特許 7230633 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-20

(45)【発行日】2023-03-01

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20230221BHJP

   H02M 7/797 20060101ALI20230221BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20230221BHJP

【ＦＩ】

H02M7/49

H02M7/797

H02M7/12 V

H02M7/12 X

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019060479

(22)【出願日】2019-03-27

(65)【公開番号】P2020162331

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-01-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】菅野 純弥

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 聡

【審査官】麻生 哲朗

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／２０３５１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８９０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－００７９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４９

Ｈ０２Ｍ ７／７９７

Ｈ０２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相交流の各相に対応する電線にそれぞれ接続可能にされ、互いにスター結線またはデルタ結線された複数の変換部と、前記変換部を制御する制御部とを備え、
前記変換部は、
直列に接続された複数のブリッジセルを有し、
前記ブリッジセルは、
交流電圧を入出力するための第１入出力端子および第２入出力端子と、
コンデンサと、
前記制御部からの制御信号に応じて、前記第１入出力端子および前記第２入出力端子と前記コンデンサとの間の接続を切り替えるインバータ回路と、
前記コンデンサの一端に接続された第１出力端子と、
前記コンデンサの他端に接続された第２出力端子と、を含み、
前記複数のブリッジセルのうちの一つのブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子の間に、前記一つのブリッジセルと異なる他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子の間の電圧に基づいて生成した直流電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータを更に有する
電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置は、
各前記変換部における各前記ブリッジセルの前記コンデンサは、互いに異なる静電容量を有している
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記インバータ回路は、
第１主電極、第２主電極、および制御電極をそれぞれ有する第１トランジスタ、第２トランジスタ、第３トランジスタ、および第４トランジスタと、を含み、
前記第１トランジスタの第１主電極と前記第３トランジスタの第２主電極とが前記第１入出力端子に接続され、
前記第１トランジスタの第２主電極と前記第２トランジスタの第２主電極とが前記第１出力端子に接続され、
前記第２トランジスタの第１主電極と前記第４トランジスタの第２主電極とが前記第２入出力端子に接続され、
前記第３トランジスタの第１主電極と前記第４トランジスタの第１主電極とが前記第２出力端子に接続され、
前記第１乃至第４トランジスタの各制御電極には、前記制御信号が入力される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載の電力変換装置において、
前記インバータ回路は、
第１主電極、第２主電極、および制御電極をそれぞれ有する第１トランジスタおよび第２トランジスタを含み、
前記第１トランジスタの前記第１主電極と前記第２トランジスタの前記第２主電極とが前記第１入出力端子に接続され、
前記第１トランジスタの前記第２主電極が前記第１出力端子に接続され、
前記第２トランジスタの前記第１主電極が前記第２入出力端子と前記第２出力端子に接続され、
前記第１および第２トランジスタの前記制御電極には、前記制御信号がそれぞれ入力される
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項5】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
一端が前記他のブリッジセルの前記第１出力端子に接続された一次側コイルと、一端が前記一つのブリッジセルの前記第２ 出力端子と接続された二次側コイルとを有するトランスと、
前記他のブリッジセルの前記第２出力端子に接続された第１主電極と、前記一次側コイルの他端に接続された第２主電極と、前記制御部から信号が入力される制御電極とを有するスイッチングトランジスタと、
一端が前記二次側コイルの他端に接続され、他端が前記一つのブリッジセルの前記第１出力端子に接続され、前記一端から前記他端へ電流を流す整流素子と、
前記整流素子の他端と前記二次側コイルの一端との間に接続された出力コンデンサと、
を含む
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電力変換装置において、
前記他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記整流素子の他端の間、または前記他のブリッジセルの前記第２出力端子と前記二次側コイルの一端に接続された出力切替スイッチを更に有し、
前記制御部は、前記他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子との間の電圧が所定の範囲内にある場合に、前記出力切替スイッチをオンし、前記他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子との間の電圧が所定の範囲外にある場合に、前記出力切替スイッチをオフするとともに、前記スイッチングトランジスタの制御電極に信号を供給して、前記スイッチングトランジスタをスイッチングする
ことを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関し、例えば、高圧の交流電圧から種々の直流電圧を生成する電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、工場やビル等の需要家側において、電力系統から供給された交流電圧を直流電圧に変換して各種電気機器に供給する電力供給システムは、変圧器、ＡＣ／ＤＣコンバータ、およびＤＣ／ＤＣコンバータ等の種々の電力変換装置を用いて、送電線等から受電した高圧の交流電圧を降圧し、降圧した交流電圧から種々の直流電圧を生成している（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１６５７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述したように、従来の需要家側の電力供給システムは、変圧器やＡＣ／ＤＣコンバータ等の複数の電力変換装置を用いて高圧の交流電圧から種々の直流電圧を生成しているため、電力の変換効率が低いという課題がある。

【0005】

また、上記電力供給システムが産業用の太陽光発電設備等の発電容量が５０ｋＷ以上の発電設備を有する高圧連系用システムである場合、より多くの変圧器やＡＣ／ＤＣコンバータ等が必要になるため、システムがより大型になるという課題がある。

【0006】

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、小型且つ高効率な電力供給システムを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の代表的な実施の形態に係る、電力変換装置は、三相交流の各相に対応する電線にそれぞれ接続可能にされ、互いにスター結線またはデルタ結線された複数の変換部と、前記変換部を制御する制御部とを備え、前記変換部は、直列に接続された複数のブリッジセルを有し、前記ブリッジセルは、交流電圧を入出力するための第１入出力端子および第２入出力端子と、コンデンサと、前記制御部からの制御信号に応じて、前記第１入出力端子および前記第２入出力端子と前記コンデンサとの間の接続を切り替えるインバータ回路と、前記コンデンサの一端に接続された第１出力端子と、前記コンデンサの他端に接続された第２出力端子とを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る電力変換装置によれば、小型且つ高効率な電力供給システムを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。

