特許 7275331 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(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-09

(45)【発行日】2023-05-17

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230510BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20230510BHJP

   H02M 7/49 20070101ALI20230510BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

H02M7/12 A

H02M7/49

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022009489

(22)【出願日】2022-01-25

【審査請求日】2022-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】真木 康次

(72)【発明者】

【氏名】久保田 洋平

(72)【発明者】

【氏名】餅川 宏

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２９５６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８３５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３９８１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３相交流電力を直流電力に変換して出力または直流電力を３相交流電力に変換して出力する３つの電流型変換器を備えた電力変換装置であって、
前記各電流型変換器は、
交流端子、正側端子、および負側端子と、
前記交流端子と前記正側端子との間に接続され、前記交流端子から前記正側端子へ向かう電流の経路、または前記正側端子から前記交流端子へ向かう電流の経路を、複数のスイッチ素子により形成する上流側スイッチ回路と、
前記交流端子と前記負側端子との間に接続され、前記交流端子から前記負側端子へ向かう電流の経路、または前記負側端子から前記交流端子へ向かう電流の経路を、複数のスイッチ素子により形成する下流側スイッチ回路と、
前記上流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の上流側保護回路と、
前記各上流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する上流側回収用コンデンサと、
前記上流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する上流側直流電源と、
前記下流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の下流側保護回路と、
前記各下流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する下流側回収用コンデンサと、
前記下流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する下流側直流電源と、
を含み、前記交流端子への交流入力を直流電力に変換しそれを前記正側端子および前記負側端子から出力し、または前記正側端子および前記負側端子への直流入力を交流電力に変換しそれを前記交流端子から出力する、
電力変換装置。

【請求項2】

前記上流側スイッチ回路は、互いに直列接続された第１上流側スイッチ回路および第２上流側スイッチ回路を含み、前記交流端子から前記正側端子へ向かう電流の経路を前記第２上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の寄生ダイオードの順方向の通流および前記第１上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成し、前記正側端子から前記交流端子へ向かう電流の経路を前記第１上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の寄生ダイオードの順方向の通流および前記第２上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成し、
前記下流側スイッチ回路は、互いに直列接続された第１下流側スイッチ回路および第２下流側スイッチ回路を含み、前記交流端子から前記負側端子へ向かう電流の経路を前記第１上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の寄生ダイオードの順方向の通流および前記第２上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成し、前記負側端子から前記交流端子へ向かう電流の経路を前記第２上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の寄生ダイオードの順方向の通流および前記第１上流側スイッチ回路における前記各スイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成する、
請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記各電流型変換器における前記各上流側スイッチ回路のそれぞれオン期間が互いに重なるオーバーラップタイムを有することなく移行する、
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

３相交流電力を直流電力に変換し出力する３つの電流型変換器を備えた電力変換装置であって、
前記各電流型変換器は、
交流端子、正側端子、および負側端子と、
前記交流端子と前記正側端子との間に接続され、その交流端子から正側端子へ向かう電流の経路をダイオードおよび複数のスイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成する上流側スイッチ回路と、
前記負側端子と前記交流端子との間に接続され、その負側端子から交流端子へ向かう電流の経路を複数のスイッチ素子の１つずつの順次のオンおよびダイオードにより形成する下流側スイッチ回路と、
前記上流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の上流側保護回路と、
前記下流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の下流側保護回路と、
を含み、前記交流端子への交流入力を直流電力に変換しそれを前記正側端子および前記負側端子から出力し、
前記各電流型変換器における前記各上流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する上流側回収用コンデンサと、この上流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する上流側直流電源と、前記各電流型変換器における前記各下流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する下流側回収用コンデンサと、この下流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する下流側直流電源と、
をさらに備える、
電力変換装置。

【請求項5】

直流電力を３相交流電力に変換し出力する３つの電流型変換器を備えた電力変換装置であって、
前記各電流型変換器は、
交流端子、正側端子、および負側端子と、
前記正側端子と前記交流端子との間に接続され、その正側端子から交流端子へ向かう電流の経路を複数のスイッチ素子の１つずつの順次のオンおよびダイオードにより形成する上流側スイッチ回路と、
前記交流端子と前記負側端子との間に接続され、その交流端子から負側端子へ向かう電流の経路をダイオードおよび複数のスイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成する下流側スイッチ回路と、
前記上流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の上流側保護回路と、
前記下流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の下流側保護回路と、
を含み、前記交流端子への交流入力を直流電力に変換しそれを前記正側端子および前記負側端子から出力し、
前記各電流型変換器における前記各上流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する上流側回収用コンデンサと、この上流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する上流側直流電源と、前記各電流型変換器における前記各下流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する下流側回収用コンデンサと、この下流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する下流側直流電源と、
をさらに備える、
電力変換装置。

【請求項6】

前記各電流型変換器における前記各上流側スイッチ回路のそれぞれオン期間が互いに重なるオーバーラップタイムを有することなく移行する、
請求項４または請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記各電流型変換器から出力される直流電力を３相交流電力に変換しそれを負荷へ供給する３つの電圧型インバータをさらに備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
前記各電圧型インバータは、
交流端子、正側端子、および負側端子と、
前記正側端子と前記交流端子との間に接続され、その正側端子から交流端子へ向かう電流の経路を複数のスイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成する上流側スイッチ回路と、
前記交流端子と前記負側端子との間に接続され、その交流端子から負側端子へ向かう電流の経路を複数のスイッチ素子の１つずつの順次のオンにより形成する下流側スイッチ回路と、
を含み、前記正側端子および前記負側端子への直流入力を交流電力に変換しそれを前記交流端子から出力する、
電力変換装置。

【請求項8】

前記各電圧型インバータは、
前記上流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の上流側保護回路と、
前記下流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の下流側保護回路と、
前記各上流側保護回路のコンデンサおよび前記各下流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーおよび前記負荷からの回生エネルギーを取込む回収用コンデンサと、
をさらに含む、
請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記負荷から回生エネルギーを取込む際に、前記各電流型変換器をゼロ電流出力させそのゼロ電流出力中に前記各電圧型インバータをスイッチングする制御手段、
をさらに備える請求項７または請求項８に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記各電流型変換器から出力される直流電力により動作して３相交流電圧を生成し出力する３つのマルチレベル変換器をさらに備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
前記各マルチレベル変換器は、
交流端子、正側端子、および負側端子と、
前記交流端子と前記正側端子との間にリアクトルを介して直列接続され、それぞれが複数レベルの直流電圧を選択的に出力する複数の単位変換器と、
前記交流端子と前記負側端子との間にリアクトルを介して直列接続され、それぞれが複数レベルの直流電圧を選択的に出力する複数の単位変換器と、
を含み、前記各単位変換器の出力電圧を足し合わせることにより交流電圧を生成し出力する、
電力変換装置。

【請求項11】

前記各電流型変換器から出力される直流電力をリアクトルを介して受けそれを３相交流電力に変換し出力する３つの電流型インバータをさらに備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置であって、
前記各電流型インバータは、前記各電流型変換器と同じ構成を有する、
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置、例えば電流型コンバータと電圧型インバータを組み合わせたインダイレクトマトリックスコンバータが知られている。このインダイレクトマトリックスコンバータにおいては、電圧型インバータがゼロ電圧出力中（負荷電流は電圧型インバータのみ通流）に電流型コンバータをスイッチングする。このため、ゼロ電流スイッチングすることができ、電流型コンバータのスイッチング損失を減らすことができるようになっている。この一方で、電流型コンバータがゼロ電圧出力中（直流電圧がゼロ）に電圧型インバータをスイッチングすることにより、ゼロ電圧スイッチングすることができ、電圧型インバータのスイッチング損失を減らすことができるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４０４９１８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

既述のインダイレクトマトリックスコンバータにおいては、上述した２つの制御を同時に適用することはできない。つまり、電流型コンバータと、電圧型インバータと組み合わせ、ゼロ電流スイッチングやゼロ電圧スイッチングしたとしても、電流型コンバータと電圧型インバータのどちらかにスイッチング損失が発生することは避けられない。これは、電流型コンバータのダイオードにおいてリカバリ損失が発生し、ターンオン／オフ損失とリカバリ損失のトレードオフを本質的に改善する方法がないためである。また、電流型コンバータでは、素子に過大な電圧が印加されて破壊されないようにオーバーラップタイム、即ちスイッチング時にターンオフする素子とターンオンする素子が同時にオンする期間を設ける必要があるためである。

【0005】

実施形態の目的は、損失の低減やコストの低減が図れるとともに、スイッチ素子への過大電圧の印加を回避でき、さらには制御の簡略化も図れる電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態の電力変換装置は、３相交流電力を直流電力に変換して出力または直流電力を３相交流電力に変換して出力する３つの電流型変換器を備える。前記各電流型変換器は、交流端子、正側端子、および負側端子と；前記交流端子と前記正側端子との間に接続され、前記交流端子から前記正側端子へ向かう電流の経路、または前記正側端子から前記交流端子へ向かう電流の経路を、複数のスイッチ素子により形成する上流側スイッチ回路と；前記交流端子と前記負側端子との間に接続され、前記交流端子から前記負側端子へ向かう電流の経路、または前記負側端子から前記交流端子へ向かう電流の経路を、複数のスイッチ素子により形成する下流側スイッチ回路と；前記上流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の上流側保護回路と；前記各上流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する上流側回収用コンデンサと；前記上流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する上流側直流電源と；前記下流側スイッチ回路の前記各スイッチ素子にそれぞれ並列接続されたダイオードおよびコンデンサの直列回路からなる複数の下流側保護回路と；前記各下流側保護回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを回収する下流側回収用コンデンサと；前記下流側回収用コンデンサの電圧を外部の動作用電圧に変換する下流側直流電源と；を含み、前記交流端子への交流入力を直流電力に変換しそれを前記正側端子および前記負側端子から出力し、または前記正側端子および前記負側端子への直流入力を交流電力に変換しそれを前記交流端子から出力する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の全体的な構成を示す図。

