JP7126133B2 - power converter - Google Patents

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Description

本発明は、一般に電力変換装置に関し、より詳細には直流電源からの電力を変換する電力変換装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to power converters, and more particularly to power converters that convert power from a DC power supply.

近年、住宅用の太陽光発電装置や燃料電池、蓄電装置などの普及に伴い、これらの直流電源の出力を交流に変換する電力変換装置として、多様な回路が提案され、提供されている。たとえば特許文献１，２には、直流電圧源から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成する電力変換装置（特許文献１では「マルチレベル電力変換装置」、特許文献２では「コンバータ回路」）が開示されている。 2. Description of the Related Art In recent years, with the popularization of residential solar power generation devices, fuel cells, power storage devices, and the like, various circuits have been proposed and provided as power conversion devices that convert the output of these DC power sources into AC power. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a power conversion device that generates an AC output converted from a DC voltage source into a plurality of voltage levels (“multilevel power conversion device” in Patent Document 1, “converter circuit” in Patent Document 2). is disclosed.

特許文献１の記載によれば、電力変換装置は、５レベルの電圧を出力する５レベルインバータであって、２個の直流キャパシタと、２個のフライングキャパシタと、１０個のスイッチング素子とを備えている。この電力変換装置は、２個の直流キャパシタの直列回路に直流電圧Ｅが印加された状態で、各直流キャパシタの電圧がＥ／２となり、各フライングキャパシタの電圧がＥ／４となるように各スイッチング素子を制御することで、５レベルの電圧を出力する。 According to the description of Patent Document 1, the power converter is a 5-level inverter that outputs 5-level voltage, and includes 2 DC capacitors, 2 flying capacitors, and 10 switching elements. ing. In this power converter, in a state in which a DC voltage E is applied to a series circuit of two DC capacitors, each DC capacitor has a voltage of E/2 and each flying capacitor has a voltage of E/4. By controlling the switching elements, five levels of voltage are output.

特開２０１４－６４４３１号公報JP 2014-64431 A 特許第４３６９４２５号公報Japanese Patent No. 4369425

ところで、特許文献１，２に記載の電力変換装置においては、上述したように５レベルの電圧を出力する定常動作を行うためには、直流電源（直流電圧源）の投入後、まずフライングキャパシタを規定電圧（Ｅ／４）まで充電する必要がある。しかし、特許文献１，２に記載の電力変換装置は、定常動作の中でフライングキャパシタを充電するように構成されており、交流出力の出力端子間に何の負荷も接続されていない状態（無負荷状態）では、フライングキャパシタを充電することができない。また、フライングキャパシタが充電されていない状態でスイッチング素子を動作させると、スイッチング素子に通常動作よりも大きな電圧がかかってしまうので、スイッチング素子として耐圧が高いものを使用する必要がある。 By the way, in the power converters described in Patent Documents 1 and 2, in order to perform a steady-state operation that outputs five-level voltages as described above, the flying capacitor is first turned on after the DC power supply (DC voltage source) is turned on. It is necessary to charge up to the specified voltage (E/4). However, the power converters described in Patent Documents 1 and 2 are configured to charge the flying capacitor during steady operation, and are in a state where no load is connected between the output terminals of the AC output (no load). load condition), the flying capacitor cannot be charged. In addition, if the switching element is operated while the flying capacitor is not charged, a higher voltage than in normal operation is applied to the switching element, so it is necessary to use a switching element with a high withstand voltage.

本発明は上記事由に鑑みて為されており、起動時に過電圧がかかりうる素子に過電圧がかからないように制御可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a power converter that can be controlled so as not to apply an overvoltage to elements to which an overvoltage can be applied at startup.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電力変換装置は、直流電源の高電位側となる第１入力点と基準電位点との間に電気的に接続され、第１キャパシタおよび複数のスイッチング素子により第１出力点および第２出力点の電位を切り替える第１変換回路と、直流電源の低電位側となる第２入力点と基準電位点との間に電気的に接続され、第２キャパシタおよび複数のスイッチング素子により第３出力点および第４出力点の電位を切り替える第２変換回路と、第１出力点と第３出力点との間に電気的に接続され、第１出力端子の電位を、第１出力点の電位と第３出力点の電位との間で切り替える第１の出力切替回路と、第２出力点と第４出力点との間に電気的に接続され、第２出力端子の電位を、第２出力点の電位と第４出力点の電位との間で切り替える第２の出力切替回路と、直流電源より電力の供給が開始されてから第１キャパシタおよび第２キャパシタが規定電圧に充電されるまでの始動期間において、直流電源から出力される直流電圧をスローアップして第１キャパシタおよび第２キャパシタに印加するためのプリチャージ回路と、第１キャパシタまたは第２キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出された第１キャパシタまたは第２キャパシタの電圧が規定電圧に達したか否かを判断する判断部と、複数のスイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、を備える。第１変換回路は、第１入力点と基準電位点との間において、第１入力点側から第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子、第４のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１～４のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子および第３のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続され、高電位側から第５のスイッチング素子、第６のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第５～６のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子および第３のスイッチング素子の直列回路並びに第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第１キャパシタとを有し、第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子との接続点を第１出力点とし、第５のスイッチング素子と第６のスイッチング素子との接続点を第２出力点としており、第２変換回路は、基準電位点と第２入力点との間において、基準電位点側から第７のスイッチング素子、第８のスイッチング素子、第９のスイッチング素子、第１０のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第７～１０のスイッチング素子と、第８のスイッチング素子および第９のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続され、高電位側から第１１のスイッチング素子、第１２のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１１～１２のスイッチング素子と、第８のスイッチング素子および第９のスイッチング素子の直列回路並びに第１１のスイッチング素子および第１２のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第２キャパシタとを有し、第８のスイッチング素子と第９のスイッチング素子との接続点を第３出力点とし、第１１のスイッチング素子と第１２のスイッチング素子との接続点を第４出力点としており、第１の出力切替回路は、第１出力点と第１出力端子との間に接続された第１３のスイッチング素子と、第３出力点と第１出力端子との間に接続された第１４のスイッチング素子とを有する。第２の出力切替回路は、第２出力点と第２出力端子との間に接続された第１５のスイッチング素子と、第４出力点と第２出力端子との間に接続された第１６のスイッチング素子とを有する。プリチャージ回路は、第１のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第１のプリチャージ回路と、第４のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第２のプリチャージ回路と、第７のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第３のプリチャージ回路と、第１０のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第４のプリチャージ回路とを有する。第１～４のプリチャージ回路は、それぞれ、直列接続された抵抗素子とスイッチング素子とを有する。 In order to solve the above problems, a power converter according to one aspect of the present invention is electrically connected between a first input point on the high potential side of a DC power supply and a reference potential point, and includes a first capacitor and a plurality of is electrically connected between a first conversion circuit that switches the potentials of the first output point and the second output point by the switching element of, and the second input point and the reference potential point on the low potential side of the DC power supply, a first output terminal electrically connected between a second conversion circuit for switching the potentials of the third output point and the fourth output point by means of two capacitors and a plurality of switching elements; between the potential of the first output point and the potential of the third output point, and the second output point and the fourth output point; a second output switching circuit for switching the potential of the two output terminals between the potential of the second output point and the potential of the fourth output point; a precharge circuit for slowing up the DC voltage output from the DC power supply and applying it to the first capacitor and the second capacitor; a voltage detection unit that detects the voltage of the capacitor; a determination unit that determines whether the voltage of the first capacitor or the second capacitor detected by the voltage detection unit has reached a specified voltage; and a control unit for controlling. Between the first input point and the reference potential point, the first conversion circuit switches between the first input point side, the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element in that order. and the first to fourth switching elements electrically connected in series and the series circuit of the second switching element and the third switching element are electrically connected in parallel, and the fifth switching element is connected from the high potential side. A series circuit of the fifth and sixth switching elements electrically connected in series, the second switching element and the third switching element, and the fifth switching element and the third switching element in the order of the element, the sixth switching element. a series circuit of six switching elements and a first capacitor electrically connected in parallel; a connection point between the second switching element and the third switching element is defined as a first output point; A connection point between the element and the sixth switching element is used as a second output point, and the second conversion circuit is arranged between the reference potential point and the second input point, from the reference potential point side to the seventh switching element, the 8 switching elements, a ninth switching element, and a tenth switching element in that order, the seventh to tenth switching elements electrically connected in series, and the series of the eighth switching element and the ninth switching element eleventh to twelfth switching elements electrically connected in parallel with the circuit and electrically connected in series in the order of an eleventh switching element and a twelfth switching element from the high potential side; and an eighth switching element. a second capacitor electrically connected in parallel with the series circuit of the element and the ninth switching element and the series circuit of the eleventh switching element and the twelfth switching element; A connection point with the switching element is a third output point, a connection point between the eleventh switching element and the twelfth switching element is a fourth output point, and the first output switching circuit is connected to the first output point. a thirteenth switching element connected between the first output terminal; and a fourteenth switching element connected between the third output point and the first output terminal. The second output switching circuit includes a fifteenth switching element connected between the second output point and the second output terminal, and a sixteenth switching element connected between the fourth output point and the second output terminal. and a switching element. The precharge circuit includes a first precharge circuit electrically connected in parallel with the first switching element, a second precharge circuit electrically connected in parallel with the fourth switching element, and a second precharge circuit electrically connected in parallel with the fourth switching element. 7 switching elements electrically connected in parallel; and a fourth precharge circuit electrically connected in parallel with the tenth switching element. Each of the first to fourth precharge circuits has a resistance element and a switching element connected in series.

本発明は、起動時に過電圧がかかりうる素子に過電圧がかからないように構成することにより低耐圧の素子を使用できる、という利点がある。 The present invention has the advantage that it is possible to use low withstand voltage elements by structuring such that overvoltage is not applied to elements to which overvoltage can be applied at start-up.

実施形態１に係る電力変換装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a power converter according to Embodiment 1; FIG. 第１変換回路の第１出力点の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す図である。It is a figure which shows four switching patterns for switching the electric potential of the 1st output point of a 1st conversion circuit. 第１変換回路の第２出力点の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す図である。It is a figure which shows four switching patterns for switching the electric potential of the 2nd output point of a 1st conversion circuit. 第２変換回路の第３出力点の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す図である。It is a figure which shows four switching patterns for switching the electric potential of the 3rd output point of a 2nd conversion circuit. 第２変換回路の第４出力点の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す図である。It is a figure which shows four switching patterns for switching the electric potential of the 4th output point of a 2nd conversion circuit. 実施形態２に係る電力変換装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 2. FIG.

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電力変換装置１０の構成を示す。本実施形態に係る電力変換装置１０は、図１に示すように、第１変換回路１と、第２変換回路２と、プリチャージ回路３と、第１出力切替回路５ａと、第２出力切替回路５ｂとを備えている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows the configuration of a power converter 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 according to the present embodiment includes a first conversion circuit 1, a second conversion circuit 2, a precharge circuit 3, a first output switching circuit 5a, and a second output switching circuit. and a circuit 5b.

第１変換回路１は、直流電源４の高電位側となる第１入力点１０１と基準電位点１００との間に電気的に接続されている。第１変換回路１は、第１出力点１０３と基準電位点１００との間に発生する電圧の大きさ、および、第２出力点１０４と基準電位点１００との間に発生する電圧の大きさを、ゼロ、第１レベル、第２レベルの３段階で切り替える。 The first conversion circuit 1 is electrically connected between a first input point 101 on the high potential side of the DC power supply 4 and a reference potential point 100 . The first conversion circuit 1 measures the magnitude of the voltage generated between the first output point 103 and the reference potential point 100 and the magnitude of the voltage generated between the second output point 104 and the reference potential point 100. is switched in three stages: zero, first level, and second level.

第２変換回路２は、直流電源４の低電位側となる第２入力点１０２と基準電位点１００との間に電気的に接続されている。第２変換回路２は、基準電位点１００と第３出力点１０５との間に発生する電圧の大きさ、および、基準電位点１００と第４出力点１０６との間に発生する電圧の大きさを、ゼロ、第３レベル、第４レベルの３段階で切り替える。 The second conversion circuit 2 is electrically connected between the second input point 102 on the low potential side of the DC power supply 4 and the reference potential point 100 . The second conversion circuit 2 measures the magnitude of the voltage generated between the reference potential point 100 and the third output point 105 and the magnitude of the voltage generated between the reference potential point 100 and the fourth output point 106. is switched in three stages of zero, third level, and fourth level.

第１出力切替回路５ａは、第１出力点１０３と第３出力点１０５との間に電気的に接続され、第１３のスイッチング素子Ｑ１３および第１４のスイッチング素子Ｑ１４を有している。第１出力切替回路５ａは、第１出力端子ＯＵＴ１の電位を、第１変換回路１の第１出力点１０３と第２変換回路２の第３出力点１０５との間で切り替える。 The first output switching circuit 5a is electrically connected between the first output point 103 and the third output point 105, and has a thirteenth switching element Q13 and a fourteenth switching element Q14. The first output switching circuit 5 a switches the potential of the first output terminal OUT<b>1 between the first output point 103 of the first conversion circuit 1 and the third output point 105 of the second conversion circuit 2 .

第２出力切替回路５ｂは、第２出力点１０４と第４出力点１０６との間に電気的に接続され、第１５のスイッチング素子Ｑ１５および第１６のスイッチング素子Ｑ１６を有している。第２出力切替回路５ｂは、第２出力端子ＯＵＴ２の電位を、第１変換回路１の第２出力点１０４と第２変換回路２の第４出力点１０６との間で切り替える。 The second output switching circuit 5b is electrically connected between the second output point 104 and the fourth output point 106, and has a fifteenth switching element Q15 and a sixteenth switching element Q16. The second output switching circuit 5 b switches the potential of the second output terminal OUT<b>2 between the second output point 104 of the first conversion circuit 1 and the fourth output point 106 of the second conversion circuit 2 .

第１変換回路１は、第１～６のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、第１キャパシタＣ１とを有している。第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、第１入力点１０１と基準電位点１００との間において、電気的に直列に接続されている。第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、第１入力点１０１側から第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３、第４のスイッチング素子Ｑ４の順で、直列に接続されている。 The first conversion circuit 1 has first to sixth switching elements Q1 to Q6 and a first capacitor C1. The first to fourth switching elements Q1 to Q4 are electrically connected in series between the first input point 101 and the reference potential point 100 . The first to fourth switching elements Q1 to Q4 are arranged in the order of the first switching element Q1, the second switching element Q2, the third switching element Q3, and the fourth switching element Q4 from the first input point 101 side. connected in series.

第５～６のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ６は、第２のスイッチング素子Ｑ２および第３のスイッチング素子Ｑ３の直列回路と、電気的に並列に接続されている。第５～６のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ６は、高電位側から第５のスイッチング素子Ｑ５、第６のスイッチング素子Ｑ６の順で、直列に接続されている。 The fifth and sixth switching elements Q5 and Q6 are electrically connected in parallel with the series circuit of the second switching element Q2 and the third switching element Q3. The fifth and sixth switching elements Q5 and Q6 are connected in series in the order of the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6 from the high potential side.

