JP6286801B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に電力変換装置、より詳細には直流電源からの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。

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。例えば特許文献１には、直流電圧源から複数の電圧レベル（出力レベル）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」）が開示されている。

特許文献１に記載の電力変換装置は、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、１６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両端電圧がＥ／２となり、各フライングキャパシタの両端電圧が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。

特開２０１４−６４４３１号公報

しかしながら、上記従来例では、出力電圧を遷移させる際にコモンモード（同相）電圧が変動するという問題があった。このため、上記従来例では、コモンモード電圧の変動によりノイズが発生したり、漏洩電流が流れたりする虞があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されており、出力電圧の遷移によるコモンモード電圧の変動を抑制することのできる電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明の電力変換装置は、主電圧源が電気的に接続される第１入力点及び第２入力点と、第１出力点及び第２出力点と、それぞれ電源電圧が互いに異なる電圧源が電気的に接続されるＮ個の電圧制御部と、４つのスイッチを有し、入力される直流電圧の極性を反転させて前記第１出力点及び前記第２出力点に出力電圧を生じさせる変換部と、保持スイッチを有し、前記出力電圧を所定の電圧に保持するクランプ部とを備え、電圧制御部の個数Ｎは、１以上の整数であって、前記Ｎ個の電圧制御部は、それぞれ前記電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の回生スイッチと、前記主電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の入力スイッチとを備え、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することで、２Ｎ＋３段階に前記出力電圧を切り替える制御部を更に備えることを特徴とする。

本発明は、出力電圧の遷移によるコモンモード電圧の変動を抑制することができる。

図１Ａは、実施形態１に係る電力変換装置の基本構成を示す回路図で、図１Ｂは、実施形態１に係る電力変換装置の基本構成を示すブロック図である。 ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の回路図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の出力波形図である。 ７レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の回路図である。 図６Ａ，図６Ｂは、それぞれ７レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 図７Ａ，図７Ｂは、それぞれ７レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 ５レベルインバータで構成した比較例に係る電力変換装置を示す回路図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、それぞれ５レベルインバータで構成した比較例に係る電力変換装置の動作説明図である。 ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 図１１Ａ，図１１Ｂは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 図１３Ａ〜図１３Ｃは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 図１４Ａ，図１４Ｂは、それぞれ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の動作説明図である。 ５レベルインバータで構成した実施形態１に係る電力変換装置の一部構成を変更した回路図である。 図１６Ａは、変更前の制御部及び各ドライバ回路を示す図で、図１６Ｂは、変更後の制御部及び各ドライバ回路を示す図である。 図１７Ａは、変更前の制御部及び各ドライバ回路を示す図で、図１７Ｂは、変更後の制御部及び各ドライバ回路を示す図である。 実施形態１に係る電力変換装置の使用例を示す概略図である。 実施形態２に係る電力変換装置の動作説明図である。 実施形態２に係る電力変換装置において、第１搬送波及び第４搬送波の位相を反転させた場合の動作説明図である。 実施形態２の構成例１に係る電力変換装置の動作説明図である。 実施形態２の構成例２に係る電力変換装置の動作説明図である。 実施形態２の構成例３に係る電力変換装置の動作説明図である。 実施形態２の構成例４に係る電力変換装置の動作説明図である。 実施形態２の構成例５に係る電力変換装置の動作説明図である。 実施形態２の構成例６に係る電力変換装置の動作説明図である。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る電力変換装置１は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、第１入力点１１及び第２入力点１２と、第１出力点１３及び第２出力点１４と、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎと、変換部３と、クランプ部４と、制御部５とを備える。なお、‘Ｎ’は１以上の整数である。第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１が電気的に接続される。Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎには、それぞれ電源電圧Ｅ_１〜Ｅ_Ｎが互いに異なる電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎが電気的に接続される。

電圧制御部２_Ｍは、一対の回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍと、一対の入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍとを有している。一対の回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍは、電圧源ＶＳ_Ｍと変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。一対の入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍは、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１と変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。なお、‘Ｍ’は１以上Ｎ以下の整数である。

変換部３は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４を有し、入力される直流電圧の極性を反転させて第１出力点１３及び第２出力点１４に出力電圧Ｖ１を生じさせるフルブリッジ型の回路である。クランプ部４は、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を有し、出力電圧Ｖ１を所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）に保持する。

制御部５は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎの各々における一対の回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎ及び一対の入力スイッチＱ３_１〜Ｑ３_Ｎ，Ｑ４_１〜Ｑ４_Ｎを制御する。これにより、制御部５は、‘２Ｎ＋３’段階に出力電圧Ｖ１を切り替える。

以下、本実施形態の電力変換装置１について詳細に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の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。