【図2A】実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセルの動作を説明するための図である。

【図2B】実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセルの動作を説明するための図である。

【図2C】実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセルの動作を説明するための図である。

【図2D】実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセルの動作を説明するための図である。

【図3】実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセルの入出力端子間から出力される電圧のタイミングチャートである。

【図4】実施の形態１に係る電力変換装置の変換部によるマルチレベルの電圧の生成原理を説明するための図である。

【図5】実施の形態１に係る電力変換装置の変換部の等価回路を示す図である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図である。

【図7A】実施の形態２に係る電力変換装置におけるブリッジセルの動作を説明するための図である。

【図7B】実施の形態２に係る電力変換装置におけるブリッジセルの動作を説明するための図である。

【図8】実施の形態２に係る電力変換装置におけるブリッジセルの入出力端子間から出力される電圧を示すタイミングチャートである。

【図9】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図である。

【図10】本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。なお、以下の説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

【0011】

〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係る電力変換装置は、三相交流の各相（ａ～ｂ）に対応する電線（２０ａ～２０ｃ）にそれぞれ接続可能にされ、互いにスター結線またはデルタ結線された複数の変換部（１ａ～１ｃ）と、前記変換部を制御する制御部（２，２Ｃ）とを備え、前記変換部は、直列に接続された複数のブリッジセル（１０＿１～１０＿ｎ，１０Ａ＿１～１０Ａ＿ｎ，）を有し、前記ブリッジセルは、交流電圧を入出力するための第１入出力端子（Ｐ１）および第２入出力端子（Ｐ２）と、コンデンサ（Ｃ）と、前記制御部からの制御信号（Ｓａ～Ｓｃ）に応じて、前記第１入出力端子および前記第２入出力端子と前記コンデンサとの間の接続を切り替えるインバータ回路（１１）と、前記コンデンサの一端に接続された第１出力端子（Ｐ３）と、前記コンデンサの他端に接続された第２出力端子（Ｐ４）とを含むことを特徴とする。

【0012】

〔２〕上記電力変換装置において、各前記変換部における各前記ブリッジセルの前記コンデンサは、互いに異なる静電容量を有していてもよい。

【0013】

〔３〕上記電力変換装置において、前記インバータ回路は、第１主電極、第２主電極、および制御電極をそれぞれ有する第１トランジスタ（Ｔ１）、第２トランジスタ（Ｔ２）、第３トランジスタ（Ｔ３）、および第４トランジスタ（Ｔ４）とを含み、前記第１トランジスタの第１主電極と前記第３トランジスタの第２主電極とが前記第１入出力端子に接続され、前記第１トランジスタの第２主電極と前記第２トランジスタの第２主電極とが前記第１出力端子に接続され、前記第２トランジスタの第１主電極と前記第４トランジスタの第２主電極とが前記第２入出力端子に接続され、前記第３トランジスタの第１主電極と前記第４トランジスタの第１主電極とが前記第２出力端子に接続され、前記第１乃至第４トランジスタの各制御電極には、前記制御信号が入力されていてもよい。

【0014】

〔４〕上記電力変換装置において、前記インバータ回路は、第１主電極、第２主電極、および制御電極をそれぞれ有する第１トランジスタ（Ｔ１）および第２トランジスタ（Ｔ２）を含み、前記第１トランジスタの前記第１主電極と前記第２トランジスタの前記第２主電極とが前記第１入出力端子に接続され、前記第１トランジスタの前記第２主電極が前記第１出力端子に接続され、前記第２トランジスタの前記第１主電極が前記第２入出力端子と前記第２出力端子に接続され、前記第１および第２トランジスタの前記制御電極には、前記制御信号がそれぞれ入力されていてもよい。

【0015】

〔５〕上記電力変換装置において、前記複数のブリッジセルのうちの一つのブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子の間に、前記一つのブリッジセルと異なる他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子の間の電圧に基づいて生成した直流電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ（４）を更に有していてもよい。

【0016】

〔６〕上記電力変換装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、一端が前記他のブリッジセルの前記第１出力端子に接続された一次側コイル（Ｌ１）と、一端が前記一つのブリッジセルの前記第２出力端子と接続された二次側コイル（Ｌ２）とを有するトランス（ＴＲ）と、前記他のブリッジセルの前記第２出力端子に接続された第１主電極と、前記一次側コイルの他端に接続された第２主電極と、前記制御部から信号が入力される制御電極とを有するスイッチングトランジスタ（Ｔｓ）と、一端が前記二次側コイルの他端に接続され、他端が前記一つのブリッジセルの前記第１出力端子に接続され、前記一端から前記他端へ電流を流す整流素子（ＤＲ）と、前記整流素子の他端と前記二次側コイルの一端との間に接続された出力コンデンサ（Ｃｏｕｔ）とを含んでもよい。

【0017】

〔７〕上記電力変換装置において、前記他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記整流素子の他端の間、または前記他のブリッジセルの前記第２出力端子と前記二次側コイルの一端に接続された出力切替スイッチ（ＳＷ）を更に有し、前記制御部は、前記他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子との間の電圧が所定の範囲内にある場合に、前記出力切替スイッチをオンし、前記他のブリッジセルの前記第１出力端子と前記第２出力端子との間の電圧が所定の範囲外にある場合に、前記出力切替スイッチをオフするとともに、前記スイッチングトランジスタの制御電極に信号を供給して、前記スイッチングトランジスタをスイッチングしてもよい。

【0018】

２．実施の形態の具体例
以下、本発明の実施の形態の具体例について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

【0019】

図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。
図１に示す電力変換装置１００は、交流電圧から複数の直流電圧を生成する機器である。電力変換装置１００は、例えば６．６ｋＶ等の高圧の交流電圧から１２Ｖ、４８Ｖ等の低圧の直流電圧を生成する。

【0020】

電力変換装置１００は、交流電源５から出力された交流電力を電線２０ａ～２０ｃを介して入力する。交流電源５は、三相３線式で交流電力を供給する送電設備であり、例えば、変電所の変圧器や柱上変圧器等である。電線２０ａ～２０ｃは、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の交流電圧をそれぞれ伝送するための電線である。

