JP6011197B2 - マルチレベル電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、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マルチレベル電力変換装置に関する。

従来のマルチレベル電力変換装置として、例えば、特許文献１に記載の５レベルインバータが知られている。図１６は、特許文献１に記載の５レベルインバータにおける主回路１相分の構成を示す回路図である。図１６において、Ｃ１，Ｃ２は直流キャパシタ，Ｃ３，Ｃ４はフライングキャパシタ，Ｓはスイッチング素子（ＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子と逆並列にダイオードを接続したモジュール：以下同様）を示している。

図１６に示す５レベルインバータは、各スイッチング素子ＳをＯＮＯＦＦ動作、および、各直流キャパシタＣ１，Ｃ２，各フライングキャパシタＣ３，Ｃ４の電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４を、Ｖｃ１＝Ｖｃ２＝１／２Ｅ、Ｖｃ３＝Ｖｃ４＝１／４Ｅとなるように制御することによって、端子ＲＯ間に図１７に示すような５レベルの相電圧を出力することができる。

なお、直流キャパシタの電圧制御についての技術は特許文献２、フライングキャパシタの電圧制御についての技術は特許文献３に記載されている。

特許第４３６９４２５号公報 特開平７−７５３４５号公報 特許第３３０１７６１号公報

図１６に示すマルチレベル電力変換装置は５レベルの相電圧を出力でき、一相あたり２個のフライングキャパシタＣ３，Ｃ４と１０個のスイッチング素子Ｓから構成されている。また、三相の場合は、図１６に示す５レベル電力変換装置が３組必要となり、フライングキャパシタは６個，スイッチング素子は３０個使用することとなる。

このように、従来のマルチレベル電力変換装置では、フライングキャパシタの数が多く、装置が大型化する問題点があった。

以上示したようなことから、マルチレベル電力変換装置において、フライングキャパシタの個数を低減し、装置の小型化を図ることが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、直列接続されたＮ個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）の第１基本セルを有する基本回路と、前記各第１基本セルにおけるフライングキャパシタに対して、それぞれスイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子を順次直列接続した第２基本セルを並列接続し、この第２基本セルのフライングキャパシタに対してさらに第２基本セルを並列接続し、これをＫ回繰り返してＫ（Ｋ≧１）個の第２基本セルを接続した拡張回路と、前記各拡張回路のＫ番目における第２基本セルのフライングキャパシタの両端端子を入力端子とし、前記各入力端子と出力端子間にそれぞれスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を選択的にＯＮ，ＯＦＦ制御することにより、前記入力端子のうち何れかの端子の電位を出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備えたことを特徴とする。

また、その他の態様は、直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、直列接続されたＮ個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）の第１基本セルを有する基本回路と、前記各第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子を入力端子とし、前記各入力端子と出力端子の間にそれぞれスイッチング素子を有し、このスイチング素子を選択的にＯＮ，ＯＦＦすることにより、この入力端子のうち何れかの端子の電位を選択して出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備えたことを特徴とする。

さらに、その他の態様は、直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、直列接続されたＮ個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）の第１基本セルを有する基本回路と、前記各第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子と、各直流電圧源の両端端子の全て又は何れかの端子を入力端子とし、前記各入力端子と出力端子の間にそれぞれスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を選択的にＯＮ，ＯＦＦ制御することにより、前記入力端子のうち何れかの端子の電位を出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備えたことを特徴とする。

また、前記基本回路は、各第１基本セルのフライングキャパシタの両端端子のうち一方と、電圧選択回路の入力端子と、の間にスイッチング素子を備えてもよい。

また、前記電圧選択回路は、各第１基本セルのフライングキャパシタの両端端子と各直流電圧源の共通接続点を入力端子とし、前記各共通接続点と電圧選択回路の出力端子との間のスイッチング素子は、互いに逆の耐圧方向に制御できる双方向スイッチとしてもよい。

また、前記電圧選択回路は、各第１基本セルのフライングキャパシタの両端端子と各直流電圧源を直列接続した直列回路の両端端子を入力端子とし、前記入力端子のうち第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子に接続されたスイッチング素子は、逆の耐圧方向に制御できる双方向スイッチとしてもよい。

また、前記基本回路もしくは前記電圧選択回路もしくは前記拡張回路内のスイッチング素子の一部または全てを、直列数を２以上としてもよい。

さらに、前記基本回路もしくは前記電圧選択回路もしくは前記拡張回路内のスイッチング素子の一部または全てを、並列数を２以上としてもよい。

本発明によれば、マルチレベル電力変換装置において、フライングキャパシタの個数を低減し、装置の小型化を図ることが可能となる。

本発明における基本セルを示す回路図である。 本発明における基本回路を示す回路図である。 本発明における拡張回路を示す回路図である。 本発明における電圧選択回路を示す回路図である。 実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態４における基本回路部分のスイッチングパターンと端子に出力される電位を示す概略図である。 実施形態５におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態６におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態７におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態８におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態９におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 実施形態１０におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路図である。 特許文献１における５レベルインバータを示す回路図である。 ５レベルインバータにおける出力相電圧の一例を示すタイムチャートである。

［基本構成］
図１は、本発明におけるマルチレベル電力変換装置に用いる基本セル１を示す回路図である。基本セル１は、１個のフライングキャパシタと２個のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ：以下、同様）で構成される。

具体的には、図１に示すように、基本セル１は、端子１，３間にスイチング素子Ｓ_1,1，フライングキャパシタＣ_FC1，スイッチング素子Ｓ_1,2が順次直列接続されて構成される。また、フライングキャパシタＣ_FC1の両端端子を端子２，２’としている。

前記端子１には直流電圧源の負極側が接続され、端子３には直流電圧源の正極側が接続される。この直流電圧源としては、例えば、直流キャパシタや直流電源等が挙げられる。

図１に示す基本セル１において、スイッチング素子Ｓ_1,2がＯＮかつスイッチング素子Ｓ_1,1がＯＦＦのとき端子２’は端子３の電位を出力し、端子２は端子３の電位からフライングキャパシタＣ_FC1の電圧を減算した電位を出力する。

同様に、スイッチング素子Ｓ_1,1がＯＮかつスイッチング素子Ｓ_1,2がＯＦＦのとき端子２は端子１の電位を出力し、端子２’は端子１の電位からフライングキャパシタＣ_FC1の電圧を加算した電位を出力する。

図２は、図１に示す基本セル１をＮ個直列に接続した基本回路２の構成を示す回路図である。ここで、Ｎ≧２とする。また、端子１，…，２Ｎ−１には各直流電圧源の負極側が接続され、３，…，２Ｎ＋１には各直流電圧源の正極側が接続される。

ここで、各直流電圧源の電圧を２Ｅ，各フライングキャパシタＣ_FC1…Ｃ_FCNの電圧をＥとすると、端子２ｐ（ｐ＝１，…，Ｎ）にはそれぞれ端子１の電位に対して、２Ｅ（ｐ−１）または２Ｅｐ−Ｅの電圧が出力され、端子２ｐ’（ｐ＝１，…，Ｎ）には２Ｅｐまたは２Ｅｐ−Ｅの電圧が出力できる。