第１キャパシタＣ１は、第２のスイッチング素子Ｑ２および第３のスイッチング素子Ｑ３の直列回路、および、第５のスイッチング素子Ｑ５および第６のスイッチング素子Ｑ６の直列回路と、電気的に並列に接続されている。第１変換回路１は、第２のスイッチング素子Ｑ２と第３のスイッチング素子Ｑ３との接続点を第１出力点１０３とし、第５のスイッチング素子Ｑ５と第６のスイッチング素子Ｑ６との接続点を第２出力点１０４としている。 The first capacitor C1 is electrically connected in parallel with the series circuit of the second switching element Q2 and the third switching element Q3 and the series circuit of the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6. ing. The first conversion circuit 1 has a connection point between the second switching element Q2 and the third switching element Q3 as a first output point 103, and a connection point between the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6. A second output point 104 is used.

第２変換回路２は、第７～１２のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２と、第２キャパシタＣ２とを有している。第７～１０のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０は、基準電位点１００と第２入力点１０２との間において、電気的に直列に接続されている。第７～１０のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０は、基準電位点１００側から第７のスイッチング素子Ｑ７、第８のスイッチング素子Ｑ８、第９のスイッチング素子Ｑ９、第１０のスイッチング素子Ｑ１０の順で、直列に接続されている。 The second conversion circuit 2 has seventh to twelfth switching elements Q7 to Q12 and a second capacitor C2. The seventh to tenth switching elements Q7 to Q10 are electrically connected in series between the reference potential point 100 and the second input point . The seventh to tenth switching elements Q7 to Q10 are connected in series from the reference potential point 100 side in the order of the seventh switching element Q7, the eighth switching element Q8, the ninth switching element Q9, and the tenth switching element Q10. It is connected to the.

第１１～１２のスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１２は、第８のスイッチング素子Ｑ８および第９のスイッチング素子Ｑ９の直列回路と、電気的に並列に接続されている。第１１～１２のスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１２は、高電位側から第１１のスイッチング素子Ｑ１１、第１２のスイッチング素子Ｑ１２の順で、直列に接続されている。 The eleventh to twelfth switching elements Q11 to Q12 are electrically connected in parallel with the series circuit of the eighth switching element Q8 and the ninth switching element Q9. The eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12 are connected in series in the order of the eleventh switching element Q11 and the twelfth switching element Q12 from the high potential side.

第２キャパシタＣ２は、第８のスイッチング素子Ｑ８および第９のスイッチング素子Ｑ９の直列回路、および、第１１のスイッチング素子Ｑ１１および第１２のスイッチング素子Ｑ１２の直接回路と、電気的に並列に接続されている。第２変換回路２は、第８のスイッチング素子Ｑ８と第９のスイッチング素子Ｑ９との接続点を第３出力点１０５とし、第１１のスイッチング素子Ｑ１１と第１２のスイッチング素子Ｑ１２との接続点を第４出力点１０６としている。 The second capacitor C2 is electrically connected in parallel with the series circuit of the eighth switching element Q8 and the ninth switching element Q9 and the direct circuit of the eleventh switching element Q11 and the twelfth switching element Q12. ing. The second conversion circuit 2 has a connection point between the eighth switching element Q8 and the ninth switching element Q9 as a third output point 105, and a connection point between the eleventh switching element Q11 and the twelfth switching element Q12. A fourth output point 106 is used.

プリチャージ回路３は、直流電源４より電力の供給が開始されてから第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでの始動期間において、直流電源４から出力される直流電圧をスローアップして第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２に印加するための回路である。プリチャージ回路３は、第１のスイッチング素子Ｑ１と並列に接続された第１のプリチャージ回路３ａと、第４のスイッチング素子Ｑ４と並列に接続された第２のプリチャージ回路３ｂと、第７のスイッチング素子Ｑ７と並列に接続された第３のプリチャージ回路３ｃと、第１０のスイッチング素子Ｑ１０と並列に接続された第４のプリチャージ回路３ｄとを有する。 The precharge circuit 3 precharges the DC voltage output from the DC power supply 4 during a start-up period from when power supply from the DC power supply 4 is started until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to a specified voltage. This is a circuit for slowing up and applying to the first capacitor C1 and the second capacitor C2. The precharge circuit 3 includes a first precharge circuit 3a connected in parallel with the first switching element Q1, a second precharge circuit 3b connected in parallel with the fourth switching element Q4, and a seventh switching element Q4. and a fourth precharge circuit 3d connected in parallel with the tenth switching element Q10.

第１のプリチャージ回路３ａは、抵抗素子３１ａとスイッチング素子３２ａとを直列接続した回路である。第２のプリチャージ回路３ｂは、抵抗素子３１ｂとスイッチング素子３２ｂとを直列接続した回路である。第３のプリチャージ回路３ｃは、抵抗素子３１ｃとスイッチング素子３２ｃとを直列接続した回路である。第４のプリチャージ回路３ｄは、抵抗素子３１ｄとスイッチング素子３２ｄとを直列接続した回路である。抵抗素子３１ａと３１ｂの抵抗値は同値であり、抵抗素子３１ｃと３１ｄの抵抗値は同値である。抵抗素子３１ａと３１ｃの抵抗値は同値であってもよいし、異なっていてもよい。一般に、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４としては容量の大きいキャパシタが使用されるので、第１キャパシタＣ１の充電経路と第２キャパシタＣ２の充電経路は独立して考えることができるからである。 The first precharge circuit 3a is a circuit in which a resistance element 31a and a switching element 32a are connected in series. The second precharge circuit 3b is a circuit in which a resistance element 31b and a switching element 32b are connected in series. The third precharge circuit 3c is a circuit in which a resistance element 31c and a switching element 32c are connected in series. The fourth precharge circuit 3d is a circuit in which a resistance element 31d and a switching element 32d are connected in series. The resistance elements 31a and 31b have the same resistance value, and the resistance elements 31c and 31d have the same resistance value. The resistance values of the resistance elements 31a and 31c may be the same or different. This is because capacitors with large capacities are generally used as the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4, so that the charging path of the first capacitor C1 and the charging path of the second capacitor C2 can be considered independently.

直流電源４より電力の供給が開始してから第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでの始動期間において、第１～４のプリチャージ回路３ａ～３ｄのスイッチング素子３２ａ～３２ｄがオンし、それ以外のスイッチング素子は全てオフする。このとき、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２は、直流電源４に直列に接続されることになる。 During the start-up period from the start of power supply from the DC power supply 4 until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage, the switching elements 32a to 32a of the first to fourth precharge circuits 3a to 3d are switched. 32d is turned on, and all other switching elements are turned off. At this time, the first capacitor C<b>1 and the second capacitor C<b>2 are connected in series to the DC power supply 4 .

つまり、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでは、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間には、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の充電経路が形成される。そのため、この電力変換装置１０によれば、定常動作に必要なキャパシタ（第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２）を、第１変換回路１および第２変換回路２のスイッチング素子を動作させなくても充電することができる、という利点がある。 In other words, until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage, there is a charging path for the first capacitor C1 and the second capacitor C2 between the first input point 101 and the second input point 102. is formed. Therefore, according to the power conversion device 10, the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) required for steady operation can be used without operating the switching elements of the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2. It has the advantage of being rechargeable.

また、本実施形態に係る電力変換装置１０は、図示を省略しているが、上記の構成に加えて、インダクタを備えている。インダクタは、第１出力端子ＯＵＴ１および第２出力端子ＯＵＴ２と、系統電源との間に電気的に接続されている。 In addition to the above configuration, the power converter 10 according to the present embodiment also includes an inductor, although not shown. The inductor is electrically connected between the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT2 and the system power supply.

以下、本実施形態に係る電力変換装置１０について詳しく説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は、下記実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。 Hereinafter, the power conversion device 10 according to this embodiment will be described in detail. However, the configuration described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. Various changes are possible according to the design etc. as long as it is within the range not to be.

本実施形態では、電力変換装置１０が、直流電源４としての太陽光発電装置に電気的に接続して使用される住宅用のパワーコンディショナに備えられた場合を例示するが、電力変換装置１０の用途を限定する趣旨ではない。電力変換装置１０は、たとえば家庭用燃料電池、蓄電装置など、太陽光発電装置以外の直流電源４に電気的に接続して使用されてもよく、また、たとえば店舗、工場、事務所など非住宅に用いられてもよい。さらに、電力変換装置１０は、パワーコンディショナ以外に用いられてもよい。 In this embodiment, the case where the power conversion device 10 is provided in a residential power conditioner that is used by being electrically connected to a solar power generation device as the DC power supply 4 will be exemplified, but the power conversion device 10 It is not intended to limit the use of The power conversion device 10 may be used by being electrically connected to a DC power supply 4 other than a solar power generation device, such as a household fuel cell or a power storage device. may be used for Furthermore, the power conversion device 10 may be used other than a power conditioner.

＜電力変換装置の構成＞
本実施形態の電力変換装置１０は、図１に示すように、太陽光発電装置からなる直流電源４に接続箱（図示せず）を介して電気的に接続される。本実施形態では、電力変換装置１０は、第１変換回路１、第２変換回路２、第１出力切替回路５ａ、および第２出力切替回路５ｂに加えて、プリチャージ回路３、第３キャパシタＣ３、第４キャパシタＣ４、第１電圧検出部７ａ、第２電圧検出部７ｂ、判断部８、および制御部９を備えている。 <Configuration of power converter>
As shown in FIG. 1, the power conversion device 10 of this embodiment is electrically connected to a DC power source 4 comprising a solar power generation device via a junction box (not shown). In this embodiment, the power conversion device 10 includes a precharge circuit 3, a third capacitor C3, in addition to the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, the first output switching circuit 5a, and the second output switching circuit 5b. , a fourth capacitor C4, a first voltage detection section 7a, a second voltage detection section 7b, a determination section 8, and a control section 9.

第１変換回路１の第１出力点１０３および第２出力点１０４と第２変換回路２の第３出力点１０５および第４出力点１０６は、第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂとインダクタを介して、系統電源（商用電力系統）に電気的に接続される。具体的には、電力変換装置１０の出力（第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂの出力）は、インダクタを介して、分電盤（図示せず）に設けられた連系ブレーカ（図示せず）に電気的に接続されることにより、系統電源に接続される。 The first output point 103 and the second output point 104 of the first conversion circuit 1 and the third output point 105 and the fourth output point 106 of the second conversion circuit 2 are connected to the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b. and an inductor, it is electrically connected to the system power supply (commercial power system). Specifically, the output of the power converter 10 (the output of the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b) is switched via an inductor to a grid-connected breaker provided on a distribution board (not shown). (not shown), it is connected to the system power supply.

次に、電力変換装置１０の各部の構成について詳しく説明する。 Next, the configuration of each part of the power converter 10 will be described in detail.

プリチャージ回路３は、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでの始動期間において、第１入力点１０１および第２入力点１０２間への印加電圧の大きさを時間経過に伴って徐々に大きくするスローアップ回路である。プリチャージ回路３の具体的な動作については後述する。 The precharge circuit 3 measures the magnitude of the voltage applied between the first input point 101 and the second input point 102 over time during the starting period until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage. This is a slow-up circuit that gradually increases with increasing speed. A specific operation of the precharge circuit 3 will be described later.

第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４は、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に電気的に直列に接続されている。第３キャパシタＣ３の回路定数（キャパシタンス）と第４キャパシタＣ４の回路定数（キャパシタンス）とは同値である。そのため、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との各々の両端電圧は、それぞれ直流電源４の出力電圧Ｅ〔Ｖ〕を用いてＥ／２〔Ｖ〕で表されることになる。 The third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are electrically connected in series between the first input point 101 and the second input point 102 . The circuit constant (capacitance) of the third capacitor C3 and the circuit constant (capacitance) of the fourth capacitor C4 are the same. Therefore, the voltage across each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is expressed by E/2 [V] using the output voltage E [V] of the DC power supply 4, respectively.

ここで、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との接続点は基準電位点１００である。基準電位点１００は回路グラウンドであって、基準電位点１００の電位は０〔Ｖ〕であると仮定する。そうすると、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との各々の両端電圧がＥ／２〔Ｖ〕である場合、第１入力点１０１の電位はＥ／２〔Ｖ〕となり、第２入力点１０２の電位は－Ｅ／２〔Ｖ〕となる。 Here, the connection point between the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is the reference potential point 100 . Assume that the reference potential point 100 is circuit ground and the potential of the reference potential point 100 is 0 [V]. Then, when the voltage across each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is E/2 [V], the potential at the first input point 101 is E/2 [V], and the potential at the second input point 102 is E/2 [V]. The potential becomes -E/2 [V].

第１変換回路１は、上述したように第１入力点１０１と基準電位点１００との間に直列に接続された第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４と、第２のスイッチング素子Ｑ２および第３のスイッチング素子Ｑ３の直列回路と並列に接続され、高電位側から第５のスイッチング素子Ｑ５、第６のスイッチング素子Ｑ６の順で直列に接続された第５～６のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ６と、第２のスイッチング素子Ｑ２および第３のスイッチング素子Ｑ３の直列回路並びに第５のスイッチング素子Ｑ５および第６のスイッチング素子Ｑ６の直列回路と並列に接続された第１キャパシタＣ１とを有している。第１～６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、ここでは一例としてデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられている。 The first conversion circuit 1 includes the first to fourth switching elements Q1 to Q4 connected in series between the first input point 101 and the reference potential point 100, the second switching element Q2 and the second switching element Q2. 3, and the fifth to sixth switching elements Q5 to Q6 connected in series in the order of the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6 from the high potential side; , a series circuit of a second switching element Q2 and a third switching element Q3, and a series circuit of a fifth switching element Q5 and a sixth switching element Q6, and a first capacitor C1 connected in parallel. . As one example, depletion-type n-channel MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) are used as the first to sixth switching elements Q1 to Q6.

第１のスイッチング素子Ｑ１のドレインは第１入力点１０１に電気的に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインは第１のスイッチング素子Ｑ１のソースに電気的に接続されている。第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインは第２のスイッチング素子Ｑ２のソースに電気的に接続されている。第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインは第３のスイッチング素子Ｑ３のソースに電気的に接続されている。さらに第４のスイッチング素子Ｑ４のソースは、基準電位点１００に電気的に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のソース（第３のスイッチング素子Ｑ３のドレイン）は第１出力点１０３となる。 A drain of the first switching element Q1 is electrically connected to the first input point 101 . The drain of the second switching element Q2 is electrically connected to the source of the first switching element Q1. The drain of the third switching element Q3 is electrically connected to the source of the second switching element Q2. The drain of the fourth switching element Q4 is electrically connected to the source of the third switching element Q3. Furthermore, the source of the fourth switching element Q4 is electrically connected to the reference potential point 100. FIG. The source of the second switching element Q2 (the drain of the third switching element Q3) serves as the first output point 103. FIG.