【図2】第１実施形態における電流型変換器の構成を示す図。

【図3】第１実施形態に関わるオーバーラップタイムありの制御を参考として示すタイムチャート。

【図4】第１実施形態のオーバーラップタイムなしの制御を示すタイムチャート。

【図5】第２実施形態および第３実施形態の全体的な構成を示す図。

【図6】第２実施形態における電流型変換器の構成を示す図。

【図7】第３実施形態における電流型変換器の構成を示す図。

【図8】第４実施形態および第５実施形態の全体的な構成を示す図。

【図9】第４実施形態における電圧型インバータの構成を示す図。

【図10】第５実施形態における電圧型インバータの構成を示す図。

【図11】第６実施形態の全体的な構成を示す図。

【図12】第６実施形態におけるマルチレベル変換器の一部の構成を示す図。

【図13】第７実施形態の全体的な構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。

【0009】

［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態における電力変換装置１の構成を概略的に示す図である。
図１に示すように、電力変換装置１は、３相交流系統１００の交流系統ラインＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに接続される電流型変換器１Ｕ，１Ｗ，１Ｗ、およびこれら電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのスイッチングを制御する制御部１０を含み、交流系統ラインＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗの各相の交流電力を直流電力に変換しそれを直流ラインＬａ，Ｌｂを介して電流源Ｅに供給する電流型コンバータとして機能する。

【0010】

なお、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗは、直流ラインＬａ，Ｌｂの直流電力を３相交流電力に変換して交流系統ラインＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに供給する電流型インバータとして機能させることも可能である。

【0011】

電流型変換器１Ｕは、交流系統ラインＬｕに接続される交流端子２０１、直流ラインＬａに接続される正側端子２０２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２０３、その交流端子２０１と正側端子２０２との間に接続された上流側スイッチ回路（上アーム）Ｓｕ、交流端子２０１と負側端子２０３との間に接続された下流側スイッチ回路（下アーム）Ｓｘを備える。

【0012】

電流型変換器１Ｖは、交流系統ラインＬｖに接続される交流端子２０１、直流ラインＬａに接続される正側端子２０２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２０３、その交流端子２０１と正側端子２０２との間に接続された上流側スイッチ回路（上アーム）Ｓｖ、交流端子２０１と負側端子２０３との間に接続された下流側スイッチ回路（下アーム）Ｓｙを備える。

【0013】

電流型変換器１Ｗは、交流系統ラインＬｗに接続される交流端子２０１、直流ラインＬａに接続される正側端子２０２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２０３、その交流端子２０１と正側端子２０２との間に接続された上流側スイッチ回路（上アーム）Ｓｗ、交流端子２０１と負側端子２０３との間に接続された下流側スイッチ回路（下アーム）Ｓｚを備える。

【0014】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗは、互いに同一の構成を有する。このため、以下では、電流型変換器１Ｕについてのみ説明し、電流型変換器１Ｖ，１Ｗについての説明は省略する。

【0015】

電流型変換器１Ｕの具体的な構成を図２に示す。
（上流側スイッチ回路Ｓｕの構成）
交流端子２０１と正側端子２０２との間の上流側スイッチ回路Ｓｕは、電流の流れ方向（通流方向）が互いに異なる上流側スイッチ回路（第１上流側スイッチ回路）Ｓｕ１と上流側スイッチ回路（第２上流側スイッチ回路）Ｓｕ２との直列接続、いわゆる逆方向接続により、交流端子２０１から正側端子２０２に向かう電流の経路と正側端子２０２から交流端子２０１に向かう電流の経路とを選択的に形成する双方向性スイッチとして機能する。

【0016】

上流側スイッチ回路Ｓｕ１は、複数のスイッチ素子１１ｕ～１３ｕの直列接続により構成され、これらスイッチ素子１１ｕ～１３ｕのオンにより破線矢印で示すように上流側スイッチ回路Ｓｕ２との相互接続点Ｔｕから正側端子２０２に向かう電流の経路を形成する。

【0017】

スイッチ素子１１ｕの一端が、上流側スイッチ回路Ｓｕ１と上流側スイッチ回路Ｓｕ２との相互接続点Ｔｕに接続されている。このスイッチ素子１１ｕの他端にスイッチ素子１２ｕの一端が接続され、このスイッチ素子１２ｕの他端にスイッチ素子１３ｕの一端が接続され、このスイッチ素子１３ｕの他端が正側端子２０２に接続されている。スイッチ素子１１ｕ～１３ｕは、スイッチ素子本体に逆並列接続された寄生ダイオードＤを含み、オン時に一端（ドレイン）から他端（ソース）へと電流を流し、オフ時にその電流を遮断する半導体スイッチ素子、例えばＭＯＳＦＥＴ（半導体電界効果トランジスタ：metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。

【0018】

スイッチ素子１１ｕ～１３ｕは、制御部１０のスイッチング制御により、上流側スイッチ回路Ｓｕ１のオン期間において、所定の順序で１つずつターンオンされ、すべてのターンオンが終了した後、所定の順序で１つずつターンオフされる。３つのスイッチ素子１１ｕ～１３ｕを用いているが、このスイッチ素子の個数については、２つ以上であればよく、例えば４つや５つでもよい。

【0019】

これらスイッチ素子１１ｕ～１３ｕのオンに際し、交流端子２０１から相互接続点Ｔｕに向かう電流の経路は、上流側スイッチ回路Ｓｕ２における後述のスイッチ素子２１ｕ～２３ｕの寄生ダイオードＤの順方向の通流によって形成される。

【0020】

上流側スイッチ回路Ｓｕ２は、複数のスイッチ素子２１ｕ～２３ｕの直列接続により構成され、これらスイッチ素子２１ｕ～２３ｕのオンにより破線矢印で示すように相互接続点Ｔｕから交流端子２０１に向かう電流の経路を形成する。

【0021】

スイッチ素子２１ｕの一端が、上記相互接続点Ｔｕに接続されている。このスイッチ素子２１ｕの他端にスイッチ素子２２ｕの一端が接続され、このスイッチ素子２２ｕの他端にスイッチ素子２３ｕの一端が接続され、このスイッチ素子２３ｕの他端が交流端子２０１に接続されている。これらスイッチ素子２１ｕ～２３ｕも、スイッチ素子１１ｕ～１３ｕと同じく、スイッチ素子本体に逆並列接続された寄生ダイオードＤを含み、オン時に一端（ドレイン）から他端（ソース）へと電流を流し、オフ時にその電流を遮断する半導体スイッチ素子たとえばＭＯＳＦＥＴである。

【0022】

スイッチ素子２１ｕ～２３ｕは、制御部１０のスイッチング制御により、上流側スイッチ回路Ｓｕ２のオン期間において、所定の順序で１つずつターンオンされ、かつ所定の順序で１つずつターンオフされる。３つのスイッチ素子２１ｕ～２３ｕを用いているが、このスイッチ素子の個数については、２つ以上であればよく、例えば４つや５つでもよい。

【0023】

スイッチ素子２１ｕ～２３ｕのオンに際し、正側端子２０２から相互接続点Ｔｕに向かう電流の経路は、第１上流側スイッチ回路Ｓｕ１におけるスイッチ素子１１ｕ～１３ｕの寄生ダイオードＤによって形成される。

【0024】

スイッチ素子１１ｕの一端（ドレイン）はダイオード１１ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード１１ｕｄのカソード側にコンデンサ１１ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子１１ｕの他端（ソース）はコンデンサ１１ｕｃの他端に接続されている。ダイオード１１ｕｄおよびコンデンサ１１ｕｃは、スイッチ素子１１ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収する保護回路（上流側保護回路）いわゆるスナバ回路を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ１１ｕｃの一端が抵抗器３１ｕｒおよび順方向のダイオード３１ｕｄを介して回収用コンデンサ（上流側回収用コンデンサ）５０ｕの一端に接続され、その回収用コンデンサ５０ｕの他端が相互接続点Ｔｕに接続されている。抵抗器３１ｕｒおよびダイオード３１ｕｄは、コンデンサ１１ｕｃに蓄えられた電圧を回収用コンデンサ５０ｕに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0025】

スイッチ素子１２ｕの一端（ドレイン）はダイオード１２ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード１２ｕｄのカソード側にコンデンサ１２ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子１２ｕの他端（ソース）はコンデンサ１２ｕｃの他端に接続されている。ダイオード１２ｕｄおよびコンデンサ１２ｕｃは、スイッチ素子１２ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（上流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ１２ｕｃの一端が抵抗器３２ｕｒおよび順方向のダイオード３２ｕｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｕの一端に接続されている。抵抗器３２ｕｒおよびダイオード３２ｕｄは、コンデンサ１２ｕｃに蓄えられた電圧を回収用コンデンサ５０ｕに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0026】

スイッチ素子１３ｕの一端（ドレイン）はダイオード１３ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード１３ｕｄのカソード側にコンデンサ１３ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子１３ｕの他端（ソース）はコンデンサ１３ｕｃの他端に接続されている。ダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃは、スイッチ素子１３ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（上流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ１３ｕｃの一端が抵抗器３３ｕｒおよび順方向のダイオード３３ｕｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｕの一端に接続されている。抵抗器３３ｕｒおよびダイオード３３ｕｄは、コンデンサ１３ｕｃに蓄えられた電圧を回収用コンデンサ５０ｕに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0027】

スイッチ素子２１ｕの一端（ドレイン）はダイオード２１ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード２１ｕｄのカソード側にコンデンサ２１ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子２１ｕの他端（ソース）はコンデンサ２１ｕｃの他端に接続されている。ダイオード２１ｕｄおよびコンデンサ２１ｕｃは、スイッチ素子２１ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（上流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ２１ｕｃの一端が抵抗器４１ｕｒおよび順方向のダイオード４１ｕｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｕの一端に接続されている。抵抗器４１ｕｒおよびダイオード４１ｕｄは、コンデンサ２１ｕｃに蓄えられた電圧を回収用コンデンサ５０ｕに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0028】

