電力変換装置１０ｂは、変換器１２の出力電圧を検出する電圧検出器７０と、変換器１２の出力電流を検出する電流検出器７２と、をさらに備える。

【0043】

電圧検出器７０は、変換器１２の出力電圧を検出し、検出結果を制御部１４に入力する。電流検出器７２は、変換器１２の出力電流を検出し、検出結果を制御部１４に入力する。電圧検出器７０の検出結果及び電流検出器７２の検出結果は、制御部１４に直接的に入力してもよいし、外部機器などを介して間接的に制御部１４に入力してもよい。

【0044】

電力変換装置１０ｂにおいて、制御部１４は、電圧検出器７０の検出結果及び電流検出器７２の検出結果を基に、出力電圧に対する出力電流の位相を表す位相情報を取得する。制御部１４は、例えば、各検出結果を基に、出力電圧と出力電流の位相差を演算することにより、位相情報を取得する。位相情報は、換言すれば、負荷２が容量性か誘導性かを表す情報である。

【0045】

なお、位相情報の取得の方法は、上記に限るものではない。例えば、電圧検出器７０の検出結果及び電流検出器７２の検出結果を外部機器に出力し、各検出結果を基に、外部機器で位相情報を演算した後、外部機器から制御部１４に位相情報を入力することにより、制御部１４が位相情報を取得するようにしてもよい。制御部１４における位相情報の取得の方法は、位相情報を適切に取得可能な任意の方法でよい。

【0046】

電力変換装置１０ｂにおいて、制御部１４は、取得した位相情報を基に、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを行う。制御部１４は、例えば、位相情報を基に、複数のスイッチング素子３１～３４の損失を推定する。例えば、図２（ａ）及び図３（ａ）に表したように、出力電圧及び出力電流を基に、複数のスイッチング素子３１～３４の損失（遮断電流の大きさ）を推定することができる。制御部１４は、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかの損失の積算値が所定値以上となった際に、制御信号の入れ替えを行う。制御部１４は、例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかの遮断電流の大きさの積算値が所定値以上となった際に、制御信号の入れ替えを行う。

【0047】

このように、制御部１４は、位相情報を基に、複数のスイッチング素子３１～３４に対する制御信号の入れ替えを行ってもよい。この場合にも、複数のスイッチング素子３１～３４で発生した損失の具合を考慮し、複数のスイッチング素子３１～３４の損失をより平準化することができる。換言すれば、複数のスイッチング素子３１～３４の劣化具合をより平準化することができる。これにより、複数のスイッチング素子３１～３４の全体におけるサイクル寿命の見込みをより適切に延長することができる。

【0048】

なお、制御部１４による制御信号の入れ替えのタイミングは、上記に限定されるものではない。例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれに流れる電流を検出し、各電流の検出結果を基に、制御信号の入れ替えのタイミングを決定してもよい。例えば、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれに流れる電流の検出結果を基に、複数のスイッチング素子３１～３４のそれぞれの遮断電流の大きさを検出し、複数のスイッチング素子３１～３４のいずれかの遮断電流の大きさの積算値が所定値以上となった際に、制御信号の入れ替えを行ってもよい。制御部１４による制御信号の入れ替えのタイミングは、複数のスイッチング素子３１～３４の損失（劣化具合）を平準化することが可能な任意のタイミングでよい。

【0049】

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、本実施形態に係る電力変換装置１０ｃでは、変換器１２が、３つの交流出力点１２ａ～１２ｃと、３つの相回路２１～２３と、６つのスイッチング素子３１～３６と、６つのスイッチング素子３１～３６のそれぞれに逆並列に接続された整流素子４１～４６と、を有する。