【0021】

電力変換装置１００は、複数の変換部１ａ～１ｃを備えている。変換部１ａ～１ｃは、三相交流の各相に対応して設けられ、対応する一つの相の交流電圧を複数に分割する機能部である。

【0022】

各変換部１ａ～１ｃは、対応する電線２０ａ～２０ｃにそれぞれ接続可能にされ、互いにスター結線されている。具体的に、変換部１ａの一端は、ａ相の交流電圧が供給される電線２０ａに接続され、変換部１ｂの一端は、ｂ相の交流電圧が供給される電線２０ｂに接続され、変換部１ｃの一端は、ｃ相の交流電圧が供給される電線２０ｃに接続されている。各変換部１ａ～１ｃの他端は共通に接続されている。

【0023】

なお、以下の説明において各変換部１ａ～１ｃを区別しない場合には、単に、「変換部１」と表記する場合がある。

【0024】

図１に示すように、電力変換装置１００は、３つの変換部（クラスタ）１ａ～１ｃをスター形に結線した単一形マルチレベル変換回路、すなわち単一スターＭＭＣ（Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を構成している。

【0025】

電力変換装置１００は、電線２０ａ～２０ｃを伝搬する三相交流電力に対する無効電力補償回路として動作するとともに、後述する各変換部１ａ～１ｃのブリッジセル１０によって交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとしても機能する。

【0026】

一般に、従来の無効電力補償装置としての単一形マルチレベル変換回路は、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端から電圧を出力するように構成されていないが、本実施の形態に係る電力変換装置１００は、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端に出力端子Ｐ３，Ｐ４を設けることにより、コンデンサＣの直流電圧が出力可能に構成されている。

【0027】

また、従来の無効電力補償装置としての単一形マルチレベル変換回路は、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの静電容量が全て同一の値に設定されているが、本実施の形態に係る電力変換装置１００は、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの容量を互いに相違させることにより、種々の直流電圧の生成が可能となっている。
以下、電力変換装置１００を構成する変換部１について、詳細に説明する。

【0028】

変換部１は、直列に接続された複数のブリッジセル１０を有している。具体的に、変換部１ａは、電線２０ａと中性点Ｎとの間に直列に接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個のブリッジセル１０＿１～１０＿ｎを有する。変換部１ｂは、電線２０ｂと中性点Ｎとの間に直列に接続されたｎ個のブリッジセル１０＿１～１０＿ｎを有する。変換部１ｃは、電線２０ｃと中性点Ｎとの間に直列に接続されたｎ個のブリッジセル１０＿１～１０＿ｎを有している。

【0029】

また、図１に示すように、電流制御や短絡電流を抑制するために、各変換部１ａ～１ｃに、コイルＬ（バッファリアクトル）を直列に接続してもよい。

【0030】

ブリッジセル１０は、入力された交流電圧から所定の直流電圧を生成する回路である。図１に示すように、ブリッジセル１０＿１は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２と、出力端子Ｐ３，Ｐ４と、インバータ回路１１と、コンデンサＣとを含む。なお、各ブリッジセル１０＿１～１０＿ｎの回路構成は同一であり、図１には、一例としてブリッジセル１０＿１の内部構成が図示されている。

【0031】

入出力端子Ｐ１，Ｐ２は、交流電力を入出力するための端子である。すなわち、入出力端子Ｐ１，Ｐ２は、電線２０ａ～２０ｃ側から交流電圧を入力するとともに、複数のブリッジセル１０によって生成されたマルチレベルの電圧を電線２０ａ～２０ｃ側に出力する。

【0032】

出力端子Ｐ３，Ｐ４は、直流電圧を出力するための端子である。出力端子Ｐ３，Ｐ４には、直流電圧で駆動される負荷３が接続可能となっている。

【0033】

コンデンサＣは、インバータ回路１１を介して電線２０ａ～２０ｃ側から供給された電力を蓄える素子である。コンデンサＣの一端は、出力端子Ｐ３と接続され、コンデンサＣの他端は、出力端子Ｐ４と接続されている。

【0034】

インバータ回路１１は、制御部２からの制御信号Ｓａ～Ｓｃに応じて、入出力端子Ｐ１，Ｐ２とコンデンサＣとの間の接続を切り替える回路である。インバータ回路１１は、少なくとも２つのトランジスタを含んで構成されている。具体的に、インバータ回路１１は、フルブリッジ回路を構成するトランジスタＴ１～Ｔ４と、ダイオードＤ１～Ｄ４とを含んでいる。

【0035】

トランジスタＴ１～Ｔ４は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧＣＴ（Ｇａｔｅ Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ Ｔｕｒｎ－ｏｆｆ Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）等の電流遮断機能を有するトランジスタである。

【0036】

トランジスタＴ１とトランジスタＴ３は、出力端子Ｐ３，Ｐ４間に直列に接続されている。すなわち、トランジスタＴ１の第１主電極としてのエミッタ電極は、入出力端子Ｐ１およびダイオードＤ１のアノード電極と接続されている。トランジスタＴ１の第２主電極としてのコレクタ電極は、出力端子Ｐ３およびダイオードＤ１のカソード電極と接続されている。トランジスタＴ３の第１主電極としてのエミッタ電極は、出力端子Ｐ４およびダイオードＤ３のアノード電極と接続されている。トランジスタＴ３の第２主電極としてのコレクタ電極は、入出力端子Ｐ１およびダイオードＤ３のカソード電極と接続されている。

【0037】

トランジスタＴ２とトランジスタＴ４は、出力端子Ｐ３，Ｐ４間に直列に接続されている。すなわち、トランジスタＴ２の第１主電極としてのエミッタ電極は、入出力端子Ｐ２およびダイオードＤ２のアノード電極と接続されている。トランジスタＴ２の第２主電極としてのコレクタ電極は、出力端子Ｐ３およびダイオードＤ２のカソード電極と接続されている。トランジスタＴ４の第１主電極としてのエミッタ電極は、出力端子Ｐ４およびダイオードＤ４のアノード電極と接続されている。トランジスタＴ４の第２主電極としてのコレクタ電極は、入出力端子Ｐ２およびダイオードＤ４のカソード電極と接続されている。

