JP2016226192A - 電力変換装置 - Google Patents

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圭司 田代
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Abstract

【課題】スイッチング素子の損失の偏りを抑制することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードと、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を交流周期よりも短い所定周期でオン／オフする制御部とを備え、制御部は、交流の一の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフするようにしてあり、さらに、一の周期と異なる他の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある。【選択図】図１

Description

本発明は、双方に電力を変換する電力変換装置に関する。
近年、バッテリの充電時には外部から入力される交流を直流に変換し、交流電力を出力する場合には、バッテリからの直流を交流に変換する双方向の電力変換装置が注目されている。例えば、２つのスイッチング素子を直列に接続した直列回路を複数備え、当該直列回路を並列に接続した双方向ＤＣ／ＡＣインバータが開示されている（特許文献１参照）。
特開２００７−１１０８５６号公報
しかし、特許文献１の装置にあっては、直流と交流との間で双方向に変換する場合、それぞれの直列回路の一方のスイッチング素子だけをオン／オフさせているため、スイッチング損失に偏りが生じ、その結果としてスイッチング素子の温度上昇に偏りが生ずるという問題がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の損失の偏りを抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を複数備え、各直列回路を並列に接続してあり、各直列回路の一端及び他端それぞれを直流側の正側及び負側としてあり、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点それぞれに一端を接続したフィルタ回路をさらに備え、該フィルタ回路の他端を交流側とした電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードと、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を交流周期よりも短い所定周期でオン／オフする制御部とを備え、該制御部は、交流の一の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフするようにしてあり、さらに、前記一の周期と異なる他の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある。
本発明によれば、スイッチング素子の損失の偏りを抑制することができる。
本実施の形態の電力変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置による交流を直流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の一の周期の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の一の周期の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の他の周期の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の他の周期の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 従来のブリッジ回路の構成を示す説明図である。 従来のブリッジ回路による交流を直流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態の電力変換装置による直流を交流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の一の周期の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の一の周期の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の他の周期の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の他の周期の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。 従来のブリッジ回路による直流を交流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態の電力変換装置による交流を直流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の他の例を示すタイムチャートである。
［本願発明の実施形態の説明］
（１）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を複数備え、各直列回路を並列に接続してあり、各直列回路の一端及び他端それぞれを直流側の正側及び負側としてあり、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点それぞれに一端を接続したフィルタ回路をさらに備え、該フィルタ回路の他端を交流側とした電力変換装置であって、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードと、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を交流周期よりも短い所定周期でオン／オフする制御部とを備え、該制御部は、交流の一の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフするようにしてあり、さらに、前記一の周期と異なる他の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある。
電力変換装置は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を複数備え、各直列回路を並列に接続してあり、各直列回路の一端及び他端それぞれを直流側の正側及び負側としてあり、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接続点それぞれに一端を接続したフィルタ回路をさらに備え、フィルタ回路の他端を交流側としてある。すなわち、各直列回路の第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子によりブリッジ回路を構成してある。フィルタ回路は、例えば、キャパシタ及び複数のコイルで構成され、各コイルの一端を第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点それぞれに接続し、コイルの他端を交流側とすることができる。また、各コイルの他端間にキャパシタを接続することができる。
第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードを備える。例えば、スイッチング素子がトランジスタである場合、各トランジスタのコレクタ・エミッタ間に逆並列にダイオードを接続してある。
