JPWO2019069654A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (14)
- 直流電源と並列に直列接続された第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路と、
前記直流電源及び前記直列接続された第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路と並列に直列接続された第3のフライングキャパシタ回路及び第4のフライングキャパシタ回路と、
前記第1のフライングキャパシタ回路及び前記第2のフライングキャパシタ回路の出力端子間に直列接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子と、
前記第3のフライングキャパシタ回路及び前記第4のフライングキャパシタ回路の出力端子間に直列接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子と、
前記直列接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の中点に設けられた第1の出力端子と、
前記直列接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の中点に設けられた第2の出力端子と、
を備え、
前記第1のフライングキャパシタ回路と第2のフライングキャパシタ回路の接続点、及び前記第3のフライングキャパシタ回路と第4のフライングキャパシタ回路の接続点は、直流電源電圧の中点に接続され、
前記第1の出力端子と前記第2の出力端子から交流電力を出力することを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子がオン状態、並びに前記第2のスイッチング素子及び前記第3のスイッチング素子がオフ状態で前記交流電力の半波を生成し、
前記第1のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子がオフ状態、並びに前記第2のスイッチング素子及び前記第3のスイッチング素子がオン状態で前記交流電力の逆極性の半波を生成することを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記第1のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子がオン状態、並びに前記第2のスイッチング素子及び前記第3のスイッチング素子がオフ状態である状態と、
前記第1のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子がオフ状態、並びに前記第2のスイッチング素子及び前記第3のスイッチング素子がオン状態である状態との切替は、
前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される交流電力の極性が切り替わる時に動作するように制御され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。 - 前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子、または前記第4のスイッチング素子に代えて、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を有す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。
- 前記第1のフライングキャパシタ回路の出力電圧と前記第2のフライングキャパシタ回路の出力電圧の差、及び、前記第3のフライングキャパシタ回路の出力電圧と前記第4のフライングキャパシタ回路の出力電圧の差が、前記直流電源電圧の半分の電圧以下となるように制御され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。
- 前記第1のフライングキャパシタ回路は、
直列接続された第S5aスイッチング素子、第S5bスイッチング素子、第S5cスイッチング素子、及び第S5dスイッチング素子と、
前記第S5aスイッチング素子と第S5bスイッチング素子との接続点と、第S5cスイッチング素子と第S5dスイッチング素子との接続点との間に接続された第1キャパシタFC1と、を含み、
前記第2のフライングキャパシタ回路は、
直列接続された第S6aスイッチング素子、第S6bスイッチング素子、第S6cスイッチング素子、及び第S6dスイッチング素子と、
前記第S6aスイッチング素子と第S6bスイッチング素子との接続点と、第S6cスイッチング素子と第S6dスイッチング素子との接続点との間に接続された第2キャパシタFC2と、を含み、
前記第3のフライングキャパシタ回路は、
直列接続された第S7aスイッチング素子、第S7bスイッチング素子、第S7cスイッチング素子、及び第S7dスイッチング素子と、
前記第S7aスイッチング素子と第S7bスイッチング素子との接続点と、第S7cスイッチング素子と第S7dスイッチング素子との接続点との間に接続された第3キャパシタFC3と、を含み、
前記第4のフライングキャパシタ回路は、
直列接続された第S8aスイッチング素子、第S8bスイッチング素子、第S8cスイッチング素子、及び第S8dスイッチング素子と、
前記第S8aスイッチング素子と第S8bスイッチング素子との接続点と、第S8cスイッチング素子と第S8dスイッチング素子との接続点との間に接続された第4キャパシタFC4とを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、
前記第2のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、
前記第3のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、
前記第4のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、
前記キャパシタの電圧は、前記直流電源電圧の1/4倍の電圧になるように制御され、
前記第1の出力端子と前記第2の出力端子から、5レベルの電圧が出力されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、
前記第2のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、
前記第3のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、
前記第4のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、
1番目のキャパシタの電圧は、前記直流電源電圧の(1/(2N+2))倍の電圧になるように制御され、
2番目のキャパシタの電圧は、前記直流電源電圧の(2/(2N+2))倍の電圧になるように制御され、
N番目のキャパシタの電圧は、前記直流電源電圧の(N/(2N+2))倍の電圧になるように制御され、
前記第1の出力端子と前記の第2出力端子から、(2N+3)レベルの電圧が出力されることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電力変換装置。 - 前記第1のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子、前記第2のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子、前記第3のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子、及び前記第4のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子には、前記直流電源電圧より低い耐圧の素子が使用されることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の電力変換装置。