スイッチ素子２２ｕの一端（ドレイン）はダイオード２２ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード２２ｕｄのカソード側にコンデンサ２２ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子２２ｕの他端（ソース）はコンデンサ２２ｕｃの他端に接続されている。ダイオード２２ｕｄおよびコンデンサ２２ｕｃは、スイッチ素子２２ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（上流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ２２ｕｃの一端が抵抗器４２ｕｒおよび順方向のダイオード４２ｕｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｕの一端に接続されている。抵抗器４２ｕｒおよびダイオード４２ｕｄは、コンデンサ２２ｕｃに蓄えられた電圧を回収用コンデンサ５０ｕに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0029】

スイッチ素子２３ｕの一端（ドレイン）はダイオード２３ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード２３ｕｄのカソード側にコンデンサ２３ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子２３ｕの他端（ソース）はコンデンサ２３ｕｃの他端に接続されている。ダイオード２３ｕｄおよびコンデンサ２３ｕｃは、スイッチ素子２３ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（上流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ２３ｕｃの一端が抵抗器４３ｕｒおよび順方向のダイオード４３ｕｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｕの一端に接続されている。抵抗器４３ｕｒおよびダイオード４３ｕｄは、コンデンサ２３ｕｃに蓄えられた電圧を回収用コンデンサ５０ｕに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0030】

回収用コンデンサ５０ｕの両端にエネルギー回収用の直流電源である例えばコンバータ５１ｕが接続されている。コンバータ５１ｕは、回収用コンデンサ５０ｕの電圧を当該Ｕ相電流型変換器１Ｕの外部の動作用電圧（制御部１０や他の負荷の動作用電圧）に変換し出力する。

【0031】

各スナバ回路のダイオード１１ｕｄ～１３ｕｄ，２１ｕｄ～２３ｕｄは、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリア回収整流回路（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。

【0032】

（下流側スイッチ回路Ｓｘの構成）
交流端子２０１と負側端子２０３との間の下流側スイッチ回路Ｓｘは、電流の流れ方向（通流方向）が互いに異なる下流側スイッチ回路（第１下流側スイッチ回路）Ｓｘ１と下流側スイッチ回路（第２下流側スイッチ回路）Ｓｘ２との直列接続いわゆる逆方向接続により、交流端子２０１から負側端子２０３に向かう電流の経路と負側端子２０３から交流端子２０１に向かう電流の経路とを選択的に形成する双方向性スイッチとして機能する。

【0033】

下流側スイッチ回路Ｓｘ１は、複数のスイッチ素子１１ｘ～１３ｘの直列接続により構成され、これらスイッチ素子１１ｘ～１３ｘのオンにより破線矢印で示すように下流側スイッチ回路Ｓｘ２との相互接続点Ｔｘから負側端子２０３に向かう電流の経路を形成する。

【0034】

スイッチ素子１１ｘの一端が、上記相互接続点Ｔｕに接続されている。このスイッチ素子１１ｘの他端にスイッチ素子１２ｘの一端が接続され、このスイッチ素子１２ｘの他端にスイッチ素子１３ｘの一端が接続され、このスイッチ素子１３ｘの他端が交流端子２０１に接続されている。これらスイッチ素子１１ｘ～１３ｘも、スイッチ素子本体に逆並列接続された寄生ダイオードＤを含み、オン時に一端（ドレイン）から他端（ソース）へと電流を流し、オフ時にその電流を遮断する半導体スイッチ素子たとえばＭＯＳＦＥＴである。

【0035】

スイッチ素子１１ｘ～１３ｘは、制御部１０のスイッチング制御により、下流側スイッチ回路Ｓｘ１のオン期間において、所定の順序で１つずつターンオンされ、かつ所定の順序で１つずつターンオフされる。３つのスイッチ素子１１ｘ～１３ｘを用いているが、このスイッチ素子の個数については、２つ以上であればよく、例えば４つや５つでもよい。

【0036】

スイッチ素子１１ｘ～１３ｘのオンに際し、交流端子２０３から相互接続点Ｔｘに向かう電流の経路は、下流側スイッチ回路Ｓｘ２における後述のスイッチ素子２１ｘ～２３ｘの寄生ダイオードＤの順方向の通流によって形成される。

【0037】

下流側スイッチ回路Ｓｘ２は、複数のスイッチ素子２１ｘ～２３ｘの直列接続により構成され、これらスイッチ素子２１ｘ～２３ｘのオンにより破線矢印で示すように相互接続点Ｔｘから交流端子２０１に向かう電流の経路を形成する。

【0038】

スイッチ素子２１ｘの一端が、上記相互接続点Ｔｘに接続されている。このスイッチ素子２１ｘの他端にスイッチ素子２２ｘの一端が接続され、このスイッチ素子２２ｘの他端にスイッチ素子２３ｘの一端が接続され、このスイッチ素子２３ｘの他端が交流端子２０１に接続されている。これらスイッチ素子２１ｘ～２３ｘも、スイッチ素子本体に逆並列接続された寄生ダイオードＤを含み、オン時に一端（ドレイン）から他端（ソース）へと電流を流し、オフ時にその電流を遮断する半導体スイッチ素子たとえばＭＯＳＦＥＴである。

【0039】

スイッチ素子２１ｘ～２３ｘは、制御部１０のスイッチング制御により、下流側スイッチ回路Ｓｘ２のオン期間において、所定の順序で１つずつターンオンされ、かつ所定の順序で１つずつターンオフされる。３つのスイッチ素子２１ｘ～２３ｘを用いているが、このスイッチ素子の個数については、２つ以上であればよく、例えば４つや５つでもよい。

【0040】

スイッチ素子２１ｘ～２３ｘのオンに際し、負側端子２０３から相互接続点Ｔｘに向かう電流の経路は、下流側スイッチ回路Ｓｘ１におけるスイッチ素子１１ｘ～１３ｘの寄生ダイオードＤの順方向の通流によって形成される。

【0041】

スイッチ素子１１ｘの一端（ドレイン）はダイオード１１ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード１１ｘｄのカソード側にコンデンサ１１ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子１１ｘの他端（ソース）はコンデンサ１１ｘｃの他端に接続されている。ダイオード１１ｘｄおよびコンデンサ１１ｘｃは、スイッチ素子１１ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（下流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ１１ｘｃの一端が抵抗器３１ｘｒおよび順方向のダイオード３１ｘｄを介して回収用コンデンサ（下流側回収用コンデンサ）５０ｘの一端に接続され、その回収用コンデンサ５０ｘの他端が相互接続点Ｔｘに接続されている。抵抗器３１ｘｒおよびダイオード３１ｘｄは、コンデンサ１１ｘｃに蓄えられたエネルギーを回収用コンデンサ５０ｘに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0042】

スイッチ素子１２ｘの一端（ドレイン）はダイオード１２ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード１２ｘｄのカソード側にコンデンサ１２ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子１２ｘの他端（ソース）はコンデンサ１２ｘｃの他端に接続されている。ダイオード１２ｘｄおよびコンデンサ１２ｘｃは、スイッチ素子１２ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（下流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ１２ｘｃの一端が抵抗器３２ｘｒおよび順方向のダイオード３２ｘｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｘの一端に接続されている。抵抗器３２ｘｒおよびダイオード３２ｘｄは、コンデンサ１２ｘｃに蓄えられたエネルギーを回収用コンデンサ５０ｘに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0043】

スイッチ素子１３ｘの一端（ドレイン）はダイオード１３ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード１３ｘｄのカソード側にコンデンサ１３ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子１３ｘの他端（ソース）はコンデンサ１３ｘｃの他端に接続されている。ダイオード１３ｘｄおよびコンデンサ１３ｘｃは、スイッチ素子１３ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（下流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ１３ｘｃの一端が抵抗器３３ｘｒおよび順方向のダイオード３３ｘｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｘの一端に接続されている。抵抗器３３ｘｒおよびダイオード３３ｘｄは、コンデンサ１３ｘｃに蓄えられたエネルギーを回収用コンデンサ５０ｘに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0044】

スイッチ素子２１ｘの一端（ドレイン）はダイオード２１ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード２１ｘｄのカソード側にコンデンサ２１ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子２１ｘの他端（ソース）はコンデンサ２１ｘｃの他端に接続されている。ダイオード２１ｘｄおよびコンデンサ２１ｘｃは、スイッチ素子２１ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（下流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ２１ｘｃの一端が抵抗器４１ｘｒおよび順方向のダイオード４１ｘｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｘの一端に接続されている。抵抗器４１ｘｒおよびダイオード４１ｘｄは、コンデンサ２１ｘｃに蓄えられたエネルギーを回収用コンデンサ５０ｘに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0045】

スイッチ素子２２ｘの一端（ドレイン）はダイオード２２ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード２２ｘｄのカソード側にコンデンサ２２ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子２２ｘの他端（ソース）はコンデンサ２２ｘｃの他端に接続されている。ダイオード２２ｘｄおよびコンデンサ２２ｘｃは、スイッチ素子２２ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（下流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ２２ｘｃの一端が抵抗器４２ｘｒおよび順方向のダイオード４２ｘｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｘの一端に接続されている。抵抗器４２ｘｒおよびダイオード４２ｘｄは、コンデンサ２２ｘｃに蓄えられたエネルギーを回収用コンデンサ５０ｘに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0046】

スイッチ素子２３ｘの一端（ドレイン）はダイオード２３ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード２３ｘｄのカソード側にコンデンサ２３ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子２３ｘの他端（ソース）はコンデンサ２３ｘｃの他端に接続されている。ダイオード２３ｘｄおよびコンデンサ２３ｘｃは、スイッチ素子２３ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（下流側保護回路）を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ２３ｘｃの一端が抵抗器４３ｘｒおよび順方向のダイオード４３ｘｄを介して上記回収用コンデンサ５０ｘの一端に接続されている。抵抗器４３ｘｒおよびダイオード４３ｘｄは、コンデンサ２３ｘｃに蓄えられたエネルギーを回収用コンデンサ５０ｘに回収するエネルギー回収回路として機能する。

【0047】

回収用コンデンサ５０ｘの両端にエネルギー回収用の直流電源である例えばコンバータ５１ｘが接続されている。コンバータ５１ｘは、回収用コンデンサ５０ｘの電圧を当該電流型変換器１Ｕの外部の動作用電圧（制御部１０や他の負荷の動作用電圧）に変換し出力する。