その結果、図２に示す基本回路２はスイチング素子Ｓ_1,1，Ｓ_1,2，…，Ｓ_N,1，Ｓ_N,2を選択的にＯＮＯＦＦすることにより、端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’から２Ｎ＋１レベルの電位を出力することができる。

図３は、図１に示す基本セル１をＫ個接続した拡張回路３を示す回路図である。この拡張回路３は、図３に示すように、１番目の基本セル１におけるフライングキャパシタＣ１に対して、並列に２番目の基本セル１の両端を接続し、さらに２番目の基本セルにおけるフライングキャパシタＣ２に対し、３番目の基本セルの両端を接続し、これを繰り返してＫ個（Ｋ≧１）の基本セルを接続している。１番目の基本セルの両端子間を入力端子２Ｎ＿１’，２Ｎ＿１とし、Ｋ番目の基本セルにおけるフライングキャパシタＣＫの両端を出力端子２Ｎ＿２’，２Ｎ＿２とする。また、各フライングキャパシタの電圧は異なる値（例えば、Ｃ１＝Ｅ，Ｃ２＝Ｅ／２，ＣＫ＝Ｅ／２^K）とする。

この拡張回路３におけるスイッチング素子を選択的にＯＮＯＦＦして電流経路を決定し、電流経路におけるフライングキャパシタの電圧を加算や減算した値が出力端子２Ｎ＿２’，２Ｎ＿２の電圧レベルとなる。この拡張回路により、出力する電圧レベル数を拡張することができる。

次に、電圧選択回路について図４に基づいて説明する。電圧選択回路は、基本回路２の端子（２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’）または拡張回路３の端子（２＿２，２＿２’，…，２Ｎ＿２，２Ｎ＿２’）を入力端子とし、この入力端子のうちどの電位を出力端子から出力するかを選択するものである。電圧選択回路は図４の（ａ）,（ｂ）,（ｃ）またはこれらの回路の組み合わせなどによって構成される。各入力端子と出力端子との間にはスイッチング素子が設けられ、このスイッチング素子を選択的にＯＮすることにより、入力端子（（ａ）（ｂ）では２＿３，２＿３’，４＿３，４＿３’，…，２（Ｎ−１）＿３，２（Ｎ−１）３’，２Ｎ＿３，２Ｎ＿３’、（ｃ）では２＿３，２＿３’，４＿３，４＿３’，６＿３，６＿３’）のうちいずれかの端子の電位を出力することができる。

［実施形態１］
図５は、本実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置の構成を示す概略図である。図５に示すように、本実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置は、図２に示す基本回路，および図３に示す拡張回路，さらに図４に示す電圧選択回路を用いて構成したＭ相Ｎ段Ｋステージのマルチレベル電力変換装置である。また、ここでＭは相数を示す。

基本回路２の構成は、図２と同様であるため、ここでの説明は省略する。基本回路２の両端端子１，２Ｎ＋１間にはＮ個の直流電圧源（直流キャパシタＣ_DC1〜Ｃ_DCN）が直列に接続され、基本回路の端子３，５，…，２Ｎ−１にはそれぞれ各直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2，Ｃ_DC3，…，Ｃ_DCNの共通接続点が接続される。

この基本回路の端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’には、相モジュール４１，４２，…，４Ｍが接続される。この相モジュール４１，４２，…，４Ｍは、それぞれ拡張回路３と、電圧選択回路５を備える。前記拡張回路３は、基本回路２内における基本セルと同数備えられ、基本回路の端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’と拡張回路の入力端子２＿１，２＿１’，…，２Ｎ＿１，２Ｎ＿１’とが接続される。また、拡張回路３の出力端子２＿２，２＿２’，…，２Ｎ＿２，２Ｎ＿２’と電圧選択回路４１の入力端子２＿３，２＿３’，…，２Ｎ＿３，２Ｎ＿３’とが接続される。そして、相モジュール４１，４２，…，４Ｍ内の電圧選択回路５の出力端子がマルチレベル電力変換装置の出力端子ＯＵＴ＿１，ＯＵＴ＿２，…，ＯＵＴ＿Ｍとなる。

ここで、各直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DCNの電圧を２Ｅとし、基本回路２中のフライングキャパシタＣ_FC1〜Ｃ_FCNの電圧をＥに制御すると、基本回路２における端子２，…，２（Ｎ−１），２Ｎにはそれぞれ端子１の電位に対して、（２ｐ−２）Ｅまたは（２ｐ−１）Ｅの電圧が出力でき、端子２’，…，２（Ｎ−１）’，２Ｎ’には２ｐＥまたは（２ｐ−１）Ｅの電圧が出力できる（ｐ＝１，…，Ｎ）。

次に、端子２，２’，４，４’，…，２Ｎ，２Ｎ’から出力された電圧をそれぞれ相モジュール４１，４２，…，４Ｍに入力する。端子２，２’，４，４’，…，２Ｎ，２Ｎ’から出力された電圧は、まず拡張回路３に入力される。

そして、拡張回路３中のフライングキャパシタＣｎ（ｎ＝１，…，Ｋ）の電圧をＥ×（１／２）ⁿに制御することにより、拡張回路３の出力端子２＿２，２＿２’，…，２Ｎ＿２，２Ｎ＿２’に（２Ｎ・２^K＋１）レベルの電圧を出力することが可能となる。

そして、各相の電圧選択回路５はスイッチング素子を選択してＯＮすることにより、入力端子２＿３，２＿３’…，２Ｎ＿３，２Ｎ＿３’のうちいずれかを選択し、出力端子ＯＵＴ＿１，ＯＵＴ＿２，…，ＯＵＴ＿Ｍから出力する。これにより、出力端子ＯＵＴ＿１，ＯＵＴ＿２，…，ＯＵＴ＿Ｍから（２Ｎ・２^K＋１）レベルのうちいずれかの電圧レベルを選択して出力することが可能となる。

以上示したように、本実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置によれば、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，…，Ｃ_FCNをＭ相で共通化しているため、フライングキャパシタの個数を低減することができる。その結果、装置の小型化を図ることが可能となる。

また、基本セルをＮ個直列に接続して基本回路２を構成し、さらに、拡張回路３をＫステージ接続することによって出力できる電圧レベル数を増加させ、電圧選択回路５において出力する電圧を選択することにより、２Ｎ・２^K＋１レベルの相電圧を出力することが可能となる。

すなわち、本実施形態１によれば、Ｍ相の２Ｎ・２^K＋１レベルの電力変換装置をフライングキャパシタＮ＋Ｎ・Ｍ・Ｋ個で実現することが可能となる。

［実施形態２］
次に、本実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置を図６に基づいて説明する。図６に示すように、本実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態１におけるＭ相Ｎ段Ｋステージのマルチレベル電力変換装置の拡張回路を省略し、Ｍ相Ｎ段の構成にしたものである。すなわち、実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置において、Ｋ＝０とした構成である。その他の構成は実施形態１と同様である。

