JP2012044838A - インバータ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】トランスを必要とせず、構成が簡略化でき、高効率化を図ることができる多レベル出力が可能なインバータ回路を提供する。
【解決手段】インバータ回路１０は、直列に接続された２つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂからなる第１の回路要素１１と直列に接続された２つのスイッチング素子１２ａ，１２ｂからなる第２の回路要素１２とが並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子１３ａ，１３ｂからなる第３の回路要素１３が、第１の回路要素１１と第２の回路要素１２との間で第１の回路要素１１及び第２の回路要素１２に並列に接続され、２つのスイッチング素子の接続点１１ｃ，１２ｃと２つのスイッチング素子の接続点１０ｉとの間には直流電源１４，１５が接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路に関し、特に、多レベル出力を得るために好適なインバータ回路に関するものである。

従来の電力変換装置として、高周波化スイッチング回路付き高圧多重インバータ装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装置では、商用周波数の電源とトランスの１次側との間に平滑回路とスイッチング回路からなる周波数変換回路を挿入している。商用周波数の電源から供給された交流電力を平滑回路によって直流電力に変換し、スイッチング回路によって商用周波数より高い高周波数の交流電力に変換する。この変換された高周波数の交流電力をトランスの１次側から入力し、２次側に接続された複数の小容量インバータユニットに供給する。小容量インバータユニットの出力端を直列に接続し、小容量インバータユニットによって作られた可変周波数の交流小電力を一つにまとめて高電圧を出力する高圧多重インバータ装置としている。

特開２００１−２３８４６２号公報

しかしながら、従来の電力変換装置では、複数の小容量インバータユニットからなるインバータ部と商用周波数の電源との間には周波数変換回路とトランスが必要であり、また、周波数変換回路には平滑回路とスイッチング回路が必要であった。そのため、装置構成が複雑であり、高い効率を得ることができないという問題点があった。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、トランスを必要とせず、構成が簡略化でき、高効率化を図ることができる多レベル出力が可能なインバータ回路を提供することにある。

本発明に係るインバータ回路は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

第１のインバータ回路（請求項１に対応）は、直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第１の回路要素と直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第２の回路要素とが並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第３の回路要素が、第１の回路要素と第２の回路要素との間で第１の回路要素及び第２の回路要素に並列に接続され、第１の回路要素の２つのスイッチング素子の接続点と第３の回路要素の２つのスイッチング素子の接続点との間と、第３の回路要素の２つのスイッチング素子の接続点と第２の回路要素の２つのスイッチング素子の接続点との間とには直流電源が接続されていることを特徴とする。
第２のインバータ回路（請求項２に対応）は、直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第１の回路要素と直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第２の回路要素とが並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第３の回路要素が、第１の回路要素と第２の回路要素との間で第１の回路要素及び第２の回路要素に並列に複数個接続され、隣り合う回路要素は、それぞれにおけるスイッチング素子の接続点との間に直流電源が接続されていることを特徴とする。
第３のインバータ回路（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第３の回路要素のスイッチング素子が、双方向スイッチング素子であることを特徴とする。

本発明によれば、トランスを必要とせず、構成が簡略化でき、高効率化を図ることができる多レベル出力が可能なインバータ回路を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路の回路図である。 本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路での１周期の出力パターンを示した図である。 図２の各出力期間におけるゲート論理テーブルを示す表である。 本発明の第２の実施形態に係るインバータ回路の回路図である。 本発明の第２の実施形態に係るインバータ回路での１周期の出力パターンを示した図である。 図５の各出力期間におけるゲート論理テーブルを示す表である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路の回路図である。インバータ回路１０は、直列に接続された２つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂからなる第１の回路要素１１と、直列に接続された２つのスイッチング素子１２ａ，１２ｂからなる第２の回路要素１２とが、配線１０ｅの接続点１０ａと配線１０ｆの接続点１０ｂにおいて並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子１３ａ，１３ｂからなる第３の回路要素１３が、第１の回路要素１１と第２の回路要素１２との間で、配線１０ｅの接続点１０ｃと配線１０ｆの接続点１０ｄにおいて並列に接続されている。そして、インバータ回路１０は、２つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂの接続点１１ｃと２つのスイッチング素子１３ａ，１３ｂの接続点１０ｉとの間には直流電源１４が接続されており、また、２つのスイッチング素子１３ａ，１３ｂの接続点１０ｉと２つのスイッチング素子１２ａ，１２ｂの接続点１２ｃとの間には直流電源１５が接続されている。さらに、インバータ回路１０は、接続点１０ａから配線１０ｅを介して出力端子１０ｇが設けられ、接続点１０ｂから配線１０ｆを介して出力端子１０ｈが設けられている。インバータ回路１０は、直流電源１４，１５からの直流電力を交流電力に変換して出力端子１０ｇ、１０ｈに接続される負荷ＲＬに供給する。

スイッチング素子１１ａは、例えば、ゲート１１ａｇ、コレクタ１１ａｃ、エミッタ１１ａｅを備えたＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）１１ａｉとダイオード１１ａｄとからなる。コレクタ１１ａｃは接続点１１ｃと接続され、エミッタ１１ａｅは、接続点１０ａと接続されている。ダイオード１１ａｄのアノードは、ＩＧＢＴ１１ａｉのエミッタ１１ａｅと接続され、ダイオード１１ａｄのカソードは、ＩＧＢＴ１１ａｉのコレクタ１１ａｃと接続されている。スイッチング素子１１ａは、接続点１１ｃと出力端子１０ｇとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ａｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子１０ｇとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１１ａｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子１０ｇとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１１ｂは、例えば、ゲート１１ｂｇ、コレクタ１１ｂｃ、エミッタ１１ｂｅを備えたＩＧＢＴ１１ｂｉとダイオード１１ｂｄとからなる。コレクタ１１ｂｃは接続点１１ｃと接続され、エミッタ１１ｂｅは、接続点１０ｂと接続されている。ダイオード１１ｂｄのアノードは、ＩＧＢＴ１１ｂｉのエミッタ１１ｂｅと接続され、ダイオード１１ｂｄのカソードは、ＩＧＢＴ１１ｂｉのコレクタ１１ｂｃと接続されている。スイッチング素子１１ｂは、接続点１１ｃと出力端子１０ｈとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ｂｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子１０ｈとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１１ｂｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子１０ｈとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１２ａは、例えば、ゲート１２ａｇ、コレクタ１２ａｃ、エミッタ１２ａｅを備えたＩＧＢＴ１２ａｉとダイオード１２ａｄとからなる。コレクタ１２ａｃは接続点１０ａと接続され、エミッタ１２ａｅは、接続点１２ｃと接続されている。ダイオード１２ａｄのアノードは、ＩＧＢＴ１２ａｉのエミッタ１２ａｅと接続され、ダイオード１２ａｄのカソードは、ＩＧＢＴ１２ａｉのコレクタ１２ａｃと接続されている。スイッチング素子１２ａは、接続点１２ｃと出力端子１０ｇとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ａｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子１０ｇとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１２ａｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子１０ｇとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１２ｂは、例えば、ゲート１２ｂｇ、コレクタ１２ｂｃ、エミッタ１２ｂｅを備えたＩＧＢＴ１２ｂｉとダイオード１２ｂｄとからなる。コレクタ１２ｂｃは接続点１０ｂと接続され、エミッタ１２ｂｅは、接続点１２ｃと接続されている。ダイオード１２ｂｄのアノードは、ＩＧＢＴ１２ｂｉのエミッタ１２ｂｅと接続され、ダイオード１２ｂｄのカソードは、ＩＧＢＴ１２ｂｉのコレクタ１２ｂｃと接続されている。スイッチング素子１２ｂは、接続点１２ｃと出力端子１０ｈとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ｂｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子１０ｈとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１２ｂｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子１０ｈとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１３ａは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート１３ａ１ｇ、コレクタ１３ａ１ｃ、エミッタ１３ａ１ｅを備えたＩＧＢＴ１３ａ１ｉとダイオード１３ａ１ｄと、ゲート１３ａ２ｇ、コレクタ１３ａ２ｃ、エミッタ１３ａ２ｅを備えたＩＧＢＴ１３ａ２ｉとダイオード１３ａ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ１３ａ１ｉのコレクタ１３ａ１ｃは、接続点１３ａｊ１に接続され、ＩＧＢＴ１３ａ１ｉのエミッタ１３ａ１ｅは、ダイオード１３ａ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード１３ａ１ｄのカソードは接続点１３ａｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ１３ａ２ｉのコレクタ１３ａ２ｃは、接続点１３ａｊ２に接続され、ＩＧＢＴ１３ａ２ｉのエミッタ１３ａ２ｅは、ダイオード１３ａ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード１３ａ２ｄのカソードは接続点１３ａｊ１に接続されている。接続点１３ａｊ１は、接続点１０ｃに配線１３ａＬ１によって接続され、接続点１３ａｊ２は、配線１３ａＬ２によって接続点１０ｉに接続されている。