【0048】

各スナバ回路のダイオード１１ｘｄ～１３ｘｄ，２１ｘｄ～２３ｘｄは、リカバリ損失が低いファストリカバリ特性を備えることが望ましく、例えば、リカバリ特性のよいショットキーバリア回収整流回路（ＳＢＤ）やワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ、ＧａＮなど）を利用した素子を使用することが望ましい。

【0049】

なお、電流型変換器１Ｖは、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕ（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ，２１ｕ～２３ｕ）、下流側スイッチ回路Ｓｘ（スイッチ素子１１ｘ～１３ｘ，２１ｘ～２３ｘ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ５０ｕ，コンバータ５１ｕ等）に対応する構成として、図示していないが、上流側スイッチ回路Ｓｖ（スイッチ素子１１ｖ～１３ｖ，２１ｖ～２３ｖ）、下流側スイッチ回路Ｓｙ（スイッチ素子１１ｙ～１３ｙ，２１ｙ～２３ｙ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ５０ｖ，コンバータ５１ｖ等）を備える。

【0050】

同様に、電流型変換器１Ｗは、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕ（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ，２１ｕ～２３ｕ）、下流側スイッチ回路Ｓｘ（スイッチ素子１１ｘ～１３ｘ，２１ｘ～２３ｘ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ５０ｕ，コンバータ５１ｕ等）に対応する構成として、図示していないが、上流側スイッチ回路Ｓｗ（スイッチ素子１１ｗ～１３ｗ，２１ｗ～２３ｗ）、下流側スイッチ回路Ｓｚ（スイッチ素子１１ｚ～１３ｚ，２１ｚ～２３ｚ）、およびその周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ５０ｗ，コンバータ５１ｗ等）を備える。

【0051】

（制御部１０の制御）
制御部１０は、Ｕ相交流電流の正レベル期間において、上流側スイッチ回路Ｓｕ２のスイッチ素子２１ｕ，２２ｕ，２３ｕをオフした状態で、上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１１ｕ，１２ｕ，１３ｕを所定の順序で１つずつターンオンし、続いてスイッチ素子１１ｕ，１２ｕ，１３ｕを所定の順序で１つずつターンオフする。例えば、最初にスイッチ素子１１ｕをターンオンし、２番目にスイッチ素子１２ｕをターンオンし、３番目にスイッチ素子１３ｕをターンオンし、続いてスイッチ素子１３ｕをターンオフし、次にスイッチ素子１２ｕをターンオフし、最後にスイッチ素子１１ｕをターンオフする。ターンオンの順序およびターンオフの順序について、限定はなく、要は１つずつのターンオンおよび１つずつのターンオフであればよい。

【0052】

最初のスイッチ素子１１ｕがターンオンすると、交流端子２０１からスイッチ素子２１ｕ，２２ｕ，２３ｕのそれぞれ寄生ダイオードＤを通る経路で相互接続点Ｔｕに向け電流が流れ、その相互接続点Ｔｕを経た電流がオン状態のスイッチ素子１１ｕのドレイン・ソース間を通して流れる。このスイッチ素子１１ｕを経た電流は、スイッチ素子１２ｕに並列接続されているダイオード１２ｕｄおよびコンデンサ１２ｕｃのスナバ回路を通り、さらにスイッチ素子１３ｕに並列接続されているダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃのスナバ回路を通り、正側端子２０２へと流れる。

【0053】

２番目のスイッチ素子１２ｕがターンオンすると、スイッチ素子１１ｕを経た電流がオン状態のスイッチ素子１２ｕのドレイン・ソース間を通して流れる。このスイッチ素子１２ｕを経た電流は、スイッチ素子１３ｕに並列接続されているダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃのスナバ回路を通り、正側端子２０２へ流れる。

【0054】

３番目のスイッチ素子１３ｕがターンオンすると、スイッチ素子１１ｕ，１２ｕを経た電流が、スイッチ素子１３ｕのドレイン・ソース間を通って正側端子２０２へ流れる。

【0055】

続いて、スイッチ素子１３ｕがターンオフすると、スイッチ素子１１ｕ，１２ｕを経た電流が、スイッチ素子１３ｕに並列接続されているダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃのスナバ回路を通り、正側端子２０２へ流れる。

【0056】

次にスイッチ素子１２ｕがターンオフすると、スイッチ素子１１ｕを経た電流が、スイッチ素子１２ｕに並列接続されているダイオード１２ｕｄおよびコンデンサ１２ｕｃのスナバ回路を通り、さらにスイッチ素子１３ｕに並列接続されているダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃのスナバ回路を通り、正側端子２０２へ流れる。

【0057】

最後にスイッチ素子１１ｕがターンオフすると、相互接続点Ｔｕを経た電流が、スイッチ素子１１ｕに並列接続されているダイオード１１ｕｄおよびコンデンサ１１ｕｃのスナバ回路を通り、さらにスイッチ素子１２ｕに並列接続されているダイオード１２ｕｄおよびコンデンサ１２ｕｃのスナバ回路を通り、さらにスイッチ素子１３ｕに並列接続されているスナバ回路のダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃを通り、正側端子２０２へ流れる。

【0058】

上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１１ｕがターンオンしたとき、コンデンサ１１ｕｃの電圧が回収用コンデンサ５０ｕの電圧より高ければ、コンデンサ１１ｕｃから抵抗器３１ｕｒおよびダイオード４１ｕｄを通して回収用コンデンサ５０ｕに電流が流れ、回収用コンデンサ５０ｕが充電される（コンデンサ１１ｕｄに蓄えられたエネルギーが回収用コンデンサ５０ｕに回収される）。上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１２ｕがターンオンしたとき、コンデンサ１２ｕｃの電圧が回収用コンデンサ５０ｕの電圧より高ければ、コンデンサ１２ｕｃから抵抗器３２ｕｒおよびダイオード４２ｕｄを通して回収用コンデンサ５０ｕに電流が流れ、回収用コンデンサ５０ｕが充電される（コンデンサ１２ｕｄに蓄えられたエネルギーが回収用コンデンサ５０ｕに回収される）。上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１３ｕがターンオンしたとき、コンデンサ１３ｕｃの電圧が回収用コンデンサ５０ｕの電圧より高ければ、コンデンサ１３ｕｃから抵抗器３３ｕｒおよびダイオード４３ｕｄを通して回収用コンデンサ５０ｕに電流が流れ、回収用コンデンサ５０ｕが充電される（コンデンサ１３ｕｄに蓄えられたエネルギーが回収用コンデンサ５０ｕに回収される）。回収用コンデンサ５０ｕの電圧は、コンバータ５１ｕにより、外部の動作用電圧に変換される。

【0059】

また、制御部１０は、Ｕ相交流電流の正レベル期間において、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗにおける下流側スイッチ回路Ｓｘ１，Ｓｙ１，Ｓｚ１の各スイッチ素子をオフした状態で、下流側スイッチ回路Ｓｘ２，Ｓｙ２，Ｓｚ２のいずれか１つまたは２つにおける各スイッチ素子を所定の順序で１つずつターンオンし続いて所定の順序で１つずつターンオフする。

【0060】

制御部１０は、上記と同様のスイッチング制御を、電流型変換器１Ｖ，１Ｗに対しても実行する。

【0061】

なお、Ｕ相交流電流の正レベル期間において、上流側スイッチ回路Ｓｕ２のスイッチ素子２１ｕ，２２ｕ，２３ｕをオフした状態で上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１１ｕ，１２ｕ，１３ｕを１つずつターンオンしかつ１つずつターンオフする制御について述べたが、ＭＯＳＦＥＴのようなユニポーラ素子は同期整流も可能であることを考慮すれば、その同期整流を行うために次の制御を採用してもよい。

【0062】

すなわち、Ｕ相交流電流の正レベル期間において、上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１１ｕ，１２ｕ，１３ｕのターンオンが始まって上流側スイッチ回路Ｓｕ２のスイッチ素子２１ｕ，２２ｕ，２３ｕの各寄生ダイオードＤに電流が流れ始めたところで上流側スイッチ回路Ｓｕ２のスイッチ素子２１ｕ，２２ｕ，２３ｕをターンオンし、上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１１ｕ，１２ｕ，１３ｕのターンオフが終わったところで上流側スイッチ回路Ｓｕ２のスイッチ素子２１ｕ，２２ｕ，２３ｕをターンオフする。上流側スイッチ回路Ｓｕ１の各スイッチ素子と上流側スイッチ回路Ｓｕ２の各スイッチ素子のどちらを先にオン／オフさせるかは、電流の流れ方向や他相との交流端子２０１の電圧の関係に応じて決まる。

【0063】

（効果）
（１）交流端子２０１と正側端子２０２との間の上流側スイッチ回路Ｓｕに加わる電圧は、その上流側スイッチ回路Ｓｕの構成要素である上流側スイッチ回路Ｓｕ１（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ）と上流側スイッチ回路Ｓｕ２（スイッチ素子２１ｕ～２３ｕ）とに分圧される。電流型コンバータである電力変換装置１が１相変調または２相変調している場合、この分圧により、交流端子２０１から正側端子２０２に向かう電流の流れを制御する上流側スイッチ回路Ｓｕ１（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ）の耐圧を上流側の上流側スイッチ回路Ｓｕ２（スイッチ素子２１ｕ～２３ｕ）の耐圧よりも下げることができる。

【0064】

上流側スイッチ回路Ｓｕ１（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ）の耐圧を上流側スイッチ回路Ｓｕ２（スイッチ素子２１ｕ～２３ｕ）の耐圧よりも下げることができるので、上流側スイッチ回路Ｓｕ１のスイッチ素子１１ｕ～１３ｕとして、上流側スイッチ回路Ｓｕ２のスイッチ素子２１ｕ～２３ｕよりも耐圧特性の低いものを採用することができる。これにより、コストの低減が図れる。

【0065】

上流側スイッチ回路Ｓｕ１（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ）の耐圧を第２上流側スイッチ回路Ｓｕ２（スイッチ素子２１ｕ～２３ｕ）の耐圧よりも下げることができるので、上流側スイッチ回路Ｓｕ１における各スイッチ素子の個数を上流側スイッチ回路Ｓｕ２における各スイッチ素子の個数よりも少なくすることが可能である。これは、コストの低減および効率の向上につながる。