本実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置は、基本回路をＮ個直列に接続することにより端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’から２Ｎ＋１レベルの相電圧を出力できる。また、各相モジュール４１，４２，４Ｍにおいて電圧選択回路のスイッチング素子を選択的にＯＮ，ＯＦＦすることにより、端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’の電位のうちいずれかを選択して、出力端子ＯＵＴ＿１〜ＯＵＴ＿Ｍから出力する。

その結果、本実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置では、（２Ｎ＋１）レベルのうちいずれかの電圧レベルを選択して出力端子ＯＵＴ＿１〜ＯＵＴ＿Ｍから出力することが可能となる。

また、本実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置によれば、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，…，Ｃ_FCNをＭ相で共通化しているため、フライングキャパシタの個数を低減することができる。その結果、装置の小型化を図ることが可能となる。

すなわち、Ｍ相の２Ｎ＋１レベルの電力変換装置をフライングキャパシタN個で実現することができる。

［実施形態３］
次に、本実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置を図７に基づいて説明する。図７に示すように、本実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置に対して、各直流キャパシタＣ_DC1，…，Ｃ_DCNの両端端子１，３，…，２Ｎ−１，２Ｎ＋１を冗長的に各相の相モジュール４１，４２，…，４Ｍに接続した構成である。

すなわち、実施形態２では、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，…，Ｃ_FCNの両端端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’のみ相モジュール４１，４２，…，４Ｍに接続していたが、本実施形態３では、各フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，…，Ｃ_FCNの両端端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’の他に、各直流キャパシタＣ_DC1，…，Ｃ_DCNの両端端子１，３，…，２Ｎ−１，２Ｎ＋１も相モジュール４１，４２，…，４Ｍに接続したものである。

このように、各直流キャパシタＣ_DC1，…，Ｃ_DCNの両端端子１，３，…，２Ｎ−１，２Ｎ＋１も相モジュール４１，４２，…，４Ｍに接続することにより、電圧選択回路において電圧を選択できる端子が冗長的に増加する。すなわち、実施形態２では各相の電圧選択回路において、各フライングキャパシタＣ_FC1，…，Ｃ_FCNの両端端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’のうちいずれかの電位を選択して出力端子ＯＵＴ＿１〜ＯＵＴ＿Ｍから出力していたが、本実施形態３では各相の電圧選択回路において、各フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，…，Ｃ_FCNの両端端子２，２’，…，２Ｎ，２Ｎ’の他に、各直流キャパシタＣ_DC1，…，Ｃ_DCNの両端端子１，３，…，２Ｎ−１，２Ｎ＋１の電位も選択して出力端子ＯＵＴ＿１〜ＯＵＴ＿Ｍから出力することができる。

なお、図７では直流キャパシタＣ_DC1，…，Ｃ_DCNの両端端子１，３，…，２Ｎ−１，２Ｎ＋１と各相モジュール４１〜４Ｍとの接続線Ｌ₁，Ｌ₃，…，Ｌ_2N-1，Ｌ_2N+1を全て接続しているが、必ずしも全て接続する必要はない。

以上示したように、本実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置によれば、実施形態２と同様の作用効果を奏する。

また、直流電圧源の両端端子と電圧選択回路を接続することによって、実施形態２と比較して電圧選択回路において選択できる電圧レベルのパターン数が増加する。

［実施形態４］
（１）回路構成
次に、本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置を図８，９に基づいて説明する。本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態２におけるマルチレベル電力変換回路において、Ｎ＝２，Ｍ＝３としたものである。

具体的には、前記基本セルを２つ直列接続して基本回路が構成される。基本回路の端子１，５間には直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2が直列接続され、直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2の共通接続点が基本回路の端子３と接続される。また、前記基本回路には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧選択回路が接続される。

電圧選択回路において、Ｕ相では、フライングキャパシタＣ_FC2の両端端子４’，４間にスイッチング素子Ｓｕ５，Ｓｕ６が直列接続され、フライングキャパシタＣ_FC1の両端端子２’，２間にスイッチング素子Ｓｕ７，Ｓｕ８が直列接続される。そして、スイッチング素子Ｓｕ５，Ｓｕ６の共通接続点と、スイッチング素子Ｓｕ７，Ｓｕ８の共通接続点との間にスイッチング素子Ｓｕ９，Ｓｕ１０が直列接続される。このスイッチング素子Ｓｕ９とスイッチング素子Ｓｕ１０との共通接続点がＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕとなる。また、Ｖ相，Ｗ相についても同様に電圧選択回路が構成される。

（２）マルチレベル電力変換装置のスイッチングパターン生成
ここで、本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置の動作について説明する。

図９は、基本回路部分のスイッチングパターンとフライングキャパシタＣ_FC2，Ｃ_FC1の両端端子４’，４，２’，２に出力される電位を示す概略図である。ここで、直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の電圧を２Ｅ，フライングキャパシタＣ_FC1とＣ_FC2の電圧をＥに制御する。なお、電位の基準点は直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の共通接続点である端子３とする。

また、各パターン１〜４でのスイッチング素子Ｓ_1,1，Ｓ_1,2，Ｓ_2,1，Ｓ_2,2の状態と端子２，２’，４，４’の電位を表１に示す。なお、表１では、Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝０、Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝１と示す。なお、Ｓ_2,1（／Ｓ_2,2）についても同様である。

〔パターン１〕Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_1,1：ＯＦＦ
端子４’は２Ｅ，端子４はＥ，端子２’は０，端子２は−Ｅの電位となる。

〔パターン２〕Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_1,1：ＯＮ
端子４’は２Ｅ，端子４はＥ，端子２’は−Ｅ，端子２は−２Ｅの電位となる。

〔パターン３〕Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_1,1：ＯＦＦ
端子４’はＥ，端子４は０，端子２’は０，端子２は−Ｅの電位となる。

〔パターン４〕Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_1,1：ＯＮ
端子４’はＥ，端子４は０，端子２’は−Ｅ，端子２は−２Ｅの電位となる。

上記のように、パターン１からパターン４により、端子４’には２ＥかＥの電位を、端子４にはＥか０の電位を、端子２’には０か−Ｅの電位を、端子２には−Ｅか−２Ｅの電位を出力することができる。すなわち、スイッチング素子Ｓ_1.1，Ｓ_1.2，Ｓ_2.1，Ｓ_2.2を選択的にＯＮ，ＯＦＦすることにより、端子２，２’，４，４’から−２Ｅ，−Ｅ，０，Ｅ，２Ｅの５レベルの電位を出力することができる。

そのため、電圧選択回路によって端子４，４’，２，２’のうちいずれかの端子電位を選択することにより、２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの５レベルの電圧を出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗから出力することが可能となる。