第５のスイッチング素子Ｑ５のドレインは第１のスイッチング素子Ｑ１のソースに電気的に接続されている。第６のスイッチング素子Ｑ６のドレインは第５のスイッチング素子Ｑ５のソースに電気的に接続されている。さらに第６のスイッチング素子Ｑ６のソースは、第４のスイッチング素子Ｑ４のドレインに電気的に接続されている。第５のスイッチング素子Ｑ５のソース（第６のスイッチング素子Ｑ６のドレイン）は第２出力点１０４となる。 The drain of the fifth switching element Q5 is electrically connected to the source of the first switching element Q1. The drain of the sixth switching element Q6 is electrically connected to the source of the fifth switching element Q5. Furthermore, the source of the sixth switching element Q6 is electrically connected to the drain of the fourth switching element Q4. The source of the fifth switching element Q5 (the drain of the sixth switching element Q6) serves as the second output point 104. FIG.

第１キャパシタＣ１は、一端が第２のスイッチング素子Ｑ２のドレインおよび第５のスイッチング素子Ｑ５のドレインに電気的に接続され、他端が第３のスイッチング素子Ｑ３のソースおよび第６のスイッチング素子Ｑ６のソースに電気的に接続されている。言い換えれば、第１キャパシタＣ１は、一端が第１のスイッチング素子Ｑ１を介して第１入力点１０１に電気的に接続され、他端が第４のスイッチング素子Ｑ４を介して基準電位点１００に電気的に接続されている。 The first capacitor C1 has one end electrically connected to the drain of the second switching element Q2 and the drain of the fifth switching element Q5, and the other end connected to the source of the third switching element Q3 and the sixth switching element Q6. is electrically connected to the source of In other words, the first capacitor C1 has one end electrically connected to the first input point 101 via the first switching element Q1 and the other end electrically connected to the reference potential point 100 via the fourth switching element Q4. properly connected.

第２変換回路２は、上述したように基準電位点１００と第２入力点１０２との間に直列に接続された第７～１０のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０と、第８のスイッチング素子Ｑ８および第９のスイッチング素子Ｑ９の直列回路と並列に接続され、高電位側から第１１のスイッチング素子Ｑ１１、第１２のスイッチング素子Ｑ１２の順で直列に接続された第１１～１２スイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１２と、第８のスイッチング素子Ｑ８および第９のスイッチング素子Ｑ９の直列回路並びに第１１のスイッチング素子Ｑ１１および第１２のスイッチング素子Ｑ１２の直列回路と並列に接続された第２キャパシタＣ２とを有している。ここで、第２変換回路２は、基本的には第１変換回路１と同様の構成であって、第７～１０のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１０が第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４に相当し、第１１～１２のスイッチング素子Ｑ１１～Ｑ１２が第５～６のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ６に相当し、第２キャパシタＣ２が第１キャパシタＣ１に相当する。第７～１２の各スイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２は、第１～６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と同様にデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。 The second conversion circuit 2 includes the seventh to tenth switching elements Q7 to Q10 connected in series between the reference potential point 100 and the second input point 102, the eighth switching element Q8 and the 11th to 12th switching elements Q11 to Q12 connected in parallel with a series circuit of 9 switching elements Q9, and connected in series in the order of the 11th switching element Q11 and the 12th switching element Q12 from the high potential side; It has a second capacitor C2 connected in parallel with a series circuit of an eighth switching element Q8 and a ninth switching element Q9 and a series circuit of an eleventh switching element Q11 and a twelfth switching element Q12. Here, the second conversion circuit 2 basically has the same configuration as the first conversion circuit 1, and the seventh to tenth switching elements Q7 to Q10 correspond to the first to fourth switching elements Q1 to Q4. The eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12 correspond to the fifth and sixth switching elements Q5 and Q6, and the second capacitor C2 corresponds to the first capacitor C1. The seventh to twelfth switching elements Q7 to Q12 are depletion type n-channel MOSFETs, like the first to sixth switching elements Q1 to Q6.

第７のスイッチング素子Ｑ７のドレインは基準電位点１００に電気的に接続されている。第８のスイッチング素子Ｑ８のドレインは第７のスイッチング素子Ｑ７のソースに電気的に接続されている。第９のスイッチング素子Ｑ９のドレインは第８のスイッチング素子Ｑ８のソースに電気的に接続されている。第１０のスイッチング素子Ｑ１０のドレインは第９のスイッチング素子Ｑ９のソースに電気的に接続されている。さらに第１０のスイッチング素子Ｑ１０のソースは、第２入力点１０２に電気的に接続されている。第８のスイッチング素子Ｑ８のソース（第９のスイッチング素子Ｑ９のドレイン）は第３出力点１０５となる。 The drain of the seventh switching element Q7 is electrically connected to the reference potential point 100. FIG. The drain of the eighth switching element Q8 is electrically connected to the source of the seventh switching element Q7. The drain of the ninth switching element Q9 is electrically connected to the source of the eighth switching element Q8. The drain of the tenth switching element Q10 is electrically connected to the source of the ninth switching element Q9. Further, the source of the tenth switching element Q10 is electrically connected to the second input point 102. The source of the eighth switching element Q8 (the drain of the ninth switching element Q9) serves as the third output point 105. FIG.

第１１のスイッチング素子Ｑ１１のドレインは第７のスイッチング素子Ｑ７のソースに電気的に接続されている。第１２のスイッチング素子Ｑ１２のドレインは第１１のスイッチング素子Ｑ１１のソースに電気的に接続されている。さらに第１２のスイッチング素子Ｑ１２のソースは、第１０のスイッチング素子Ｑ１０のドレインに電気的に接続されている。第１１のスイッチング素子Ｑ１１のソース（第１２のスイッチング素子Ｑ１２のドレイン）は第４出力点１０６となる。 The drain of the eleventh switching element Q11 is electrically connected to the source of the seventh switching element Q7. The drain of the twelfth switching element Q12 is electrically connected to the source of the eleventh switching element Q11. Further, the source of the twelfth switching element Q12 is electrically connected to the drain of the tenth switching element Q10. The fourth output point 106 is the source of the eleventh switching element Q11 (drain of the twelfth switching element Q12).

第２キャパシタＣ２は、一端が第８のスイッチング素子Ｑ８のドレインおよび第１１のスイッチング素子Ｑ１１のドレインに電気的に接続され、他端が第９のスイッチング素子Ｑ９のソースおよび第１２のスイッチング素子Ｑ１２のソースに電気的に接続されている。言い換えれば、第２キャパシタＣ２は、一端が第７のスイッチング素子Ｑ７を介して基準電位点１００に電気的に接続され、他端が第１０のスイッチング素子Ｑ１０を介して第２入力点１０２に電気的に接続されている。 The second capacitor C2 has one end electrically connected to the drain of the eighth switching element Q8 and the drain of the eleventh switching element Q11, and the other end connected to the source of the ninth switching element Q9 and the twelfth switching element Q12. is electrically connected to the source of In other words, the second capacitor C2 has one end electrically connected to the reference potential point 100 via the seventh switching element Q7 and the other end electrically connected to the second input point 102 via the tenth switching element Q10. properly connected.

第１出力切替回路５ａは、上述したように第１変換回路１の第１出力点１０３と第２変換回路２の第３出力点１０５との間に直接に接続された第１３のスイッチング素子Ｑ１３および第１４のスイッチング素子Ｑ１４とを有している。 The first output switching circuit 5a includes the thirteenth switching element Q13 directly connected between the first output point 103 of the first conversion circuit 1 and the third output point 105 of the second conversion circuit 2 as described above. and a fourteenth switching element Q14.

第１３のスイッチング素子Ｑ１３のドレインは第１出力点１０３に電気的に接続されている。第１４のスイッチング素子Ｑ１４のドレインは第１３のスイッチング素子Ｑ１３のソースに電気的に接続されている。第１４のスイッチング素子Ｑ１４のソースは第３出力点１０５に電気的に接続されている。第１３のスイッチング素子Ｑ１３のソース（第１４のスイッチング素子Ｑ１４のドレイン）は第１出力端子ＯＵＴ１となる。 A drain of the thirteenth switching element Q13 is electrically connected to the first output point 103 . The drain of the fourteenth switching element Q14 is electrically connected to the source of the thirteenth switching element Q13. The source of the fourteenth switching element Q14 is electrically connected to the third output point 105. The source of the thirteenth switching element Q13 (the drain of the fourteenth switching element Q14) serves as the first output terminal OUT1.

第２出力切替回路５ｂは、上述したように第１変換回路１の第２出力点１０４と第２変換回路２の第４出力点１０６との間に直接に接続された第１５のスイッチング素子Ｑ１５および第１６のスイッチング素子Ｑ１６とを有している。 The second output switching circuit 5b includes the fifteenth switching element Q15 directly connected between the second output point 104 of the first conversion circuit 1 and the fourth output point 106 of the second conversion circuit 2 as described above. and a sixteenth switching element Q16.

第１５のスイッチング素子Ｑ１５のドレインは第２出力点１０４に電気的に接続されている。第１６のスイッチング素子Ｑ１６のドレインは第１５のスイッチング素子Ｑ１５のソースに電気的に接続されている。第１６のスイッチング素子Ｑ１６のソースは第４出力点１０６に電気的に接続されている。第１５のスイッチング素子Ｑ１５のソース（第１６のスイッチング素子Ｑ１６のドレイン）は第２出力端子ＯＵＴ２となる。 A drain of the fifteenth switching element Q15 is electrically connected to the second output point 104 . The drain of the sixteenth switching element Q16 is electrically connected to the source of the fifteenth switching element Q15. A source of the sixteenth switching element Q16 is electrically connected to the fourth output point 106 . The source of the fifteenth switching element Q15 (the drain of the sixteenth switching element Q16) serves as the second output terminal OUT2.

なお、第１３～１６のスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６は、直列に接続された複数のスイッチング素子により構成されてもよい。これにより、第１３～１６のスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６として、安価で高性能なＭＯＳＦＥＴなどの低耐圧スイッチング素子を使用することができるので、安価で高性能な電力変換装置を提供することができる。とくに、図１に示した例では、第１３～１６のスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６を、直列に接続された３個のスイッチング素子により構成しているので、電力変換装置１０を構成する全てのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６の耐圧を全てＥ／４〔Ｖ〕とすることができる。 The thirteenth to sixteenth switching elements Q13 to Q16 may be composed of a plurality of switching elements connected in series. As a result, the thirteenth to sixteenth switching elements Q13 to Q16 can be low-breakdown-voltage switching elements such as MOSFETs that are inexpensive and have high performance, so that an inexpensive and high-performance power converter can be provided. In particular, in the example shown in FIG. 1, the thirteenth to sixteenth switching elements Q13 to Q16 are composed of three switching elements connected in series, so that all the switching elements constituting the power converter 10 The withstand voltages of Q1 to Q16 can all be set to E/4 [V].

図１において、第１～１６のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６の各々には第１～１６のダイオードがそれぞれ逆並列に接続されている。これら第１～１６のダイオードは、それぞれ第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６の寄生ダイオードである。つまり、第１のスイッチング素子Ｑ１の寄生ダイオードは第１のダイオードを構成し、同様に、第２，３…の各スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３…の寄生ダイオードはそれぞれ第２，３…のダイオードを構成する。たとえば第１のダイオードは、第１のスイッチング素子Ｑ１のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。 In FIG. 1, first to sixteenth diodes are connected in anti-parallel to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16. These first to sixteenth diodes are parasitic diodes of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16, respectively. That is, the parasitic diode of the first switching element Q1 constitutes a first diode, and similarly, the parasitic diodes of the second, third, . . . switching elements Q2, Q3, . do. For example, the first diode is connected so that the drain side of the first switching element Q1 is the cathode and the source side is the anode.

第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６のゲートは、制御部９に電気的に接続されている。制御部９は、第１～６のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第１変換回路１を制御する。また、制御部９は、第７～１２のスイッチング素子Ｑ７～Ｑ１２のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第２変換回路２を制御する。また、制御部９は、第１３～１６のスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６のオン／オフを個別に切り替え可能であって、これにより第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂを制御する。また、制御部９は、第１～４のプリチャージ回路３ａ～３ｄのスイッチング素子３２ａ～３２ｄのオン／オフを個別に切り替え可能であって、これによりプリチャージ回路３を制御する。 Gates of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 are electrically connected to the control section 9 . The control unit 9 can individually switch ON/OFF of the first to sixth switching elements Q1 to Q6, thereby controlling the first conversion circuit 1. FIG. Further, the control unit 9 can individually switch ON/OFF of the seventh to twelfth switching elements Q7 to Q12, thereby controlling the second conversion circuit 2. FIG. Further, the control unit 9 can individually switch ON/OFF of the thirteenth to sixteenth switching elements Q13 to Q16, thereby controlling the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b. Further, the control unit 9 can individually switch on/off the switching elements 32a to 32d of the first to fourth precharge circuits 3a to 3d, thereby controlling the precharge circuit 3. FIG.

なお、制御部９は、第１変換回路１、第２変換回路２、プリチャージ回路３、第１出力切替回路５ａ、および第２出力切替回路５ｂのそれぞれについて個別に設けられていてもよい。また、図１では、単相分の電力変換装置１０の構成を示しているが、同様の回路が複数相分、例えば３相分備えられてもよい。 Note that the control unit 9 may be individually provided for each of the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, the precharge circuit 3, the first output switching circuit 5a, and the second output switching circuit 5b. Further, although FIG. 1 shows the configuration of the power converter 10 for a single phase, similar circuits may be provided for a plurality of phases, for example, three phases.

＜電力変換装置の基本動作＞
上述した構成の電力変換装置１０の基本動作について、図２～５を参照して簡単に説明する。なお、図中の太線は、電流経路を表している。 <Basic operation of the power converter>
A basic operation of the power conversion device 10 having the configuration described above will be briefly described with reference to FIGS. The thick lines in the drawing represent current paths.

ここでいう電力変換装置１０の基本動作とは、始動期間の経過後、つまり第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電された後の電力変換装置１０の動作である。第１キャパシタＣ１についての規定電圧は第３キャパシタＣ３の両端電圧の半分（１／２）であり、第２キャパシタＣ２についての規定電圧は第４キャパシタＣ４の両端電圧の半分（１／２）である。 The basic operation of the power conversion device 10 here is the operation of the power conversion device 10 after the starting period has elapsed, that is, after the first capacitor C1 and the second capacitor C2 have been charged to the specified voltage. The specified voltage for the first capacitor C1 is half (1/2) the voltage across the third capacitor C3, and the specified voltage for the second capacitor C2 is half (1/2) the voltage across the fourth capacitor C4. be.

電力変換装置１０の基本動作時において、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との各々の両端電圧はそれぞれＥ／２〔Ｖ〕となり、第１入力点１０１の電位はＥ／２〔Ｖ〕であり、第２入力点１０２の電位は－Ｅ／２〔Ｖ〕である。また、規定電圧に充電された第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２との各々の両端電圧はそれぞれＥ／４〔Ｖ〕となる。 During the basic operation of the power converter 10, the voltage across each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is E/2 [V], and the potential at the first input point 101 is E/2 [V]. , and the potential of the second input point 102 is -E/2 [V]. Also, the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 charged to the specified voltage becomes E/4 [V].