【0066】

１相変調または２相変調している場合の電力変換装置１の動作条件として、次の２つがある。１つは各電流型変換器のうち相電圧が最も低い交流系統ラインに接続されている電力変換器の上流側スイッチ回路が必ずオフの状態であり、もう１つは各電流型変換器のうち相電圧が最も高い交流系統ラインに接続されている電力変換器の下流側スイッチ回路が必ずオフの状態である。

【0067】

（２）上流側スイッチ回路Ｓｕ１に加わる電圧がスイッチ素子１１ｕ～１３ｕに分圧され、そのスイッチ素子１１ｕ～１３ｕが１つずつ順にターンオンおよびターンオフするので、スイッチ素子１１ｕ～１３ｕのターンオン時の損失（ターンオン損失）およびターンオフ時の損失（ターンオフ損失）を低減することができる。

【0068】

（３）従来型の電流型コンバータのように、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕおよび下流側スイッチ回路Ｓｘとしてそれぞれ１つのスイッチ素子を設け、電流型変換器１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｖおよび下流側スイッチ回路Ｓｙとしてそれぞれ１つのスイッチ素子を設け、電流型変換器１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｗおよび下流側スイッチ回路Ｓｚとしてそれぞれ１つのスイッチ素子を設ける構成の場合、次の不具合に対処する必要がある。

【0069】

すなわち、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕがターンオフした際に電流型変換器１Ｖ，１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｖ，Ｓｗがオフしていると、電流の通流経路がなくなるため直流ラインＬａの電位が大きく上昇して電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの各スイッチ素子に過大な電圧が加わり、各スイッチ素子が破壊に至る可能性がある。

【0070】

電流型変換器１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｖがターンオフした際に電流型変換器１Ｕ，１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｗがオフしていると、電流の通流経路がなくなるため直流ラインＬａの電位が大きく上昇して電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの各スイッチ素子に過大な電圧が加わり、各スイッチ素子が破壊に至る可能性がある。

【0071】

電流型変換器１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｗがターンオフした際に電流型変換器１Ｕ，１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｖがオフしていると、電流の通流経路がなくなるため直流ラインＬａの電位が大きく上昇して電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの各スイッチ素子に過大な電圧が加わり、各スイッチ素子が破壊に至る可能性がある。

【0072】

このような不具合を解消するめには、図３に示すように、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕがターンオフした際に電流型変換器１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｖがすでにオンの状態にあって電流の通流経路が確保され、電流型変換器１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｖがターンオフした際に電流型変換器１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｗがすでにオンの状態にあって電流の通流経路が確保され、電流型変換器１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｗがターンオフした際に電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕがすでにオンの状態にあって電流の通流経路が確保されるよう、上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗのオン状態が互いに重なるオーバーラップ期間ｔをスイッチング制御において確保する必要がある。

【0073】

電流型変換器１Ｕの下流側スイッチ回路Ｓｘがターンオフした際に電流型変換器１Ｖの下流側スイッチ回路Ｓｙがすでにオンの状態にあって電流の通流経路が確保され、電流型変換器１Ｖの下流側スイッチ回路Ｓｙがターンオフした際に電流型変換器１Ｗの下流側スイッチ回路Ｓｚがすでにオンの状態にあって電流の通流経路が確保され、電流型変換器１Ｗの下流側スイッチ回路Ｓｚがターンオフした際に電流型変換器１Ｕの下流側スイッチ回路Ｓｘがすでにオンの状態にあって電流の通流経路が確保されるよう、下流側スイッチ回路Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオン状態が互いに重なるオーバーラップ期間ｔをスイッチング制御において確保する必要がある。

【0074】

ただし、スイッチング制御がオーバーラップ期間ｔの確保に失敗した場合、各スイッチ素子の破壊を避けられない事態となる。
これに対し、本実施形態では、電流型変換器１Ｕにおける上流側スイッチ回路Ｓｕのスイッチ素子１１ｕ～１３ｕのすべてのターンオフが終了した際に、スイッチ素子１１ｕ～１３ｕと並列の各スナバ回路を通して電流の通流経路が確保される。したがって、上流側スイッチ回路Ｓｕのスイッチ素子１１ｕ～１３ｕのすべてのターンオフが終了した際に電流型変換器１Ｖ，１Ｗにおける上流側スイッチ回路Ｓｖ，Ｓｗの各スイッチ素子がオフしていても、直流ラインＬａの電位が大きく上昇することはない。

【0075】

電流型変換器１Ｖにおける上流側スイッチ回路Ｓｖのスイッチ素子１１ｖ～１３ｖのすべてのターンオフが終了した際に、スイッチ素子１１ｖ～１３ｖと並列の各スナバ回路を通して電流の通流経路が確保される。したがって、上流側スイッチ回路Ｓｖのスイッチ素子１１ｖ～１３ｖのすべてのターンオフが終了した際に電流型変換器１Ｕ，１Ｗにおける上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｗの各スイッチ素子がオフしていても、直流ラインＬａの電位が大きく上昇することはない。

【0076】

電流型変換器１Ｗにおける上流側スイッチ回路Ｓｗのスイッチ素子１１ｗ～１３ｗのすべてのターンオフが終了した際に、スイッチ素子１１ｗ～１３ｗと並列の各スナバ回路を通して電流の通流経路が確保される。したがって、上流側スイッチ回路Ｓｗのスイッチ素子１１ｗ～１３ｗのすべてのターンオフが終了した際に電流型変換器１Ｕ，１Ｖにおける上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｖの各スイッチ素子がオフしていても、直流ラインＬａの電位が大きく上昇することはない。

【0077】

直流ラインＬａの電位が大きく上昇しないので、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの各スイッチ素子に過大な電圧が加わることはなく、各スイッチ素子が破壊を回避することができる。

【0078】

したがって、従来型の電流型コンバータのように、上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗのオン状態が互いに重なるオーバーラップ期間ｔを確保したり、下流側スイッチ回路Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのオン状態が互いに重なるオーバーラップ期間ｔを確保したりする必要がない。

【0079】

すなわち、制御部１０は、図４に示すように、上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗのそれぞれオン期間のオーバーラップ期間ｔを確保することなく移行し、かつ上流側スイッチ回路Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚのそれぞれオン期間のオーバーラップ期間ｔを確保することなく移行することができる。これにより、制御部１０の制御にかかる負担を軽減することができ、ひいては電力変換装置１としての信頼性の向上およびコストの低減につながる。

【0080】

（４）上記のように、各スナバ回路を通して電流の通流経路を確保することでオーバーラップ期間ｔを確保する制御が不要になるが、各スナバ回路を通した電流の流れが継続することで、効率の低下を招く心配が生じる。

【0081】

しかしながら、本実施形態では、電流型変換器１Ｕの各スナバ回路を通して流れる電流のエネルギーは、回収用コンデンサ５０ｕ，５０ｘに回収される。回収されたエネルギーは、コンバータ５１ｕ，５１ｘを介して各種動作用電圧として有効に利用される。同様に、電流型変換器１Ｖ，１Ｗの各スナバ回路を通して流れる電流のエネルギーは、回収用コンデンサ５０ｖ，５０ｙ，５０ｗ，５０ｚおよびコンバータ５１ｖ，５１ｙ，５１ｗ，５１ｚを介して各種動作用電圧として有効に利用される。
これら回収エネルギーの有効利用により、各スナバ回路を通して電流が流れ続けることによる効率の低下はほぼ生じない。

【0082】

（５）本実施形態では、電流型変換器１Ｕにおける上流側スイッチ回路Ｓｕの３つのスイッチ素子１１ｕ～１３ｕが１つずつ順次にターンオンする。スイッチ素子１１ｕ～１３ｕの最初の１つがターンオンしたとき、電流型変換器１Ｖ，１Ｗの各スイッチ素子の寄生ダイオードＤに加わる電圧は、上流側スイッチ回路Ｓｕのスイッチ素子１１ｕ～１３ｕに加わっている電圧の１／３（＝スイッチ素子１１ｕ～１３ｕの個数分の１）と小さい。

【0083】

同様に、電流型変換器１Ｖ，１Ｗにおける上流側スイッチ回路Ｓｕ，Ｓｖの各スイッチ素子も１つずつ順次にターンオンするので、最初の１つのスイッチ素子がターンオンしたときに他の電流型変換器の各スイッチ素子の寄生ダイオードＤに加わる電圧も小さい。
したがって、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗにおける各スイッチ素子の寄生ダイオードＤにおけるリカバリ損失を低減することができる。

【0084】

［２］第２実施形態
第２実施形態における電力変換装置１の構成を図５に示す。この第２実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0085】

電流型変換器１Ｕは、交流端子２０１、正側端子２０２、負側端子２０３、上流側スイッチ回路Ｓｕ、下流側スイッチ回路Ｓｘのほかに、エネルギー回収用の直流ラインＬｃに接続されるエネルギー回収端子２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ、直流ラインＬｄに接続されるエネルギー回収端子２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃを備える。

【0086】

電流型変換器１Ｖは、交流端子２０１、正側端子２０２、負側端子２０３、上流側スイッチ回路Ｓｖ、下流側スイッチ回路Ｓｙのほかに、直流ラインＬｃに接続されるエネルギー回収端子２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ、エネルギー回収用の直流ラインＬｄに接続されるエネルギー回収端子２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃを備える。

【0087】

電流型変換器１Ｗは、交流端子２０１、正側端子２０２、負側端子２０３、上流側スイッチ回路Ｓｗ、下流側スイッチ回路Ｓｚのほかに、直流ラインＬｃに接続されるエネルギー回収端子２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ、直流ラインＬｄに接続されるエネルギー回収端子２０５ａ，２０５ｂ，２０５ｃを備える。

【0088】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのそれぞれ正側端子２０２に回収用コンデンサ６１の一端が接続され、その回収用コンデンサ６１の他端が直流ラインＬｃに接続されている。回収用コンデンサ６１は、第１実施形態における電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの回収用コンデンサ５０ｕ，５０ｖ，５０ｗの機能を１つで担う。