制御部は、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を交流周期よりも短い所定周期でオン／オフする。交流周期は、例えば、商用周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）に対応する周期である。所定周期は、高周波数（例えば、５０ＫＨｚ）に対応する周期である。
制御部は、交流の一の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする。また、制御部は、一の周期と異なる他の周期（例えば、一の周期の次の周期）の一方の半周期で一方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフする。交流の一の周期及び他の周期に亘る時間幅においては、交流の１周期毎に、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うちの異なるスイッチング素子が順番に繰り返しオン／オフするので、各スイッチング素子のスイッチング損失の偏りを抑制することができる。
（２）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、前記制御部は、前記一の周期で前記第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、各直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、前記他の周期で前記第２のスイッチング素子をオン／オフする場合、各直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、交流を直流に変換するようにしてある。
制御部は、交流の一の周期で第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、各直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、交流の他の周期で第２のスイッチング素子をオン／オフする場合、各直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにして交流を直流に変換する。並列接続された直列回路を、第１直列回路、第２直列回路とする。
交流の一の周期の一方の半周期（例えば、正の半周期）では、交流電流は、第１直列回路の第１スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを流れる。そして、交流の一の周期の一方の半周期において、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオンした場合には、第１直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード及び第２直列回路の第１のスイッチング素子を通じて電流が流れ、交流側のコイルに電気エネルギーが蓄積される。一方、交流の一の周期の一方の半周期において、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに蓄積された電気エネルギーにより、第１直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードに電流が流れる。
同様に、交流の一の周期の他方の半周期（例えば、負の半周期）では、交流電流は、第２直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを流れる。そして、交流の一の周期の他方の半周期において、第１直列回路の第１のスイッチング素子をオンした場合には、第２直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード及び第１直列回路の第１のスイッチング素子を通じて電流が流れ、交流側のコイルに電気エネルギーが蓄積される。一方、交流の一の周期の他方の半周期において、第１直列回路の第１のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに蓄積された電気エネルギーにより、第２直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードに電流が流れる。
同様に、交流の他の周期の一方の半周期（例えば、正の半周期）では、交流電流は、第１直列回路の第１スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを流れる。そして、交流の他の周期の一方の半周期において、第１直列回路の第２のスイッチング素子をオンした場合には、第１直列回路の第２のスイッチング素子及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを通じて電流が流れ、交流側のコイルに電気エネルギーが蓄積される。一方、交流の他の周期の一方の半周期において、第１直列回路の第２のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに蓄積された電気エネルギーにより、第１直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードに電流が流れる。
同様に、交流の他の周期の他方の半周期（例えば、負の半周期）では、交流電流は、第２直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを流れる。そして、交流の他の周期の他方の半周期において、第２直列回路の第２のスイッチング素子をオンした場合には、第２直列回路の第２のスイッチング素子及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードを通じて電流が流れ、交流側のコイルに電気エネルギーが蓄積される。一方、交流の他の周期の他方の半周期において、第２直列回路の第２のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに蓄積された電気エネルギーにより、第２直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードに電流が流れる。
（３）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、前記制御部は、前記一の周期で一の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、該一の直列回路の第２のスイッチング素子及び他の直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、前記他の直列回路の第２のスイッチング素子を常時オンにし、前記他の周期で一の直列回路の第２スイッチング素子をオン／オフする場合、該一の直列回路の第１のスイッチング素子及び他の直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、前記他の直列回路の第１のスイッチング素子を常時オンにし、直流を交流に変換するようにしてある。