スイッチング素子１３ａは、接続点１０ｉと接続点１０ｃとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ１ｇにかけることにより、接続点１０ｃから接続点１０ｉ方向に電流を流すようにＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ａ１ｇにかけることにより、接続点１０ｃから接続点１０ｉ方向に電流を流すＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ２ｇにかけることにより、接続点１０ｉから接続点１０ｃ方向に電流を流すようにＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ａ２ｇにかけることにより、接続点１０ｉから接続点１０ｃ方向に電流を流すＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＦＦする。従って、双方向スイッチング素子１３ａは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ａ２ｇにかけることにより、接続点１０ｃから接続点１０ｉ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ２ｇにかけることにより、接続点１０ｉから接続点１０ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、後述のように、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ１ｇ及び１３ａ２ｇにかけることにより、ＩＧＢＴ１３ａ１ｉ及びＩＧＢＴ１３ａ２ｉを同時にＯＮすることもできる。

スイッチング素子１３ｂは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート１３ｂ１ｇ、コレクタ１３ｂ１ｃ、エミッタ１３ｂ１ｅを備えたＩＧＢＴ１３ｂ１ｉとダイオード１３ｂ１ｄと、ゲート１３ｂ２ｇ、コレクタ１３ｂ２ｃ、エミッタ１３ｂ２ｅを備えたＩＧＢＴ１３ｂ２ｉとダイオード１３ｂ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ１３ｂ１ｉのコレクタ１３ｂ１ｃは、接続点１３ｂｊ１に接続され、ＩＧＢＴ１３ｂ１ｉのエミッタ１３ｂ１ｅは、ダイオード１３ｂ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード１３ｂ１ｄのカソードは接続点１３ｂｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ１３ｂ２ｉのコレクタ１３ｂ２ｃは、接続点１３ｂｊ２に接続され、ＩＧＢＴ１３ｂ２ｉのエミッタ１３ｂ２ｅは、ダイオード１３ｂ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード１３ｂ２ｄのカソードは接続点１３ｂｊ１に接続されている。接続点１３ｂｊ１は、接続点１０ｄに配線１３ｂＬ１によって接続され、接続点１３ｂｊ２は、配線１３ｂＬ２によって接続点１０ｉに接続されている。

スイッチング素子１３ｂは、接続点１０ｉと接続点１０ｄとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ１ｇにかけることにより、接続点１０ｄから接続点１０ｉ方向に電流を流すようにＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ｂ１ｇにかけることにより、接続点１０ｄから接続点１０ｉ方向に電流を流すＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ２ｇにかけることにより、接続点１０ｉから接続点１０ｄ方向に電流を流すＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ｂ２ｇにかけることにより、接続点１０ｉから接続点１０ｄ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、双方向スイッチング素子１３ｂは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ｂ２ｇにかけることにより、接続点１０ｄから接続点１０ｉ方向に電流を流すＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ２ｇにかけることにより、接続点１０ｉから接続点１０ｄ方向に電流を流すＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＮすることになる。また、後述のように、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ１ｇ及び１３ｂ２ｇにかけることにより、ＩＧＢＴ１３ｂ１ｉ及びＩＧＢＴ１３ｂ２ｉを同時にＯＮすることもできる。

上記構成のインバータ回路１０では、２つの直流電源１４，１５と４つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと２つの双方向スイッチング素子１３ａ，１３ｂにより、多レベル出力を可能にすると共に、トランスを必要とせず、構成が簡略化でき、高効率化を図ることができる。

この電力変換装置は、直流電源１４の電圧をＶ１、直流電源１５の電圧をＶ２としたとき、スイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂのオンオフの組み合わせによって（−（Ｖ１＋Ｖ２），−Ｖ２，−Ｖ１，０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ１＋Ｖ２）のいずれかの電圧を出力端子１０ｇ，１０ｈから出力することができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路の動作を、図２と図３を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るインバータ回路での１周期の出力パターンを示した図である。横軸は、時間を示し、期間１〜８までを示しており、縦軸は、出力電圧を示す。図３は、図２の各出力期間１〜８におけるゲート論理テーブルを示す表である。この図３では、第１欄に期間を示し、第２欄に各期間での電力供給源を示し、第３欄にＯＮにするスイッチング素子を示している。第４欄は、期間の切り替わり時にＯＮしているスイッチング素子を示している。

期間１：図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ａｇとゲート１３ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＮにし、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮにする。このとき、接続点１０ｄ→接続点１０ｉ→接続点１１ｃ→接続点１０ａの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１４の電圧Ｖ１が出力される。

期間２：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１から継続してゲート１１ａｇにかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ｂｇにかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＮにする。その後、ゲート１３ｂ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＦＦする。期間１から期間２に変わるときは、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉとスイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉとが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード１３ｂ１ｄがあるために、接続点１０ｉから接続点１０ｄへの電流が流れないので、直流電源１５の短絡は生じない。このとき接続点１０ｂ→接続点１２ｃ→接続点１０ｉ→接続点１１ｃ→接続点１０ａの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１４の電圧Ｖ１と直流電源１５の電圧Ｖ２の和の電圧（Ｖ１＋Ｖ２）が出力される。