【0089】

直流ラインＬａ，Ｌｃ間にエネルギー回収用の直流電源たとえばコンバータ６３が接続されている。コンバータ６３は、第１実施形態における電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのコンバータ５１ｕ，５１ｖ，５１ｗに相当するもので、回収用コンデンサ６１の電圧を外部の動作用電圧（制御部１０や他の負荷の動作用電圧）に変換し出力する。

【0090】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのそれぞれ負側端子２０３に回収用コンデンサ６２の一端が接続され、その回収用コンデンサ６２の他端が直流ラインＬｄに接続されている。コンバータ６４は、第１実施形態における電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのコンバータ５１ｘ，５１ｙ，５１ｚに相当するもので、回収用コンデンサ６２の電圧を外部の動作用電圧（制御部１０や他の負荷の動作用電圧）に変換し出力する。

【0091】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗは、互いに同一の構成を有する。このため、以下、電流型変換器１Ｕについてのみ説明し、電流型変換器１Ｖ，１Ｗについての説明は省略する。

【0092】

電流型変換器１Ｕの具体的な構成を図６に示す。
（上流側スイッチ回路Ｓｕの構成）
交流端子２０１と正側端子２０２との間の上流側スイッチ回路Ｓｕは、上流側スイッチ回路Ｓｕ１（スイッチ素子１１ｕ～１３ｕ）と、上流側スイッチ回路Ｓｕ２に代わるダイオード６５ｕとの直列接続により、交流端子２０１から正側端子２０２に向かう電流の経路を形成する単方向性スイッチとして機能する。ダイオード６５ｕは、アノードが交流端子２０１に接続され、カソードがスイッチ素子１１ｕの一端に接続されている。

【0093】

スイッチ素子１１ｕの一端（ドレイン）はコンデンサ１１ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ１１ｕｃの他端にダイオード１１ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子１１ｕの他端（ソース）はダイオード１１ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ１１ｕｃおよびダイオード１１ｕｄは、スイッチ素子１１ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ１１ｕｃおよびダイオード１１ｕｄの相互接続点に抵抗器３１ｕｒを介してダイオード３１ｕｄのカソードが接続され、そのダイオード３１ｕｄのアノードがエネルギー回収端子２０４ａに接続されている。

【0094】

スイッチ素子１２ｕの一端（ドレイン）はコンデンサ１２ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ１２ｕｃの他端にダイオード１２ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子１２ｕの他端（ソース）はダイオード１２ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ１２ｕｃおよびダイオード１２ｕｄは、スイッチ素子１２ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路（保護回路）を構成している。そして、コンデンサ１２ｕｃおよびダイオード１２ｕｄの相互接続点に抵抗器３２ｕｒを介してダイオード３２ｕｄのカソードが接続され、そのダイオード３２ｕｄのアノードがエネルギー回収端子２０４ｂに接続されている。

【0095】

スイッチ素子１３ｕの一端（ドレイン）はコンデンサ１３ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ１３ｕｃの他端にダイオード１３ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子１３ｕの他端（ソース）はダイオード１３ｕｄのカソード側に接続されている。ダイオード１３ｕｄおよびコンデンサ１３ｕｃは、スイッチ素子１３ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ１３ｕｃおよびダイオード１３ｕｄの相互接続点に抵抗器３３ｕｒを介してダイオード３３ｕｄのカソードが接続され、そのダイオード３３ｕｄのアノードがエネルギー回収端子２０４ｃに接続されている。

【0096】

（下流側スイッチ回路Ｓｘの構成）
負側端子２０３と交流端子２０１との間の下流側スイッチ回路Ｓｘは、下流側スイッチ回路Ｓｘ２（スイッチ素子２１ｘ～２３ｘ）と、下流側スイッチ回路Ｓｘ１に代わるダイオード６５ｘとの直列接続により、負側端子２０３から交流端子２０１に向かう電流の経路を形成する単方向性スイッチとして機能する。ダイオード６５ｘは、アノードがスイッチ素子２３ｘの他端に接続され、カソードが交流端子２０１に接続されている。

【0097】

スイッチ素子２１ｘの一端（ドレイン）はダイオード２１ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード２１ｘｄのカソード側にコンデンサ２１ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子２１ｘの他端（ソース）はコンデンサ２１ｘｃの他端に接続されている。ダイオード２１ｘｄおよびコンデンサ２１ｘｃは、スイッチ素子２１ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ２１ｘｃの一端が抵抗器２１ｘｒおよび順方向のダイオード２１ｘｄを介してエネルギー回収端子２０５ｃに接続されている。

【0098】

スイッチ素子２２ｘの一端（ドレイン）はダイオード２２ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード２２ｘｄのカソード側にコンデンサ２２ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子２２ｘの他端（ソース）はコンデンサ２２ｘｃの他端に接続されている。ダイオード２２ｘｄおよびコンデンサ２２ｕｃは、スイッチ素子２２ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ２２ｘｃの一端が抵抗器２２ｘｒおよび順方向のダイオード２２ｘｄを介してエネルギー回収端子２０５ｂに接続されている。

【0099】

スイッチ素子２３ｘの一端（ドレイン）はダイオード２３ｘｄのアノードに接続され、このダイオード２３ｘｄを介してコンデンサ２３ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子２３ｘの他端（ソース）はコンデンサ２３ｘｃの他端に接続されている。ダイオード２３ｘｄおよびコンデンサ２３ｘｃは、スイッチ素子２３ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ２３ｘｃの一端が抵抗器２３ｘｒおよび順方向のダイオード２３ｘｄを介してエネルギー回収端子２０５ａに接続されている。
第１実施形態の場合、上流側スイッチ回路Ｓｕ２におけるスイッチ素子２１ｕ～２３ｕの寄生ダイオードＤが交流端子２０１から正側端子２０２に向け電流が流れる経路の構成要素となるのに対し、第２実施形態では、１つのダイオード６５ｕが交流端子２０１から正側端子２０２に向け電流が流れる経路の構成要素となる。第１実施形態のスイッチ素子２１ｕ～２３ｕが１つのダイオード６５ｕに置き換わるので、その分、コストの低減が図れる。

【0100】

また、第１実施形態の場合、下流側スイッチ回路Ｓｘ１におけるスイッチ素子１１ｘ～１３ｘの寄生ダイオードＤが負側端子２０３から交流端子２０１に向け電流が流れる経路の構成要素となるのに対し、第２実施形態では、１つのダイオード６５ｘが負側端子２０３から交流端子２０１に向け電流が流れる経路の構成要素となる。スイッチ素子１１ｘ～１３ｘが１つのダイオード６５ｘに置き換わるので、その分、コストの低減が図れる。

【0101】

第１実施形態の場合、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗが回収用コンデンサ５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ，５０ｘ，５０ｙ，５０ｚを有する構成であったが、この第２実施形態では、回収用コンデンサ５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ，５０ｘ，５０ｙ，５０ｚの機能を２つの回収用コンデンサ６１，６２で担うので、コンデンサの個数が少なくなる分、コストの低減が図れる。

【0102】

また、第１実施形態の場合、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗがエネルギー回収用のコンバータ５１ｕ，５１ｖ，５１ｗ，５１ｘ，５１ｙ，５１ｚを有する構成であったが、この第２実施形態では、コンバータ５１ｕ，５１ｖ，５１ｗ，５１ｘ，５１ｙ，５１ｚの機能を２つのコンバータ６３，６４で担うので、コンバータの個数が少なくなる分、コストの低減が図れる。
他の構成および効果は第１実施形態と同じである。

【0103】

［３］第３実施形態
上記第２実施形態における電流源Ｅの電流方向が図５に示す方向と反対となった場合の構成を第３実施形態として説明する。

【0104】

電流源Ｅの電流方向が図５に示す方向と反対の場合、直流ラインＬａが負側、直流ラインＬｂが正側、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのそれぞれ正側端子２０２が負側端子、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのそれぞれ負側端子２０３が正側端子として用いられる。

【0105】

電流型変換器１Ｕの具体的な構成を図７に示す。
（上流側スイッチ回路Ｓｕの構成）
正側端子２０２と交流端子２０１との間の上流側スイッチ回路Ｓｕは、上流側スイッチ回路Ｓｕ２（スイッチ素子２１ｕ～２３ｕ）と、上流側スイッチ回路Ｓｕ１に代わるダイオード６６ｕとの直列接続により、正側端子２０２から交流端子２０１に向かう電流の経路を形成する単方向性スイッチとして機能する。ダイオード６６ｕは、アノードがスイッチ素子２３ｕの他端（ソース）に接続され、カソードが交流端子２０１に接続されている。

【0106】

スイッチ素子２１ｕの一端（ドレイン）はダイオード２１ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード２１ｕｄのカソード側にコンデンサ２１ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子２１ｕの他端（ソース）はコンデンサ２１ｕｃの他端に接続されている。ダイオード２１ｕｄおよびコンデンサ２１ｕｃは、スイッチ素子２１ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ２１ｕｃの一端が抵抗器４１ｕｒおよび順方向のダイオード４１ｕｄを介してエネルギー回収端子２０４ｃに接続されている。

【0107】

スイッチ素子２２ｕの一端（ドレイン）はダイオード２２ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード２２ｕｄのカソード側にコンデンサ２２ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子２２ｕの他端（ソース）はコンデンサ２２ｕｃの他端に接続されている。ダイオード２２ｕｄおよびコンデンサ２２ｕｃは、スイッチ素子２２ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ２２ｕｃの一端が抵抗器４２ｕｒおよび順方向のダイオード４２ｕｄを介してエネルギー回収端子２０４ｂに接続されている。

【0108】

スイッチ素子２３ｕの一端（ドレイン）はダイオード２３ｕｄのアノード側に接続され、このダイオード２３ｕｄのカソード側にコンデンサ２３ｕｃの一端が接続され、またスイッチ素子２３ｕの他端（ソース）はコンデンサ２３ｕｃの他端に接続されている。ダイオード２３ｕｄおよびコンデンサ２３ｕｃは、スイッチ素子２３ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ２３ｕｃの一端が抵抗器４３ｕｒおよび順方向のダイオード４３ｕｄを介してエネルギー回収端子２０４ａに接続されている。