制御部は、交流の一の周期で一の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、一の直列回路の第２のスイッチング素子及び他の直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、他の直列回路の第２のスイッチング素子を常時オンにし、また、交流の他の周期で一の直列回路の第２スイッチング素子をオン／オフする場合、一の直列回路の第１のスイッチング素子及び他の直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、他の直列回路の第１のスイッチング素子を常時オンにし、直流を交流に変換する。並列接続された直列回路を、第１直列回路、第２直列回路とする。
交流の一の周期の一方の半周期（例えば、正の半周期）では、第１直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、第１直列回路の第２のスイッチング素子及び第２直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、第２直列回路の第２のスイッチング素子を常時オンにする。すなわち、交流の一の周期の一方の半周期において、第１直列回路の第１のスイッチング素子をオンした場合には、第１直列回路の第１のスイッチング素子、コイル、交流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に電流が流れる。一方、交流の一の周期の一方の半周期において、第１直列回路の第１のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに同じ向きの電流を流そうとするので、第１直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、コイル、交流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に電流が流れる。
同様に、交流の一の周期の他方の半周期（例えば、負の半周期）では、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、第２直列回路の第２のスイッチング素子及び第１直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、第１直列回路の第２のスイッチング素子を常時オンにする。すなわち、交流の一の周期の他方の半周期において、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオンした場合には、第２直列回路の第１のスイッチング素子、コイル、交流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に電流が流れる。一方、交流の一の周期の他方の半周期において、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに同じ向きの電流を流そうとするので、第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、コイル、交流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に電流が流れる。これにより、直流を交流に変換することができる。
同様に、交流の他の周期の一方の半周期（例えば、正の半周期）では、第２直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、第２直列回路の第１のスイッチング素子及び第１直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、第１直列回路の第１のスイッチング素子を常時オンにする。すなわち、交流の他の周期の一方の半周期において、第２直列回路の第２のスイッチング素子をオンした場合には、第１直列回路の第１のスイッチング素子、コイル、交流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に電流が流れる。一方、交流の他の周期の一方の半周期において、第２直列回路の第２のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに同じ向きの電流を流そうとするので、第１直列回路の第１のスイッチング素子、コイル、交流側及び第２直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードに電流が流れる。
同様に、交流の他の周期の他方の半周期（例えば、負の半周期）では、第１直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、第１直列回路の第１のスイッチング素子及び第２直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、第２直列回路の第１のスイッチング素子を常時オンにする。すなわち、交流の他の周期の他方の半周期において、第１直列回路の第２のスイッチング素子をオンした場合には、第２直列回路の第１のスイッチング素子、コイル、交流側及び第１直列回路の第２のスイッチング素子に電流が流れる。一方、交流の他の周期の他方の半周期において、第１直列回路の第２のスイッチング素子をオフした場合には、コイルに同じ向きの電流を流そうとするので、第１直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、第２直列回路の第１のスイッチング素子、コイル、交流側に電流が流れる。これにより、直流を交流に変換することができる。
（４）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、前記制御部は、一の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、該第１のスイッチング素子がオフ状態のときに該直列回路の第２のスイッチング素子をオン状態にし、一の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフする場合、該第２のスイッチング素子がオフ状態のときに該直列回路の第１のスイッチング素子をオン状態にするようにしてある。
制御部は、一の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、当該第１のスイッチング素子がオフ状態のときに当該直列回路の第２のスイッチング素子をオン状態にし、一の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフする場合、当該第２のスイッチング素子がオフ状態のときに当該直列回路の第１のスイッチング素子をオン状態にする。
例えば、交流の一の周期の一方の半周期（例えば、正の半周期）において、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合に、第２直列回路の第１のスイッチング素子がオフの状態であるとき、第２直列回路の第２のスイッチング素子をオン状態にする。交流の一の周期の一方の半周期において、第２直列回路の第１のスイッチング素子をオフした場合には、第２直列回路の第１のスイッチング素子がオン状態のときに流れる電流に基づいてコイルに蓄積された電気エネルギーにより、第１直列回路の第１のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオード、直流側及び第２直列回路の第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードに電流が流れる。すなわち、第２直列回路の第２のスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）と該第２のスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードの両方に電流を流す（同期整流とも称する）ことにより、電流を分配して各素子に流れる電流を少なくすることができる。