期間３：図示しない制御部からＯＮ信号を期間２から継続してゲート１２ｂｇにかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ２ｇにかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｃの方向に電流が流れる接続をＯＮにする。その後、ゲート１１ａｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＦＦする。期間２から期間３に変わるときは、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉとスイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード１３ａ２ｄがあるために、接続点１０ｃから接続点１０ｉへの電流が流れないので、直流電源１４の短絡は生じない。このとき接続点１０ｂ→接続点１２ｃ→接続点１０ｉ→接続点１０ｃ→接続点１０ａの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。このため、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１５の電圧Ｖ２が出力される。

期間４−１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間３から継続してゲート１３ａ２ｇにかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｃの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮし、接続点１０ｄから接続点１０ｉの方向に電流が流れる接続をＯＮにする。その後、ゲート１２ｂｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＦＦする。このときは、電流供給源は、なくなった状態となる。すなわち、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間の電圧は、０Ｖとなる。

期間４−２：期間３の終了時にスイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉがＯＦＦとなった後、期間４−２に入る。期間４−２では、図示しない制御部からゲート１３ａ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＮし、接続点１０ｃから接続点１０ｉの方向に流れる接続をＯＮにする。また、図示しない制御部からゲート１３ｂ２ｇにＯＮ信号をかけ、また、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｄの方向に流れる接続もＯＮにする。したがって、期間４−２では、４つのスイッチング素子ＩＧＢＴ１３ａ１ｉ，ＩＧＢＴ１３ａ２ｉ，ＩＧＢＴ１３ｂ１ｉ，ＩＧＢＴ１３ｂ２ｉに同時にＯＮ信号が入る。この４−２の期間は、スイッチング素子の切換時間や、制御回路の遅れなどを考慮して切換が安定に行える期間として予め定めておくとよい。この期間も出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間の電圧は０Ｖとなる。期間４−２において、出力端子１０ｇまたは１０ｈ付近の回路内に設けられた図示しない電流センサにより、電流を監視し、電流がゼロになった後、期間４−３に入る。

期間４−３：図示しない制御部からゲート１３ａ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＮし、接続点１０ｃから接続点１０ｉの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からゲート１３ｂ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＮし、接続点１０ｊから接続点１０ｄの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。さらに、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ａ２ｇにかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＦＦし、接続点１０ｉから接続点１０ｃの方向に流れる接続をＯＦＦする。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＦＦし、接続点１０ｄから接続点１０ｉの方向に電流が流れる接続をＯＦＦにする。この期間も出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間５：図示しない制御部からＯＮ信号を期間４−３から継続してゲート１３ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｄの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ａｇにかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉの接続をＯＮにする。その後、ゲート１３ａ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＦＦする。このとき、接続点１０ａ→接続点１２ｃ→接続点１０ｉ→接続点１０ｄ→接続点１０ｂの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。このときは、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１５の電圧−Ｖ２が出力される。

期間６：図示しない制御部からＯＮ信号を期間５から継続してゲート１２ａｇにかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ｂｇにかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＮにする。その後、ゲート１３ｂ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＦＦする。期間５から期間６に変わるときは、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉとスイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード１３ｂ２ｄがあるために、接続点１０ｄから接続点１０ｊへの電流が流れないので、直流電源１４の短絡は生じない。このとき、接続点１０ａ→接続点１２ｃ→接続点１０ｉ→接続点１１ｃ→接続点１０ｂの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。このため、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１４の電圧−Ｖ１と直流電源１５の電圧−Ｖ２の和の電圧−（Ｖ１＋Ｖ２）が出力される。

期間７：図示しない制御部からＯＮ信号を期間６から継続してゲート１１ｂｇにかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ａ１ｇにかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＮし、接続点１０ｃから接続点１０ｉの方向に電流が流れる接続をＯＮにする。その後、ゲート１２ａｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉをＯＦＦする。期間６から期間７に変わるときは、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉとスイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード１３ａ１ｄがあるために、接続点１０ｊから接続点１０ｃへの電流が流れないので、直流電源１５の短絡は生じない。このとき接続点１０ａ→接続点１０ｉ→接続点１１ｃ→接続点１０ｂの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。このため、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１４の電圧−Ｖ１が出力される。

期間８−１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間７から継続してゲート１３ａ１ｇにかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＮし、接続点１０ｃから接続点１０ｉの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１３ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｄの方向に電流が流れる接続をＯＮにする。その後、ゲート１１ｂｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＦＦする。このときは、電流供給源は、なくなった状態となる。すなわち、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間８−２：期間７の終了時にスイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉがＯＦＦとなった後、期間８−２に入る。期間８−２では、図示しない制御部からゲート１３ａ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｃの方向に流れる接続をＯＮにする。また、図示しない制御部からゲート１３ｂ１ｇにＯＮ信号をかけ、また、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮし、接続点１０ｄから接続点１０ｉの方向に流れる接続もＯＮにする。したがって期間８−２では４つのスイッチング素子１３ａ１ｉ，１３ａ２ｉ，１３ｂ１ｉ，１３ｂ２ｉに同時にＯＮ信号が入る。この期間も出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間の電圧は０Ｖとなる。期間８−２において出力端子１０ｇまたは１０ｈ付近の回路内に設けられた図示しない電流センサにより、電流を監視し、電流がゼロになった後、期間８−３に入る。

期間８−３：図示しない制御部からゲート１３ａ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＮし、接続点１０ｉから接続点１０ｃの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からゲート１３ｂ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮし、接続点１０ｄから接続点１０ｉの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。さらに、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ａ１ｇにかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ１ｉをＯＦＦし、接続点１０ｃから接続点１０ｉの方向に流れる接続をＯＦＦする。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１３ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ２ｉをＯＦＦし、接続点１０ｉから接続点１０ｄの方向に電流が流れる接続をＯＦＦにする。この期間も出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間８−３から継続してゲート１３ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子１３ｂのＩＧＢＴ１３ｂ１ｉをＯＮし、接続点１０ｄから接続点１０ｉの方向に流れる接続をＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ａｇにかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉの接続をＯＮにする。その後、ゲート１３ａ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１３ａのＩＧＢＴ１３ａ２ｉをＯＦＦする。このときは、出力端子１０ｇと出力端子１０ｈとの間には、直流電源１４の電圧Ｖ１が出力される。

以上のようにして、上記構成のインバータ回路１０では、２つの直流電源１４，１５と４つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと２つの双方向スイッチング素子１３ａ，１３ｂにより、多レベル出力を出力することができる。