【0038】

各ブリッジセル１０＿１～１０＿ｎのトランジスタＴ１～Ｔ４は、制御部２からの制御信号Ｓａ～Ｓｃによってオン／オフが制御される。

【0039】

図１において、参照符号Ｓａ～Ｓｃは、各ブリッジセル１０＿１～１０＿ｎを構成する各トランジスタＴ１～Ｔ４を駆動するための制御信号の束を表している。すなわち、参照符号Ｓａは、変換部１ａにおける各トランジスタＴ１～Ｔ４の制御電極としてのゲート電極を駆動するための制御信号（ゲート駆動信号）の束を表している。参照符号Ｓｂは、変換部１ｂにおける各トランジスタＴ１～Ｔ４の制御電極としてのゲート電極を駆動するための制御信号（ゲート駆動信号）の束を表している。参照符号Ｓｃは、変換部１ｃにおける各トランジスタＴ１～Ｔ４の制御電極としてのゲート電極を駆動するための制御信号（ゲート駆動信号）の束を表している。

【0040】

図２Ａ～図２Ｄは、実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセル１０の動作を説明するための図である。図３は、実施の形態１に係る電力変換装置におけるブリッジセル１０の入出力端子Ｐ１，Ｐ２間から出力される電圧のタイミングチャートである。

【0041】

ブリッジセル１０は、トランジスタＴ１～Ｔ４のスイッチングパターンを切り替えることにより、電線２０ａ～２０ｃから入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して入力された交流電力によってコンデンサＣを充電するとともに、コンデンサＣの電圧Ｖｃを入出力端子Ｐ１，Ｐ２から電線２０ａ～２０ｃに出力する。

【0042】

トランジスタＴ１～Ｔ４のスイッチングパターンとしては、図２Ａ～図２Ｄに示す４パターンがある。

【0043】

すなわち、図２Ａに示す第１スイッチングパターンは、トランジスタＴ１，Ｔ４がオンし、トランジスタＴ２，Ｔ３がオフした状態である。この場合、入出力端子Ｐ１がトランジスタＴ１を介してコンデンサＣの一端に接続され、入出力端子Ｐ２がトランジスタＴ４を介してコンデンサＣの他端に接続される。これにより、図３に示すように、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖｏ（入出力端子Ｐ２に対する入出力端子Ｐ１の電圧）は“＋Ｖｃ”となる。

【0044】

図２Ｂに示す第２スイッチングパターンは、トランジスタＴ１，Ｔ２がオンし、トランジスタＴ３，Ｔ４がオフした状態である。この場合、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ２が、トランジスタＴ１，Ｔ２を介して短絡する。これにより、図３に示すように、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖｏは“０”となる。

【0045】

図２Ｃに示す第３スイッチングパターンは、トランジスタＴ１，Ｔ２がオフし、トランジスタＴ３，Ｔ４がオンした状態である。この場合、入出力端子Ｐ１と入出力端子Ｐ２が、トランジスタＴ３，Ｔ４を介して短絡する。これにより、図３に示すように、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖｏは“０”となる。

【0046】

図２Ｄに示す第４スイッチングパターンは、トランジスタＴ１，Ｔ４がオフし、トランジスタＴ２，Ｔ３がオンした状態である。この場合、入出力端子Ｐ１がトランジスタＴ３を介してコンデンサＣの他端に接続され、入出力端子Ｐ２がトランジスタＴ２を介してコンデンサＣの一端に接続される。これにより、図３に示すように、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖｏは“－Ｖｃ”となる。

【0047】

制御部２は、制御信号Ｓａ～Ｓｃによって各変換部１ａ～１ｃのトランジスタＴ１～Ｔ４のスイッチングパターンを切り替えることにより、マルチレベルの電圧を生成し、入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して電線２０ａ～２０ｃ側に出力する。

【0048】

図４は、実施の形態１に係る電力変換装置の変換部１によるマルチレベルの電圧の生成原理を説明するための図である。
図４には、理解の容易化のため、変換部１に含まれるブリッジセル１０の個数を二個（ｎ＝２）した場合において、変換部１が生成するマルチレベルの電圧Ｖｏの波形と、ブリッジセル１０のスイッチングパターンとの対応関係が示されている。

【0049】

図４において、二つのブリッジセル１０のうち電線２０ａ～２０ｃ側に接続されるブリッジセル１０を「上側ブリッジセル１０Ｈ」とし、中性点Ｎ側に接続されるブリッジセル１０を「下側ブリッジセル１０Ｌ」と表記する。また、下側ブリッジセル１０Ｌの入出力端子Ｐ２に対する上側ブリッジセル１０Ｈの入出力端子Ｐ１の電圧を「Ｖｏ」と表記する。なお、ここでは、中性点Ｎをグラウンド電位に接続した場合が一例として示されている。

【0050】

また、図４において、上側ブリッジセル１０ＨのコンデンサＣの静電容量が“３ｃ／４”、下側ブリッジセル１０ＬのコンデンサＣの静電容量が“ｃ／４”であって、上側ブリッジセル１０ＨのコンデンサＣの電圧が“Ｖｄｃ／４”に保持され、下側ブリッジセル１０ＬのコンデンサＣの電圧が“３Ｖｄｃ／４”に保持されているとする。

【0051】

図４に示すように、期間ｔ１において、上側ブリッジセル１０ＨのトランジスタＴ１，Ｔ４をオンし、Ｔ２，Ｔ３をオフするとともに、下側ブリッジセル１０ＬのトランジスタＴ１，Ｔ４をオンし、Ｔ２，Ｔ３をオフする。これにより、電圧Ｖｏは“Ｖｄｃ”となる。