例えば、Ｕ相の電圧選択回路において、スイッチング素子Ｓｕ８，Ｓｕ１０をＯＮとし、その他のスイッチング素子をＯＦＦとすることにより、端子２の電位を出力端子ＯＵＴ＿Ｕから出力することができる。同様に、スイッチング素子Ｓｕ７，Ｓｕ１０をＯＮとすることにより端子２’の電位を出力端子ＯＵＴ＿Ｕから出力し、スイッチング素子Ｓｕ６，Ｓｕ９をＯＮとすることにより端子４の電位を出力端子ＯＵＴ＿Ｕから出力し、スイッチング素子Ｓｕ５，Ｓｕ９をＯＮとすることにより端子４’の電位を出力端子ＯＵＴ＿Ｕから出力することができる。Ｖ相，Ｗ相についても同様である。

以上示したように、本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置によれば、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2を三相で共通化しており、三相５レベルの電力変換装置を２個のフライングキャパシタで実現することができる。図１６に示す特許文献１の５レベル電力変換装置とフライングキャパシタの個数を比較すると、特許文献１では三相合計で６個であるのに対し、本実施形態４では三相合計でも２個であるため、フライングキャパシタの個数を低減することができている。その結果、装置の小型化を図ることが可能となる。

なお、前記パターン１〜４には、フライングキャパシタの両端端子４’，４，２’，２から２Ｅ，０，−２Ｅの電位を同時に出力するパターンはない。したがって、図８に示す出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗから表２に示す組み合わせの電位を同時に出力することができない。

そのため、本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置では、出力できない電位の組み合わせがあることを考慮してＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧選択回路におけるスイッチング素子を制御する必要があり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相で独立して電圧選択回路を制御することができない。

また、図８に示す回路は一例であり、高電圧化のために各スイッチング素子を２直列以上にした回路でもよく、大電流化のために各スイッチング素子を２並列以上にした回路でもよい。

［実施形態５］
次に、本実施形態５におけるマルチレベル電力変換装置を図１０に基づいて説明する。本実施形態５におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置に対し、各基本セルの端子２ｎと２ｎ’の間に、スイッチング素子Ｓ_n,3を挿入した構成である。換言すると、フライングキャパシタＣ_FCnの両端端子のうち一方と、電圧選択回路の入力端子との間にスイッチング素子Ｓ_n.3を挿入した構成である。

本実施形態５では、端子２’とフライングキャパシタＣ_FC1との間にスイッチング素子Ｓ_1,3が介挿され、端子４とフライングキャパシタＣ_FC2との間にスイッチング素子Ｓ_2,3が介挿されている。その他の構成は実施形態４と同様である。

この追加したスイッチング素子Ｓ_1,3，Ｓ_2,3によって、端子４’，４，２’，２から出力できる電位のパターン数が増加する。

具体例について説明する。まず、直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2の電圧を２Ｅ，フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2の電圧をＥに制御する。なお、電位の基準点は直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の共通接続点である端子３とする。

例えば、スイッチング素子Ｓ_2,2：ＯＮ、Ｓ_2,3：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ、Ｓ_1,2：ＯＮ、Ｓ_1,3：ＯＦＦ、Ｓ_1,1：ＯＮの時、各端子の電位は、４’：２Ｅ、４：０、２：０’、２：−２Ｅとなる。すなわち、端子５および端子１の電位と同時に直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2の共通接続点（すなわち、端子３）の電位を、端子４’，４，２’，２に出力できる。この端子４’，４，２’，２から出力された２Ｅ，０，−２Ｅの電位を、電圧選択回路のスイッチング素子をＯＮ，ＯＦＦして選択することにより、実施形態４ではなかった電位（２Ｅ、０、−２Ｅ）の出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗからの同時出力が可能となる。

したがって、本実施形態５では、２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの全ての組み合わせでの三相出力が可能となり、実施形態４ではできなかったＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相で独立して電圧選択回路を制御することが可能となる。

また、実施形態４と同様に、３相５レベルの電力変換装置をフライングキャパシタ２個で実現できるため、装置の小型化が可能となる。

［実施形態６］
次に、本実施形態６におけるマルチレベル電力変換装置を図１１に基づいて説明する。

本実施形態６におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置の電圧選択回路に対して、各相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗと端子３との間に、それぞれ互いに逆の耐圧方向に制御できる双方向スイッチを介挿したものである。双方向スイッチの構成方法は数種類ある。図１１では、スイッチング素子Ｓｕ１１，Ｓｕ１２を逆向きに直列接続する構成の双方向スイッチを示す。Ｖ相，Ｗ相についても同様である。

また、この構成は、実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置において、Ｍ＝３，Ｎ＝２とし、各相の電圧選択回路との接続線Ｌ１，Ｌ５を未接続とし、接続線Ｌ３を接続した構成に相当する。

このように、端子３、すなわち、直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の共通接続点と出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗ間を双方向スイッチで接続することにより、実施形態５と同様に２Ｅ，０，−２Ｅの同時出力パターンが可能となる。その結果、実施形態４と比較して基本回路から出力される電位のパターンが増加する。

例えば、出力端子からＯＵＴ＿Ｕ＝０，ＯＵＴ＿Ｖ＝２Ｅ，ＯＵＴ＿Ｗ＝−２Ｅをそれぞれ出力するときの動作を説明する。ここで、実施形態５と同様に、直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の電圧を２Ｅ，フライングキャパシタＣ_FC1とＣ_FC2の電圧をＥに制御する。また、電位の基準点は直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の共通接続点である端子３とする。

［Ｓ_2,2：ＯＮ、Ｓ_2,1：ＯＦＦ、Ｓ_1,2：ＯＦＦ、Ｓ_1,1：ＯＮ］
上記のような場合、各端子の電位は、４’：２Ｅ、４：Ｅ、３：０、２’：−Ｅ、２：−２Ｅとなる。また、スイッチング素子Ｓｕ１１，Ｓｕ１２，Ｓｖ５，Ｓｖ９，Ｓｗ８，Ｓｗ１０をＯＮとし、その他のスイッチング素子をＯＦＦさせることにより、各出力端子において、ＯＵＴ＿Ｕ＝０，ＯＵＴ＿Ｖ＝２Ｅ，ＯＵＴ＿Ｗ＝−２Ｅを出力することが可能となる。

また、上記の他にも電圧選択回路のスイッチングパターンを変えることにより、各出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗから他の組み合わせの２Ｅ，０，２Ｅの電位を同時に出力することが可能である（例えば、ＯＵＴ＿Ｕ＝２Ｅ，ＯＵＴ＿Ｖ＝０，ＯＵＴ＿Ｗ＝−２Ｅ）。

したがって、本実施形態６では、（２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ）の全ての組み合わせでの三相出力が可能となり、実施形態４ではできなかったＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相で独立して電圧選択回路を制御することが可能となる。

また、実施形態４と同様に、３相５レベル電力変換装置をフライングキャパシタ２個で実現できるため、装置の小型化が可能となる。

［実施形態７］
（１）回路構成
次に、本実施形態７におけるマルチ（７）レベル電力変換装置を図１２に基づいて説明する。

本実施形態７におけるマルチ（７）レベル電力変換装置は、実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置に対して、Ｎ＝３，Ｍ＝３とした構成であり、７レベルの相電圧を出力するものである。