なお、本実施形態では、接続点１３ａｊ１と接続点１０ｃとの間に配線１３ａＬ１を設け、接続点１３ａｊ２と接続点１０ｉとの間に配線１３ａＬ２を設け、接続点１３ｂｊ２と接続点１０ｉとの間に配線１３ｂＬ２を設け、接続点１３ｂｊ１と接続点１０ｄとの間に１３ｂＬ１を設けて説明したが、接続点１３ａｊ１と接続点１０ｃとを直接接続し、接続点１３ａｊ２と接続点１０ｉとを直接接続し、接続点１３ｂｊ２と接続点１０ｉとを直接接続し、接続点１３ｂｊ１と接続点１０ｄとを直接接続するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係るインバータ回路を説明する。第２の実施形態に係るインバータ回路では、直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第３の回路要素が、第１の及び第２の回路要素の間で第１の回路要素及び第２の回路要素に並列に複数個接続され、隣り合う回路要素は、それぞれにおける２つのスイッチング素子の接続点との間に直流電源が接続されている点が、第１の実施形態とは異なるところである。ここでは、第３の回路要素が３つ設けられた場合について説明する。しかしながら、本発明では、第３の回路要素が３つに限らず、それ以外の個数でも構成することができ、第３の回路要素の個数が多ければ多いほど、より多くの電圧レベルの出力をすることが可能となる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るインバータ回路の回路図である。インバータ回路２０は、直列に接続された２つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂからなる第１の回路要素１１と、直列に接続された２つのスイッチング素子１２ａ，１２ｂからなる第２の回路要素１２とが、配線２０ａの接続点２０ｉと配線２０ｂの接続点２０ｊにおいて並列に接続され、直列に接続された２つのスイッチング素子２１ａ，２１ｂからなる第３の回路要素２１と、直列に接続された２つのスイッチング素子２２ａ，２２ｂからなる第３の回路要素２２と、直列に接続された２つのスイッチング素子２３ａ，２３ｂからなる第３の回路要素２３とが、第１の回路要素１１と第２の回路要素１２との間で、それぞれ配線２０ａの接続点２０ｃ、２０ｄ、２０ｅと配線２０ｂの接続点２０ｆ、２０ｇ、２０ｈにおいて並列に接続されている。

そして、インバータ回路２０は、２つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂの接続点１１ｃと２つのスイッチング素子２１ａ，２１ｂの接続点２１ｃとの間には直流電源３０が接続されており、２つのスイッチング素子２１ａ，２１ｂの接続点２１ｃと２つのスイッチング素子２２ａ，２２ｂの接続点２２ｃとの間には直流電源３１が接続されており、２つのスイッチング素子２２ａ，２２ｂの接続点２２ｃと２つのスイッチング素子２３ａ，２３ｂの接続点２３ｃとの間には直流電源３２が接続されており、２つのスイッチング素子２３ａ，２３ｂの接続点２３ｃと２つのスイッチング素子１２ａ，１２ｂの接続点１２ｃとの間には直流電源３３が接続されている。さらに、インバータ回路２０は、接続点２０ｉから配線２０ａを介して出力端子２０ｍが設けられ、接続点２０ｊから配線２０ｂを介して出力端子２０ｎが設けられている。インバータ回路２０は、直流電源３０〜３３からの直流電力を交流電力に変換して出力端子２０ｍ、２０ｎに接続される負荷ＲＬに供給する。

スイッチング素子１１ａは、例えば、ゲート１１ａｇ、コレクタ１１ａｃ、エミッタ１１ａｅを備えたＩＧＢＴ１１ａｉとダイオード１１ａｄとからなる。コレクタ１１ａｃは接続点１１ｃと接続され、エミッタ１１ａｅは、接続点２０ｉと接続されている。ダイオード１１ａｄのアノードは、ＩＧＢＴ１１ａｉのエミッタ１１ａｅと接続され、ダイオード１１ａｄのカソードは、ＩＧＢＴ１１ａｉのコレクタ１１ａｃと接続されている。スイッチング素子１１ａは、接続点１１ｃと出力端子２０ｍとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ａｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子２０ｍとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１１ａｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子２０ｍとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１１ｂは、例えば、ゲート１１ｂｇ、コレクタ１１ｂｃ、エミッタ１１ｂｅを備えたＩＧＢＴ１１ｂｉとダイオード１１ｂｄとからなる。コレクタ１１ｂｃは接続点１１ｃと接続され、エミッタ１１ｂｅは、接続点２０ｊと接続されている。ダイオード１１ｂｄのアノードは、ＩＧＢＴ１１ｂｉのエミッタ１１ｂｅと接続され、ダイオード１１ｂｄのカソードは、ＩＧＢＴ１１ｂｉのコレクタ１１ｂｃと接続されている。スイッチング素子１１ｂは、接続点１１ｃと出力端子２０ｎとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ｂｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子２０ｎとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１１ｂｇにかけることにより、接続点１１ｃと出力端子２０ｎとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１２ａは、例えば、ゲート１２ａｇ、コレクタ１２ａｃ、エミッタ１２ａｅを備えたＩＧＢＴ１２ａｉとダイオード１２ａｄとからなる。コレクタ１２ａｃは接続点２０ｉと接続され、エミッタ１２ａｅは、接続点１２ｃと接続されている。ダイオード１２ａｄのアノードは、ＩＧＢＴ１２ａｉのエミッタ１２ａｅと接続され、ダイオード１２ａｄのカソードは、ＩＧＢＴ１２ａｉのコレクタ１２ａｃと接続されている。スイッチング素子１２ａは、接続点１２ｃと出力端子２０ｍとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ａｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子２０ｍとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１２ａｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子２０ｍとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子１２ｂは、例えば、ゲート１２ｂｇ、コレクタ１２ｂｃ、エミッタ１２ｂｅを備えたＩＧＢＴ１２ｂｉとダイオード１２ｂｄとからなる。コレクタ１２ｂｃは接続点２０ｊと接続され、エミッタ１２ｂｅは、接続点１２ｃと接続されている。ダイオード１２ｂｄのアノードは、ＩＧＢＴ１２ｂｉのエミッタ１２ｂｅと接続され、ダイオード１２ｂｄのカソードは、ＩＧＢＴ１２ｂｉのコレクタ１２ｂｃと接続されている。スイッチング素子１２ｂは、接続点１２ｃと出力端子２０ｎとの間の接続をＯＮ／ＯＦＦするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ｂｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子２０ｎとの間の接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート１２ｂｇにかけることにより、接続点１２ｃと出力端子２０ｎとの間の接続をＯＦＦする。

スイッチング素子２１ａは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート２１ａ１ｇ、コレクタ２１ａ１ｃ、エミッタ２１ａ１ｅを備えたＩＧＢＴ２１ａ１ｉとダイオード２１ａ１ｄと、ゲート２１ａ２ｇ、コレクタ２１ａ２ｃ、エミッタ２１ａ２ｅを備えたＩＧＢＴ２１ａ２ｉとダイオード２１ａ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ２１ａ１ｉのコレクタ２１ａ１ｃは、接続点２１ａｊ１に接続され、ＩＧＢＴ２１ａ１ｉのエミッタ２１ａ１ｅは、ダイオード２１ａ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード２１ａ１ｄのカソードは接続点２１ａｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ２１ａ２ｉのコレクタ２１ａ２ｃは、接続点２１ａｊ２に接続され、ＩＧＢＴ２１ａ２ｉのエミッタ２１ａ２ｅは、ダイオード２１ａ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード２１ａ２ｄのカソードは接続点２１ａｊ１に接続されている。接続点２１ａｊ１は、接続点２０ｃに配線２１ａＬ１によって接続され、接続点２１ａｊ２は、配線２１ａＬ２によって接続点２１ｃに接続されている。