電力変換装置１０は、第１変換回路１、第２変換回路２、第１出力切替回路５ａ、および第２出力切替回路５ｂを構成する第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６のスイッチングパターンを切り替えることにより、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に印加される直流電圧（Ｅ〔Ｖ〕）を交流電圧に変換して第１出力端子ＯＵＴ１および第２出力端子ＯＵＴ２から出力する。 The power conversion device 10 selects the switching patterns of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 that constitute the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, the first output switching circuit 5a, and the second output switching circuit 5b. By switching, the DC voltage (E [V]) applied between the first input point 101 and the second input point 102 is converted into an AC voltage and output from the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT2. do.

図２は、第１変換回路１の第１出力点１０３の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す。第１出力点１０３の電位は、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２、第３のスイッチング素子Ｑ３、および第４のスイッチング素子Ｑ４のスイッチングパターンを切り替えることにより、Ｅ／２〔Ｖ〕、Ｅ／４〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕の３段階のレベルに切り替えられる。 FIG. 2 shows four switching patterns for switching the potential of the first output point 103 of the first conversion circuit 1. FIG. By switching the switching patterns of the first switching element Q1, the second switching element Q2, the third switching element Q3, and the fourth switching element Q4, the potential of the first output point 103 is changed to E/2[V ], E/4 [V], and 0 [V].

図２（ａ）のスイッチングパターンでは、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２はオンの状態にあり、第３のスイッチング素子Ｑ３および第４のスイッチング素子Ｑ４はオフの状態にある。この状態では、第１出力点１０３は、第２のスイッチング素子Ｑ２および第１のスイッチング素子Ｑ１を介して第１入力点１０１に電気的に接続される。したがって、第１出力点１０３は第１入力点１０１と同電位（Ｅ／２〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 2(a), the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are on, and the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are off. In this state, the first output point 103 is electrically connected to the first input point 101 via the second switching element Q2 and the first switching element Q1. Therefore, the first output point 103 has the same potential as the first input point 101 (E/2 [V]).

図２（ｂ）のスイッチングパターンでは、第１のスイッチング素子Ｑ１および第３のスイッチング素子Ｑ３はオンの状態にあり、第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４はオフの状態にある。この状態では、第１出力点１０３は、第３のスイッチング素子Ｑ３、第１キャパシタＣ１、および第１のスイッチング素子Ｑ１を介して第１入力点１０１に電気的に接続される。したがって、第１出力点１０３は第１入力点１０１の電位（Ｅ／２〔Ｖ〕）より第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまりＥ／４（＝Ｅ／２－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 2(b), the first switching element Q1 and the third switching element Q3 are on, and the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 are off. In this state, the first output point 103 is electrically connected to the first input point 101 via the third switching element Q3, the first capacitor C1, and the first switching element Q1. Therefore, the potential of the first output point 103 is lower than the potential (E/2 [V]) of the first input point 101 by the voltage across the first capacitor C1 (E/4 [V]), that is, E/4 (= E/2-E/4)[V].

図２（ｃ）のスイッチングパターンでは、第２のスイッチング素子Ｑ２および第４のスイッチング素子Ｑ４はオンの状態にあり、第１のスイッチング素子Ｑ１および第３のスイッチング素子Ｑ３はオフの状態にある。この状態では、第１出力点１０３は、第２のスイッチング素子Ｑ２、第１キャパシタＣ１、および第４のスイッチング素子Ｑ４を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第１出力点１０３は基準電位点１００の電位（０〔Ｖ〕）より第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ高い電位、つまりＥ／４（＝０＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 2(c), the second switching element Q2 and the fourth switching element Q4 are on, and the first switching element Q1 and the third switching element Q3 are off. In this state, the first output point 103 is electrically connected to the reference potential point 100 via the second switching element Q2, the first capacitor C1 and the fourth switching element Q4. Therefore, the potential at the first output point 103 is higher than the potential (0 [V]) at the reference potential point 100 by the voltage across the first capacitor C1 (E/4 [V]), that is, E/4 (=0+E/4). ) [V].

図２（ｄ）のスイッチングパターンでは、第３のスイッチング素子Ｑ３および第４のスイッチング素子Ｑ４はオンの状態にあり、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２はオフの状態にある。この状態では、第１出力点１０３は、第３のスイッチング素子Ｑ３および第４のスイッチング素子Ｑ４を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第１出力点１０３は基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 2(d), the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4 are on, and the first switching element Q1 and the second switching element Q2 are off. In this state, the first output point 103 is electrically connected to the reference potential point 100 via the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4. Therefore, the first output point 103 has the same potential as the reference potential point 100 (0 [V]).

図２（ｂ）のスイッチングパターンと図２（ｃ）のスイッチングパターンは、いずれも第１出力点１０３の電位をＥ／４〔Ｖ〕とするスイッチングパターンであるが、直流電源から系統電源へ電流が流れるとき、すなわち直流電圧を交流電圧に変換する場合には、図２（ｂ）のスイッチングパターンでは第１キャパシタＣ１が充電され、図２（ｃ）のスイッチングパターンでは第１キャパシタＣ１が放電されるので、第１電圧検出部７ａにより検知される第１キャパシタＣ１の両端電圧に応じていずれかのスイッチングパターンを選択することにより、第１キャパシタＣ１の両端電圧を規定電圧に維持することができる。なお、系統電源により蓄電池を充電する場合など、系統電源から直流電源へ電流が流れるとき、すなわち交流電圧を直流電圧に変換する場合には、逆に、図２（ｂ）のスイッチングパターンでは第１キャパシタＣ１が放電され、図２（ｃ）のスイッチングパターンでは第１キャパシタＣ１が充電される。この場合も、第１電圧検出部７ａにより検知される第１キャパシタＣ１の両端電圧に応じていずれかのスイッチングパターンを選択することにより、第１キャパシタＣ１の両端電圧を規定電圧に維持することができる。 The switching pattern of FIG. 2B and the switching pattern of FIG. 2B, the first capacitor C1 is charged in the switching pattern of FIG. 2B, and the first capacitor C1 is discharged in the switching pattern of FIG. 2C. Therefore, by selecting one of the switching patterns according to the voltage across the first capacitor C1 detected by the first voltage detection unit 7a, the voltage across the first capacitor C1 can be maintained at the specified voltage. . When a current flows from the system power supply to the DC power supply, such as when charging a storage battery from the system power supply, that is, when converting the AC voltage to the DC voltage, the switching pattern shown in FIG. The capacitor C1 is discharged and the first capacitor C1 is charged in the switching pattern of FIG. 2(c). In this case also, by selecting one of the switching patterns according to the voltage across the first capacitor C1 detected by the first voltage detection unit 7a, the voltage across the first capacitor C1 can be maintained at the specified voltage. can.

図３は、第１変換回路１の第２出力点１０４の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す。第２出力点１０４の電位は、第１のスイッチング素子Ｑ１、第５のスイッチング素子Ｑ５、第６のスイッチング素子Ｑ６、および第４のスイッチング素子Ｑ４のスイッチングパターンを切り替えることにより、Ｅ／２〔Ｖ〕、Ｅ／４〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕の３段階のレベルに切り替えられる。 FIG. 3 shows four switching patterns for switching the potential of the second output point 104 of the first conversion circuit 1. FIG. The potential of the second output point 104 is changed to E/2[V by switching the switching patterns of the first switching element Q1, the fifth switching element Q5, the sixth switching element Q6, and the fourth switching element Q4. ], E/4 [V], and 0 [V].

図３（ａ）のスイッチングパターンでは、第１のスイッチング素子Ｑ１および第５のスイッチング素子Ｑ５はオンの状態にあり、第６のスイッチング素子Ｑ６および第４のスイッチング素子Ｑ４はオフの状態にある。この状態では、第２出力点１０４は、第５のスイッチング素子Ｑ５および第１のスイッチング素子Ｑ１を介して第１入力点１０１に電気的に接続される。したがって、第２出力点１０４は第１入力点１０１と同電位（Ｅ／２〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 3(a), the first switching element Q1 and the fifth switching element Q5 are on, and the sixth switching element Q6 and the fourth switching element Q4 are off. In this state, the second output point 104 is electrically connected to the first input point 101 through the fifth switching element Q5 and the first switching element Q1. Therefore, the second output point 104 has the same potential as the first input point 101 (E/2 [V]).

図３（ｂ）のスイッチングパターンでは、第１のスイッチング素子Ｑ１および第６のスイッチング素子Ｑ６はオンの状態にあり、第５のスイッチング素子Ｑ５および第４のスイッチング素子Ｑ４はオフの状態にある。この状態では、第２出力点１０４は、第６のスイッチング素子Ｑ６、第１キャパシタＣ１、および第１のスイッチング素子Ｑ１を介して第１入力点１０１に電気的に接続される。したがって、第２出力点１０４は第１入力点１０１の電位（Ｅ／２〔Ｖ〕）より第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまりＥ／４（＝Ｅ／２－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 3(b), the first switching element Q1 and the sixth switching element Q6 are on, and the fifth switching element Q5 and the fourth switching element Q4 are off. In this state, the second output point 104 is electrically connected to the first input point 101 via the sixth switching element Q6, the first capacitor C1, and the first switching element Q1. Therefore, the potential of the second output point 104 is lower than the potential (E/2 [V]) of the first input point 101 by the voltage across the first capacitor C1 (E/4 [V]), that is, E/4 (= E/2-E/4)[V].

図３（ｃ）のスイッチングパターンでは、第５のスイッチング素子Ｑ５および第４のスイッチング素子Ｑ４はオンの状態にあり、第１のスイッチング素子Ｑ１および第６のスイッチング素子Ｑ６はオフの状態にある。この状態では、第２出力点１０４は、第５のスイッチング素子Ｑ５、第１キャパシタＣ１、および第４のスイッチング素子Ｑ４を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第２出力点１０４は基準電位点１００の電位（０〔Ｖ〕）より第１キャパシタＣ１の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ高い電位、つまりＥ／４（＝０＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 3(c), the fifth switching element Q5 and the fourth switching element Q4 are on, and the first switching element Q1 and the sixth switching element Q6 are off. In this state, the second output point 104 is electrically connected to the reference potential point 100 via the fifth switching element Q5, the first capacitor C1 and the fourth switching element Q4. Therefore, the potential at the second output point 104 is higher than the potential (0 [V]) at the reference potential point 100 by the voltage across the first capacitor C1 (E/4 [V]), that is, E/4 (=0+E/4). ) [V].

図３（ｄ）のスイッチングパターンでは、第６のスイッチング素子Ｑ６および第４のスイッチング素子Ｑ４はオンの状態にあり、第１のスイッチング素子Ｑ１および第５のスイッチング素子Ｑ５はオフの状態にある。この状態では、第２出力点１０４は、第６のスイッチング素子Ｑ６および第４のスイッチング素子Ｑ４を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第２出力点１０４は基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 3(d), the sixth switching element Q6 and the fourth switching element Q4 are on, and the first switching element Q1 and the fifth switching element Q5 are off. In this state, the second output point 104 is electrically connected to the reference potential point 100 via the sixth switching element Q6 and the fourth switching element Q4. Therefore, the second output point 104 has the same potential as the reference potential point 100 (0 [V]).

図３（ｂ）のスイッチングパターンと図３（ｃ）のスイッチングパターンは、いずれも第２出力点１０４の電位をＥ／４〔Ｖ〕とするスイッチングパターンであるが、電流が流れる方向に応じて、図３（ｂ）のスイッチングパターンでは第１キャパシタＣ１が充電または放電され、図３（ｃ）のスイッチングパターンでは第１キャパシタＣ１が放電または充電されるので、第１電圧検出部７ａにより検知される第１キャパシタＣ１の両端電圧に応じていずれかのスイッチングパターンを選択することにより、第１キャパシタＣ１の両端電圧を規定電圧に維持することができる。 Both the switching pattern of FIG. 3B and the switching pattern of FIG. , the first capacitor C1 is charged or discharged in the switching pattern of FIG. 3B, and the first capacitor C1 is discharged or charged in the switching pattern of FIG. By selecting one of the switching patterns according to the voltage across the first capacitor C1, the voltage across the first capacitor C1 can be maintained at the specified voltage.

図４は、第２変換回路２の第３出力点１０５の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す。第３出力点１０５の電位は、第７のスイッチング素子Ｑ７、第８のスイッチング素子Ｑ８、第９のスイッチング素子Ｑ９、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０のスイッチングパターンを切り替えることにより、－Ｅ／２〔Ｖ〕、－Ｅ／４〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕の３段階のレベルに切り替えられる。 FIG. 4 shows four switching patterns for switching the potential of the third output point 105 of the second conversion circuit 2. FIG. The potential of the third output point 105 is changed to -E/2[ V], -E/4 [V], and 0 [V].

図４（ａ）のスイッチングパターンでは、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第９のスイッチング素子Ｑ９はオンの状態にあり、第８のスイッチング素子Ｑ８および第７のスイッチング素子Ｑ７はオフの状態にある。この状態では、第３出力点１０５は、第９のスイッチング素子Ｑ９および第１０のスイッチング素子Ｑ１０を介して第２入力点１０２に電気的に接続される。したがって、第３出力点１０５は第２入力点１０２と同電位（－Ｅ／２〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 4A, the tenth switching element Q10 and the ninth switching element Q9 are on, and the eighth switching element Q8 and the seventh switching element Q7 are off. In this state, the third output point 105 is electrically connected to the second input point 102 via the ninth switching element Q9 and the tenth switching element Q10. Therefore, the third output point 105 has the same potential as the second input point 102 (-E/2 [V]).

図４（ｂ）のスイッチングパターンでは、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第８のスイッチング素子Ｑ８はオンの状態にあり、第９のスイッチング素子Ｑ９および第７のスイッチング素子Ｑ７はオフの状態にある。この状態では、第３出力点１０５は、第８のスイッチング素子Ｑ８、第２キャパシタＣ２、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０を介して第２入力点１０２に電気的に接続される。したがって、第３出力点１０５は第２入力点１０２の電位（－Ｅ／２〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ高い電位、つまり－Ｅ／４（＝－Ｅ／２＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 4B, the tenth switching element Q10 and the eighth switching element Q8 are on, and the ninth switching element Q9 and the seventh switching element Q7 are off. In this state, the third output point 105 is electrically connected to the second input point 102 via the eighth switching element Q8, the second capacitor C2, and the tenth switching element Q10. Therefore, the potential at the third output point 105 is higher than the potential at the second input point 102 (-E/2 [V]) by the voltage across the second capacitor C2 (E/4 [V]), that is, -E/4 (=-E/2+E/4) [V].