【0050】

電力変換装置１０ｃの変換器１２では、直列に接続された２つのスイッチング素子３１、３２によって相回路２１（第１相回路）が構成され、直列に接続された２つのスイッチング素子３３、３４によって相回路２２（第２相回路）が構成され、直列に接続された２つのスイッチング素子３５、３６によって相回路２３（第３相回路）が構成される。各相回路２１～２３は、それぞれ並列に接続される。換言すれば、スイッチング素子３３、３４は、スイッチング素子３１、３２と並列に接続され、スイッチング素子３５、３６は、スイッチング素子３１、３２及びスイッチング素子３３、３４と並列に接続される。そして、この例では、スイッチング素子３１、３２の接続点が交流出力点１２ａとなり、スイッチング素子３３、３４の接続点が交流出力点１２ｂとなり、スイッチング素子３５、３６の接続点が交流出力点１２ｃとなる。

【0051】

電力変換装置１０ｃにおいて、変換器１２は、いわゆる三相フルブリッジ回路である。この例において、変換器１２は、直流電力を三相交流電力に変換する。負荷２は、例えば、三相交流電力の負荷である。

【0052】

制御部１４は、複数のスイッチング素子３１～３６に対する制御信号の入れ替えを所定のタイミングで行うことにより、複数の相回路２１～２３の出力を所定のタイミングで入れ替える。

【0053】

この例において、制御部１４は、例えば、相回路２１に設けられたスイッチング素子３１、３２に対する制御信号を、相回路２２に設けられたスイッチング素子３３、３４に対する制御信号とし、相回路２２に設けられたスイッチング素子３３、３４に対する制御信号を、相回路２３に設けられたスイッチング素子３５、３６に対する制御信号とし、相回路２３に設けられたスイッチング素子３５、３６に対する制御信号を、相回路２１に設けられたスイッチング素子３１、３２に対する制御信号とする。このように、制御部１４は、三相の相回路２１～２３（３つの相回路）のそれぞれの出力を入れ替えるように、複数のスイッチング素子３１～３６に対する制御信号の入れ替えを行う。

【0054】

変換器１２の出力が、三相交流電力である場合には、上記のように、三相の相回路２１～２３のそれぞれの出力を入れ替える。これにより、三相交流電力の負荷２に対して適切に三相交流電力を供給しつつ、複数のスイッチング素子３１～３６の損失を平準化し、複数のスイッチング素子３１～３６のサイクル寿命の見込みを延長することができる。

【0055】

このように、三相フルブリッジ回路の変換器１２においても、単相フルブリッジ回路の場合と同様に、各スイッチング素子３１～３６の冷却器の性能の向上にともなう装置の大型化や装置のコスト増などを抑制しつつ、各スイッチング素子３１～３６のサイクル寿命を延長することができる。従って、電力変換装置１０ｃでは、より簡単な構成で、複数のスイッチング素子３１～３６のサイクル寿命を延長することができる。

【0056】

変換器１２は、単相フルブリッジ回路や三相フルブリッジ回路に限定されるものではない。変換器１２は、例えば、３レベルインバータなどのマルチレベルインバータなどでもよい。変換器１２の構成は、複数のスイッチング素子のスイッチングによって電力の変換を行うとともに、制御信号の入れ替えによって複数の相回路の出力を入れ替えることが可能な任意の構成でよい。

【0057】

なお、三相フルブリッジ回路の変換器１２において、制御信号の入れ替えを行うタイミングは、単相フルブリッジ回路の変換器１２の場合と同様でよい。三相フルブリッジ回路の変換器１２においても、制御信号の入れ替えは、変換器１２の起動毎のタイミングで行ってもよいし、複数のスイッチング素子３１～３６の温度が所定の条件を満たしたタイミングで行ってもよいし、位相情報に基づくタイミングで行ってもよい。制御信号の入れ替えを行うタイミングは、三相フルブリッジ回路の変換器１２においても、任意のタイミングでよい。

【0058】

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】

【0059】

２…負荷、 １０、１０ａ～１０ｃ…電力変換装置、 １２…変換器、 １２ａ～１２ｃ…交流出力点、 １４…制御部、 ２１～２３…相回路、 ３１～３６…スイッチング素子、 ４１～４６…整流素子、 ５０…電荷蓄積素子、 ６１～６４…温度センサ、 ７０…電圧検出器、 ７２…電流検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】