具体的には、基本回路は前記基本セルを３つ直列接続して構成される。基本回路の端子１，７間には直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2，Ｃ_DC3が直列接続され、直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2の共通接続点が基本回路の端子３と接続され、直流キャパシタＣ_DC2，Ｃ_DC3の共通接続点が基本回路の端子５と接続される。

また、前記基本回路には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧選択回路が接続される。Ｕ相では、基本回路の端子６’と端子６との間にスイッチング素子Ｓｕ１３，Ｓｕ１４が直列接続され、端子４’と端子４との間にスイッチング素子Ｓｕ１５，Ｓｕ１６が直列接続され、端子２’と端子２との間にスイッチング素子Ｓｕ１７，Ｓｕ１８が直列接続される。そして、スイッチング素子Ｓｕ１３，Ｓｕ１４の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ１７，Ｓｕ１８の共通接続点との間にスイッチング素子Ｓｕ１９，Ｓｕ２０，Ｓｕ２１，Ｓｕ２２が直列接続される。さらに、スイッチング素子Ｓｕ１９，Ｓｕ２０の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ２１，Ｓｕ２２の共通接続点との間にダイオードＤｕ１，Ｄｕ２が介挿され、このダイオードＤｕ１，Ｄｕ２の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ１５，Ｓｕ１６との共通接続点とが接続される。また、スイッチング素子Ｓｕ２０とＳｕ２１との共通接続点がＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕとなる。また、Ｖ相，Ｗ相についても同様に電圧選択回路が構成される。

（２）マルチレベル電力変換装置のスイッチングパターン生成
本実施形態７におけるマルチレベル電力変換装置の動作について説明する。ここで、直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2，Ｃ_DC3の電圧を２Ｅ、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，Ｃ_FC3の電圧をＥに制御する。なお、電位の基準点は端子１とする。

また、基本回路における各パターンでのスイッチング素子Ｓ_1.1，Ｓ_1.2，Ｓ_2.1，Ｓ_2.2，Ｓ_3.1，Ｓ_3.2の状態と端子２，２’，４，４’，６，６’の電位を表３に示す。なお、表３では、Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝０、Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝１と示す。なお、Ｓ_2,1（／Ｓ_2,2），Ｓ_3,1（／Ｓ_3,2）についても同様である。

〔パターン１〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ
端子２はＥ，端子２’は２Ｅ，端子４は３Ｅ，端子４’は４Ｅ，端子６は５Ｅ，端子６’は６Ｅの電位となる。

〔パターン２〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ
端子２はＥ，端子２’は２Ｅ，端子４は２Ｅ，端子４’は３Ｅ，端子６は５Ｅ，端子６’は６Ｅの電位となる。

〔パターン３〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ
端子２はＥ，端子２’は２Ｅ，端子４は３Ｅ，端子４’は４Ｅ，端子６は４Ｅ，端子６’は５Ｅの電位となる。

〔パターン４〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ
端子２はＥ，端子２’は２Ｅ，端子４は２Ｅ，端子４’は３Ｅ，端子６は４Ｅ，端子６’は５Ｅの電位となる。

〔パターン５〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ
端子２は０，端子２’はＥ，端子４は３Ｅ，端子４’は４Ｅ，端子６は５Ｅ，端子６’は６Ｅの電位となる。

〔パターン６〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ
端子２は０，端子２’はＥ，端子４は２Ｅ，端子４’は３Ｅ，端子６は５Ｅ，端子６’は６Ｅの電位となる。

〔パターン７〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ
端子２は０，端子２’はＥ，端子４は３Ｅ，端子４’は４Ｅ，端子６は４Ｅ，端子６’は５Ｅの電位となる。

〔パターン８〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ
端子２は０，端子２’はＥ，端子４は２Ｅ，端子４’は３Ｅ，端子６は４Ｅ，端子６’は５Ｅの電位となる。

上記のように、パターン１からパターン８により、端子２には０かＥの電位を、端子２’には２ＥかＥの電位を、端子４には２Ｅか３Ｅの電位を、端子４’には３Ｅか４Ｅの電位を、端子６には４Ｅか５Ｅの電位を、端子６’には５Ｅか６Ｅの電位を出力できる。そのため、電圧選択回路によって端子２，２’，４，４’，６，６’のうちいずれかを選択することにより、０，Ｅ，２Ｅ，３Ｅ，４Ｅ，５Ｅ，６Ｅの７レベルの電位を出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗから出力することが可能となる。

例えば、Ｕ相の電圧選択回路におけるスイッチング素子のうちＳｕ１３，Ｓｕ１９，Ｓｕ２０をＯＮとし、その他のスイッチング素子をＯＦＦとすることにより、端子６’の電位をＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕから出力させることができる。また、電圧選択回路のスイッチング素子を選択してＯＮすることにより、その他の端子（６，４’，４，２’，２）の電位をＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕから出力することができる。Ｖ相，Ｗ相についても同様である。

以上示したように、本実施形態７におけるマルチ（７）レベル電力変換装置によれば、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，Ｃ_FC3を三相で共通化しており、三相７レベルの電力変換装置を３個のフライングキャパシタで実現することができる。そのため、フライングキャパシタの個数を低減させることができ、装置の小型化を図ることが可能となる。

［実施形態８］
次に、本実施形態８におけるマルチレベル電力変換装置を図１３に基づいて説明する。

本実施形態８におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置に対して、Ｎ＝４，Ｍ＝３とした構成である。

具体的には、基本回路は前記基本セルを４つ直列接続して構成される。基本回路の端子１，９間には直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2，Ｃ_DC3，Ｃ_DC4が順次直列接続され、直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2の共通接続点が基本回路の端子３と接続され、直流キャパシタＣ_DC2，Ｃ_DC3の共通接続点が基本回路の端子５と接続され、直流キャパシタＣ_DC3，Ｃ_DC4の共通接続点が基本回路の端子７と接続される。

また、前記基本回路には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電圧選択回路が接続される。

電圧選択回路は、Ｕ相において基本回路の端子８’と端子８との間にスイッチング素子Ｓｕ２３，Ｓｕ２４が直列接続され、端子６’と端子６との間にスイッチング素子Ｓｕ２５，Ｓｕ２６が直列接続され、端子４’と端子４との間にスイッチング素子Ｓｕ２７，Ｓｕ２８が直列接続され、端子２’と端子２との間にスイッチング素子Ｓｕ２９，Ｓｕ３０が直列接続される。そして、スイッチング素子Ｓｕ２３，Ｓｕ２４の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ２９，Ｓｕ３０の共通接続点との間にスイッチング素子Ｓｕ３１，Ｓｕ３２が直列接続される。

さらに、スイッチング素子Ｓｕ２５，Ｓｕ２６の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ３１，Ｓｕ３２の共通接続点との間にスイッチング素子Ｓｕ３３，Ｓｕ３４を逆向きに直列接続した双方向スイッチが介挿され、スイッチング素子Ｓｕ２７，Ｓｕ２８の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ３１，Ｓｕ３２の共通接続点との間にスイッチング素子Ｓｕ３５，Ｓｕ３６を逆向きに直列接続した双方向スイッチが介挿される。また、スイッチング素子Ｓｕ３１とＳｕ３２との共通接続点がＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕとなる。また、Ｖ相，Ｗ相についても同様に電圧選択回路が構成される。