図４（ｃ）のスイッチングパターンでは、第９のスイッチング素子Ｑ９および第７のスイッチング素子Ｑ７はオンの状態にあり、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第８のスイッチング素子Ｑ８はオフの状態にある。この状態では、第３出力点１０５は、第９のスイッチング素子Ｑ９、第２キャパシタＣ２、および第７のスイッチング素子Ｑ７を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第３出力点１０５は基準電位点１００の電位（０〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまり－Ｅ／４（＝０－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 4(c), the ninth switching element Q9 and the seventh switching element Q7 are on, and the tenth switching element Q10 and the eighth switching element Q8 are off. In this state, the third output point 105 is electrically connected to the reference potential point 100 via the ninth switching element Q9, the second capacitor C2 and the seventh switching element Q7. Therefore, the third output point 105 is at a potential lower than the potential (0 [V]) at the reference potential point 100 by the voltage across the second capacitor C2 (E/4 [V]), that is, -E/4 (=0- E/4) [V].

図４（ｄ）のスイッチングパターンでは、第８のスイッチング素子Ｑ８および第７のスイッチング素子Ｑ７はオンの状態にあり、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第９のスイッチング素子Ｑ９はオフの状態にある。この状態では、第３出力点１０５は、第８のスイッチング素子Ｑ８および第７のスイッチング素子Ｑ７を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第３出力点１０５は基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 4(d), the eighth switching element Q8 and the seventh switching element Q7 are on, and the tenth switching element Q10 and the ninth switching element Q9 are off. In this state, the third output point 105 is electrically connected to the reference potential point 100 via the eighth switching element Q8 and the seventh switching element Q7. Therefore, the third output point 105 has the same potential as the reference potential point 100 (0 [V]).

図４（ｂ）のスイッチングパターンと図４（ｃ）のスイッチングパターンは、いずれも第３出力点１０５の電位を－Ｅ／４〔Ｖ〕とするスイッチングパターンであるが、電流が流れる方向に応じて、図４（ｂ）のスイッチングパターンでは第２キャパシタＣ２が放電または充電され、図４（ｃ）のスイッチングパターンでは第２キャパシタＣ２が充電または放電されるので、第２電圧検出部７ｂにより検知される第２キャパシタＣ２の両端電圧に応じていずれかのスイッチングパターンを選択することにより、第２キャパシタＣ２の両端電圧を規定電圧に維持することができる。 Both the switching pattern of FIG. 4B and the switching pattern of FIG. Therefore, the second capacitor C2 is discharged or charged in the switching pattern of FIG. 4(b), and the second capacitor C2 is charged or discharged in the switching pattern of FIG. 4(c). By selecting one of the switching patterns according to the voltage across the second capacitor C2, the voltage across the second capacitor C2 can be maintained at the specified voltage.

図５は、第２変換回路２の第４出力点１０６の電位を切り替えるための４つのスイッチングパターンを示す。第４出力点１０６の電位は、第１０のスイッチング素子Ｑ１０、第１２のスイッチング素子Ｑ１２、第１１のスイッチング素子Ｑ１１、および第７のスイッチング素子Ｑ７のスイッチングパターンを切り替えることにより、－Ｅ／２〔Ｖ〕、－Ｅ／４〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕の３段階のレベルに切り替えられる。 FIG. 5 shows four switching patterns for switching the potential of the fourth output point 106 of the second conversion circuit 2 . The potential of the fourth output point 106 is changed to -E/2[ V], -E/4 [V], and 0 [V].

図５（ａ）のスイッチングパターンでは、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第１２のスイッチング素子Ｑ１２はオンの状態にあり、第１１のスイッチング素子Ｑ１１および第７のスイッチング素子Ｑ７はオフの状態にある。この状態では、第４出力点１０６は、第１２のスイッチング素子Ｑ１２および第１０のスイッチング素子Ｑ１０を介して第２入力点１０２に電気的に接続される。したがって、第４出力点１０６は第２入力点１０２と同電位（－Ｅ／２〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 5(a), the tenth switching element Q10 and the twelfth switching element Q12 are on, and the eleventh switching element Q11 and the seventh switching element Q7 are off. In this state, the fourth output point 106 is electrically connected to the second input point 102 through the twelfth switching element Q12 and the tenth switching element Q10. Therefore, the fourth output point 106 has the same potential as the second input point 102 (-E/2 [V]).

図５（ｂ）のスイッチングパターンでは、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第１１のスイッチング素子Ｑ１１はオンの状態にあり、第１２のスイッチング素子Ｑ１２および第７のスイッチング素子Ｑ７はオフの状態にある。この状態では、第４出力点１０６は、第１１のスイッチング素子Ｑ１１、第２キャパシタＣ２、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０を介して第２入力点１０２に電気的に接続される。したがって、第４出力点１０６は第２入力点１０２の電位（－Ｅ／２〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ高い電位、つまり－Ｅ／４（＝－Ｅ／２＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 5B, the tenth switching element Q10 and the eleventh switching element Q11 are on, and the twelfth switching element Q12 and the seventh switching element Q7 are off. In this state, the fourth output point 106 is electrically connected to the second input point 102 via the eleventh switching element Q11, the second capacitor C2, and the tenth switching element Q10. Therefore, the potential of the fourth output point 106 is higher than the potential (-E/2 [V]) of the second input point 102 by the voltage across the second capacitor C2 (E/4 [V]), that is, -E/4 (=-E/2+E/4) [V].

図５（ｃ）のスイッチングパターンでは、第１２のスイッチング素子Ｑ１２および第７のスイッチング素子Ｑ７はオンの状態にあり、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第１１のスイッチング素子Ｑ１１はオフの状態にある。この状態では、第４出力点１０６は、第１２のスイッチング素子Ｑ１２、第２キャパシタＣ２、および第７のスイッチング素子Ｑ７を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第４出力点１０６は基準電位点１００の電位（０〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまり－Ｅ／４（＝０－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。 In the switching pattern of FIG. 5(c), the twelfth switching element Q12 and the seventh switching element Q7 are on, and the tenth switching element Q10 and the eleventh switching element Q11 are off. In this state, the fourth output point 106 is electrically connected to the reference potential point 100 via the twelfth switching element Q12, the second capacitor C2 and the seventh switching element Q7. Therefore, the fourth output point 106 has a potential lower than the potential (0 [V]) of the reference potential point 100 by the voltage across the second capacitor C2 (E/4 [V]), that is, -E/4 (=0- E/4) [V].

図５（ｄ）のスイッチングパターンでは、第１１のスイッチング素子Ｑ１１および第７のスイッチング素子Ｑ７はオンの状態にあり、第１０のスイッチング素子Ｑ１０および第１２のスイッチング素子Ｑ１２はオフの状態にある。この状態では、第４出力点１０６は、第１１のスイッチング素子Ｑ１１および第７のスイッチング素子Ｑ７を介して基準電位点１００に電気的に接続される。したがって、第４出力点１０６は基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になる。 In the switching pattern of FIG. 5(d), the eleventh switching element Q11 and the seventh switching element Q7 are on, and the tenth switching element Q10 and the twelfth switching element Q12 are off. In this state, the fourth output point 106 is electrically connected to the reference potential point 100 via the eleventh switching element Q11 and the seventh switching element Q7. Therefore, the fourth output point 106 has the same potential as the reference potential point 100 (0 [V]).

図５（ｂ）のスイッチングパターンと図５（ｃ）のスイッチングパターンは、いずれも第４出力点１０６の電位を－Ｅ／４〔Ｖ〕とするスイッチングパターンであるが、電流が流れる方向に応じて、図５（ｂ）のスイッチングパターンでは第２キャパシタＣ２が放電または充電され、図５（ｃ）のスイッチングパターンでは第２キャパシタＣ２が充電または放電されるので、第２電圧検出部７ｂにより検知される第２キャパシタＣ２の両端電圧に応じていずれかのスイッチングパターンを選択することにより、第２キャパシタＣ２の両端電圧を規定電圧に維持することができる。 Both the switching pattern of FIG. 5B and the switching pattern of FIG. Therefore, the second capacitor C2 is discharged or charged in the switching pattern of FIG. 5(b), and the second capacitor C2 is charged or discharged in the switching pattern of FIG. 5(c). By selecting one of the switching patterns according to the voltage across the second capacitor C2, the voltage across the second capacitor C2 can be maintained at the specified voltage.

第１出力切替回路５ａは、第１出力端子ＯＵＴ１の電位を、第１変換回路１の第１出力点１０３の電位と第２変換回路２の第３出力点１０５の電位との間で切り替える。すなわち、第１３のスイッチング素子Ｑ１３をオン、第１４のスイッチング素子Ｑ１４をオフにすれば、第１出力点１０３と第１出力端子ＯＵＴ１が電気的に接続され、第１出力端子ＯＵＴ１は第１出力点１０３と同電位になる。第１３のスイッチング素子Ｑ１３をオフ、第１４のスイッチング素子Ｑ１４をオンにすれば、第３出力点１０５と第１出力端子ＯＵＴ１が電気的に接続され、第１出力端子ＯＵＴ１は第３出力点１０５と同電位になる。したがって、電力変換装置１０は、第１出力端子ＯＵＴ１の電位を、Ｅ／２〔Ｖ〕、Ｅ／４〔Ｖ〕、０、－Ｅ／４〔Ｖ〕、－Ｅ／２〔Ｖ〕の５段階に切替可能である。 The first output switching circuit 5 a switches the potential of the first output terminal OUT1 between the potential of the first output point 103 of the first conversion circuit 1 and the potential of the third output point 105 of the second conversion circuit 2 . That is, when the thirteenth switching element Q13 is turned on and the fourteenth switching element Q14 is turned off, the first output point 103 and the first output terminal OUT1 are electrically connected, and the first output terminal OUT1 becomes the first output. It becomes the same potential as the point 103 . When the thirteenth switching element Q13 is turned off and the fourteenth switching element Q14 is turned on, the third output point 105 and the first output terminal OUT1 are electrically connected, and the first output terminal OUT1 is connected to the third output point 105. becomes the same potential as Therefore, the power converter 10 sets the potential of the first output terminal OUT1 to 5 of E/2 [V], E/4 [V], 0, -E/4 [V], and -E/2 [V]. It is switchable in steps.

第２出力切替回路５ｂは、第２出力端子ＯＵＴ２の電位を、第１変換回路１の第２出力点１０４の電位と第２変換回路２の第４出力点１０６の電位との間で切り替える。すなわち、第１５のスイッチング素子Ｑ１５をオン、第１６のスイッチング素子Ｑ１６をオフにすれば、第２出力点１０４と第２出力端子ＯＵＴ２が電気的に接続され、第２出力端子ＯＵＴ２は第２出力点１０４と同電位になる。第１５のスイッチング素子Ｑ１５をオフ、第１６のスイッチング素子Ｑ１６をオンにすれば、第４出力点１０６と第２出力端子ＯＵＴ２が電気的に接続され、第２出力端子ＯＵＴ２は第４出力点１０６と同電位になる。したがって、電力変換装置１０は、第２出力端子ＯＵＴ２の電位を、Ｅ／２〔Ｖ〕、Ｅ／４〔Ｖ〕、０、－Ｅ／４〔Ｖ〕、－Ｅ／２〔Ｖ〕の５段階に切替可能である。 The second output switching circuit 5 b switches the potential of the second output terminal OUT2 between the potential of the second output point 104 of the first conversion circuit 1 and the potential of the fourth output point 106 of the second conversion circuit 2 . That is, when the fifteenth switching element Q15 is turned on and the sixteenth switching element Q16 is turned off, the second output point 104 and the second output terminal OUT2 are electrically connected, and the second output terminal OUT2 becomes the second output. It becomes the same potential as the point 104 . When the fifteenth switching element Q15 is turned off and the sixteenth switching element Q16 is turned on, the fourth output point 106 and the second output terminal OUT2 are electrically connected, and the second output terminal OUT2 is connected to the fourth output point 106. becomes the same potential as Therefore, the power converter 10 sets the potential of the second output terminal OUT2 to 5 of E/2 [V], E/4 [V], 0, -E/4 [V], and -E/2 [V]. It is switchable in steps.

電力変換装置１０からは、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２の電位差に相当する電圧が出力されることになる。制御部９は、図２～５に示したスイッチングパターンと、第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂのスイッチングパターンを制御することにより、所望の電圧を第１出力端子ＯＵＴ１および第２出力端子ＯＵＴ２から出力する。例えば、制御部９は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号のオンデューティを変化させながらスイッチングパターンの切り替えを行うことで、正弦波に近似した出力電圧を出力する。 A voltage corresponding to the potential difference between the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT2 is output from the power converter 10 . The control unit 9 controls the switching patterns shown in FIGS. 2 to 5 and the switching patterns of the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b to provide a desired voltage to the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT1. Output from the output terminal OUT2. For example, the control unit 9 outputs an output voltage that approximates a sine wave by switching the switching pattern while changing the on-duty of a PWM (Pulse Width Modulation) signal.

なお、図２の４つのスイッチングパターンと図３の４つのスイッチングパターンは、第１のスイッチング素子Ｑ１および第４のスイッチング素子Ｑ４を共用するので、図２（ａ）または図２（ｂ）のスイッチングパターンと図３（ｃ）または図３（ｄ）のスイッチングパターンを同時に実現することはできず、図２（ｃ）または図２（ｄ）のスイッチングパターンと図３（ａ）または図３（ｂ）のスイッチングパターンを同時に実現することはできない。しかし、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２から同じ電圧を出力可能なスイッチングパターンは複数存在するので、第１キャパシタＣ１の両端電圧などに応じて適切なスイッチングパターンが選択されればよい。 The four switching patterns in FIG. 2 and the four switching patterns in FIG. 3 share the first switching element Q1 and the fourth switching element Q4. The pattern and the switching pattern of FIG. 3(c) or FIG. 3(d) cannot be realized at the same time, and the switching pattern of FIG. 2(c) or FIG. ) switching patterns cannot be realized at the same time. However, since there are a plurality of switching patterns that can output the same voltage from the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT2, an appropriate switching pattern may be selected according to the voltage across the first capacitor C1.

また、図５の４つのスイッチングパターンと図６の４つのスイッチングパターンは、第７のスイッチング素子Ｑ７および第１０のスイッチング素子Ｑ１０を共用するので、図４（ａ）または図４（ｂ）のスイッチングパターンと図５（ｃ）または図５（ｄ）のスイッチングパターンを同時に実現することはできず、図４（ｃ）または図４（ｄ）のスイッチングパターンと図５（ａ）または図５（ｂ）のスイッチングパターンを同時に実現することはできない。しかし、第１出力端子ＯＵＴ１と第２出力端子ＯＵＴ２から同じ電圧を出力可能なスイッチングパターンは複数存在するので、第２キャパシタＣ２の両端電圧などに応じて適切なスイッチングパターンが選択されればよい。 5 and the four switching patterns in FIG. 6 share the seventh switching element Q7 and the tenth switching element Q10. The pattern and the switching pattern of FIG. 5(c) or FIG. 5(d) cannot be realized at the same time, and the switching pattern of FIG. 4(c) or FIG. ) switching patterns cannot be realized at the same time. However, since there are a plurality of switching patterns that can output the same voltage from the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT2, an appropriate switching pattern may be selected according to the voltage across the second capacitor C2.