【0052】

期間ｔ２において、上側ブリッジセル１０ＨのトランジスタＴ１，Ｔ４をオンし、Ｔ２，Ｔ４をオフするとともに、下側ブリッジセル１０ＬのトランジスタＴ１，Ｔ２をオンし、Ｔ４，Ｔ３をオフする。これにより、電圧Ｖｏは“Ｖｄｃ／４”となる。

【0053】

期間ｔ３において、上側ブリッジセル１０ＨのトランジスタＴ１，Ｔ２をオンし、Ｔ３，Ｔ４をオフするとともに、下側ブリッジセル１０ＬのトランジスタＴ１，Ｔ２をオンし、Ｔ３，Ｔ４をオフする。これにより、電圧Ｖｏは“０”となる。

【0054】

期間ｔ４において、上側ブリッジセル１０ＨのトランジスタＴ２，Ｔ３をオンし、Ｔ１，Ｔ４をオフするとともに、下側ブリッジセル１０ＬのトランジスタＴ１，Ｔ２をオンし、Ｔ３，Ｔ４をオフする。これにより、電圧Ｖｏは“－Ｖｄｃ／４”となる。

【0055】

期間ｔ５において、上側ブリッジセル１０ＨのトランジスタＴ２，Ｔ３をオンし、Ｔ１，Ｔ４をオフするとともに、下側ブリッジセル１０ＬのトランジスタＴ２，Ｔ３をオンし、Ｔ１，Ｔ４をオフする。これにより、電圧Ｖｏは“－Ｖｄｃ”となる。

【0056】

図４に示すように、上側ブリッジセル１０Ｈおよび下側ブリッジセル１０Ｌの３つのスイッチングパターンを組み合わせることにより、２つの上側ブリッジセル１０Ｈおよび下側ブリッジセル１０Ｌによって、“５”種類（レベル）の電圧Ｖｏを生成することができる。

【0057】

ブリッジセルがｎ個の場合も同様の原理でマルチレベルの電圧Ｖｏを生成することができる。すなわち、変換部１がｎ個のブリッジセル１０で構成される場合、（２ｎ＋１）種類の電圧を生成することができる。

【0058】

変換部１ａ～１ｃは、上述したマルチレベルの電圧Ｖｏを、入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して、対応する電線２０ａ～２０ｃに供給する。その際、変換部１ａ～１ｃの各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端には、所定の直流電圧が発生している。例えば、図４の場合、上側ブリッジセル１０ＨのコンデンサＣ（＝３ｃ／４）の両端には、“Ｖｄｃ／４”の直流電圧が発生し、下側ブリッジセル１０ＬのコンデンサＣ（＝ｃ／４）の両端には、“３Ｖｄｃ／４”の直流電圧が発生している。

【0059】

そこで、実施の形態１に係る電力変換装置１００では、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端に出力端子Ｐ３，Ｐ４をそれぞれ設けることにより、出力端子Ｐ３，Ｐ４から直流電圧を取り出すことが可能となる。

【0060】

ここで、図４に示すように、一つの変換部１ａ～１ｃ内の各ブリッジセル１０のコンデンサＣの静電容量は互いに相違していてもよい。これによれば、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端（出力端子Ｐ３，Ｐ４間）に発生する直流電圧を互いに相違させることができ、一つの変換部１ａ～１ｃにおいて、複数の直流電圧を生成することが可能となる。

【0061】

例えば、３つのブリッジセル１０を有する変換部１ａによって１２Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖの直流電圧を生成する場合、１２Ｖを発生させるブリッジセル１０のコンデンサＣ１を“ｃ”とし、４８Ｖを発生させるブリッジセル１０のコンデンサＣ２を“４ｃ”とし、７２Ｖを発生させるブリッジセル１０のコンデンサＣ３を“６ｃ”とすればよい。

【0062】

このように、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの静電容量を適切に設定することにより、所望の直流電圧を得ることができる。
その一方で、電線２０ａ～２０ｃ側の三相交流電力への悪影響を防止するため、各変換部１ａ～１ｃの入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して出力される電圧Ｖｏは互いに等しい必要がある。この点について、図５を用いて詳細に説明する。

【0063】

図５は、変換部１ａ～１ｃの等価回路を示す図である。
同図に示すように、各変換部１ａ～１ｃは、複数のコンデンサとコイルＬが直列に接続された回路とみなすことができる。

【0064】

上述したように、各変換部１ａ～１ｃの出力電圧、すなわち端子ａと端子Ｎとの間の電圧Ｖａｎと、端子ｂと端子Ｎとの間の電圧Ｖｂｎと、端子ｃと端子Ｎとの間の電圧Ｖｃｎとは、互いに等しい必要がある。そのため、各変換部１ａ～１ｃにおけるブリッジセル１０のコンデンサは、下記式（１）を満たす必要がある。

【0065】

【数1】

【0066】

これにより、変換部１ａ～１ｃは、電線２０ａ～２０ｃ側の三相交流電力への悪影響を抑えつつ、種々の直流電圧を生成することが可能となる。

【0067】

実際には、各ブリッジセル１０のコンデンサＣは通電時に充放電が発生し、コンデンサＣをそのまま放置すれば、コンデンサ電圧の不均一が拡大して電圧Ｖｏの波形に歪みが生じる。そこで、各ブリッジセル１０のコンデンサ電圧を一定且つ均一に保持するためのバランス制御が必要となる。具体的には、各相の変換部１ａ～１ｃ間で、コンデンサＣのコンデンサ電圧の算術平均がバランスするように電力の授受を発生させる。

【0068】

例えば、変換部１ａ～１ｃがスター結線されている場合、各変換部１ａ～１ｃの電圧指令値に零相電圧ｖ０を重畳させることによって各変換部１ａ～１ｃ間のバランスを保つ。通常、各変換部１ａ～１ｃの交流電圧および交流電流は、直交関係を保っているため、変換部１ａ～１ｃ間で有効電力が発生しない。この状態において、各変換部１ａ～１ｃの電圧指令値に零相電圧ｖ０を重畳させた場合、交流電圧と交流電流の位相関係が変化し、変換部１ａ～１ｃ間で有効電力の授受が生じる。これを利用して、各相の変換部１ａ～１ｃ間で、コンデンサＣのコンデンサ電圧の算術平均をバランスさせることが可能となる。