（２）マルチレベル電力変換装置のスイッチングパターン生成
本実施形態８におけるマルチレベル電力変換装置の動作について説明する。ここで、直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2，Ｃ_DC3，Ｃ_DC4の電圧を２Ｅ、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，Ｃ_FC3，Ｃ_FC4の電圧をＥに制御する。なお、電位の基準点は端子５とする。

また、基本回路における各パターンでの各スイッチング素子Ｓ_1.1，Ｓ_1.2，Ｓ_2.1，Ｓ_2.2，Ｓ_3.1，Ｓ_3.2，Ｓ_4.1，Ｓ_4.2の状態と各端子２，２’，４，４’，６，６’，８，８’の電位を表４に示す。なお、表４では、Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝０、Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝１と示す。なお、Ｓ_2,1（／Ｓ_2,2），Ｓ_3,1（／Ｓ_3,2），Ｓ_4,1（／Ｓ_4,2）についても同様である。

〔パターン１〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン２〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン３〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン４〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン５〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン６〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン７〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン８〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−３Ｅ，端子２’は−２Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン９〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン１０〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン１１〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン１２〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は０，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン１３〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン１４〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＦＦ，Ｓ_3,2：ＯＮ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６はＥ，端子６’は２Ｅ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

〔パターン１５〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＦＦ，Ｓ_4,2：ＯＮ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は３Ｅ，端子８’は４Ｅの電位となる。

〔パターン１６〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓ_3,1：ＯＮ，Ｓ_3,2：ＯＦＦ，Ｓ_4,1：ＯＮ，Ｓ_4,2：ＯＦＦ
端子２は−４Ｅ，端子２’は−３Ｅ，端子４は−２Ｅ，端子４’は−Ｅ，端子６は０，端子６’はＥ，端子８は２Ｅ，端子８’は３Ｅの電位となる。

上記のように、パターン１からパターン１６により、端子２には−３Ｅか−４Ｅの電位を、端子２’には−２Ｅか−３Ｅの電位を、端子４には−Ｅか−２Ｅの電位を、端子４’には０か−Ｅの電位を、端子６には０かＥの電位を、端子６’にはＥか２Ｅの電位を、端子８には２Ｅか３Ｅの電位を、端子８’には３Ｅか４Ｅの電位を出力できる。そのため、電圧選択回路によって端子２，２’，４，４’，６，６’，８，８‘のうちいずれかを選択することにより、−４Ｅ，−３Ｅ，−２Ｅ，−Ｅ，０，Ｅ，２Ｅ，３Ｅ，４Ｅの９レベルの電位のうちいずれかの電位を出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗに出力することが可能となる。

例えば、Ｕ相の電圧選択回路におけるスイッチング素子のうちＳｕ２３，Ｓｕ３１をＯＮとし、その他のスイッチング素子をＯＦＦとすることにより端子８’の電位をＵ相の出力端子Ｕ＿ＯＵＴから出力させることができる。また、電圧選択回路のスイッチング素子を選択してＯＮすることにより、その他の端子（８，６’６，４’，４，２’，２）の電位を出力端子から出力することができる。

以上示したように、本実施形態８におけるマルチ（９）レベル電力変換装置によれば、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2，Ｃ_FC3，Ｃ_FC4を三相で共通化しており、三相９レベルの電力変換装置を４個のフライングキャパシタで実現することができる。そのため、フライングキャパシタの個数を低減させることができ、装置の小型化を図ることが可能となる。

［実施形態９］
次に、本実施形態９におけるマルチレベル電力変換装置を図１４に基づいて説明する。

（１）回路構成
本実施形態９におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置において、基本セルを２つ直列に接続した基本回路（Ｎ＝２）とし、この基本回路に対して３相の電圧選択回路を接続したものである。なお、接続線Ｌ１，Ｌ５を接続しＬ３を未接続としている。

前記電圧選択回路は、Ｕ相において、端子４’に２つのスイッチング素子Ｓｕ３７，Ｓｕ３８を逆向きに直列接続した双方向スイッチの一端が接続される。また、同様に、端子４にはスイッチング素子Ｓｕ３９，Ｓｕ４０で構成された双方向スイッチの一端が接続され、端子２’にはスイッチング素子Ｓｕ４１，Ｓｕ４２で構成された双方向スイッチの一端が接続され、端子２にはスイッチング素子Ｓｕ４３，Ｓｕ４４で構成された双方向スイッチの一端が接続される。

また、端子５と端子１との間には、スイッチング素子Ｓｕ４５，Ｓｕ４６，Ｓｕ４７，Ｓｕ４８が直列接続される。前記スイッチング素子Ｓｕ３７，Ｓｕ３８で構成された双方向スイッチとスイッチング素子Ｓｕ３９，Ｓｕ４０で構成された双方向スイッチの他端は、スイッチング素子Ｓｕ４５，Ｓｕ４６の共通接続点と接続され、前記スイッチング素子Ｓｕ４１，Ｓｕ４２で構成された双方向スイッチとスイッチング素子Ｓｕ４３，Ｓｕ４４で構成された双方向スイッチとの他端はスイッチング素子Ｓｕ４７，Ｓｕ４８の共通接続点と接続される。

また、スイッチング素子Ｓｕ４６とＳｕ４７との共通接続点がＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕとなる。また、Ｖ相，Ｗ相についても同様に電圧選択回路が構成される。

（２）マルチレベル電力変換装置のスイッチングパターン生成
本実施形態９におけるマルチレベル電力変換装置によれば、実施形態５，６と同様に、２Ｅ，０，−２Ｅの同時出力パターンが可能となる。

例として、出力端子ＯＵＴ＿Ｕ＝０，ＯＵＴ＿Ｖ＝２Ｅ，ＯＵＴ＿Ｗ＝−２Ｅを出力するときの動作を説明する。なお、電位の基準点は端子３とする。ここで、実施形態５、６と同様に、直流キャパシタＣ_DC1とＣ_DC2の電圧を２Ｅ，フライングキャパシタＣ_FC1とＣ_FC2の電圧をＥに制御する。

基本回路のスイッチング素子がＳ_2,2：ＯＦＦ、Ｓ_2,1：ＯＮ、Ｓ_1,2：ＯＮ、Ｓ_1,1：ＯＦＦの時、各端子の電位は、５：２Ｅ、４’：Ｅ、４：０、２’：０、２：−Ｅ、１：−２Ｅとなる。そして、電圧選択回路においてスイッチング素子Ｓｕ３９，Ｓｕ４０，Ｓｕ４１，Ｓｕ４２，Ｓｕ４６，Ｓｕ４７，Ｓｖ４５，Ｓｖ４６，Ｓｗ４７，Ｓｗ４８をＯＮさせることにより、出力端子において、ＯＵＴ＿Ｕ＝０，ＯＵＴ＿Ｖ＝２Ｅ，ＯＵＴ＿Ｗ＝−２Ｅが出力できる。