（５）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、前記制御部は、前記一の周期と他の周期とが交互に繰り返されるように前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある。
制御部は、交流の一の周期と他の周期とが交互に繰り返されるように第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン／オフする。これにより、各直列回路の第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子がオン／オフする時間幅（期間）を均等にすることができ、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれのスイッチング損失の偏りを抑制することができる。
（６）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、前記制御部は、前記一の周期を連続して複数回繰り返した第１の時間幅と前記他の周期を連続して複数回繰り返した第２の時間幅とが交互に繰り返されるように前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある。
制御部は、交流の一の周期を連続して複数回繰り返した第１の時間幅と他の周期を連続して複数回繰り返した第２の時間幅とが交互に繰り返されるように第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン／オフする。第１の時間幅と第２の時間幅とを同じ時間幅にすれば、各直列回路の第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子がオン／オフする時間幅（期間）を均等にすることができ、第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれのスイッチング損失の偏りを抑制することができる。
（７）本発明の実施の形態に係る電力変換装置は、前記制御部は、前記第１のスイッチンング素子及び前記第２のスイッチング素子それぞれの熱抵抗の大小に応じて、前記第１の時間幅及び前記第２の時間幅の割合を変更するようにしてある。
制御部は、第１のスイッチンング素子及び第２のスイッチング素子それぞれの熱抵抗の大小に応じて、第１の時間幅及び第２の時間幅の割合を変更する。スイッチング素子の実装状態などに応じて、例えば、第１のスイッチング素子の熱抵抗が第２のスイッチング素子の熱抵抗よりも小さい場合には、第１のスイッチング素子をオン／オフする第１の時間幅よりも第２のスイッチング素子をオン／オフする第２の時間幅を短くすることにより、第２のスイッチング素子のスイッチング損失を第１のスイッチング素子のスイッチング損失よりも小さくして、各スイッチング素子の温度上昇の偏りを抑制することができる。
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の電力変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。本実施の形態の電力変換装置は、交流側の端子１、直流側の端子２、第１直列回路１０、第２直列回路２０、フィルタ回路３０、制御部４０、平滑用のキャパシタ５０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０などを備える。電力変換装置は、交流側の端子１に商用電源（５０Ｈｚ、６０Ｈｚなどの商用周波数の電源）を接続して交流電力を供給した場合、交流を直流に変換することにより、直流側の端子２から所要の電圧の直流電力を出力し、例えば、バッテリ３を充電することができる。また、直流側の端子２にバッテリ３などの直流電源を接続して直流電力を供給した場合、直流を交流に変換することにより、交流側の端子１から交流電力を出力することができる。
第１直列回路１０は、第１のスイッチング素子としてのバイポーラトランジスタ１１及び第２のスイッチング素子としてのバイポーラトランジスタ１２を直列に接続した構成を有する。バイポーラトランジスタ１１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。なお、以下の説明では、簡便のため、バイポーラトランジスタを単にトランジスタと称する。第１直列回路１０は、トランジスタ１１のエミッタとトランジスタ１２のコレクタとを接続してある。
同様に、第２直列回路２０は、第１のスイッチング素子としてのトランジスタ２１及び第２のスイッチング素子としてのトランジスタ２２を直列に接続した構成を有する。第２直列回路２０は、トランジスタ２１のエミッタとトランジスタ２２のコレクタとを接続してある。なお、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。
第１直列回路１０及び第２直列回路２０は並列に接続してある。すなわち、トランジスタ１１、２１それぞれのコレクタを直流側の正側の電路４に接続するとともに、トランジスタ１２、２２それぞれのエミッタを直流側の負側（例えば、接地レベル）の電路５に接続してある。これにより、トランジスタ１１、１２、２１、２２により、いわゆるブリッジ回路を構成している。また、電路４、５の間には、平滑用のキャパシタ５０を接続してある。なお、以下、第１直列回路１０及び第２直列回路２０を纏めてブリッジ回路とも称する。
トランジスタ１１、１２、２１、２２それぞれのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード（例えば、ＦＲＤ：ファーストリカバリーダイオード）１１１、１２１、２１１、２２１を逆並列に接続してある。すなわち、各ダイオードのアノードをトランジスタのエミッタに接続し、カソードをコレクタに接続してある。なお、ダイオードは、トランジスタに内蔵されるものでもよく、外付けのものでもよい。
フィルタ回路３０は、コイル３１、３２、キャパシタ３３などを備える。コイル３１の一端は、トランジスタ１１のエミッタとトランジスタ１２のコレクタとの接続点に接続してあり、コイル３１の他端は、交流側の一方の端子１に接続してある。また、コイル３２の一端は、トランジスタ２１のエミッタとトランジスタ２２のコレクタとの接続点に接続してあり、コイル３２の他端は、交流側の他方の端子１に接続してある。コイル３１、３２の他端の間にはキャパシタ３３を接続してある。
制御部４０は、トランジスタ１１、１２、２１、２２のスイッチングを制御する。具体的には、制御部４０の出力端は、トランジスタ１１、１２、２１、２２それぞれのベースに接続してあり、制御部４０は、ベース信号を出力端から出力する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、直流電圧を昇圧及び降圧する機能を備える。
トランジスタ１１、１２、２１、２２は、いわゆる少数キャリアを電気伝導に使用する少数キャリアデバイスであり、一般的に順方向にバイアスされた状態でのスイッチング損失が多く、寄生ダイオードがなく、逆方向にバイアスされた状態でのスイッチング損失が少ない。
次に、本実施の形態の電力変換装置の動作について説明する。前述のとおり、本実施の形態の電力変換装置は、交流を直流に変換する（ＰＦＣ制御ともいう）ことができるとともに、直流を交流に変換する（インバータ制御ともいう）ことができる。まず、交流を直流に変換する場合について説明する。