スイッチング素子２１ａは、接続点２１ｃと接続点２０ｃとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ１ｇにかけることにより、接続点２０ｃから接続点２１ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ａ１ｇにかけることにより、接続点２０ｃから接続点２１ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ２ｇにかけることにより、接続点２１ｃから接続点２０ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ａ２ｇにかけることにより、接続点２１ｃから接続点２０ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、スイッチング素子２１ａは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ａ２ｇにかけることにより、接続点２０ｃから接続点２１ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ２ｇにかけることにより、接続点２１ｃから接続点２０ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。

スイッチング素子２１ｂは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート２１ｂ１ｇ、コレクタ２１ｂ１ｃ、エミッタ２１ｂ１ｅを備えたＩＧＢＴ２１ｂ１ｉとダイオード２１ｂ１ｄと、ゲート２１ｂ２ｇ、コレクタ２１ｂ２ｃ、エミッタ２１ｂ２ｅを備えたＩＧＢＴ２１ｂ２ｉとダイオード２１ｂ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ２１ｂ１ｉのコレクタ２１ｂ１ｃは、接続点２１ｂｊ１に接続され、ＩＧＢＴ２１ｂ１ｉのエミッタ２１ｂ１ｅは、ダイオード２１ｂ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード２１ｂ１ｄのカソードは接続点２１ｂｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ２１ｂ２ｉのコレクタ２１ｂ２ｃは、接続点２１ｂｊ２に接続され、ＩＧＢＴ２１ｂ２ｉのエミッタ２１ｂ２ｅは、ダイオード２１ｂ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード２１ｂ２ｄのカソードは接続点２１ｂｊ１に接続されている。接続点２１ｂｊ１は、接続点２０ｆに配線２１ｂＬ１によって接続され、接続点２１ｂｊ２は、配線２１ｂＬ２によって接続点２１ｃに接続されている。

スイッチング素子２１ｂは、接続点２１ｃと接続点２０ｆとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ｂ１ｇにかけることにより、接続点２０ｆから接続点２１ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ｂ１ｇにかけることにより、接続点２０ｆから接続点２１ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ｂ２ｇにかけることにより、接続点２１ｃから接続点２０ｆ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ｂ２ｇにかけることにより、接続点２１ｃから接続点２０ｆ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、スイッチング素子２１ｂは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ｂ２ｇにかけることにより、接続点２０ｆから接続点２１ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２１ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ｂ２ｇにかけることにより、接続点２１ｃから接続点２０ｆ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。

スイッチング素子２２ａは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート２２ａ１ｇ、コレクタ２２ａ１ｃ、エミッタ２２ａ１ｅを備えたＩＧＢＴ２２ａ１ｉとダイオード２２ａ１ｄと、ゲート２２ａ２ｇ、コレクタ２２ａ２ｃ、エミッタ２２ａ２ｅを備えたＩＧＢＴ２２ａ２ｉとダイオード２２ａ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ２２ａ１ｉのコレクタ２２ａ１ｃは、接続点２２ａｊ１に接続され、ＩＧＢＴ２２ａ１ｉのエミッタ２２ａ１ｅは、ダイオード２２ａ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード２２ａ１ｄのカソードは接続点２２ａｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ２２ａ２ｉのコレクタ２２ａ２ｃは、接続点２２ａｊ２に接続され、ＩＧＢＴ２２ａ２ｉのエミッタ２２ａ２ｅは、ダイオード２２ａ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード２２ａ２ｄのカソードは接続点２２ａｊ１に接続されている。接続点２２ａｊ１は、接続点２０ｄに配線２２ａＬ１によって接続され、接続点２２ａｊ２は、配線２２ａＬ２によって接続点２２ｃに接続されている。

スイッチング素子２２ａは、接続点２２ｃと接続点２０ｄとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ１ｇにかけることにより、接続点２０ｄから接続点２２ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ａ１ｇにかけることにより、接続点２０ｄから接続点２２ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ２ｇにかけることにより、接続点２２ｃから接続点２０ｄ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ａ２ｇにかけることにより、接続点２２ｃから接続点２０ｄ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、スイッチング素子２２ａは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ａ２ｇにかけることにより、接続点２０ｄから接続点２２ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ２ｇにかけることにより、接続点２２ｃから接続点２０ｄ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、後述のように、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ１ｇ及び２２ａ２ｇにかけることにより、ＩＧＢＴ２２ａ１ｉ及び２２ａ２ｉを同時にＯＮすることもできる。

スイッチング素子２２ｂは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート２２ｂ１ｇ、コレクタ２２ｂ１ｃ、エミッタ２２ｂ１ｅを備えたＩＧＢＴ２２ｂ１ｉとダイオード２２ｂ１ｄと、ゲート２２ｂ２ｇ、コレクタ２２ｂ２ｃ、エミッタ２２ｂ２ｅを備えたＩＧＢＴ２２ｂ２ｉとダイオード２２ｂ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ２２ｂ１ｉのコレクタ２２ｂ１ｃは、接続点２２ｂｊ１に接続され、ＩＧＢＴ２２ｂ１ｉのエミッタ２２ｂ１ｅは、ダイオード２２ｂ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード２２ｂ１ｄのカソードは接続点２２ｂｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ２２ｂ２ｉのコレクタ２２ｂ２ｃは、接続点２２ｂｊ２に接続され、ＩＧＢＴ２２ｂ２ｉのエミッタ２２ｂ２ｅは、ダイオード２２ｂ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード２２ｂ２ｄのカソードは接続点２２ｂｊ１に接続されている。接続点２２ｂｊ１は、接続点２０ｇに配線２２ｂＬ１によって接続され、接続点２２ｂｊ２は、配線２２ｂＬ２によって接続点２２ｃに接続されている。

スイッチング素子２２ｂは、接続点２２ｃと接続点２０ｇとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ１ｇにかけることにより、接続点２０ｇから接続点２２ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ｂ１ｇにかけることにより、接続点２０ｇから接続点２２ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ２ｇにかけることにより、接続点２２ｃから接続点２０ｇ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ｂ２ｇにかけることにより、接続点２２ｃから接続点２０ｇ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、スイッチング素子２２ｂは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ｂ２ｇにかけることにより、接続点２０ｇから接続点２２ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ２ｇにかけることにより、接続点２２ｃから接続点２０ｇ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、後述のように、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ１ｇ及び２２ｂ２ｇにかけることにより、ＩＧＢＴ２２ｂ１ｉ及びＩＧＢＴ２２ｂ２ｉを同時にＯＮすることもできる。

スイッチング素子２３ａは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート２３ａ１ｇ、コレクタ２３ａ１ｃ、エミッタ２３ａ１ｅを備えたＩＧＢＴ２３ａ１ｉとダイオード２３ａ１ｄと、ゲート２３ａ２ｇ、コレクタ２３ａ２ｃ、エミッタ２３ａ２ｅを備えたＩＧＢＴ２３ａ２ｉとダイオード２３ａ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ２３ａ１ｉのコレクタ２３ａ１ｃは、接続点２３ａｊ１に接続され、ＩＧＢＴ２３ａ１ｉのエミッタ２３ａ１ｅは、ダイオード２３ａ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード２３ａ１ｄのカソードは接続点２３ａｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ２３ａ２ｉのコレクタ２３ａ２ｃは、接続点２３ａｊ２に接続され、ＩＧＢＴ２３ａ２ｉのエミッタ２３ａ２ｅは、ダイオード２３ａ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード２３ａ２ｄのカソードは接続点２３ａｊ１に接続されている。接続点２３ａｊ１は、接続点２０ｅに配線２３ａＬ１によって接続され、接続点２３ａｊ２は、配線２３ａＬ２によって接続点２３ｃに接続されている。