【0109】

（下流側スイッチ回路Ｓｘの構成）
交流端子２０１と負側端子２０３との間の下流側スイッチ回路Ｓｘは、下流側スイッチ回路Ｓｘ１（スイッチ素子１１ｘ～１３ｘ）と、下流側スイッチ回路Ｓｘ２に代わるダイオード６６ｘとの直列接続により、交流端子２０１から負側端子２０３に向かう電流の経路を形成する単方向性スイッチとして機能する。ダイオード６６ｘは、アノードが交流端子２０１に接続され、カソードがスイッチ素子２１ｘの一端に接続されている。

【0110】

スイッチ素子１１ｘの一端（ドレイン）はコンデンサ１１ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ１１ｕｃの他端にダイオード１１ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子１１ｕの他端（ソース）はダイオード１１ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ１１ｘｃおよびダイオード１１ｘｄは、スイッチ素子１１ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ１１ｘｃおよびダイオード１１ｘｄの相互接続点に抵抗器３１ｘｒを介してダイオード３１ｘｄのカソードが接続され、そのダイオード３１ｘｄのアノードがエネルギー回収端子２０５ａに接続されている。

【0111】

スイッチ素子１２ｘの一端（ドレイン）はコンデンサ１２ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ１２ｕｃの他端にダイオード１２ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子１２ｕの他端（ソース）はダイオード１２ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ１２ｘｃおよびダイオード１２ｘｄは、スイッチ素子１２ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ１２ｘｃおよびダイオード１２ｘｄの相互接続点に抵抗器３２ｘｒを介してダイオード３２ｘｄのカソードが接続され、そのダイオード３２ｘｄのアノードがエネルギー回収端子２０５ｂに接続されている。

【0112】

スイッチ素子１３ｘの一端（ドレイン）はコンデンサ１３ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ１３ｕｃの他端にダイオード１３ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子１３ｕの他端（ソース）はダイオード１３ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ１３ｘｃおよびダイオード１３ｘｄは、スイッチ素子１３ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。そして、コンデンサ１３ｘｃおよびダイオード１３ｘｄの相互接続点に抵抗器３３ｘｒを介してダイオード３３ｘｄのカソードが接続され、そのダイオード３３ｘｄのアノードがエネルギー回収端子２０５ｃに接続されている。

【0113】

この第３実施形態では、１つのダイオード６６ｕが正側端子２０２から交流端子２０１に向け電流が流れる経路の構成要素になるとともに、１つのダイオード６６ｘが交流端子２０１から負側端子２０３に向け電流が流れる経路の構成要素となる。
他の構成および効果は、第２実施形態と同じである。

【0114】

［４］第４実施形態
第４実施形態の構成を図８に示す。この第４実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0115】

図８に示すように、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの出力が供給される直流ラインＬａ，Ｌｂの相互間に、第１実施形態の電流源Ｅに代えて電圧型インバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが接続されている。制御部１０は、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのスイッチングおよび電圧型インバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗのスイッチングを制御する。

【0116】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの構成は、第１実施形態と同じである。
電力変換装置１は、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗに、電圧型インバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗを組み合わせたいわゆるインダイレクトマトリックスコンバータである。

【0117】

電圧型インバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗから直流ラインＬａ，Ｌｂに供給される直流電力をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の交流電力にそれぞれ変換しそれをモータ等の負荷３００に供給する。

【0118】

電圧型インバータ２Ｕは、負荷３００に接続される交流端子２１１、直流ラインＬａに接続される正側端子２１２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２１３、その正側端子２１２と交流端子２１１との間に接続された上流側スイッチ回路（上アーム）Ｑｕ、交流端子２１１と負側端子２１３との間に接続された下流側スイッチ回路（下アーム）Ｑｘを備える。

【0119】

電圧型コンバータ２Ｖは、負荷３００に接続される交流端子２１１、直流ラインＬａに接続される正側端子２１２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２１３、その正側端子２１２と交流端子２１１との間に接続された上流側スイッチ回路（上アーム）Ｑｖ、交流端子２０１と負側端子２１３との間に接続された下流側スイッチ回路（下アーム）Ｑｙを備える。

【0120】

電圧型コンバータ２Ｗは、負荷３００に接続される交流端子２１１、直流ラインＬａに接続される正側端子２１２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２１３、その正側端子２１２と交流端子２１１との間に接続された上流側スイッチ回路（上アーム）Ｑｗ、交流端子２１１と負側端子２１３との間に接続された下流側スイッチ回路（下アーム）Ｑｚを備える。

【0121】

電圧型インバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは、互いに同一の構成を有する。このため、以下、電圧型インバータ２Ｕについてのみ説明し、電圧型インバータ２Ｖ，２Ｗについての説明は省略する。

【0122】

電圧型インバータ２Ｕの具体的な構成を図９に示す。
（上流側スイッチ回路Ｑｕの構成）
正側端子２１２と交流端子２１１との間の上流側スイッチ回路Ｑｕは、複数のスイッチ素子７１ｕ，７２ｕ，７３ｕの直列接続により構成され、これらスイッチ素子７１ｕ～７３ｕのオンにより破線矢印で示すように正側端子２１２から交流端子２１１に向かう電流の経路を形成する。

【0123】

スイッチ素子７１ｕ～７３ｕは、スイッチ素子本体に逆並列接続された寄生ダイオードＤを含み、オン時に一端（ドレイン）から他端（ソース）へと電流を流し、オフ時にその電流を遮断する半導体スイッチ素子たとえばＭＯＳＦＥＴである。上流側スイッチ回路Ｑｕにおける各スイッチ素子の個数は、少なくとも２つ以上であればよい。

【0124】

スイッチ素子７１ｕの一端（ドレイン）はコンデンサ７１ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ７１ｕｃの他端にダイオード７１ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子７１ｕの他端（ソース）はダイオード７１ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ７１ｕｃおよびダイオード７１ｕｄは、スイッチ素子７１ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ７１ｕｃの他端が抵抗器８１ｕｒを介してダイオード８１ｕｄのカソードに接続され、そのダイオード８１ｕｄのアノードが後述する回収用コンデンサ（フローティングコンデンサともいう）８０ｕｘの一端に接続されている。

【0125】

スイッチ素子７２ｕの一端（ドレイン）はコンデンサ７２ｕｃの一端に接続され、このコンデンサ７２ｕｃの他端にダイオード７２ｕｄのアノード側が接続され、またスイッチ素子７２ｕの他端（ソース）はダイオード７２ｕｄのカソード側に接続されている。コンデンサ７２ｕｃおよびダイオード７２ｕｄは、スイッチ素子７２ｕのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ７２ｕｃの他端が抵抗器８２ｕｒを介してダイオード８２ｕｄのカソードに接続され、そのダイオード８２ｕｄのアノードが回収用コンデンサ８０ｕｘの一端に接続されている。

【0126】

スイッチ素子７３ｕの一端（ドレイン）は回収用コンデンサ８０ｕｘの他端に接続され、スイッチ素子７３ｕの他端（ソース）は交流端子２１１に接続されている。

【0127】

（下流側スイッチ回路Ｑｘの構成）
交流端子２１１と正側端子２１２との間の下流側スイッチ回路Ｑｘは、複数のスイッチ素子７１ｘ，７２ｘ，７３ｘの直列接続により構成され、これらスイッチ素子７１ｘ～７３ｘのオンにより破線矢印で示すように交流端子２１１から負側端子２１３に向かう電流の経路を形成する。

【0128】

スイッチ素子７１ｘ～７３ｘも、スイッチ素子本体に逆並列接続された寄生ダイオードＤを含み、オン時に一端（ドレイン）から他端（ソース）へと電流を流し、オフ時にその電流を遮断する半導体スイッチ素子たとえばＭＯＳＦＥＴである。下流側スイッチ回路Ｑｘにおける各スイッチ素子の個数は、少なくとも２つ以上であればよい。

【0129】

スイッチ素子７１ｘの一端（ドレイン）は交流端子２１１に接続され、スイッチ素子７１ｘの他端（ソース）は回収用コンデンサ８０ｕｘの一端に接続されている。

【0130】

スイッチ素子７２ｘの一端（ドレイン）はダイオード７２ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード７２ｘｄのカソード側にコンデンサ７２ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子７２ｘの他端（ソース）はコンデンサ７２ｘｃの他端に接続されている。コンデンサ７２ｘｃおよびダイオード７２ｘｄは、スイッチ素子７２ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ７２ｘｃの一端が抵抗器８２ｘｒおよび順方向のダイオード８２ｘｄを介して回収用コンデンサ８０ｕｘの他端に接続されている。

【0131】

スイッチ素子７３ｘの一端（ドレイン）はダイオード７３ｘｄのアノード側に接続され、このダイオード７３ｘｄのカソード側にコンデンサ７３ｘｃの一端が接続され、またスイッチ素子７３ｘの他端（ソース）はコンデンサ７３ｘｃの他端に接続されている。コンデンサ７３ｘｃおよびダイオード７３ｘｄは、スイッチ素子７３ｘのターンオフ時に生じる高電圧を吸収するスナバ回路を構成している。このスナバ回路におけるコンデンサ７３ｘｃの一端が抵抗器８３ｘｒおよび順方向のダイオード８３ｘｄを介して回収用コンデンサ８０ｕｘの他端に接続されている。

【0132】

回収用コンデンサ８０ｕｘは、各スナバ回路のコンデンサに蓄えられたエネルギーを蓄え、それをスイッチ素子７３ｕ，７１ｘのオンに伴い放電する。

【0133】

なお、電圧型インバータ２Ｖは、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｑｕ（スイッチ素子７１ｕ～７３ｕ）、下流側スイッチ回路Ｑｘ（スイッチ素子７１ｘ～７３ｘ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ８０ｕｘ等）に対応する構成として、図示していないが、上流側スイッチ回路Ｑｖ（スイッチ素子７１ｖ～７３ｖ）、下流側スイッチ回路Ｑｙ（スイッチ素子７１ｙ～７３ｙ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ８０ｖｙ等）を備える。