- 前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子、又は前記第4のスイッチング素子には、前記直流電源の電圧より低い耐圧の素子が使用されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の電力変換装置。
- 直流電源と並列に直列接続された第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路と、
前記直流電源及び前記直列接続された第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路と並列に直列接続された第3のフライングキャパシタ回路及び第4のフライングキャパシタ回路と、
前記第1のフライングキャパシタ回路及び前記第2のフライングキャパシタ回路の出力端子間に直列接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子と、
前記第3のフライングキャパシタ回路及び前記第4のフライングキャパシタ回路の出力端子間に直列接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子と、
前記直列接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子の中点に設けられた第1の出力端子と、
前記直列接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子の中点に設けられた第2の出力端子と、
を備え、
前記第1のフライングキャパシタ回路と第2のフライングキャパシタ回路の接続点、及び前記第3のフライングキャパシタ回路と第4のフライングキャパシタ回路の接続点は、直流電源電圧の中点に接続され、
前記第1の出力端子と前記の第2出力端子から交流電力が出力され、
前記第1のフライングキャパシタ回路の出力電圧と前記第2のフライングキャパシタ回路の出力電圧の差、及び、前記第3のフライングキャパシタ回路の出力電圧と前記第4のフライングキャパシタ回路の出力電圧の差が、前記直流電源電圧の半分の電圧以下となるように制御され、
前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子、及び前記第4のスイッチング素子は、前記第1の出力端子及び前記第2の出力端子から出力される交流電力の極性が切り替えられるときに動作するように制御され、
前記第1の出力端子と前記第2の出力端子から前記直流電源電圧の半分の電圧を出力するときの、前記第1のフライングキャパシタ回路、前記第2のフライングキャパシタ回路、前記第3のフライングキャパシタ回路、及び前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンとして、前記第1のフライングキャパシタ回路、前記第2のフライングキャパシタ回路、前記第3のフライングキャパシタ回路、又は前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタが充電される第1のスイッチングパターンと放電される第2のスイッチングパターンがある
ことを特徴とする電力変換装置。 - 前記第1のスイッチングパターンとされる時間と前記第2のスイッチングパターンとされる時間とが均衡するように制御され、
前記第1のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子及び前記第2のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子には、第1の制御信号が同様に供給され、
前記第3のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子及び前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子には、前記第1の制御信号を反転させた第2の制御信号が同様に供給される
ことを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。 - 前記第1のフライングキャパシタ回路又は前記第2のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧を所定の電圧と比較する第1の比較回路と、前記第3のフライングキャパシタ回路又は前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧を前記所定の電圧と比較する第2の比較回路とを更に備え、
前記第1のフライングキャパシタ回路又は前記第2のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が前記所定の電圧よりも低い場合は、前記第1のスイッチングパターンとされる期間が前記第2のスイッチングパターンとされる期間よりも長くなるように、前記第1のフライングキャパシタ回路及び前記第2のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子に制御信号が同様に供給され、前記第1のフライングキャパシタ回路又は前記第2のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が前記所定の電圧よりも高い場合は、前記第1のスイッチングパターンとされる期間が前記第2のスイッチングパターンとされる期間よりも短くなるように、前記第1のフライングキャパシタ回路及び前記第2のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子に制御信号が同様に供給され、
前記第3のフライングキャパシタ回路又は前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が前記所定の電圧よりも低い場合は、前記第1のスイッチングパターンとされる期間が前記第2のスイッチングパターンとされる期間よりも長くなるように、前記第3のフライングキャパシタ回路及び前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子に制御信号が同様に供給され、前記第3のフライングキャパシタ回路又は前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が前記所定の電圧よりも高い場合は、前記第1のスイッチングパターンとされる期間が前記第2のスイッチングパターンとされる期間よりも短くなるように、前記第3のフライングキャパシタ回路及び前記第4のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子に制御信号が同様に供給される
ことを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。 - 前記第1の比較回路において、前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子のうちオンしているスイッチング素子に接続されている方のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が前記所定の電圧と比較され、
前記第2の比較回路において、前記第3のスイッチング素子及び前記第4のスイッチング素子のうちオンしているスイッチング素子に接続されている方のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が前記所定の電圧と比較される
ことを特徴とする請求項13に記載の電力変換装置。
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