本実施形態に係る電力変換装置１０の基本動作では、第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂのスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６を、出力電圧の極性が切り替えられる時のみに動作するように制御可能である。そのため、スイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６のデューティー制御の周波数は、第１変換回路１および第２変換回路２を構成するスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１２のデューティー制御の周波数よりもかなり低くなる。したがって、それぞれのスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６に代えて、より耐圧の低い複数のスイッチング素子を直列に接続した構成とすることができる。本実施形態に係る電力変換装置１０では、第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂのスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６において、直列に接続された複数のスイッチング素子に入力される制御信号の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングのずれや、スイッチング素子の特性の差異などに起因する、複数のスイッチング素子のオンオフのタイミングの多少のずれが生じても、スナバ回路などにより電圧の急上昇を抑制し、適切に保護することができるからである。 In the basic operation of the power converter 10 according to the present embodiment, the switching elements Q13 to Q16 of the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b are controlled to operate only when the polarity of the output voltage is switched. It is possible. Therefore, the frequency of duty control of the switching elements Q13-Q16 is considerably lower than the frequency of duty control of the switching elements Q1-Q12 constituting the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2. FIG. Therefore, instead of the switching elements Q13 to Q16, a plurality of switching elements having a lower withstand voltage can be connected in series. In the power converter 10 according to the present embodiment, in the switching elements Q13 to Q16 of the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b, the rising edge or Even if the ON/OFF timings of multiple switching elements differ slightly due to differences in the falling edge timing or differences in the characteristics of the switching elements, a snubber circuit, etc., suppresses the sudden rise in voltage and provides appropriate protection. Because you can.

以上説明したように、本実施形態の電力変換装置１０において、基本動作時に第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６に印加される電圧は、Ｅ／４〔Ｖ〕以下に抑えられる。 As described above, in the power converter 10 of the present embodiment, the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 is suppressed to E/4 [V] or less during basic operation.

＜プリチャージ回路の構成＞
本実施形態においては、第１～４のプリチャージ回路３ａ～３ｄは、図１に示すように、それぞれ、抵抗素子３１ａ～３１ｄと、スイッチング素子３２ａ～３２ｄとを備えている。抵抗素子３１ａと３１ｂの抵抗値は同値であり、抵抗素子３１ｃと３１ｄの抵抗値は同値である。第１～４のプリチャージ回路３ａ～３ｄのそれぞれにおいて、抵抗素子３１ａ～３１ｄとスイッチング素子３２ａ～３２ｄは直列に接続されている。 <Configuration of precharge circuit>
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the first to fourth precharge circuits 3a to 3d respectively include resistive elements 31a to 31d and switching elements 32a to 32d. The resistance elements 31a and 31b have the same resistance value, and the resistance elements 31c and 31d have the same resistance value. In each of the first to fourth precharge circuits 3a to 3d, resistance elements 31a to 31d and switching elements 32a to 32d are connected in series.

第１のプリチャージ回路３ａは、第１のスイッチング素子Ｑ１と並列に接続され、第２のプリチャージ回路３ｂは、第４のスイッチング素子Ｑ４と並列に接続され、第３のプリチャージ回路３ｃは、第７のスイッチング素子Ｑ７と並列に接続され、第４のプリチャージ回路３ｄは、第１０のスイッチング素子Ｑ１０と並列に接続される。スイッチング素子３２ａ～３２ｄは、制御部９によって制御され、個別にオン／オフが切り替わる。 The first precharge circuit 3a is connected in parallel with the first switching element Q1, the second precharge circuit 3b is connected in parallel with the fourth switching element Q4, and the third precharge circuit 3c is , and the seventh switching element Q7, and the fourth precharge circuit 3d is connected in parallel with the tenth switching element Q10. The switching elements 32a to 32d are controlled by the control section 9 and individually switched on/off.

このプリチャージ回路３が作動されるときは、スイッチング素子３２ａ～３２ｄがオン状態とされる。これにより、抵抗素子３１ａ、第１キャパシタＣ１、抵抗素子３１ｂ、抵抗素子３１ｃ、第２キャパシタＣ２、および抵抗素子３１ｄが直流電源４に電気的に接続される。このとき、抵抗素子３１ａ～３１ｄの抵抗値、および第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の容量値で決まる時定数により、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の各両端電圧は、直流電源４の投入時点から時間経過に伴って徐々に大きくなる。言い換えれば、プリチャージ回路３は、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧の大きさを、時間経過に伴ってスローアップするように調整する。 When the precharge circuit 3 is activated, the switching elements 32a-32d are turned on. Thereby, the resistance element 31a, the first capacitor C1, the resistance element 31b, the resistance element 31c, the second capacitor C2, and the resistance element 31d are electrically connected to the DC power supply 4. At this time, due to the time constant determined by the resistance values of the resistance elements 31a to 31d and the capacitance values of the first capacitor C1 and the second capacitor C2, the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is It gradually increases with the passage of time from the time of injection. In other words, the precharge circuit 3 adjusts the magnitudes of the voltages applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 so as to slow down over time.

一方、プリチャージ回路３が作動されないときは、スイッチング素子３２ａ～３２ｄがオフ状態とされる。 On the other hand, when the precharge circuit 3 is not activated, the switching elements 32a-32d are turned off.

制御部９は、始動期間にはスイッチング素子３２ａ～３２ｄをオンとしてプリチャージ回路３を作動させ、通常期間において第１キャパシタＣ１または第２キャパシタＣ２を充電しないときにはスイッチング素子３２ａ～３２ｄをオフとしてプリチャージ回路３を作動させない。ここで、始動期間は、直流電源４の投入から、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の充電が完了するまでの期間であってもよい。 The control unit 9 turns on the switching elements 32a to 32d during the starting period to operate the precharge circuit 3, and turns off the switching elements 32a to 32d when not charging the first capacitor C1 or the second capacitor C2 during the normal period. Do not operate the charging circuit 3. Here, the starting period may be a period from turning on the DC power supply 4 to completing charging of the first capacitor C1 and the second capacitor C2.

＜電力変換装置の始動動作＞
ここでいう電力変換装置１０の始動動作とは、直流電源４より電力の供給が開始した時点から、始動期間が経過し基本動作に移行して通常期間が開始するまでの電力変換装置１０の動作である。なお、直流電源４が太陽光発電装置であれば、太陽光発電装置の出力が規定値以下では電力変換装置１０は動作を停止しており、太陽光発電装置の出力が規定値を超えると直流電源４より電力の供給が開始して電力変換装置１０が始動動作を開始する。 <Starting operation of power converter>
The starting operation of the power conversion device 10 here means the operation of the power conversion device 10 from the time when the power supply from the DC power supply 4 starts to the time when the starting period passes and the basic operation starts and the normal period starts. is. If the DC power supply 4 is a solar power generation device, the power conversion device 10 stops operating when the output of the solar power generation device is below the specified value, and when the output of the solar power generation device exceeds the specified value, the DC Power supply from the power source 4 starts, and the power conversion device 10 starts the starting operation.

本実施形態に係る電力変換装置１０は、プリチャージ回路３を備え、直流電源４の投入直後の始動期間に第１変換回路１、第２変換回路２、第１出力切替回路５ａ、および第２出力切替回路５ｂへの印加電圧を徐々に大きくして、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６に印加される電圧を低く抑えている。つまり、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでは、第１変換回路１、第２変換回路２、第１出力切替回路５ａ、および第２出力切替回路５ｂへの印加電圧が低く抑えられることになるので、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６に印加される電圧は低く抑えられる。そのため、この電力変換装置１０によれば、スイッチング素子（Ｑ１～Ｑ１６）の耐圧を下げることができる、という利点がある。 The power conversion device 10 according to the present embodiment includes a precharge circuit 3, and during a startup period immediately after the DC power supply 4 is turned on, a first conversion circuit 1, a second conversion circuit 2, a first output switching circuit 5a, and a second The voltage applied to the output switching circuit 5b is gradually increased to keep the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 low. That is, until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage, the voltage is applied to the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, the first output switching circuit 5a, and the second output switching circuit 5b. Since the voltage is kept low, the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 is kept low. Therefore, according to this power converter 10, there is an advantage that the breakdown voltage of the switching elements (Q1 to Q16) can be lowered.

電力変換装置１０は、始動時点では第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が充電されていないため、スイッチング素子３２ａ～３２ｄをオン状態にし、それら以外の全てのスイッチング素子をオフ状態にして、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を直流電源４に直列に接続し、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電する。 Since the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are not charged at the time of starting the power converter 10, the switching elements 32a to 32d are turned on, all the other switching elements are turned off, and the first The capacitor C1 and the second capacitor C2 are connected in series to the DC power supply 4 to charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2.

第１のスイッチング素子Ｑ１、第４のスイッチング素子Ｑ４、第７のスイッチング素子Ｑ７、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０をオン状態にすることによっても、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を直流電源４に直列に接続することができるが、第１キャパシタＣ１が全く充電されていない状態で、第１のスイッチング素子Ｑ１、第４のスイッチング素子Ｑ４、第７のスイッチング素子Ｑ７、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０をオン状態にすると、これらのスイッチング素子のそれぞれの両端に基本動作中よりも高い電圧がかかりうる。上述したように、電力変換装置１０の基本動作においては、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６に印加される電圧をＥ／４〔Ｖ〕以下に抑えることができるので、これらのスイッチング素子の耐圧はＥ／４〔Ｖ〕でよいが、始動動作においてＥ／４〔Ｖ〕以上の電圧がかかることがあれば、始動動作だけのためにＥ／４〔Ｖ〕よりも高い耐圧を有するスイッチング素子を使用しなければならなくなる。 By turning on the first switching element Q1, the fourth switching element Q4, the seventh switching element Q7, and the tenth switching element Q10, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are also connected to the DC power supply 4. , but with the first capacitor C1 completely uncharged, the first switching element Q1, the fourth switching element Q4, the seventh switching element Q7, and the tenth switching element Turning Q10 on can put a higher voltage across each of these switching elements than during basic operation. As described above, in the basic operation of the power converter 10, the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 can be suppressed to E/4 [V] or less. The withstand voltage of E/4 [V] may be sufficient, but if a voltage of E/4 [V] or more is applied in the starting operation, it has a withstand voltage higher than E/4 [V] only for the starting operation. A switching element must be used.

このような課題を解決するために、本実施形態の電力変換装置１０においては、第１のスイッチング素子Ｑ１、第４のスイッチング素子Ｑ４、第７のスイッチング素子Ｑ７、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０にそれぞれ並列接続された第１～４のプリチャージ回路３ａ～３ｄを設け、制御部９が、始動動作において、第１のスイッチング素子Ｑ１、第４のスイッチング素子Ｑ４、第７のスイッチング素子Ｑ７、および第１０のスイッチング素子Ｑ１０に代えて、第１～４のプリチャージ回路３ａ～３ｄのスイッチング素子３２ａ～３２ｄをオン状態にし、それら以外のスイッチング素子をオフ状態にして、抵抗値が全て同値である４つの抵抗素子３１ａ～３１ｄを介して第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を直流電源に接続することにより、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２にかかる電圧をスローアップしつつ第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電する。判断部８は、第１電圧検出部７ａにより検出された第１キャパシタＣ１の電圧と、第２電圧検出部７ｂにより検出された第２キャパシタＣ２の電圧が、規定電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）に達したか否かを判断する。制御部９は、判断部８により第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の電圧が規定電圧に達したと判断されると、スイッチング素子３２ａ～３２ｄをオフ状態に切り替える。これにより、始動動作においても、全てのスイッチング素子の両端にかかる電圧はＥ／４〔Ｖ〕以下に抑えられるので、耐圧がＥ／４〔Ｖ〕であるスイッチング素子を使用することができる。 In order to solve such problems, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the first switching element Q1, the fourth switching element Q4, the seventh switching element Q7, and the tenth switching element Q10 have 1st to 4th precharge circuits 3a to 3d connected in parallel are provided, respectively, and the control unit 9 controls the first switching element Q1, the fourth switching element Q4, the seventh switching element Q7, and the Instead of the tenth switching element Q10, the switching elements 32a to 32d of the first to fourth precharge circuits 3a to 3d are turned on, and the other switching elements are turned off, and all the resistance values are the same. By connecting the first capacitor C1 and the second capacitor C2 to the DC power supply via the four resistance elements 31a to 31d, the voltage applied to the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is slowed up while the voltage applied to the first capacitor C1 and the second capacitor C2 increases. The second capacitor C2 is charged. The determination unit 8 determines that the voltage of the first capacitor C1 detected by the first voltage detection unit 7a and the voltage of the second capacitor C2 detected by the second voltage detection unit 7b are equal to the specified voltage (E/4 [V]). ) is reached. When the determination unit 8 determines that the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 have reached the specified voltage, the control unit 9 switches the switching elements 32a to 32d to the OFF state. As a result, the voltage applied to both ends of all the switching elements is suppressed to E/4 [V] or less even in the starting operation, so switching elements having a withstand voltage of E/4 [V] can be used.

始動期間には、第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂのスイッチング素子Ｑ１３～Ｑ１６を全てオフ状態とすることによって、第１出力端子ＯＵＴ１および第２出力端子ＯＵＴ２を系統電源から切り離している。そのため、電力変換装置１０の始動期間には、系統電源からの電圧が第１変換回路１および第２変換回路２に印加されることない。 During the starting period, the switching elements Q13 to Q16 of the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b are all turned off, thereby disconnecting the first output terminal OUT1 and the second output terminal OUT2 from the system power supply. there is Therefore, the voltage from the system power supply is not applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 during the starting period of the power converter 10 .

電力変換装置１０の基本動作中にも、同様にして、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電することができる。これにより、第１キャパシタＣ１または第２キャパシタＣ２が放電により規定電圧よりも低い電圧になった場合であっても、適切なタイミングで充電して規定電圧に戻すことができる。 Similarly, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 can be charged during the basic operation of the power converter 10 as well. As a result, even if the voltage of the first capacitor C1 or the second capacitor C2 becomes lower than the specified voltage due to discharge, it can be charged at an appropriate timing to restore the specified voltage.