【0069】

以上、実施の形態１に係る電力変換装置１００は、複数のブリッジセル１０を含む単一形マルチレベル変換回路を構成し、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端にはそれぞれ出力端子Ｐ３，Ｐ４が設けられている。
これによれば、各ブリッジセル１０を構成するスイッチとしてのトランジスタＴ１～Ｔ４を適切にスイッチングすることにより、変換部１は、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）として動作するとともに、入力された交流電圧に基づいて各ブリッジセル１０のコンデンサＣを充電して、コンデンサＣの両端の直流電圧を出力端子Ｐ３，Ｐ４から出力するＡＣ／ＤＣコンバータとしても動作することができる。

【0070】

実施の形態１に係る電力変換装置１００において、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの静電容量を相違させることにより、各コンデンサＣに発生する電圧を相違させることができる。これにより、電力変換装置１００は、一つの交流電圧から複数の異なる直流電圧を生成することができる。

【0071】

このように、実施の形態１に係る電力変換装置１００によれば、従来の電力供給システムのように、複数のＡＣ／ＤＣ変換回路やＤＣ／ＤＣコンバータを用いるのではなく、一つの交流電力から複数の直流電圧を生成することが可能となるので、従来の電力供給システムに比べて、電力の変換効率の低下を抑制することが可能になるとともに、システムの規模の増大を抑制することが可能となる。

【0072】

したがって、実施の形態１に係る電力変換装置１００によれば、より小型で高効率な電力変換システムを実現することが可能となる。また、電力変換装置１００は、単一形マルチレベル変換回路を構成する各ブリッジセル１０によって複数の直流電圧を生成しているので、従来の電力供給システムに比べて高調波の発生が抑えられる。これにより、電力変換装置１００から発生するノイズを抑えることができ、ノイズによる他の外部機器の誤動作を防止することが可能となる。

【0073】

≪実施の形態２≫
図６は、本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示す図である。
実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａは、ブリッジセルがハーフブリッジ回路である点において実施の形態１に係る電力変換装置と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様である。

【0074】

図６に示すように、電力変換装置１００Ａにおける各変換部１Ａａ～１Ａｃを構成するブリッジセル１０Ａ＿１～１０Ａ＿ｎのインバータ回路１１Ａは、ハーフブリッジ回路を構成するトランジスタＴ１，Ｔ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含んでいる。

【0075】

トランジスタＴ１とトランジスタＴ２は、出力端子Ｐ３，Ｐ４間に直列に接続されている。すなわち、トランジスタＴ１の第１主電極としてのエミッタ電極は、入出力端子Ｐ１およびダイオードＤ１のアノード電極と接続されている。トランジスタＴ１の第２主電極としてのコレクタ電極は、出力端子Ｐ３およびダイオードＤ１のカソード電極と接続されている。トランジスタＴ２の第１主電極としてのエミッタ電極は、入出力端子Ｐ２、出力端子Ｐ４およびダイオードＤ２のアノード電極と接続されている。トランジスタＴ２の第２主電極としてのコレクタ電極は、入出力端子Ｐ１およびダイオードＤ２のカソード電極と接続されている。

【0076】

各ブリッジセル１０Ａ＿１～１０Ａ＿ｎのトランジスタＴ１，Ｔ２は、実施の形態１に係るブリッジセル１０と同様に、制御部２からの制御信号Ｓａ～Ｓｃによってオン／オフが制御される。

【0077】

図７Ａおよび図７Ｂは、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａにおけるブリッジセル１０Ａの動作を説明するための図である。図８は、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａにおけるブリッジセル１０Ａの入出力端子Ｐ１，Ｐ２間から出力される電圧を示すタイミングチャートである。

【0078】

ブリッジセル１０Ａは、トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチングパターンを切り替えることにより、電線２０ａ～２０ｃから入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して入力された交流電力によってコンデンサＣを充電するとともに、コンデンサＣの電圧Ｖｃを入出力端子Ｐ１，Ｐ２から電線２０ａ～２０ｃに出力する。

【0079】

ブリッジセル１０ＡのトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチングパターンとしては、図７Ａおよび図７Ｂに示す２パターンがある。

【0080】

すなわち、図７Ａに示す第１スイッチングパターンは、トランジスタＴ１がオンし、トランジスタＴ２がオフした状態である。この場合、入出力端子Ｐ１がコンデンサＣの一端に接続され、入出力端子Ｐ２がコンデンサＣの他端に接続される。これにより、図８に示すように、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖｏは“＋Ｖｃ”となる。

【0081】

図７Ｂに示す第２スイッチングパターンは、トランジスタＴ１がオフし、トランジスタＴ２がオンした状態である。この場合、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間が短絡する。これにより、図８に示すように、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧Ｖｏは“０”となる。

【0082】

電力変換装置１００Ａは、制御信号Ｓａ～Ｓｃによって各変換部１Ａａ～１ＡｃのトランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチングパターンを切り替えることにより、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様の原理によってマルチレベルの電圧Ｖｏを生成する。生成されたマルチレベルの電圧Ｖｏは、入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して電線２０ａ～２０ｃ側に出力される。このとき、各ブリッジセル１０ＡのコンデンサＣの両端の直流電圧は、出力端子Ｐ３，Ｐ４から出力される。

【0083】

ここで、一つの変換部１Ａａ～１Ａｃ内の各ブリッジセル１０ＡのコンデンサＣの静電容量を互いに相違させることにより、一つの変換部１Ａａ～１Ａｃにおいて、複数の直流電圧を生成することが可能となる。