スイッチング素子２３ａは、接続点２３ｃと接続点２０ｅとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ａ１ｇにかけることにより、接続点２０ｅから接続点２３ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ａ１ｇにかけることにより、接続点２０ｅから接続点２３ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ａ２ｇにかけることにより、接続点２３ｃから接続点２０ｅ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ａ２ｇにかけることにより、接続点２３ｃから接続点２０ｅ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、スイッチング素子２３ａは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ａ２ｇにかけることにより、接続点２０ｅから接続点２３ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ａ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ａ２ｇにかけることにより、接続点２３ｃから接続点２０ｅ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。

スイッチング素子２３ｂは、双方向スイッチング素子であり、例えば、ゲート２３ｂ１ｇ、コレクタ２３ｂ１ｃ、エミッタ２３ｂ１ｅを備えたＩＧＢＴ２３ｂ１ｉとダイオード２３ｂ１ｄと、ゲート２３ｂ２ｇ、コレクタ２３ｂ２ｃ、エミッタ２３ｂ２ｅを備えたＩＧＢＴ２３ｂ２ｉとダイオード２３ｂ２ｄと、からなる。そして、ＩＧＢＴ２３ｂ１ｉのコレクタ２３ｂ１ｃは、接続点２３ｂｊ１に接続され、ＩＧＢＴ２３ｂ１ｉのエミッタ２３ｂ１ｅは、ダイオード２３ｂ１ｄのアノードと接続されている。ダイオード２３ｂ１ｄのカソードは接続点２３ｂｊ２に接続されている。ＩＧＢＴ２３ｂ２ｉのコレクタ２３ｂ２ｃは、接続点２３ｂｊ２に接続され、ＩＧＢＴ２３ｂ２ｉのエミッタ２３ｂ２ｅは、ダイオード２３ｂ２ｄのアノードと接続されている。ダイオード２３ｂ２ｄのカソードは接続点２３ｂｊ１に接続されている。接続点２３ｂｊ１は、接続点２０ｈに配線２３ｂＬ１によって接続され、接続点２３ｂｊ２は、配線２３ｂＬ２によって接続点２３ｃに接続されている。

スイッチング素子２３ｂは、接続点２３ｃと接続点２０ｈとの間を双方向にスイッチングするためのものであり、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ｂ１ｇにかけることにより、接続点２０ｈから接続点２３ｃ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ｂ１ｇにかけることにより、接続点２０ｈから接続点２３ｃ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ｂ２ｇにかけることにより、接続点２３ｃから接続点２０ｈ方向に電流を流すように接続をＯＮし、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ｂ２ｇにかけることにより、接続点２３ｃから接続点２０ｈ方向に電流を流すような接続をＯＦＦする。従って、スイッチング素子２３ｂは、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ｂ２ｇにかけることにより、接続点２０ｈから接続点２３ｃ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２３ｂ１ｇにかけ、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ｂ２ｇにかけることにより、接続点２３ｃから接続点２０ｈ方向に電流を流すような接続をＯＮすることになる。

上記構成のインバータ回路２０では、４つの直流電源３０，３１，３２，３３と４つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと６つの双方向スイッチング素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂにより、多レベル出力を可能にすると共に、トランスを必要とせず、構成が簡略化でき、高効率化を図ることができる。

この電力変換装置は、直流電源３０の電圧をＶ１、直流電源３１の電圧をＶ２、直流電源３２の電圧をＶ３、直流電源３３の電圧をＶ４としたとき、スイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂのオンオフの組み合わせによって、−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４），−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３），−（Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４），−（Ｖ１＋Ｖ２），−（Ｖ２＋Ｖ３），−（Ｖ３＋Ｖ４），−Ｖ４，−Ｖ３，−Ｖ２，−Ｖ１，０，（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４），（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３），（Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４），（Ｖ１＋Ｖ２），（Ｖ２＋Ｖ３），（Ｖ３＋Ｖ４），Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１のいずれかの電圧を出力端子２０ｍ，２０ｎから出力することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るインバータ回路の動作を、図５と図６を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るインバータ回路での１周期の出力パターンを示した図である。横軸は、時間を示し、期間１〜１６までを示しており、縦軸は、出力電圧を示す。図６は、図５の各出力期間１〜１６におけるゲート論理テーブルを示す表である。この図６では、第１欄に期間を示し、第２欄にＯＮにするスイッチング素子を示している。

期間１：図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ２ｇとゲート２２ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉをＯＮにし、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮする。このとき、接続点２０ｊ→接続点２０ｇ→接続点２２ｃ→接続点２１ｃ→接続点２０ｃ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３１の電圧Ｖ２が出力される。

期間２：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１から継続してゲート２２ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ａｇにかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＮにする。その後、ゲート２１ａ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉをＯＦＦする。期間１から期間２に変わるときは、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉとスイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉとが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２１ａ２ｄがあるために、接続点２０ｃから接続点２１ｃへの電流が流れないので、直流電源３０の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｊ→接続点２０ｇ→接続点２２ｃ→接続点１１ｃ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３０の電圧Ｖ１と直流電源３１の電圧Ｖ２の和の電圧（Ｖ１＋Ｖ２）が出力される。

期間３：図示しない制御部からＯＮ信号を期間２から継続してゲート１１ａｇにかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉをＯＮにする。その後、ゲート２２ｂ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＦＦする。期間２から期間３に変わるときは、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉとスイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２２ｂ１ｄがあるために、接続点２２ｃから接続点２０ｇへの電流が流れないので、直流電源３２の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｊ→接続点２０ｈ→接続点２３ｃ→接続点１１ｃ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３０の電圧Ｖ１と直流電源３１の電圧Ｖ２と直流電源３２の電圧Ｖ３の和の電圧（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）が出力される。

期間４：図示しない制御部からＯＮ信号を期間３から継続してゲート１１ａｇにかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ｂｇにかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＮにする。その後、ゲート２３ｂ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉをＯＦＦする。期間３から期間４に変わるときは、スイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉとスイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２３ｂ１ｄがあるために、接続点２３ｃから接続点２０ｈへの電流が流れないので、直流電源３３の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｊ→接続点１２ｃ→接続点１１ｃ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３０の電圧Ｖ１と直流電源３１の電圧Ｖ２と直流電源３２の電圧Ｖ３と直流電源３３の電圧Ｖ４の和の電圧（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）が出力される。

期間５：図示しない制御部からＯＮ信号を期間４から継続してゲート１２ｂｇにかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ２ｇにかけ、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉをＯＮにする。その後、ゲート１１ａｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉをＯＦＦする。期間４から期間５に変わるときは、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉとスイッチング素子１１ａのＩＧＢＴ１１ａｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２１ａ２ｄがあるために、接続点２０ｃから接続点２１ｃへの電流が流れないので、直流電源３０の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｊ→接続点１２ｃ→接続点２１ｃ→接続点２０ｃ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３１の電圧Ｖ２と直流電源３２の電圧Ｖ３と直流電源３３の電圧Ｖ４の和の電圧（Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）が出力される。