電力変換装置１０の基本動作中に、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の一方のみを選択的に充電することもできる。制御部９は、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の電圧に所定値以上の差が生じたときに、電圧が低い方のキャパシタに接続されるプリチャージ回路のスイッチング素子をオンにしてそのキャパシタを充電する。第１キャパシタＣ１を充電する場合は、制御部９は、第１のプリチャージ回路３ａのスイッチング素子３２ａおよび第２のプリチャージ回路３ｂのスイッチング素子３２ｂをオン状態にする。このとき、第１キャパシタＣ１は、抵抗素子３１ａおよび抵抗素子３１ｂを介して第３キャパシタＣ３と直列に接続されるので、第１キャパシタＣ１のみを充電することができる。第２キャパシタＣ２を充電する場合は、制御部９は、第３のプリチャージ回路３ｃのスイッチング素子３２ｃおよび第４のプリチャージ回路３ｄのスイッチング素子３２ｄをオン状態にする。このとき、第２キャパシタＣ２は、抵抗素子３１ｃおよび抵抗素子３１ｄを介して第４キャパシタＣ４と直列に接続されるので、第２キャパシタＣ２のみを充電することができる。このように、本実施形態の電力変換装置１０によれば、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の電圧に所定値以上の差が生じた場合であっても、適切なタイミングで電圧が低い方のキャパシタのみを充電することができるので、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の両端電圧のアンバランスを適切に正すことができ、電力変換装置１０を適正に動作させることができる。 It is also possible to selectively charge only one of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 during basic operation of the power converter 10 . When the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 differ by a predetermined value or more, the control unit 9 turns on the switching element of the precharge circuit connected to the capacitor with the lower voltage to turn on that capacitor. to charge. When charging the first capacitor C1, the controller 9 turns on the switching element 32a of the first precharge circuit 3a and the switching element 32b of the second precharge circuit 3b. At this time, since the first capacitor C1 is connected in series with the third capacitor C3 via the resistance elements 31a and 31b, only the first capacitor C1 can be charged. When charging the second capacitor C2, the control unit 9 turns on the switching element 32c of the third precharge circuit 3c and the switching element 32d of the fourth precharge circuit 3d. At this time, since the second capacitor C2 is connected in series with the fourth capacitor C4 via the resistance elements 31c and 31d, only the second capacitor C2 can be charged. As described above, according to the power conversion device 10 of the present embodiment, even if there is a difference of a predetermined value or more between the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2, the one with the lower voltage is detected at an appropriate timing. can be charged, the imbalance between the voltages across the first capacitor C1 and the second capacitor C2 can be properly corrected, and the power converter 10 can be operated properly.

＜効果＞
以上説明した本実施形態の電力変換装置１０によれば、第１変換回路１および第２変換回路２のスイッチング素子を動作させなくてもフライングキャパシタを充電することができ、スイッチング素子にかかる耐圧を低くすることが可能である。 <effect>
According to the power converter 10 of the present embodiment described above, the flying capacitor can be charged without operating the switching elements of the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2, and the withstand voltage applied to the switching elements can be reduced. can be lowered.

また、本実施形態の電力変換装置１０は、直流電源４の第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に電気的に直列に接続された第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４を備え、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４の接続点を基準電位点１００としているので、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に単一の直流電源４が接続されれば、第１変換回路１と第２変換回路２との各々に、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４とで分圧された電圧をそれぞれ印加することができる。 In addition, the power conversion device 10 of the present embodiment includes a third capacitor C3 and a fourth capacitor C4 electrically connected in series between the first input point 101 and the second input point 102 of the DC power supply 4. , the connection point of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is the reference potential point 100. Therefore, if a single DC power supply 4 is connected between the first input point 101 and the second input point 102, the A voltage divided by the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 can be applied to each of the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2, respectively.

また、本実施形態の電力変換装置１０は、本実施形態のようにプリチャージ回路３ａ～３ｄを備えることにより、直流電源４の投入直後の始動期間において、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧をスローアップするように構成されるので、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでに第１変換回路１および第２変換回路２へ印加される電圧を低く抑えることができる。したがって、電力変換装置１０は、基本動作を行う通常期間だけでなく、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が充電されていない始動期間においても、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６への印加電圧をＥ／４〔Ｖ〕以下に抑えることができるので、スイッチング素子（Ｑ１～Ｑ１６）の耐圧を下げることができ、安価で高性能な電力変換装置を実現することができる。 Further, the power conversion device 10 of the present embodiment includes the precharge circuits 3a to 3d as in the present embodiment, so that the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2, the voltage applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 is increased until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage. can be kept low. Therefore, the power conversion device 10 can supply power to the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 not only during the normal period during which the basic operation is performed, but also during the starting period during which the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are not charged. Since the applied voltage can be suppressed to E/4 [V] or less, the breakdown voltage of the switching elements (Q1 to Q16) can be lowered, and an inexpensive and high-performance power converter can be realized.

また、本実施形態に係る電力変換装置１０は、第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂを構成するスイッチング素子を全てオフ状態とすることにより、第１変換回路１および第２変換回路２と系統電源との間を電気的に切り離すことができる。したがって、電力変換装置１０は、始動期間には第１出力切替回路５ａおよび第２出力切替回路５ｂを構成するスイッチング素子を全てオフ状態とすることにより、系統電源から第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６に電圧が掛かることはなく、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６に印加される電圧を低く抑えられる。 Further, the power conversion device 10 according to the present embodiment turns off all the switching elements that constitute the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b, so that the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 and the system power supply can be electrically disconnected. Therefore, in the power conversion device 10, all the switching elements constituting the first output switching circuit 5a and the second output switching circuit 5b are turned off during the starting period, so that each of the first to sixteenth switching elements from the system power supply. No voltage is applied to Q1 to Q16, and the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 can be kept low.

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係る電力変換装置１０の構成を示す。本実施形態に係る電力変換装置１０は、図１に示した実施形態１に係る電力変換装置１０に備えられていた第２のプリチャージ回路３ｂおよび第３のプリチャージ回路３ｃに代えて、第５のプリチャージ回路３ｅを備える。その他の構成および動作は、実施形態１と同様である。以下、実施形態１と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。 (Embodiment 2)
FIG. 6 shows the configuration of the power converter 10 according to the second embodiment. The power conversion device 10 according to the present embodiment replaces the second precharge circuit 3b and the third precharge circuit 3c provided in the power conversion device 10 according to the first embodiment shown in FIG. 5 precharge circuit 3e. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment. In the following, configurations similar to those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and descriptions thereof are omitted as appropriate.

第５のプリチャージ回路３ｅは、実施形態１の第２のプリチャージ回路３ｂのスイッチング素子３２ｂと第３のプリチャージ回路３ｃのスイッチング素子３２ｃを１つのスイッチング素子３２ｆにまとめたものである。すなわち、第５のプリチャージ回路３ｅは、直列に接続された２つの抵抗素子３１ｂおよび３１ｃと、１つのスイッチング素子３２ｅを備え、第４のスイッチング素子Ｑ４および第７のスイッチング素子Ｑ７に並列に接続される。 The fifth precharge circuit 3e combines the switching element 32b of the second precharge circuit 3b and the switching element 32c of the third precharge circuit 3c of the first embodiment into one switching element 32f. That is, the fifth precharge circuit 3e includes two resistance elements 31b and 31c connected in series and one switching element 32e, which is connected in parallel to the fourth switching element Q4 and the seventh switching element Q7. be done.

本実施形態においても、始動動作において、又は基本動作中に第１キャパシタＣ１または第２キャパシタＣ２の電圧が規定電圧を下回ったときに、制御部９は、第１、第４、および第５のプリチャージ回路３ａ、３ｄ、および３ｅのスイッチング素子３２ａ、３２ｄ、および３２ｅをオン状態にして、４つの抵抗素子３１ａ～３１ｄを介して第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を直流電源に接続することにより、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２にかかる電圧をスローアップしつつ第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電する。判断部８は、第１電圧検出部７ａにより検出された第１キャパシタＣ１の電圧と、第２電圧検出部７ｂにより検出された第２キャパシタＣ２の電圧が、規定電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）に達したか否かを判断する。制御部９は、判断部８により第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の電圧が規定電圧に達したと判断されると、スイッチング素子３２ａ、３２ｄ、および３２ｅをオフ状態に切り替える。これにより、全てのスイッチング素子の両端にかかる電圧はＥ／４〔Ｖ〕以下に抑えられるので、耐圧がＥ／４〔Ｖ〕であるスイッチング素子を使用することができる。 Also in this embodiment, when the voltage of the first capacitor C1 or the second capacitor C2 falls below the specified voltage in the starting operation or during the basic operation, the control unit 9 controls the first, fourth, and fifth capacitors. Turn on the switching elements 32a, 32d, and 32e of the precharge circuits 3a, 3d, and 3e to connect the first capacitor C1 and the second capacitor C2 to the DC power supply via the four resistance elements 31a to 31d. Thus, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged while slowing up the voltage applied to the first capacitor C1 and the second capacitor C2. The determination unit 8 determines that the voltage of the first capacitor C1 detected by the first voltage detection unit 7a and the voltage of the second capacitor C2 detected by the second voltage detection unit 7b are equal to the specified voltage (E/4 [V]). ) is reached. When the determination unit 8 determines that the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 have reached the specified voltage, the control unit 9 switches the switching elements 32a, 32d, and 32e to the OFF state. As a result, the voltage across all the switching elements can be suppressed to E/4 [V] or less, so switching elements having a withstand voltage of E/4 [V] can be used.

本実施形態の構成によれば、電力変換装置１０の構成をより簡略化することができるので、安価で小型な電力変換装置を実現することができる。 According to the configuration of the present embodiment, the configuration of the power conversion device 10 can be further simplified, so that an inexpensive and small power conversion device can be realized.

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。 Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the examples. It should be understood by those skilled in the art that this embodiment is merely an example, and that various modifications can be made to combinations of each component and each treatment process, and such modifications are within the scope of the present invention. .

上記各実施形態において、第１～１６のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６、スイッチ素子３４としては、デプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴに限らず、その他の半導体スイッチが用いられていてもよい。たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＧａＮ（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたパワー半導体デバイスが用いられる。 In each of the above embodiments, the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 and the switching element 34 are not limited to depletion-type n-channel MOSFETs, and other semiconductor switches may be used. For example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and power semiconductor devices using wide bandgap semiconductor materials such as GaN (gallium nitride) are used.

本発明のある態様の電力変換装置は、直流電源の高電位側となる第１入力点と基準電位点との間に電気的に接続され、第１キャパシタおよび複数のスイッチング素子により第１出力点および第２出力点の電位を切り替える第１変換回路と、直流電源の低電位側となる第２入力点と基準電位点との間に電気的に接続され、第２キャパシタおよび複数のスイッチング素子により第３出力点および第４出力点の電位を切り替える第２変換回路と、第１出力点と第３出力点との間に電気的に接続され、第１出力端子の電位を、第１出力点の電位と第３出力点の電位との間で切り替える第１の出力切替回路と、第２出力点と第４出力点との間に電気的に接続され、第２出力端子の電位を、第２出力点の電位と第４出力点の電位との間で切り替える第２の出力切替回路と、直流電源より電力の供給が開始されてから第１キャパシタおよび第２キャパシタが規定電圧に充電されるまでの始動期間において、直流電源から出力される直流電圧をスローアップして第１キャパシタおよび第２キャパシタに印加するためのプリチャージ回路と、第１キャパシタまたは第２キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部により検出された第１キャパシタまたは第２キャパシタの電圧が規定電圧に達したか否かを判断する判断部と、複数のスイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、を備える。第１変換回路は、第１入力点と基準電位点との間において、第１入力点側から第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子、第４のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１～４のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子および第３のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続され、高電位側から第５のスイッチング素子、第６のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第５～６のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子および第３のスイッチング素子の直列回路並びに第５のスイッチング素子および第６のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第１キャパシタとを有し、第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子との接続点を第１出力点とし、第５のスイッチング素子と第６のスイッチング素子との接続点を第２出力点としており、第２変換回路は、基準電位点と第２入力点との間において、基準電位点側から第７のスイッチング素子、第８のスイッチング素子、第９のスイッチング素子、第１０のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第７～１０のスイッチング素子と、第８のスイッチング素子および第９のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続され、高電位側から第１１のスイッチング素子、第１２のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１１～１２のスイッチング素子と、第８のスイッチング素子および第９のスイッチング素子の直列回路並びに第１１のスイッチング素子および第１２のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第２キャパシタとを有し、第８のスイッチング素子と第９のスイッチング素子との接続点を第３出力点とし、第１１のスイッチング素子と第１２のスイッチング素子との接続点を第４出力点としており、第１の出力切替回路は、第１出力点と第１出力端子との間に接続された第１３のスイッチング素子と、第３出力点と第１出力端子との間に接続された第１４のスイッチング素子とを有する。第２の出力切替回路は、第２出力点と第２出力端子との間に接続された第１５のスイッチング素子と、第４出力点と第２出力端子との間に接続された第１６のスイッチング素子とを有する。プリチャージ回路は、第１のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第１のプリチャージ回路と、第４のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第２のプリチャージ回路と、第７のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第３のプリチャージ回路と、第１０のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第４のプリチャージ回路とを有する。第１～４のプリチャージ回路は、それぞれ、直列接続された抵抗素子とスイッチング素子とを有する。 A power conversion device according to one aspect of the present invention is electrically connected between a first input point on the high potential side of a DC power supply and a reference potential point, and a first capacitor and a plurality of switching elements provide power to a first output point. and a first conversion circuit that switches the potential of the second output point, the second input point on the low potential side of the DC power supply, and the reference potential point, and the second capacitor and the plurality of switching elements a second conversion circuit for switching potentials of the third output point and the fourth output point; and electrically connected between the first output point and the third output point; and the potential of the third output point, and electrically connected between the second output point and the fourth output point to switch the potential of the second output terminal to the a second output switching circuit for switching between the potential of the second output point and the potential of the fourth output point; a precharge circuit for slowing up the DC voltage output from the DC power supply and applying it to the first capacitor and the second capacitor; and a voltage detector for detecting the voltage of the first capacitor or the second capacitor. a determination unit that determines whether the voltage of the first capacitor or the second capacitor detected by the voltage detection unit has reached a specified voltage; and a control unit that controls on/off of the plurality of switching elements. . Between the first input point and the reference potential point, the first conversion circuit switches between the first input point side, the first switching element, the second switching element, the third switching element, and the fourth switching element in that order. and the first to fourth switching elements electrically connected in series and the series circuit of the second switching element and the third switching element are electrically connected in parallel, and the fifth switching element is connected from the high potential side. A series circuit of the fifth and sixth switching elements electrically connected in series, the second switching element and the third switching element, and the fifth switching element and the third switching element in the order of the element, the sixth switching element. a series circuit of six switching elements and a first capacitor electrically connected in parallel; a connection point between the second switching element and the third switching element is defined as a first output point; A connection point between the element and the sixth switching element is used as a second output point, and the second conversion circuit is arranged between the reference potential point and the second input point, from the reference potential point side to the seventh switching element, the 8 switching elements, a ninth switching element, and a tenth switching element in that order, the seventh to tenth switching elements electrically connected in series, and the series of the eighth switching element and the ninth switching element eleventh to twelfth switching elements electrically connected in parallel with the circuit and electrically connected in series in the order of an eleventh switching element and a twelfth switching element from the high potential side; and an eighth switching element. a second capacitor electrically connected in parallel with the series circuit of the element and the ninth switching element and the series circuit of the eleventh switching element and the twelfth switching element; A connection point with the switching element is a third output point, a connection point between the eleventh switching element and the twelfth switching element is a fourth output point, and the first output switching circuit is connected to the first output point. a thirteenth switching element connected between the first output terminal; and a fourteenth switching element connected between the third output point and the first output terminal. The second output switching circuit includes a fifteenth switching element connected between the second output point and the second output terminal, and a sixteenth switching element connected between the fourth output point and the second output terminal. and a switching element. The precharge circuit includes a first precharge circuit electrically connected in parallel with the first switching element, a second precharge circuit electrically connected in parallel with the fourth switching element, and a second precharge circuit electrically connected in parallel with the fourth switching element. 7 switching elements electrically connected in parallel; and a fourth precharge circuit electrically connected in parallel with the tenth switching element. Each of the first to fourth precharge circuits has a resistance element and a switching element connected in series.