また、電圧選択回路のスイッチング素子を選択的にＯＮすることにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相と２Ｅ，０，−２Ｅの出力電圧との他の組み合わせも可能である。

すなわち、フライングキャパシタＣ_FC1とＣ_FC2両端の電位を双方向スイッチにより、出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗに独立に接続させることができる。

したがって、本実施形態９では、２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの全ての組み合わせで三相出力が可能となり、実施形態４ではできなかったＵ相，Ｖ相，Ｗ相各相で独立してのパターン選択が可能となる。

また、本実施形態９では、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2をＵ，Ｖ，Ｗ相の三相で共通化しており、３相５レベルの電力変換装置をフライングキャパシタ２個で実現できるため、装置の小型化が可能となる。

［実施形態１０］
次に、本実施形態１０におけるマルチレベル電力変換装置を図１５に基づいて説明する。

（１）回路構成
本実施形態１０におけるマルチレベル電力変換装置は、実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置において、基本セルを２つ直列に接続した基本回路（Ｎ＝２）とし、この基本回路に対して１ステージの拡張回路（Ｋ＝１）と電圧選択回路から構成された相モジュールを３相（Ｍ＝３）接続したものである。

ここで、本実施形態１０における拡張回路について説明する。基本回路の端子４’，４，２’，２にはスイッチング素子Ｓｕ１，Ｓｕ２，Ｓｕ３，Ｓｕ４がそれぞれ接続される。そして、スイッチング素子Ｓｕ３，Ｓｕ４の間にフライングキャパシタＣＵ１が介挿され、スイッチング素子Ｓｕ１，Ｓｕ２の間にフライングキャパシタＣＵ２が介挿されている。

また、フライングキャパシタＣＵ１の両端が端子２＿２，２＿２’，フライングキャパシタＣＵ２の両端が端子４＿２，端子４＿２’となる。なお、Ｖ相，Ｗ相についても同様に構成される。

次に、電圧選択回路について説明する。Ｕ相において、前記端子４＿２’と端子４＿２との間にスイッチング素子Ｓｕ５，Ｓｕ６が直列に接続され、端子２＿２’と端子２＿２’との間にスイッチング素子Ｓｕ７，Ｓｕ８が直列に介挿される。そして、スイッチング素子Ｓｕ５，Ｓｕ６の共通接続点とスイッチング素子Ｓｕ７，Ｓｕ８の共通接続点との間にスイッチング素子Ｓｕ９，Ｓｕ１０が直列に接続され、このスイッチング素子Ｓｕ９，Ｓｕ１０の共通接続点がＵ相の出力端子ＯＵＴ＿Ｕとなる。なお、Ｖ相，Ｗ相についても同様に構成される。

（２）マルチレベル電力変換装置のスイッチングパターン生成
ここで、本実施形態１０におけるマルチレベル電力変換装置の動作について説明する。直流キャパシタＣ_DC1，Ｃ_DC2の電圧を２Ｅ，基本回路のフライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2の電圧をＥ、拡張回路のフライングキャパシタＣ_U1，Ｃ_U2，Ｃ_V1，Ｃ_V2，Ｃ_W1，Ｃ_W2をＥ／２に制御する。なお、電位の基準点は端子３とする。

また、基本回路とＵ相の拡張回路におけるスイッチング素子Ｓ_1.1，Ｓ_1.2，Ｓ_2.1，Ｓ_2.2，Ｓｕ１，Ｓｕ２，Ｓｕ３，Ｓｕ４の状態と、端子２＿２，２＿２’，４＿２，４＿２’の電位を表５に示す。なお、表５では、Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝０、Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦの状態の時Ｓ_1,1（／Ｓ_1.2）＝１と示す。なお、Ｓ_2,1（／Ｓ_2,2），Ｓｕ１（／Ｓｕ２），Ｓｕ３（／Ｓｕ４）についても同様である。

〔パターン１〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−Ｅ，端子２＿２’は−Ｅ／２，端子４＿２はＥ，端子４＿２’は３Ｅ／２の電位となる。

〔パターン２〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−Ｅ／２，端子２＿２’は０，端子４＿２はＥ，端子４＿２’は３Ｅ／２の電位となる。

〔パターン３〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−Ｅ，端子２＿２’は−Ｅ／２，端子４＿２は３Ｅ／２，端子４＿２’は２Ｅの電位となる。

〔パターン４〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−Ｅ／２，端子２＿２’は０，端子４＿２は３Ｅ／２，端子４＿２’は２Ｅの電位となる。

〔パターン５〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−Ｅ，端子２＿２’は−Ｅ／２，端子４＿２は０，端子４＿２’はＥ／２の電位となる。

〔パターン６〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−Ｅ／２，端子２＿２’は０，端子４＿２は０，端子４＿２’はＥ／２の電位となる。

〔パターン７〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−Ｅ，端子２＿２’は−Ｅ／２，端子４＿２はＥ／２，端子４＿２’はＥの電位となる。

〔パターン８〕Ｓ_1,1：ＯＦＦ，Ｓ_1,2：ＯＮ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−Ｅ／２，端子２＿２’は０，端子４＿２はＥ／２，端子４＿２’はＥの電位となる。

〔パターン９〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−２Ｅ，端子２＿２’は−３Ｅ／２，端子４＿２はＥ，端子４＿２’は３Ｅ／２の電位となる。

〔パターン１０〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−３Ｅ／２，端子２＿２’は−Ｅ，端子４＿２はＥ，端子４＿２’は３Ｅ／２の電位となる。

〔パターン１１〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−２Ｅ，端子２＿２’は−３Ｅ／２，端子４＿２は３Ｅ／２，端子４＿２’は２Ｅの電位となる。

〔パターン１２〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＦＦ，Ｓ_2,2：ＯＮ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−３Ｅ／２，端子２＿２’は−Ｅ，端子４＿２は３Ｅ／２，端子４＿２’は２Ｅの電位となる。

〔パターン１３〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−２Ｅ，端子２＿２’は−３Ｅ／２，端子４＿２は０，端子４＿２’はＥ／２の電位となる。

〔パターン１４〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＦＦ，Ｓｕ２：ＯＮ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−３Ｅ／２，端子２＿２’は−Ｅ，端子４＿２は０，端子４＿２’はＥ／２の電位となる。

〔パターン１５〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＦＦ，Ｓｕ４：ＯＮ
端子２＿２は−２Ｅ，端子２＿２’は−３Ｅ／２，端子４＿２はＥ／２，端子４＿２’はＥの電位となる。

〔パターン１６〕Ｓ_1,1：ＯＮ，Ｓ_1,2：ＯＦＦ，Ｓ_2,1：ＯＮ，Ｓ_2,2：ＯＦＦ，Ｓｕ１：ＯＮ，Ｓｕ２：ＯＦＦ，Ｓｕ３：ＯＮ，Ｓｕ４：ＯＦＦ
端子２＿２は−３Ｅ／２，端子２＿２’は−Ｅ，端子４＿２はＥ／２，端子４＿２’はＥの電位となる。