【0084】

以上、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａによれば、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様に、一つの交流電力から複数の直流電圧を生成することが可能となるので、従来の電力供給システムに比べて、電力の変換効率の低下を抑制し、且つシステムの規模の増大を抑制することが可能となる。

【0085】

≪実施の形態３≫
図９は、本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示す図である。
実施の形態３に係る電力変換装置１００Ｂは、変換部１ａ～１ｃがデルタ結線によって互いに接続されている点においての実施の形態１に係る電力変換装置と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様である。

【0086】

図９に示すように、各変換部１ａ～１ｃは、対応する電線２０ａ～２０ｃにそれぞれ接続可能にされ、互いにデルタ結線されている。具体的に、変換部１ａの一端は、ａ相の交流電圧が供給される電線２０ａに接続され、変換部１ａの他端は、ｂ相の交流電圧が供給される電線２０ｂに接続されている。また、変換部１ｂの一端は、ｂ相の交流電圧が供給される電線２０ｂに接続され、変換部１ｂの他端は、ｃ相の交流電圧が供給される電線２０ｃに接続されている。また、変換部１ｃの一端は、ｃ相の交流電圧が供給される電線２０ｃに接続され、変換部１ｃの他端は、ａ相の交流電圧が供給される電線２０ａに接続されている。

【0087】

電力変換装置１００Ｂは、３つの変換部（クラスタ）１ａ～１ｃをデルタ形に結線した単一形マルチレベル変換回路、すなわち単一デルタＭＭＣを構成している。電力変換装置１００Ｂは、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様に、電線２０ａ～２０ｃを伝搬する三相交流電力に対する無効電力補償回路として動作するとともに、各変換部１ａ～１ｃのブリッジセル１０によって交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータとしても機能する。

【0088】

すなわち、電力変換装置１００Ｂは、制御信号Ｓａ～Ｓｃによって各変換部１ａ～１ｃにおける各ブリッジセル１０のトランジスタＴ１～Ｔ４のスイッチングパターンを切り替えることにより、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様の原理によってマルチレベルの電圧Ｖｏを生成して、入出力端子Ｐ１，Ｐ２を介して電線２０ａ～２０ｃ側に出力するとともに、各ブリッジセル１０のコンデンサＣの両端の直流電圧を出力端子Ｐ３，Ｐ４から出力する。

【0089】

以上、実施の形態３に係る電力変換装置１００Ｂによれば、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様に、一つの交流電力から複数の直流電圧を生成することが可能となるので、従来の電力供給システムに比べて、電力の変換効率の低下を抑制し、且つシステムの規模の増大を抑制することが可能となる。

【0090】

≪実施の形態４≫
図１０は、本発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示す図である。
実施の形態４に係る電力変換装置１００Ｃは、一つの負荷に対して複数のブリッジセルから直流電圧の供給が可能になっている点において、実施の形態１に係る電力変換装置と相違し、その他の点においては、実施の形態１に係る電力変換装置１００と同様である。

【0091】

図１０に示すように、電力変換装置１００Ｃは、上述した各相に対応する変換部１ａ～１ｃに加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を備えている。具体的に、電力変換装置１０Ｃは、所定の負荷３Ｃに対して、一つのブリッジセル１０からの電力供給と、他のブリッジセル１０からのＤＣ／ＤＣコンバータ４を介した電力供給とが可能となっている。

【0092】

より具体的には、電力変換装置１０Ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と出力切替用スイッチＳＷを有している。

【0093】

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、複数のブリッジセル１０のうちの一つのブリッジセルの出力端子Ｐ３と出力端子Ｐ４との間に、上記一つのブリッジセルと異なる他のブリッジセルの出力端子Ｐ３と出力端子Ｐ４の間の電圧に基づいて生成した直流電圧を供給する。

【0094】

本実施の形態では、上記一つのブリッジセル１０を“変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎ”とし、上記他のブリッジセル１０を“変換部１ａのブリッジセル１０＿ｎ”とした場合を例にとり、説明する。なお、上記一つのブリッジセル１０および上記他のブリッジセル１０は、上記の例に限定されず、電力変換装置１０Ｃを構成する何れか二つのブリッジセル１０であればよい。

【0095】

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、例えば絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータである。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、フライバックコンバータを形成するための、トランスＴＲ、スイッチングトランジスタＴｓ、整流素子ＤＲ、および出力コンデンサＣｏｕｔを有している。

【0096】

トランスＴＲは、一次側コイルＬ１と二次側コイルＬ２とを含む。
スイッチングトランジスタＴｓは、例えば、制御電極としてのゲート電極と、第１主電極としてのソース電極と、第２主電極としてのドレイン電極とを有する電界効果トランジスタである。スイッチングトランジスタＴｓは、制御部２Ｃからゲート電極に信号が入力されることにより、スイッチング動作を行う。
整流素子ＤＲは、一方向に電流を流す素子であり、例えばダイオードである。なお、整流素子ＤＲは、適切にオン・オフが制御される整流用トランジスタであってもよい。

【0097】

トランスＴＲの一次側コイルＬ１の一端は、変換部１ａのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３に接続されている。トランスＴＲの一次側コイルＬ１の他端は、スイッチングトランジスタＴｓのドレイン電極に接続されている。

【0098】

トランスＴＲの二次側コイルＬ２の一端は、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ４に接続されている。二次側コイルＬ２の他端は、整流素子ＤＲのアノード電極に接続されている。

【0099】

整流素子ＤＲは、一端（アノード電極）が二次側コイルＬ２の他端に接続され、他端（カソード電極）が、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３に接続されている。具体的に、整流素子ＤＲのカソード電極は、出力切替スイッチＳＷを介して、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎに接続されている。

【0100】

出力コンデンサＣｏｕｔは、整流素子ＤＲの他端（カソード電極）と二次側コイルＬ２の一端との間に接続されている。

【0101】

出力切替用スイッチＳＷは、所定の負荷３Ｃに対する、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎからの電力供給と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を介した変換部１ａのブリッジセル１０＿ｎからの電力供給と切り替えるための機能部である。