図２は本実施の形態の電力変換装置による交流を直流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。図２中、上段のチャートは、商用電源（５０Ｈｚ、６０Ｈｚなど）の交流電圧の波形（交流波形）を示し、下段のチャートは、トランジスタ１１、２１、１２、２２へ印加されるベース電圧の波形（ベース波形）を示す。なお、ＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ゲート波形となる。図２に示すように、交流波形の一の周期をＴ１とし、次の周期をＴ２とする。また、各周期Ｔ１、Ｔ２の一方の半周期を正の半周期とし、他方の半周期を負の半周期とする。また、ベース波形のうち、矩形状のパルス波形が連続している時間帯は、トランジスタが所定周期でオン／オフを繰り返している状態を示す。各トランジスタ１１、２１、１２、２２のスイッチング周波数は、例えば、交流周波数よりも高い、５０ＫＨｚ程度の高周波であるが、スイッチング周波数は、５０ｋＨｚに限定されるものではない。
図２の例では、一の周期Ｔ１の正の半周期では、トランジスタ２１がオン／オフを繰り返し、他のトランジスタ１１、１２、２２は常時オフとなっている。また、一の周期Ｔ１の負の半周期では、トランジスタ１１がオン／オフを繰り返し、他のトランジスタ２１、１２、２２は常時オフとなっている。また、他の周期Ｔ２の正の半周期では、トランジスタ１２がオン／オフを繰り返し、他のトランジスタ１１、２１、２２は常時オフとなっている。また、他の周期Ｔ２の負の半周期では、トランジスタ２２がオン／オフを繰り返し、他のトランジスタ１１、２１、１２は常時オフとなっている。
すなわち、制御部４０は、トランジスタ１１、２１、１２、２２を交流周期よりも短い所定周期でオン／オフする。交流周期は、例えば、商用周波数（５０Ｈｚ、６０Ｈｚ）に対応する周期である。所定周期は、高周波数（例えば、５０ＫＨｚ）に対応する周期である。
制御部４０は、交流の一の周期Ｔ１の一方の半周期（正の半周期）で第２直列回路２０（一方の直列回路）のトランジスタ２１をオン／オフし、他方の半周期（負の半周期）で第１直列回路１０（他方の直列回路）のトランジスタ１１をオン／オフする。
また、制御部４０は、一の周期と異なる他の周期Ｔ２の一方の半周期（正の半周期）で第１直列回路１０（一方の直列回路）のトランジスタ１２をオン／オフし、他方の半周期（負の半周期）で第２直列回路２０（他方の直列回路）のトランジスタ２２をオン／オフする。
交流の一の周期Ｔ１及び他の周期Ｔ２に亘る時間幅においては、交流の１周期毎に、トランジスタ１１、２１、１２、２２のうちの異なるトランジスタが順番に繰り返しオン／オフするので、各トランジスタ１１、２１、１２、２２のスイッチング損失の偏りを抑制することができる。
次に、交流の一の周期Ｔ１及び他の周期Ｔ２における動作について具体的に説明する。図３は本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の一の周期Ｔ１の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。前述のとおり（図２を参照）、制御部４０は、交流の一の周期Ｔ１でトランジスタ１１、２１（第１のスイッチング素子）をオン／オフする場合、各直列回路のトランジスタ１２、２２（第２のスイッチング素子）を常時オフにし、交流の他の周期Ｔ２でトランジスタ１２、２２（第２のスイッチング素子）をオン／オフする場合、各直列回路のトランジスタ１１、２１（第１のスイッチング素子）を常時オフにして交流を直流に変換する。
図３に示すように、交流の一の周期Ｔ１の正の半周期では、交流電流は、第１直列回路１０のトランジスタ１１に逆並列に接続されたダイオード１１１、直流側及び第２直列回路２０のトランジシタ２２に逆並列に接続されたダイオード２２１を流れる。
そして、周期Ｔ１の正の半周期において、第２直列回路２０のトランジスタ２１をオンした場合には、図３中実線で示す矢印のように、第１直列回路１０のトランジスタ１１に逆並列に接続されたダイオード１１１及び第２直列回路２０のトランジスタ２１を通じて電流が流れ、交流側のコイル３１、３２に電気エネルギーが蓄積される。一方、第２直列回路２０のトランジスタ２１をオフした場合には、図３中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に蓄積された電気エネルギーにより、第１直列回路１０のトランジスタ１１に逆並列に接続されたダイオード１１１、直流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に逆並列に接続されたダイオード２２１に電流が流れる。
図４は本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の一の周期Ｔ１の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図４に示すように、交流の一の周期Ｔ１の負の半周期では、交流電流は、第２直列回路２０のトランジスタ２１に逆並列に接続されたダイオード２１１、直流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオード１２１を流れる。
そして、周期Ｔ１の負の半周期において、第１直列回路１０のトランジスタ１１をオンした場合には、図４中実線で示す矢印のように、第２直列回路２０のトランジスタ２１に逆並列に接続されたダイオード２１１及び第１直列回路１０のトランジスタ１１を通じて電流が流れ、交流側のコイル３１、３２に電気エネルギーが蓄積される。一方、第１直列回路１０のトランジスタ１１をオフした場合には、図４中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に蓄積された電気エネルギーにより、第２直列回路２０のトランジスタ２１に逆並列に接続されたダイオード２１１、直流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオード１２１に電流が流れる。
図５は本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の他の周期Ｔ２の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図５に示すように、交流の他の周期Ｔ２の正の半周期では、交流電流は、第１直列回路１０のトランジスタ１１に逆並列に接続されたダイオード１１１、直流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に逆並列に接続されたダイオード２２１を流れる。
そして、周期Ｔ２の正の半周期において、第１直列回路１０のトランジスタ１２をオンした場合には、図５中実線で示す矢印のように、第１直列回路１０のトランジスタ１２及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に逆並列に接続されたダイオード２２１を通じて電流が流れ、交流側のコイル３１、３２に電気エネルギーが蓄積される。一方、第１直列回路１０のトランジスタ１２をオフした場合には、図５中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に蓄積された電気エネルギーにより、第１直列回路１０のトランジスタ１１に逆並列に接続されたダイオード１１１、直流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に逆並列に接続されたダイオード２２１に電流が流れる。