この態様によれば、充電されていない第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電するときにも、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６への印加電圧を低く抑えることができるとともに、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が充電された状態でのみ第１～１６の各スイッチング素子を動作させるので、スイッチング素子の耐圧を下げることができ、安価で高性能な電力変換装置を実現することができる。 According to this aspect, even when charging the first capacitor C1 and the second capacitor C2 that have not been charged, the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 can be kept low. To realize a low-cost, high-performance power conversion device capable of lowering the withstand voltage of switching elements because each of first to sixteenth switching elements is operated only in a state in which one capacitor C1 and a second capacitor C2 are charged. can be done.

第１３～１６のスイッチング素子は、それぞれ、直列に接続された複数のスイッチング素子により構成されてもよい。 Each of the thirteenth to sixteenth switching elements may be composed of a plurality of switching elements connected in series.

この態様によれば、第１３～１６のスイッチング素子の耐圧をさらに下げることができ安価で高性能な電力変換装置を実現することができる。 According to this aspect, the breakdown voltage of the thirteenth to sixteenth switching elements can be further lowered, and a low-cost, high-performance power converter can be realized.

制御部は、始動期間において、第１～４のプリチャージ回路のスイッチング素子をオン状態に、それら以外のスイッチング素子をオフ状態にし、判断部により第１キャパシタまたは第２キャパシタの電圧が規定電圧に達したと判断されると、第１～４のプリチャージ回路のスイッチング素子をオフ状態に切り替えてもよい。 The control unit turns on the switching elements of the first to fourth precharge circuits and turns off the other switching elements in the starting period, and the determination unit sets the voltage of the first capacitor or the second capacitor to the specified voltage. When it is determined that it has reached, the switching elements of the first to fourth precharge circuits may be turned off.

この態様によれば、充電されていない第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電するときにも、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６への印加電圧を低く抑えることができるので、スイッチング素子の耐圧を下げることができ、安価で高性能な電力変換装置を実現することができる。 According to this aspect, even when the uncharged first capacitor C1 and second capacitor C2 are charged, the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 can be kept low. It is possible to lower the withstand voltage of the element, and realize an inexpensive and high-performance power converter.

第１のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値と第２のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値とが同じであってもよく、第３のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値と第４のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値とが同じであってもよい。 The resistance value of the resistance element of the first precharge circuit and the resistance value of the resistance element of the second precharge circuit may be the same, and the resistance value of the resistance element of the third precharge circuit and the resistance value of the fourth precharge circuit may be the same. The resistance value of the resistance element of the precharge circuit may be the same.

この態様によれば、第１～１６の各スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１６への印加電圧を低く抑えることができるので、スイッチング素子の耐圧を下げることができ、安価で高性能な電力変換装置を実現することができる。 According to this aspect, since the voltage applied to each of the first to sixteenth switching elements Q1 to Q16 can be kept low, the withstand voltage of the switching elements can be lowered, and an inexpensive and high-performance power converter can be realized. be able to.

第２のプリチャージ回路と第３のプリチャージ回路のスイッチング素子を１つにしてもよい。 One switching element may be used for the second precharge circuit and the third precharge circuit.

この態様によれば、電力変換装置の構成をより簡略化することができるので、安価で小型な電力変換装置を実現することができる。 According to this aspect, it is possible to further simplify the configuration of the power conversion device, so that an inexpensive and small power conversion device can be realized.

制御部は、第１キャパシタと第２キャパシタの電圧に所定値以上の差が生じたときに、電圧が低い方のキャパシタに接続されるプリチャージ回路のスイッチング素子をオンにしてそのキャパシタを充電してもよい。 The controller turns on the switching element of the precharge circuit connected to the capacitor with the lower voltage to charge the capacitor when a difference of a predetermined value or more occurs between the voltages of the first capacitor and the second capacitor. may

この態様によれば、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の電圧にアンバランスが生じた場合であっても、適切に正すことができるので、電力変換装置を適正に動作させることができる。 According to this aspect, even if the voltages of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are unbalanced, the imbalance can be appropriately corrected, so that the power converter can be operated properly.

この態様によれば、安価な構成により電圧調整回路を実現することができる。 According to this aspect, the voltage adjustment circuit can be realized with an inexpensive configuration.

１ 第１変換回路、２ 第２変換回路、３ プリチャージ回路、４ 直流電源、５ａ 第１出力切替回路、５ｂ 第２出力切替回路、７ａ 第１電圧検出部、７ｂ 第２電圧検出部、８ 判断部、９ 制御部、１０ 電力変換装置、３１ 抵抗素子、３２ スイッチング素子、３４ スイッチ素子、３５ ダイオード、３６ インダクタ、３７ ダイオード、１００ 基準電位点、１０１ 第１入力点、１０２ 第２入力点、１０３ 第１出力点、１０４ 第２出力点、１０５ 第３出力点、１０６ 第４出力点、Ｃ１ 第１キャパシタ、Ｃ２ 第２キャパシタ、Ｃ３ 第３キャパシタ、Ｃ４ 第４キャパシタ、ＯＵＴ１ 第１出力端子、ＯＵＴ２ 第２出力端子。 1 first conversion circuit 2 second conversion circuit 3 precharge circuit 4 DC power supply 5a first output switching circuit 5b second output switching circuit 7a first voltage detector 7b second voltage detector 8 Determination unit 9 control unit 10 power conversion device 31 resistance element 32 switching element 34 switch element 35 diode 36 inductor 37 diode 100 reference potential point 101 first input point 102 second input point 103 first output point, 104 second output point, 105 third output point, 106 fourth output point, C1 first capacitor, C2 second capacitor, C3 third capacitor, C4 fourth capacitor, OUT1 first output terminal, OUT2 Second output terminal.

Claims (6)

直流電源の高電位側となる第１入力点と基準電位点との間に電気的に接続され、第１キャパシタおよび複数のスイッチング素子により第１出力点および第２出力点の電位を切り替える第１変換回路と、
前記直流電源の低電位側となる第２入力点と前記基準電位点との間に電気的に接続され、第２キャパシタおよび複数のスイッチング素子により第３出力点および第４出力点の電位を切り替える第２変換回路と、
前記第１出力点と前記第３出力点との間に電気的に接続され、第１出力端子の電位を、前記第１出力点の電位と前記第３出力点の電位との間で切り替える第１の出力切替回路と、
前記第２出力点と前記第４出力点との間に電気的に接続され、第２出力端子の電位を、前記第２出力点の電位と前記第４出力点の電位との間で切り替える第２の出力切替回路と、
前記直流電源より電力の供給が開始されてから前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタが規定電圧に充電されるまでの始動期間において、前記直流電源から出力される直流電圧をスローアップして前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタに印加するためのプリチャージ回路と、
前記第１キャパシタまたは前記第２キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部により検出された前記第１キャパシタまたは前記第２キャパシタの電圧が前記規定電圧に達したか否かを判断する判断部と、
前記複数のスイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、
を備え、
前記第１変換回路は、前記第１入力点と前記基準電位点との間において、前記第１入力点側から第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子、第３のスイッチング素子、第４のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１～４のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続され、高電位側から第５のスイッチング素子、第６のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第５～６のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子および前記第３のスイッチング素子の直列回路並びに前記第５のスイッチング素子および前記第６のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された前記第１キャパシタとを有し、前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子との接続点を前記第１出力点とし、前記第５のスイッチング素子と前記第６のスイッチング素子との接続点を前記第２出力点としており、
前記第２変換回路は、前記基準電位点と前記第２入力点との間において、前記基準電位点側から第７のスイッチング素子、第８のスイッチング素子、第９のスイッチング素子、第１０のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第７～１０のスイッチング素子と、前記第８のスイッチング素子および前記第９のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続され、高電位側から第１１のスイッチング素子、第１２のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第１１～１２のスイッチング素子と、前記第８のスイッチング素子および前記第９のスイッチング素子の直列回路並びに前記第１１のスイッチング素子および前記第１２のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された前記第２キャパシタとを有し、前記第８のスイッチング素子と前記第９のスイッチング素子との接続点を前記第３出力点とし、前記第１１のスイッチング素子と前記第１２のスイッチング素子との接続点を前記第４出力点としており、
前記第１の出力切替回路は、前記第１出力点と前記第１出力端子との間に接続された第１３のスイッチング素子と、前記第３出力点と前記第１出力端子との間に接続された第１４のスイッチング素子とを有し、
前記第２の出力切替回路は、前記第２出力点と前記第２出力端子との間に接続された第１５のスイッチング素子と、前記第４出力点と前記第２出力端子との間に接続された第１６のスイッチング素子とを有し、
前記プリチャージ回路は、前記第１のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第１のプリチャージ回路と、前記第４のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第２のプリチャージ回路と、前記第７のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第３のプリチャージ回路と、前記第１０のスイッチング素子と電気的に並列に接続された第４のプリチャージ回路とを有し、
前記第１～４のプリチャージ回路は、それぞれ、直列接続された抵抗素子とスイッチング素子とを有する
ことを特徴とする電力変換装置。 A first input point that is electrically connected between a first input point on the high potential side of the DC power supply and a reference potential point, and that switches the potentials of the first output point and the second output point by a first capacitor and a plurality of switching elements. a conversion circuit;
It is electrically connected between a second input point on the low potential side of the DC power supply and the reference potential point, and switches potentials of a third output point and a fourth output point by a second capacitor and a plurality of switching elements. a second conversion circuit;
A third output terminal electrically connected between the first output point and the third output point for switching the potential of the first output terminal between the potential of the first output point and the potential of the third output point. 1 output switching circuit;
a second output terminal electrically connected between the second output point and the fourth output point for switching the potential of the second output terminal between the potential of the second output point and the potential of the fourth output point; 2 output switching circuit;
During a start-up period from when the DC power supply starts supplying power to when the first capacitor and the second capacitor are charged to a specified voltage, the DC voltage output from the DC power supply is slowed down to the second capacitor. a precharge circuit for applying to the 1 capacitor and the second capacitor;
a voltage detection unit that detects the voltage of the first capacitor or the second capacitor;
a determination unit that determines whether the voltage of the first capacitor or the second capacitor detected by the voltage detection unit has reached the specified voltage;
a control unit that controls on/off of the plurality of switching elements;
with
The first conversion circuit includes, from the first input point side, a first switching element, a second switching element, a third switching element, and a fourth switching element between the first input point and the reference potential point. In the order of the switching elements, first to fourth switching elements electrically connected in series, and electrically connected in parallel with the series circuit of the second switching element and the third switching element, and a high potential A series circuit of the fifth and sixth switching elements electrically connected in series in the order of the fifth switching element and the sixth switching element from the side, and the second switching element and the third switching element and the first capacitor electrically connected in parallel with the series circuit of the fifth switching element and the sixth switching element, and the switching element between the second switching element and the third switching element. A connection point is the first output point, and a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element is the second output point,
Between the reference potential point and the second input point, the second conversion circuit includes a seventh switching element, an eighth switching element, a ninth switching element, and a tenth switching element from the reference potential point side. In the order of the elements, the seventh to tenth switching elements electrically connected in series and the series circuit of the eighth switching element and the ninth switching element are electrically connected in parallel, and the high potential side A series circuit of eleventh to twelfth switching elements electrically connected in series, the eighth switching element and the ninth switching element in the order from the eleventh switching element to the twelfth switching element, and The second capacitor is electrically connected in parallel with the series circuit of the eleventh switching element and the twelfth switching element, and the connection between the eighth switching element and the ninth switching element. point is the third output point, and a connection point between the eleventh switching element and the twelfth switching element is the fourth output point,
The first output switching circuit is connected between a thirteenth switching element connected between the first output point and the first output terminal and between the third output point and the first output terminal. and a fourteenth switching element,
The second output switching circuit is connected between a fifteenth switching element connected between the second output point and the second output terminal and between the fourth output point and the second output terminal. and a 16th switching element,
The precharge circuit includes a first precharge circuit electrically connected in parallel with the first switching element and a second precharge circuit electrically connected in parallel with the fourth switching element. a third precharge circuit electrically connected in parallel with the seventh switching element; and a fourth precharge circuit electrically connected in parallel with the tenth switching element. ,
A power conversion device, wherein each of the first to fourth precharge circuits has a resistance element and a switching element connected in series. 前記第１３～１６のスイッチング素子は、それぞれ、直列に接続された複数のスイッチング素子により構成されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 2. The power converter according to claim 1, wherein each of said thirteenth to sixteenth switching elements is composed of a plurality of switching elements connected in series. 前記制御部は、前記始動期間において、前記第１～４のプリチャージ回路のスイッチング素子をオン状態に、それら以外のスイッチング素子をオフ状態にし、前記判断部により前記第１キャパシタまたは前記第２キャパシタの電圧が前記規定電圧に達したと判断されると、前記第１～４のプリチャージ回路のスイッチング素子をオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。 The control unit turns on the switching elements of the first to fourth precharge circuits and turns off the other switching elements in the starting period, and the determination unit determines whether the first capacitor or the second capacitor 3. The power converter according to claim 1, wherein the switching elements of said first to fourth precharge circuits are turned off when it is determined that said voltage has reached said specified voltage. 前記第１のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値と前記第２のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値とが同じであり、前記第３のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値と前記第４のプリチャージ回路の抵抗素子の抵抗値とが同じであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電力変換装置。 The resistance value of the resistance element of the first precharge circuit and the resistance value of the resistance element of the second precharge circuit are the same, and the resistance value of the resistance element of the third precharge circuit and the resistance value of the fourth precharge circuit are the same. 4. The power converter according to claim 1, wherein the resistance value of the resistance element of the precharge circuit is the same as that of the precharge circuit. 前記第２のプリチャージ回路と前記第３のプリチャージ回路のスイッチング素子を１つにしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。 5. The power converter according to claim 1, wherein one switching element is used for said second precharge circuit and said third precharge circuit. 前記制御部は、第１キャパシタと第２キャパシタの電圧に所定値以上の差が生じたときに、電圧が低い方のキャパシタに接続されるプリチャージ回路のスイッチング素子をオンにしてそのキャパシタを充電することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力変換装置。 The controller turns on the switching element of the precharge circuit connected to the capacitor with the lower voltage to charge the capacitor when a difference of a predetermined value or more occurs between the voltages of the first capacitor and the second capacitor. The power converter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
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