上記のように、パターン１からパターン１６により、端子２＿２には−２Ｅ，−３Ｅ／２，−Ｅ，−Ｅ／２のうちいずれかの電位を、端子２＿２’には−３Ｅ／２，−Ｅ，−Ｅ／２，０のうちいずれかの電位を、端子４＿２には０，Ｅ／２，Ｅ，３Ｅ／２のうちいずれかの電位を、端子４＿２’にはＥ／２，Ｅ，３Ｅ／２，２Ｅのうちいずれかの電位を出力できるため、電圧選択回路によって端子２＿２，２＿２’，４＿２，４＿２’のうちいずれかを選択することにより、−２Ｅ，−３Ｅ／２，−Ｅ，−Ｅ／２，０，Ｅ／２，Ｅ，３Ｅ／２，２Ｅの９レベルの電圧を出力端子ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗに出力することが可能となる。

例えば、Ｕ相の電圧選択回路におけるスイッチング素子のうちＳｕ５，Ｓｕ９をＯＮとし、その他のスイッチング素子をＯＦＦとすることにより端子４＿２’の電位をＵ相の出力端子Ｕ＿ＯＵＴから出力させることができる。また、電圧選択回路のスイッチング素子を選択してＯＮすることにより、その他の端子（４＿２，２＿２’２＿２）の電圧を出力端子から出力することができる。

以上示したように、本実施形態１０におけるマルチ（９）レベル電力変換回路によれば、フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2をＵ，Ｖ，Ｗ相の三相で共通化しており、３相９レベルの電力変換装置をフライングキャパシタ８個で実現できるため、装置の小型化が可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

Ｃ_DC1〜Ｃ_DCN…直流電圧源
Ｓ_1.1，Ｓ_1.2，Ｓ_2.1，Ｓ_2.2，Ｓｕ１〜Ｓｕ４８…スイッチング素子
Ｃ_FC1〜Ｃ_FCN，Ｃ１〜ＣＫ…フライングキャパシタ
１…基本セル
２…基本回路
３…拡張回路
５…電圧選択回路
４１〜４Ｍ…相モジュール
１〜２Ｎ＋１…基本回路における基本セルの両端（直流電圧源の両端）端子
２，２’〜２Ｎ，２Ｎ’…フライングキャパシタの両端端子
２＿１，２＿１’〜２Ｎ＿１，２Ｎ＿１’…拡張回路の入力端子
２＿２，２＿２’〜２Ｎ＿２，２Ｎ＿２’…拡張回路の出力端子
２＿３，２＿３’〜２Ｎ＿３，２Ｎ＿３’…電圧選択回路の入力端子
ＯＵＴ１〜ＯＵＴＭ，ＯＵＴ＿Ｕ，ＯＵＴ＿Ｖ，ＯＵＴ＿Ｗ…出力端子

Claims (8)

1. 直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、
   直列接続された３個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続された３個の第１基本セルを有する基本回路と、
   負極側から見て３つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第１３，第１４スイッチング素子と、負極側から見て２つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第１５，第１６スイッチング素子と、負極側から見て１つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第１７，第１８スイッチング素子と、第１３，第１４スイッチング素子の共通接続点と第１７，第１８スイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された第１９，第２０，第２１，第２２スイッチング素子と、第１９，第２０スイッチング素子の共通接続点と第２１，第２２スイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２ダイオードと、を有し、第１５，第１６スイッチング素子の共通接続点と、第１，第２ダイオードの共通接続点を接続し、前記各基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子を入力端子とし、第１３〜第２２スイッチング素子を選択的のＯＮ，ＯＦＦすることにより、この入力端子のうち何れかの端子の電位を選択して出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
2. 直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、
   直列接続された４個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続された４個の第１基本セルを有する基本回路と、
   負極側から見て４つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第２３，第２４スイッチング素子と、負極側から見て３つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第２５，第２６スイッチング素子と、負極側から見て２つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第２７，第２８スイッチング素子と、負極側から見て１つ目のフライングキャパシタの両端子間に直列接続された第２９，第３０スイッチング素子と、第２３，第２４スイッチング素子の共通接続点と、第２９，第３０スイッチング素子の共通接続点の間に順次直列接続された第３１，第３２スイッチング素子と、第２５，第２６スイッチング素子の共通接続点と第３１，第３２スイッチング素子の共通接続点との間に接続された第１双方向スイッチと、第２７，第２８スイッチング素子の共通接続点と第３１，第３２スイッチング素子の共通接続点との間に接続された第２双方向スイッチとを有し、前記各第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子を入力端子とし、この第２３〜第３２スイチング素子および第１，第２双方向スイッチを選択的にＯＮ，ＯＦＦすることにより、この入力端子のうち何れかの端子の電位を選択して出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
3. 直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、
   直列接続されたＮ個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）の第１基本セルを有する基本回路と、
   前記各第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子と、各直流電圧源の両端端子の全て又は何れかの端子を入力端子とし、前記各入力端子と出力端子の間にそれぞれスイッチング素子を有し、このスイッチング素子を選択的にＯＮ，ＯＦＦ制御することにより、前記入力端子のうち何れかの端子の電位を出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
4. 直流電圧源の電圧から複数の電圧レベルに変換した交流出力を生成するマルチレベル電力変換装置であって、
   直列接続されたＮ個の直流電圧源の各正，負極間に、それぞれ順次スイッチング素子，フライングキャパシタ，スイッチング素子が直列接続されたＮ個（Ｎ≧２）の第１基本セルを有する基本回路と、
   前記各第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子を入力端子とし、前記各入力端子と出力端子の間にそれぞれスイッチング素子を有し、このスイチング素子を選択的にＯＮ，ＯＦＦすることにより、この入力端子のうち何れかの端子の電位を選択して出力端子から出力するＭ相（Ｍ≧３）の電圧選択回路と、を備え、
   前記基本回路は、
   各第１基本セルのフライングキャパシタの両端端子のうち一方と、電圧選択回路の入力端子と、の間にスイッチング素子を備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
5. 前記電圧選択回路は、
   各第１基本セルのフライングキャパシタの両端端子と各直流電圧源の共通接続点を入力端子とし、
   前記各共通接続点と電圧選択回路の出力端子との間のスイッチング素子は、互いに逆の耐圧方向に制御できる双方向スイッチであることを特徴とする請求項３記載のマルチレベル電力変換装置。
6. 前記電圧選択回路は、
   各第１基本セルのフライングキャパシタの両端端子と、各直流電圧源を直列接続した直列回路の両端端子を入力端子とし、前記入力端子のうち第１基本セルのフライングキャパシタにおける両端端子に接続されたスイッチング素子は、逆の耐圧方向に制御できる双方向スイッチであることを特徴とする請求項３記載のマルチレベル電力変換装置。
7. 前記基本回路もしくは前記電圧選択回路もしくは前記拡張回路内のスイッチング素子の一部又は全てを、直列数を２以上としたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のマルチレベル電力変換装置。
8. 前記基本回路もしくは前記電圧選択回路もしくは前記拡張回路内のスイッチング素子の一部または全てを、並列数を２以上としたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のマルチレベル電力変換装置。

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