図６は本実施の形態の電力変換装置により交流から直流に変換する場合の他の周期Ｔ２の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図６に示すように、交流の他の周期Ｔ２の負の半周期では、交流電流は、第２直列回路２０のトランジスタ２１に逆並列に接続されたダイオード２１１、直流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオード１２１を流れる。
そして、周期Ｔ２の負の半周期において、第２直列回路２０のトランジスタ２２をオンした場合には、図６中実線で示す矢印のように、第２直列回路２０のトランジスタ２２及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオード１２１を通じて電流が流れ、交流側のコイル３１、３２に電気エネルギーが蓄積される。一方、第２直列回路２０のトランジスタ２２をオフした場合には、図６中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に蓄積された電気エネルギーにより、第２直列回路２０のトランジスタ２１に逆並列に接続されたダイオード２１１、直流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオード１２１に電流が流れる。
図７は従来のブリッジ回路の構成を示す説明図であり、図８は従来のブリッジ回路による交流を直流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。図７及び図８に示すように、従来のブリッジ回路では、交流の各周期において、スイッチング動作を繰り返すトランジスタは、トランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４のうち、トランジスタ１０３、１０４だけであり、トランジスタ１０１、１０２は常時オフである。このため、トランジスタ間でスイッチング損失に偏りが発生し、例えば、トランジスタ１０３、１０４の損失が大きくなり、温度上昇もトランジスタ１０１、１０２に比べて高くなる。このため、温度上昇が最も高いトランジスタを基に電力変換装置全体の動作可能温度範囲を設定すると、結果として装置全体の動作可能温度範囲が低下してしまう。
しかし、本実施の形態の電力変換装置では、トランジスタの損失の偏りを抑制することができるので、温度上昇に関する偏りも抑制することができ、結果として、装置全体の動作可能温度範囲を高くすることができる。
次に、直流を交流に変換する場合について説明する。図９は本実施の形態の電力変換装置による直流を交流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。図９中、上段のチャートは、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚなどの交流電圧の波形（交流波形）を示し、下段のチャートは、トランジスタ１１、２１、１２、２２へ印加されるベース電圧の波形（ベース波形）を示す。なお、ＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ゲート波形となる。図９に示すように、交流波形の一の周期をＴ１とし、次の周期をＴ２とする。また、各周期Ｔ１、Ｔ２の一方の半周期を正の半周期とし、他方の半周期を負の半周期とする。また、ベース波形のうち、矩形状のパルス波形が連続している時間帯は、トランジスタが所定周期でオン／オフを繰り返している状態を示す。各トランジスタ１１、２１、１２、２２のスイッチング周波数は、例えば、交流周波数よりも高い、５０ＫＨｚ程度の高周波であるが、スイッチング周波数は、５０ｋＨｚに限定されるものではない。
図９の例では、一の周期Ｔ１の正の半周期では、トランジスタ１１がオン／オフを繰り返し、トランジスタ２１、１２は常時オフとなり、トランジスタ２２は常時オンとなっている。また、一の周期Ｔ１の負の半周期では、トランジスタ２１がオン／オフを繰り返し、トランジスタ１１、２２は常時オフとなり、トランジスタ１２は常時オンとなっている。また、他の周期Ｔ２の正の半周期では、トランジスタ２２がオン／オフを繰り返し、トランジスタ２１、１２は常時オフとなり、トランジスタ１１は常時オンとなっている。また、他の周期Ｔ２の負の半周期では、トランジスタ１２がオン／オフを繰り返し、トランジスタ１１、２２は常時オフとなり、トランジスタ２１は常時オンとなっている。
すなわち、制御部４０は、交流の一の周期Ｔ１の正の半周期で第１直列回路１０（一の直列回路）のトランジスタ１１をオン／オフする場合、第１直列回路１０のトランジスタ１２及び第２直列回路２０（他の直列回路）のトランジスタ１２を常時オフにし、第２直列回路２０のトランジスタ２２を常時オンにする。同様に、制御部４０は、交流の一の周期Ｔ１の負の半周期で第２直列回路２０（一の直列回路）のトランジスタ２１をオン／オフする場合、第２直列回路２０のトランジスタ２２及び第１列回路１０（他の直列回路）のトランジスタ１１を常時オフにし、第１直列回路１０のトランジスタ１２を常時オンにして直流を交流に変換する。
また、制御部４０は、交流の他の周期Ｔ２の正の半周期で第２直列回路２０（一の直列回路）のトランジスタ２２をオン／オフする場合、第２直列回路２０のトランジスタ２１及び第１直列回路１０（他の直列回路）のトランジスタ１２を常時オフにし、第１直列回路１０のトランジスタ１１を常時オンする。同様に、制御部４０は、交流の他の周期Ｔ２の負の半周期で第１直列回路１０（一の直列回路）のトランジスタ１２をオン／オフする場合、第１直列回路１０のトランジスタ１１及び第２直列回路２０（他の直列回路）のトランジスタ２２を常時オフにし、第２直列回路２０のトランジスタ２１を常時オンにして直流を交流に変換する。
次に、交流の一の周期Ｔ１及び他の周期Ｔ２における動作について具体的に説明する。図１０は本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の一の周期Ｔ１の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図１０に示すように、交流の一の周期Ｔ１の正の半周期では、第１直列回路１０のトランジスタ１１をオン／オフし、第１直列回路１０のトランジスタ１２及び第２直列回路２０のトランジスタ２１を常時オフにし、第２直列回路２０のトランジスタ２２を常時オンにする。
すなわち、周期Ｔ１の正の半周期において、第１直列回路１０のトランジスタ１１をオンした場合には、図１０中実線で示す矢印のように、第１直列回路１０のトランジスタ１１、コイル３１、交流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に電流が流れる。一方、第１直列回路１０のトランジスタ１１をオフした場合には、図１０中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に同じ向きの電流を流そうとするので、第１直列回路１０のトランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオード１２１、コイル３１、交流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に電流が流れる。
図１１は本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の一の周期Ｔ１の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図１１に示すように、交流の一の周期Ｔ１の負の半周期では、第２直列回路２０のトランジスタ２１をオン／オフし、第２直列回路２０のトランジスタ２２及び第１直列回路１０のトランジスタ１１を常時オフにし、第１直列回路１０のトランジスタ１２を常時オンにする。