期間６：図示しない制御部からＯＮ信号を期間５から継続してゲート１２ｂｇにかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＮにする。その後、ゲート２１ａ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉをＯＦＦする。期間５から期間６に変わるときは、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉとスイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２２ａ２ｄがあるために、接続点２０ｄから接続点２２ｃへの電流が流れないので、直流電源３１の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｊ→接続点１２ｃ→接続点２２ｃ→接続点２０ｄ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３２の電圧Ｖ３と直流電源３３の電圧Ｖ４の和の電圧（Ｖ３＋Ｖ４）が出力される。

期間７：図示しない制御部からＯＮ信号を期間６から継続してゲート２２ａ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉをＯＮにする。その後、ゲート１２ｂｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉをＯＦＦする。期間６から期間７に変わるときは、スイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉとスイッチング素子１２ｂのＩＧＢＴ１２ｂｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２３ｂ１ｄがあるために、接続点２３ｃから接続点２０ｈへの電流が流れないので、直流電源３３の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｊ→接続点２０ｈ→接続点２３ｃ→接続点２２ｃ→接続点２０ｄ→接続点２０ｉの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３２の電圧Ｖ３が出力される。

期間８−１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間７から継続してゲート２２ａ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮにする。その後、ゲート２３ｂ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉをＯＦＦする。このときは、電流供給源は、なくなった状態となる。すなわち、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間８−２：期間７の終了時にスイッチング素子２３ｂのＩＧＢＴ２３ｂ１ｉがＯＦＦとなった後、期間８−２に入る。期間８−２では、図示しない制御部からゲート２２ａ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＮにする。また、図示しない制御部からゲート２２ｂ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＮにする。また、図示しない制御部からゲート２２ａ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＮにする。また、図示しない制御部からゲート２２ｂ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮにする。したがって、期間８−２では、４つのスイッチング素子ＩＧＢＴ２２ａ１ｉ，ＩＧＢＴ２２ａ２ｉ，ＩＧＢＴ２２ｂ１ｉ，ＩＧＢＴ２２ｂ２ｉに同時にＯＮ信号が入る。この８−２の期間は、スイッチング素子の切換時間や、制御回路の遅れなどを考慮して切換が安定に行える期間として予め定めておくとよい。この期間も出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間の電圧は０Ｖとなる。期間８−２において、出力端子２０ｍまたは２０ｎ付近の回路内に設けられた図示しない電流センサにより、電流を監視し、電流がゼロになった後、期間８−３に入る。

期間８−３：図示しない制御部からゲート２２ａ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からゲート２２ｂ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＮのまま継続する。さらに、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ａ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＦＦする。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＦＦにする。この期間も出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間９：図示しない制御部からＯＮ信号を期間８−３から継続してゲート２２ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ａ１ｇにかけ、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉをＯＮにする。その後、ゲート２２ａ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＦＦする。このとき、接続点２０ｉ→接続点２０ｅ→接続点２３ｃ→接続点２２ｃ→接続点２０ｇ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３２の電圧−Ｖ３が出力される。

期間１０：図示しない制御部からＯＮ信号を期間９から継続してゲート２２ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１２ａｇにかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉをＯＮにする。その後、ゲート２３ａ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉをＯＦＦする。期間９から期間１０に変わるときは、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉとスイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２３ａ１ｄがあるために、接続点２３ｃから接続点２０ｅへの電流が流れないので、直流電源３３の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｉ→接続点１２ｃ→接続点２２ｃ→接続点２０ｇ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３２の電圧−Ｖ３と直流電源３３の電圧−Ｖ４の和の電圧−（Ｖ３＋Ｖ４）が出力される。

期間１１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１０から継続してゲート１２ａｇにかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉをＯＮにする。その後、ゲート２２ｂ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＦＦする。期間１０から期間１１に変わるときは、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉとスイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２２ｂ２ｄがあるために、接続点２０ｇから接続点２２ｃへの電流が流れないので、直流電源３１の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｉ→接続点１２ｃ→接続点２１ｃ→接続点２０ｆ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３１の電圧−Ｖ２と直流電源３２の電圧−Ｖ３と直流電源３３の電圧−Ｖ４の和の電圧−（Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）が出力される。

期間１２：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１１から継続してゲート１２ａｇにかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート１１ｂｇにかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＮにする。その後、ゲート２１ｂ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉをＯＦＦする。期間１１から期間１２に変わるときは、スイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉとスイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２１ｂ２ｄがあるために、接続点２０ｆから接続点２１ｃへの電流が流れないので、直流電源３０の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｉ→接続点１２ｃ→接続点１１ｃ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３０の電圧−Ｖ１と直流電源３１の電圧−Ｖ２と直流電源３２の電圧−Ｖ３と直流電源の電圧−Ｖ４の和の電圧−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）が出力される。

期間１３：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１２から継続してゲート１１ｂｇにかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２３ａ１ｇにかけ、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉをＯＮにする。その後、ゲート１２ａｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉをＯＦＦする。期間１２から期間１３に変わるときは、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉとスイッチング素子１２ａのＩＧＢＴ１２ａｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２３ａ１ｄがあるために、接続点２３ｃから接続点２０ｅへの電流が流れないので、直流電源３３の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｉ→接続点２０ｅ→接続点２３ｃ→接続点１１ｃ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３０の電圧−Ｖ１と直流電源３１の電圧−Ｖ２と直流電源３２の電圧−Ｖ３の和の電圧−（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）が出力される。

期間１４：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１３から継続してゲート１１ｂｇにかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ａ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＮにする。その後、ゲート２３ａ１ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉをＯＦＦする。期間１３から期間１４に変わるときは、スイッチング素子２３ａのＩＧＢＴ２３ａ１ｉｉとスイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２２ａ１ｄがあるために、接続点２２ｃから接続点２０ｄへの電流が流れないので、直流電源３２の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｉ→接続点２０ｄ→接続点２２ｃ→接続点１１ｃ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３０の電圧−Ｖ１と直流電源３１の電圧−Ｖ２の和の電圧−（Ｖ１＋Ｖ２）が出力される。

期間１５：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１４から継続してゲート２２ａ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉをＯＮにする。その後、ゲート１１ｂｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉをＯＦＦする。期間１４から期間１５に変わるときは、スイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉとスイッチング素子１１ｂのＩＧＢＴ１１ｂｉが同時にＯＮになる状態があるが、そのときは、ダイオード２１ｂ２ｄがあるために、接続点２０ｆから接続点２１ｃへの電流が流れないので、直流電源３０の短絡は生じない。このとき、接続点２０ｉ→接続点２０ｄ→接続点２２ｃ→接続点２１ｃ→接続点２０ｆ→接続点２０ｊの方向に電流が流れる接続がＯＮされる。これにより、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３１の電圧−Ｖ２が出力される。