【0102】

例えば、出力切替用スイッチＳＷは、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３と整流素子ＤＲのカソードとの間に接続されている。なお、出力切替用スイッチＳＷは、ブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ４と二次側コイルＬ２の一端との間に接続されていてもよい。

【0103】

実施の形態４に係る電力変換装置１００Ｃは、通常時、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎから負荷３Ｃに直流電圧を供給する。一方、何等かの原因で変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎが故障して負荷３Ｃに適切な直流電圧を供給することができなくなった場合、電力変換装置１００Ｃは、変換部１ａのブリッジセル１０＿ｎからＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して、負荷３Ｃに直流電圧を供給する。

【0104】

例えば、制御部２Ｃは、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３，Ｐ４間の電圧を監視し、当該ブリッジセル１０＿ｎが適正な直流電圧を出力しているか否かを判定するとともに、判定結果に基づいて、負荷３Ｃへの電力供給源を切り替える。

【0105】

すなわち、制御部２Ｃは、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３と出力端子Ｐ４との間の電圧Ｖｏｘが所定の範囲内にある場合には、出力切替スイッチＳＷをオンし、スイッチングトランジスタＴｓをオフする。これにより、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎが正常に動作している場合には、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎによって負荷３Ｃへの電力供給が行われる。

【0106】

一方、制御部２Ｃは、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３と出力端子Ｐ４との間の電圧Ｖｏｘが所定の範囲外にある場合には、出力切替スイッチＳＷをオフするとともに、スイッチングトランジスタＴｓのゲート電極に信号を供給して、スイッチングトランジスタＴｓをスイッチングする。具体的には、制御部２Ｃは、スイッチＳＷをオフした状態で、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの出力端子Ｐ３，Ｐ４間の電圧（負荷３Ｃの両端の電圧）が所望の値となるように、トランジスタＴｓを適切なデューティ比のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号によってスイッチングする。
これにより、変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎが正常に動作していない場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して、変換部１ａのブリッジセル１０＿ｎから負荷３Ｃへの電力供給が行われる。

【0107】

以上、実施の形態４に係る電力変換装置１００Ｃにおいて、一つのブリッジセル１０から直流電圧の供給を受けている負荷３Ｃに対して、少なくとも一つの別のブリッジセル１０がＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して接続されている。

【0108】

これによれば、通常時に負荷３Ｃに対して電力を供給している一つのブリッジセル１０が故障した場合であっても、他のブリッジセル１０からＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して、負荷３Ｃへの電力供給を継続することができるので、電力変換装置１００Ｃの信頼性を向上させることが可能となる。

【0109】

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を、トランスＴＲを用いた絶縁型のフライバックコンバータによって実現することにより、変換部１ａのブリッジセル１０と変換部１ｂのブリッジセル１０との間を電気的に絶縁することができるので、電力変換装置１００Ｃの信頼性を更に向上させることが可能となる。

【0110】

また、実施の形態４に係る電力変換装置１００Ｃにおいて、制御部２Ｃが、通常時に電力供給を行っている変換部１ｂのブリッジセル１０＿ｎの電圧Ｖｏｘが所定の範囲内にあるか否かを判定し、その判定結果に基づいて、出力切替スイッチＳＷおよびＤＣ／ＤＣコンバータ４の制御を行う。
これによれば、負荷３Ｃに対するブリッジセル１０＿ｎの動作が正常であるか否かを適切に把握した上で、負荷３Ｃへの電力供給源を適切に切り替えることができるので、電力変換装置１００Ｃの信頼性を更に向上させることが可能となる。

【0111】

≪実施の形態の拡張≫
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

【0112】

例えば、上記実施の形態３において、デルタ結線された変換部１ａ～１ｃを構成するインバータ回路１１がフルブリッジ回路である場合を例示したが、これに限られない。例えば、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａと同様に、インバータ回路１１は、ハーフブリッジ回路であってもよい。

【0113】

また、上記実施の形態４において、異なる変換部１ａ，１ｂのブリッジセル１０間にＤＣ／ＤＣコンバータを接続する場合を例示したが、これに限られず、同一の変換部内のブリッジセル間にＤＣ／ＤＣコンバータを接続してもよい。例えば、図１０において、変換部１ａのブリッジセル１０＿２に接続される負荷３に対して、変換部１ａのブリッジセル１０＿ｎを絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ４を介して接続してもよい。

【0114】

また、上記実施の形態４において、実施の形態１に係る電力変換装置１００にＤＣ／ＤＣコンバータ４を含む冗長構成を採用する場合を例示したが、これに限られず、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａおよび実施の形態３に係る電力変換装置１００Ｂにも同様に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を含む冗長構成を採用することが可能である。

【0115】

また、上記実施の形態では、各変換部１ａ～１ｃがそれぞれｎ個のブリッジセル１０＿１～１０＿ｎを有する場合を例示したが、これに限られず、各変換部１ａ～１ｃが有するブリッジセル１０の個数は異なっていてもよい。

【符号の説明】

【0116】

１,１ａ～１ｃ,１Ａａ～１Ａｃ…変換部、２,２Ｃ…制御部、３,３Ｃ…負荷、４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、５…交流電源、１０,１０＿１～１０＿ｎ,１０Ａ,１０Ａ＿１～１０Ａ＿ｎ,１０Ｃ,１０Ｈ,１０Ｌ…ブリッジセル、１１,１１Ａ…インバータ回路、２０ａ,２０ｂ,２０ｃ…電線、１００,１００Ａ～１００Ｃ…電力変換装置、Ｃ…コンデンサ、Ｃｏｕｔ…出力コンデンサ、Ｄ１～Ｄ４…ダイオード、ＤＲ…整流素子、Ｌ…コイル、Ｌ１…一次側コイル、Ｌ２…二次側コイル、Ｐ１,Ｐ２…入出力端子、Ｐ３,Ｐ４…出力端子、Ｓａ～Ｓｃ…制御信号、Ｔ１～Ｔ４…トランジスタ。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】