【0134】

同様に、電流型変換器２Ｗは、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｑｕ（スイッチ素子７１ｕ～７３ｕ）、下流側スイッチ回路Ｑｘ（スイッチ素子７１ｘ～７３ｘ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ８０ｕｘ等）に対応する構成として、図示していないが、上流側スイッチ回路Ｑｗ（スイッチ素子７１ｗ～７３ｗ）、下流側スイッチ回路Ｑｚ（スイッチ素子７１ｚ～７３ｚ）、および周辺回路（各スナバ回路，回収用コンデンサ８０ｗｚ等）を備える。

【0135】

制御部１０は、上流側スイッチ回路Ｑｕのオン期間において、スイッチ素子７１ｕ～７３ｕを所定の順序で１つずつターンオンし、続いてスイッチ素子７１ｕ～７３ｕを所定の順序で１つずつターンオフする。ターンオンの順序およびターンオフの順序について、限定はない。さらに、制御部１０は、下流側スイッチ回路Ｑｘのオン期間において、スイッチ素子７１ｘ～７３ｘを所定の順序で１つずつターンオンし、続いてスイッチ素子７１ｘ～７３ｘを所定の順序で１つずつターンオフする。ターンオンの順序およびターンオフの順序について、限定はない。

【0136】

制御部１０は、負荷３００から回生エネルギーを取込むいわゆる回生モードに際し、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕおよび下流側スイッチ回路Ｓｘを共にオンして直流ラインＬａ，Ｌｂに電流が流出しないゼロ電流出力（電流型変換器１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｖ，Ｓｙおよび電流型変換器１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｗ，Ｓｚはオフの状態）の状態を設定し、このゼロ電流出力中に電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗをスイッチング（いわゆるゼロ電圧スイッチング）する。

【0137】

ゼロ電流出力中は、直流ラインＬａ，Ｌｂを介して電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗに加わる直流電圧がゼロ（零）となる。電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗに加わる直流電圧がゼロの状態で電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗの各スイッチ素子がオン，オフするのであれば、そのオン，オフに際しての短絡電流防止用のデッドタイムを省略できる。

【0138】

つまり、電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗに加わる直流電圧がゼロの状態であれば、電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗにおける上流側スイッチ回路Ｑｕ，Ｑｖ，Ｑｗのいずれか１つの相のスイッチ素子がオンした際に、電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗにおける下流側スイッチ回路Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚのいずれか１つの相のスイッチ素子がオンしても、その両スイッチ素子を通して短絡電流が流れることはない。短絡電流が流れないので、短絡電流防止用のデッドタイムを省略できる。

【0139】

短絡電流防止用のデッドタイムを省略できるので、その分だけ制御部１０の制御の負担を軽減することができる。制御の負担を軽減できるので、制御部１０の簡略化およびその簡略化に伴うコスト低減が図れる。
他の構成および効果は第１実施形態と同じである。

【0140】

［５］第５実施形態
上記第４実施形態における電圧型インバータ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの構成の変形例を第５実施形態として図１０に示す。
電圧型インバータ２Ｕは、図１０に示すように、交流端子２１１、正側端子２１２、負側端子２１３、上流側スイッチ回路Ｑｕ（スイッチ素子７１ｕ～７３ｕ）、および下流側スイッチ回路Ｑｘ（スイッチ素子７１ｘ～７３ｘ）を備えるだけで、各スナバ回路や回収用コンデンサは備えていない。電圧型インバータ２Ｖ，２Ｗも、電圧型インバータ２Ｕと同一の構成を有している。

【0141】

制御部１０は、第４実施形態の制御と同じく、負荷３００から回生エネルギーを取込む際に、電流型変換器１Ｕの上流側スイッチ回路Ｓｕおよび下流側スイッチ回路Ｓｘを共にオンして直流ラインＬａ，Ｌｂに電流が流出しないゼロ電流出力（電流型変換器１Ｖの上流側スイッチ回路Ｓｖ，Ｓｙおよび電流型変換器１Ｗの上流側スイッチ回路Ｓｗ，Ｓｚはオフの状態）の状態を設定し、このゼロ電流出力中に電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗをスイッチング（いわゆるゼロ電圧スイッチング）する。

【0142】

ゼロ電流出力中は、直流ラインＬａ，Ｌｂを介して電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗに加わる直流電圧がゼロ（零）となる。電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗに加わる直流電圧がゼロの状態で電圧型インバータ２１Ｕ，２Ｖ，２Ｗの各スイッチ素子がオン，オフするのであれば、各スイッチ素子に過電圧が印加されることはない。各スイッチ素子に過電圧が印加されないので、保護用の各スナバ回路や回収用コンデンサが不要である。保護用の各スナバ回路や回収用コンデンサが不要となる分、構成の簡略化およびコスト低減が図れる。

【0143】

［６］第６実施形態
第６実施形態の構成を図１１に示す。この第６実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0144】

図１１に示すように、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの出力が供給される直流ラインＬａ，Ｌｂの相互間に、第１実施形態の電流源Ｅに代えてマルチレベル変換器（ＭＭＣ；Modular Multilevel Converter）３Ｕ，３Ｖ，３Ｗが接続されている。制御部１０は、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのスイッチングおよびマルチレベル変換器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗのスイッチングを制御する。

【0145】

マルチレベル変換器３Ｕ，３Ｖ，３Ｗは、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗから供給される直流電力により動作して所定周波数の３相交流電圧を生成し、それをモータ等の負荷３００に供給する。

【0146】

マルチレベル変換器３Ｕは、負荷３００に接続される交流端子２２１、直流ラインＬａに接続される正側端子２２２、直流ラインＬｂに接続される負側端子２２３、交流端子２２１と正側端子２２２との間にリアクトル９０ｕを介して直列接続（カスケード接続）された複数の単位変換器（チョッパーセルともいう）９１ｕ，９２ｕ，９３ｕ、交流端子２２１と負側端子２２３との間にリアクトル９０ｘを介して直列接続された複数の単位変換器９１ｘ，９２ｘ，９３ｘを備える。単位変換器９１ｕ～９３ｕ，９１ｘ～９３ｘは、それぞれが複数レベル（マルチレベル）の直流電圧を選択的に出力する。これら単位変換器の出力電圧を足し合わせることにより、交流電圧を生成し出力する。

【0147】

単位変換器９１ｕは、図１２に示すように、一対の出力端子４０１，４０２、複数のスイッチ素子４０３，４０４、これらスイッチ素子４０３，４０４を介して各出力端子に接続されるコンデンサ４０５を含み、スイッチ素子４０３，４０４のオン，オフによる複数レベルの直流電圧を出力端子４０１，４０２間に出力する。他の単位変換器９２ｕ，９３ｕ，９１ｘ～９３ｘも、この単位変換器９１ｕと同じ構成である。

【0148】

マルチレベル変換器３Ｖは、交流端子２２１、正側端子２２２、負側端子２２３、交流端子２２１と正側端子２２２との間にリアクトル９０ｖを介して直列接続された複数の単位変換器９１ｖ，９２ｖ，９３ｖ、交流端子２２１と負側端子２２３との間にリアクトル９０ｙを介して直列接続された複数の単位変換器９１ｙ，９２ｙ，９３ｙを備える。単位変換器９１ｖ～９３ｖ，９１ｙ～９３ｙは、それぞれが複数レベルの直流電圧を選択的に出力する。これら単位変換器の出力電圧を足し合わせることにより、交流電圧を生成し出力する。これら単位変換器の構成は単位変換器９１ｕの構成と同じである。

【0149】

マルチレベル変換器３Ｗは、交流端子２２１、正側端子２２２、負側端子２２３、交流端子２２１と正側端子２２２との間にリアクトル９０ｗを介して直列接続された複数の単位変換器９１ｗ，９２ｗ，９３ｗ、交流端子２２１と負側端子２２３との間にリアクトル９０ｚを介して直列接続された複数の単位変換器９１ｚ，９２ｚ，９３ｚを備える。単位変換器９１ｗ～９３ｗ，９１ｚ～９３ｚは、それぞれが複数レベルの直流電圧を選択的に出力する。これら単位変換器の出力電圧を足し合わせることにより、交流電圧を生成し出力する。これら単位変換器の構成は単位変換器９１ｕの構成と同じである。
他の構成および効果は、第１実施形態と同じである。

【0150】

［７］第７実施形態
第７実施形態の構成を図１３に示す。この第４実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0151】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの出力が供給される直流ラインＬａ，Ｌｂの相互間に、第１実施形態の電流源Ｅに代わる電流型インバータ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗがリアクトル５０１，５０２を介して接続されている。制御部１０は、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗのスイッチングおよび電流型インバータ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗのスイッチングを制御する。

【0152】

電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの構成は、第１実施形態と同じである。
電流型インバータ４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、電流型変換器１Ｕ，１Ｖ，１Ｗと同じ構成のものを電流型インバータとして用いている。
他の構成および効果は第１実施形態と同じである。

【0153】

以上、第１～第７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】

【0154】

１…電力変換装置、１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ…電流型変換器、Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ…上流側スイッチ回路、Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ…下流側スイッチ回路、１０…制御部、１１ｕ～１３ｕ，２１ｕ～２３ｕ，１１ｘ～１３ｘ，２１ｘ～２３ｘ…スイッチ素子、１１ｕｃ～１３ｕｃ，２１ｕｃ～２３ｕｃ，１１ｘｃ～１３ｘｃ，２１ｘｃ～２３ｘｃ…スナバ回路のコンデンサ、５０ｕ，５０ｘ…回収用コンデンサ、５１ｕ，５１ｘ…コンバータ。

【要約】

【課題】損失の低減やコストの低減が図れるとともに、スイッチ素子への過大電圧の印加を回避でき、さらには制御の簡略化も図れる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置は、３相交流電力を直流電力に変換して出力または直流電力を３相交流電力に変換して出力する３つの電流型変換器を備える。前記各電流型変換器は、交流端子、正側端子、および負側端子；前記交流端子と前記正側端子との間に接続された上流側スイッチ回路；前記交流端子と前記負側端子との間に接続された下流側スイッチ回路；を含み、前記交流端子への交流入力を直流電力に変換しそれを前記正側端子および前記負側端子から出力し、または前記正側端子および前記負側端子への直流入力を交流電力に変換しそれを前記交流端子から出力する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】