期間１６−１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１５から継続してゲート２２ａ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２２ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＮにする。その後、ゲート２１ｂ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉをＯＦＦする。このときは、電流供給源は、なくなった状態となる。すなわち、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間１６−２：期間１５の終了時にスイッチング素子２１ｂのＩＧＢＴ２１ｂ２ｉがＯＦＦとなった後、期間１６−２に入る。期間１６−２では、図示しない制御部からゲート２２ａ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＮにする。また、図示しない制御部からゲート２２ｂ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮにする。したがって、期間１６−２では、４つのスイッチング素子ＩＧＢＴ２２ａ１ｉ，ＩＧＢＴ２２ａ２ｉ，ＩＧＢＴ２２ｂ１ｉ，ＩＧＢＴ２２ｂ２ｉに同時にＯＮ信号が入る。この１６−２の期間は、スイッチング素子の切換時間や、制御回路の遅れなどを考慮して切換が安定に行える期間として予め定めておくとよい。この期間も出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間の電圧は０Ｖとなる。期間１６−２において、出力端子２０ｍまたは２０ｎ付近の回路内に設けられた図示しない電流センサにより、電流を監視し、電流がゼロになった後、期間１６−３に入る。

期間１６−３：図示しない制御部からゲート２２ａ２ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からゲート２２ｂ１ｇにＯＮ信号をかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮのまま継続する。さらに、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ａ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ１ｉをＯＦＦする。また、図示しない制御部からＯＦＦ信号をゲート２２ｂ２ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ２ｉをＯＦＦにする。この期間も出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間の電圧は０Ｖとなる。

期間１：図示しない制御部からＯＮ信号を期間１６−３から継続してゲート２２ｂ１ｇにかけ、スイッチング素子２２ｂのＩＧＢＴ２２ｂ１ｉをＯＮのまま継続する。また、図示しない制御部からＯＮ信号をゲート２１ａ２ｇにかけ、スイッチング素子２１ａのＩＧＢＴ２１ａ２ｉをＯＮにする。その後、ゲート２２ａ２ｇに図示しない制御部からＯＦＦ信号をかけ、スイッチング素子２２ａのＩＧＢＴ２２ａ２ｉをＯＦＦする。このときは、出力端子２０ｍと出力端子２０ｎとの間には、直流電源３１の電圧Ｖ２が出力される。

以上のようにして、上記構成のインバータ回路２０では、４つの直流電源３０，３１，３２，３３と４つのスイッチング素子１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂと６つの双方向スイッチング素子２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂにより、多レベル出力を出力することができる。

なお、第２実施形態では、３つの第３の回路要素を設けたもので説明したが、それに限らず、より多くの第３の回路要素を設けるようにすることができる。そのとき、直流電源の数、双方向スイッチング素子を増やすことにより、より多レベル出力を得ることができる。また、本実施形態では、１方向スイッチング素子と双方向スイッチング素子の構成にＩＧＢＴを用いて説明したが、それに限らず、ＩＧＢＴ以外のＭＯＳＦＥＴ等のデバイスを用いたスイッチング素子を用いることもできる。

なお、本実施形態では、接続点２１ａｊ１と接続点２０ｃとの間に配線２１ａＬ１を設け、接続点２１ａｊ２と接続点２１ｃとの間に配線２１ａＬ２を設け、接続点２１ｂｊ２と接続点２１ｃとの間に配線２１ｂＬ２を設け、接続点２１ｂｊ１と接続点２０ｆとの間に２１ｂＬ１を設け、接続点２２ａｊ１と接続点２０ｄとの間に配線２２ａＬ１を設け、接続点２２ａｊ２と接続点２２ｃとの間に配線２２ａＬ２を設け、接続点２２ｂｊ２と接続点２２ｃとの間に配線２２ｂＬ２を設け、接続点２２ｂｊ１と接続点２０ｇとの間に２２ｂＬ１を設け、接続点２３ａｊ１と接続点２０ｅとの間に配線２３ａＬ１を設け、接続点２３ａｊ２と接続点２３ｃとの間に配線２３ａＬ２を設け、接続点２３ｂｊ２と接続点２３ｃとの間に配線２３ｂＬ２を設け、接続点２３ｂｊ１と接続点２０ｈとの間に２３ｂＬ１を設けて説明したが、接続点２１ａｊ１と接続点２０ｃとを直接接続し、接続点２１ａｊ２と接続点２１ｃとを直接接続し、接続点２１ｂｊ２と接続点２１ｃとを直接接続し、接続点２１ｂｊ１と接続点２０ｆとを直接接続し、接続点２２ａｊ１と接続点２０ｄとを直接接続し、接続点２２ａｊ２と接続点２２ｃとを直接接続し、接続点２２ｂｊ２と接続点２２ｃとを直接接続し、接続点２２ｂｊ１と接続点２０ｇとを直接接続し、接続点２３ａｊ１と接続点２０ｅとを直接接続し、接続点２３ａｊ２と接続点２３ｃとを直接接続し、接続点２３ｂｊ２と接続点２３ｃとを直接接続し、接続点２３ｂｊ１と接続点２０ｈとを直接接続するようにしてもよい。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係るインバータ回路は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に利用される。

１０ インバータ回路
１０ａ，１０ｂ 接続点
１０ｃ，１０ｄ 接続点
１０ｅ，１０ｆ 配線
１０ｇ，１０ｈ 出力端子
１０ｉ 接続点
１１ 第１の回路要素
１１ａ，１１ｂ スイッチング素子
１１ａｄ ダイオード
１１ａｉ ＩＧＢＴ
１１ｂｄ ダイオード
１１ｂｉ ＩＧＢＴ
１２ 第２の回路要素
１２ａ，１２ｂ スイッチング素子
１２ａｄ ダイオード
１２ａｉ ＩＧＢＴ
１２ｂｄ ダイオード
１２ｂｉ ＩＧＢＴ
１３ 第３の回路要素
１３ａ，１３ｂ スイッチング素子
１３ａ１ｄ ダイオード
１３ａ１ｉ ＩＧＢＴ
１３ａ２ｄ ダイオード
１３ａ２ｉ ＩＧＢＴ
１３ｂ１ｄ ダイオード
１３ｂ１ｉ ＩＧＢＴ
１３ｂ２ｄ ダイオード
１３ｂ２ｉ ＩＧＢＴ

Claims (3)

1. 直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第１の回路要素と直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第２の回路要素とが並列に接続され、
   直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第３の回路要素が、前記第１の回路要素と前記第２の回路要素との間で前記第１の回路要素及び前記第２の回路要素に並列に接続され、
   前記第１の回路要素の前記２つのスイッチング素子の接続点と前記第３の回路要素の前記２つのスイッチング素子の接続点との間と、前記第３の回路要素の前記２つのスイッチング素子の接続点と前記第２の回路要素の前記２つのスイッチング素子の接続点との間とには直流電源が接続されていることを特徴とするインバータ回路。
2. 直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第１の回路要素と直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第２の回路要素とが並列に接続され、
   直列に接続された２つのスイッチング素子からなる第３の回路要素が、前記第１の回路要素と前記第２の回路要素との間で前記第１の回路要素及び前記第２の回路要素に並列に複数個接続され、
   隣り合う回路要素は、それぞれにおけるスイッチング素子の接続点との間に直流電源が接続されていることを特徴とするインバータ回路。
3. 前記第３の回路要素の前記スイッチング素子は、双方向スイッチング素子であることを特徴とする請求項１または２記載のインバータ回路。

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