すなわち、周期Ｔ１の負の半周期において、第２直列回路２０のトランジスタ２１をオンした場合には、図１１中実線で示す矢印のように、第２直列回路２０のトランジスタ２１、コイル３２、交流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に電流が流れる。一方、第２直列回路２０のトランジスタ２１をオフした場合には、図１１中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に同じ向きの電流を流そうとするので、第２直列回路２０のトランジスタ２２に逆並列に接続されたダイオード２２１、コイル３２、交流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に電流が流れる。これにより、直流を交流に変換することができる。
図１２は本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の他の周期Ｔ２の正の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図１２に示すように、交流の他の周期Ｔ２の正の半周期では、第２直列回路２０のトランジスタ２２をオン／オフし、第２直列回路２０のトランジスタ２１及び第１直列回路１０のトランジスタ１２を常時オフにし、第１直列回路１０のトランジスタ１１を常時オンにする。
すなわち、周期Ｔ２の正の半周期において、第２直列回路２０のトランジスタ２２をオンした場合には、図１２中実線で示す矢印のように、第１直列回路１０のトランジスタ１１、コイル３１、交流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２２に電流が流れる。一方、第２直列回路２０のトランジスタ２２をオフした場合には、図１２中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に同じ向きの電流を流そうとするので、第１直列回路１０のトランジスタ１１、コイル３１、交流側及び第２直列回路２０のトランジスタ２１に逆並列に接続されたダイオード２１１に電流が流れる。
図１３は本実施の形態の電力変換装置により直流から交流に変換する場合の他の周期Ｔ２の負の半周期における各トランジスタの動作を示す説明図である。図１３に示すように、周期Ｔ２の負の半周期では、第１直列回路１０のトランジスタ１２をオン／オフし、第１直列回路１０のトランジスタ１１及び第２直列回路２０のトランジスタ２２を常時オフにし、第２直列回路２０のトランジスタ２１を常時オンにする。
すなわち、周期Ｔ２の負の半周期において、第１直列回路１０のトランジスタ１２をオンした場合には、図１３中実線で示す矢印のように、第２直列回路２０のトランジスタ２１、コイル３２、交流側及び第１直列回路１０のトランジスタ１２に電流が流れる。一方、第１直列回路１０のトランジスタ１２をオフした場合には、図１３中破線で示す矢印のように、コイル３１、３２に同じ向きの電流を流そうとするので、第１直列回路１０のトランジスタ１１に逆並列に接続されたダイオード１１１、第２直列回路２０のトランジスタ２１、コイル３２、交流側に電流が流れる。これにより、直流を交流に変換することができる。
図１４は従来のブリッジ回路による直流を交流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の一例を示すタイムチャートである。従来のブリッジ回路の構成は、図７の場合と同様である。図７及び図１４に示すように、従来のブリッジ回路では、交流の各周期において、スイッチング動作を繰り返すトランジスタは、トランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４のうち、トランジスタ１０１、１０２だけであり、トランジスタ１０３、１０４は常時オフ又は常時オンである。このため、トランジスタ間でスイッチング損失に偏りが発生し、例えば、トランジスタ１０１、１０２の損失が大きくなり、温度上昇もトランジスタ１０３、１０４に比べて高くなる。このため、温度上昇が最も高いトランジスタを基に電力変換装置全体の動作可能温度範囲を設定すると、結果として装置全体の動作可能温度範囲が低下してしまう。
しかし、本実施の形態の電力変換装置では、トランジスタの損失の偏りを抑制することができるので、温度上昇に関する偏りも抑制することができ、結果として、装置全体の動作可能温度範囲を高くすることができる。
上述の実施の形態においては、例えば、図２に示すように、交流の一の周期Ｔ１の正の半周期において、トランジスタ２１がオン／オフを繰り返す場合に、他のトランジスタ１１、１２、２２は常時オフであるが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、トランジスタ２１がオン／オフを繰り返す場合に、トランジスタ２１がオフ状態のときに、トランジスタ２２をオン状態にするようにしてもよい。同様に、交流の一の周期Ｔ１の負の半周期において、トランジスタ１１がオン／オフを繰り返す場合に、他のトランジスタ１１、１２、２２は常時オフであるが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、トランジスタ１１がオン／オフを繰り返す場合に、トランジスタ１１がオフ状態のときに、トランジスタ１２をオン状態にするようにしてもよい。
すなわち、交流の一の周期Ｔ１の正の半周期において、制御部４０は、第２直列回路２０（一の直列回路）のトランジスタ２１をオン／オフする場合、当該トランジスタ２１がオフ状態のときに第２直列回路２０のトランジスタ２２をオン状態にすることができる。
また、周期Ｔ１の負の半周期において、制御部４０は、第１直列回路１０（一の直列回路）のトランジスタ１１をオン／オフする場合、トランジスタ１１がオフ状態のときに第１直列回路１０のトランジスタ１２をオン状態にすることができる。
同様に、交流の他の周期Ｔ２の正の半周期において、制御部４０は、第１直列回路１０（一の直列回路）のトランジスタ１２をオン／オフする場合、当該トランジスタ１２がオフ状態のときに第１直列回路１０のトランジスタ１１をオン状態にすることができる。
また、周期Ｔ２の負の半周期において、制御部４０は、第２直列回路１０（一の直列回路）のトランジスタ２２をオン／オフする場合、トランジスタ２２２がオフ状態のときに第２直列回路２０のトランジスタ２１をオン状態にすることができる。
上述のような構成にすることにより、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたときには、ＭＯＳＦＥＴ及び該ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続されたダイオードの両方に電流を分配して流す（同期整流ともいう）ことができ、各素子に流れる電流を少なくすることができる。また、上述の構成は、交流を直流に変換する場合だけでなく、直流を交流に変換する場合にも適用することができる。
また、制御部４０は、交流の一の周期Ｔ１と他の周期Ｔ２とが交互に繰り返されるように（例えば、図２、図９に示すように）、トランジスタ１１、２１、１２、２２をオン／オフすることができる。これにより、各直列回路のトランジスタ１１、２１、１２、２２がオン／オフする時間幅（期間）を均等にすることができ、トランジスタ１１、２１、１２、２２それぞれのスイッチング損失の偏りを抑制することができる。
図１５は本実施の形態の電力変換装置による交流を直流に変換する場合の各トランジスタの動作状態の他の例を示すタイムチャートである。なお、直流を交流に変換する場合も同様である。図１５に示すように、制御部４０は、トランジスタ１１、２１がオン／オフを繰り返す周期（周期Ｔ１）を連続して複数回繰り返した第１の時間幅と、トランジスタ１２、２２がオン／オフを繰り返す周期（周期Ｔ２）を連続して複数回繰り返した第２の時間幅とが交互に繰り返されるようにトランジスタ１１、２１、１２、２２をオン／オフする。
第１の時間幅と第２の時間幅とを同じ時間幅（図１５の例では、交流の４サイクルに相当する時間幅）にすれば、各直列回路のトランジスタ１１、２１、１２、２２がオン／オフする時間幅（期間）を均等にすることができ、トランジスタ１１、２１、１２、２２それぞれのスイッチング損失の偏りを抑制することができる。
また、制御部４０は、トランジスタ１１、２１の熱抵抗及びトランジスタ１２、２２の熱抵抗の大小に応じて、前述の第１の時間幅及び第２の時間幅の割合を変更することができる。トランジスタの実装状態などに応じて、例えば、トランジスタ１１、２１の熱抵抗がトランジスタ１２、２２の熱抵抗よりも小さい場合には、トランジスタ１１、２１をオン／オフする第１の時間幅よりもトランジスタ１２、２２をオン／オフする第２の時間幅を短くすることにより、トランジスタ１２、２２のスイッチング損失をトランジスタ１１、２１のスイッチング損失よりも小さくして、各トランジスタ１１、２１、１２、２２の温度上昇の偏りを抑制することができる。
以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。
１ 交流側の端子
２ 直流側の端子
３ バッテリ
４、５ 電路
１０ 第１直列回路
２０ 第２直列回路
１１、２１ トランジスタ（第１のスイッチング素子）
１２、２２ トランジスタ（第２のスイッチング素子）
１１１、１２１、２１１、２２１ ダイオード
３０ フィルタ回路
３１、３２ コイル
３３、５０ キャパシタ
４０ 制御部
６０ ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims (7)

  1. 第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を直列に接続した直列回路を複数備え、各直列回路を並列に接続してあり、各直列回路の一端及び他端それぞれを直流側の正側及び負側としてあり、前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の接続点それぞれに一端を接続したフィルタ回路をさらに備え、該フィルタ回路の他端を交流側とした電力変換装置であって、
    前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子それぞれに逆並列に接続されたダイオードと、
    前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子を交流周期よりも短い所定周期でオン／オフする制御部と
    を備え、
    該制御部は、
    交流の一の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフするようにしてあり、
    さらに、前記一の周期と異なる他の周期の一方の半周期で一方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフし、他方の半周期で他方の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある電力変換装置。
  2. 前記制御部は、
    前記一の周期で前記第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、各直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、
    前記他の周期で前記第２のスイッチング素子をオン／オフする場合、各直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、
    交流を直流に変換するようにしてある請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記制御部は、
    前記一の周期で一の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、該一の直列回路の第２のスイッチング素子及び他の直列回路の第１のスイッチング素子を常時オフにし、前記他の直列回路の第２のスイッチング素子を常時オンにし、
    前記他の周期で一の直列回路の第２スイッチング素子をオン／オフする場合、該一の直列回路の第１のスイッチング素子及び他の直列回路の第２のスイッチング素子を常時オフにし、前記他の直列回路の第１のスイッチング素子を常時オンにし、
    直流を交流に変換するようにしてある請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記制御部は、
    一の直列回路の第１のスイッチング素子をオン／オフする場合、該第１のスイッチング素子がオフ状態のときに該直列回路の第２のスイッチング素子をオン状態にし、
    一の直列回路の第２のスイッチング素子をオン／オフする場合、該第２のスイッチング素子がオフ状態のときに該直列回路の第１のスイッチング素子をオン状態にするようにしてある請求項２又は請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 前記制御部は、
    前記一の周期と他の周期とが交互に繰り返されるように前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記制御部は、
    前記一の周期を連続して複数回繰り返した第１の時間幅と前記他の周期を連続して複数回繰り返した第２の時間幅とが交互に繰り返されるように前記第１のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子をオン／オフするようにしてある請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 前記制御部は、
    前記第１のスイッチンング素子及び前記第２のスイッチング素子それぞれの熱抵抗の大小に応じて、前記第１の時間幅及び前記第２の時間幅の割合を変更するようにしてある請求項６に記載の電力変換装置。
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JP3431985B2 (ja) * 1994-03-17 2003-07-28 株式会社日立メディコ インバータ式ｘ線高電圧装置
JP2006158001A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Toyota Industries Corp インバータ装置
JP4400632B2 (ja) * 2007-02-20 2010-01-20 Ｔｄｋ株式会社 スイッチング電源装置
CN103534924B (zh) * 2011-05-11 2015-12-16 日立空调·家用电器株式会社 系统互连逆变器装置和具有系统互连逆变器装置的分散型电源系统
JP2014050213A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Mitsubishi Motors Corp インバータ
JP2015019545A (ja) * 2013-07-12 2015-01-29 パナソニック株式会社 電力変換装置

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