先ず、本実施形態の電力変換装置１の基本構成について説明する。本実施形態の電力変換装置１は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎと、変換部３と、クランプ部４と、制御部５とを備えている。電力変換装置１の第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１が電気的に接続されている。また、電力変換装置１の第１出力点１３及び第２出力点１４には、例えば系統電源７（図１８参照）や負荷８（図１８参照）が電気的に接続される。そして、電力変換装置１は、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１、及び後述する電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎの何れかから入力される直流電圧を交流電圧に変換して出力する。また、電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎ及び主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１は、それぞれ互いに電源電圧Ｅ_１〜Ｅ_Ｎ＋１が異なっている（Ｅ_１＜…＜Ｅ_Ｎ＋１）。

第１出力点１３と第２出力点１４との間には、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路が電気的に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６（すなわち、第１出力点１３及び第２出力点１４の共通電位点）は、電力変換装置１を収納する筐体（図示せず）やアース（図示せず）に電気的に接続されている。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２は、ラインバイパスコンデンサ（Ｙコンデンサ）であってもよいし、寄生容量であってもよい。

なお、以下の説明では、電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎ、及び主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の各々において、高電位点（正極）と低電位点（負極）との中間電位点を基準電位点１５とし、基準電位点１５を基準電位Ｅ０〔Ｖ〕とする。

電圧制御部２_１〜２_Ｎは、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１と変換部３との間に直列に電気的に接続されている。以下、電圧制御部２_１〜２_Ｎのうち任意の電圧制御部２_Ｍについて説明する。電圧制御部２_Ｍは、一対の回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍと、一対の入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍとを備えている。本実施形態の電力変換装置１では、回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍ及び入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍは、それぞれＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）である。また、回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍ及び入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍには、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。なお、回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍ及び入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍは、それぞれバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の他の半導体スイッチ素子で構成されていてもよい。

入力スイッチＱ３_Ｍは、コレクタが第１入力点２１_Ｍに電気的に接続され、エミッタが第１出力点２３_Ｍに電気的に接続されている。また、入力スイッチＱ４_Ｍは、エミッタが第２入力点２２_Ｍに電気的に接続され、コレクタが第２出力点２４_Ｍに電気的に接続されている。第１入力点２１_Ｍは、第１入力点１１を介して主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の高電位点（正極）に電気的に接続されるか（Ｍ＝Ｎの場合）、電圧制御部２_Ｍ＋１の第１出力点２３_Ｍ＋１に電気的に接続される（Ｍ≠Ｎの場合）。第２入力点２２_Ｍは、第２入力点１２を介して主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の低電位点（負極）に電気的に接続されるか（Ｍ＝Ｎの場合）、電圧制御部２_Ｍ＋１の第２出力点２４_Ｍ＋１に電気的に接続される（Ｍ≠Ｎの場合）。

入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍは、制御部５によりオン／オフを切り替えられることで、第１入力点１１と変換部３の第１入力点３１との間の電路の一部、及び第２入力点１２と変換部３の第２入力点３２との間の電路の一部を開閉する。つまり、入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍは、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１と変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。

回生スイッチＱ１_Ｍは、エミッタが第３入力点２５_Ｍに電気的に接続され、コレクタが第１出力点２３_Ｍに電気的に接続されている。また、回生スイッチＱ２_Ｍは、コレクタが第４入力点２６_Ｍに電気的に接続され、エミッタが第２出力点２４_Ｍに電気的に接続されている。第３入力点２５_Ｍは、電圧源ＶＳ_Ｍの高電位点（正極）に電気的に接続される。第４入力点２６_Ｍは、電圧源ＶＳ_Ｍの低電位点（負極）に電気的に接続される。

回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍは、制御部５によりオン／オフを切り替えられることで、第３入力点２５_Ｍと変換部３の第１入力点３１との間の電路の一部、及び第４入力点２６_Ｍと変換部３の第２入力点３２との間の電路の一部を開閉する。つまり、回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍは、電圧源ＶＳ_Ｍと変換部３とを繋ぐ電路を開閉する。

変換部３は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４で構成されるフルブリッジ・インバータである。本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ１では、スイッチＱＢ１〜ＱＢ４は、それぞれＩＧＢＴである。また、スイッチＱＢ１〜ＱＢ４には、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。なお、スイッチ素子ＱＢ１〜ＱＢ４は、それぞれバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等の他の半導体スイッチ素子で構成されていてもよい。

変換部３では、第１スイッチＱＢ１及び第２スイッチＱＢ２の直列回路と、第３スイッチ素子ＱＢ３及び第４スイッチＱＢ４の直列回路とが並列に電気的に接続されている。スイッチ素子ＱＢ１，ＱＢ３のコレクタは、変換部３の第１入力点３１に電気的に接続されている。変換部３の第１入力点３１は、電圧制御部２_１〜２_Ｎを介して第１入力点１１に電気的に接続されている。また、スイッチ素子ＱＢ２，ＱＢ４のエミッタは、変換部３の第２入力点３２に電気的に接続されている。変換部３の第２入力点３２は、電圧制御部２_１〜２_Ｎを介して第２入力点１２に電気的に接続されている。そして、第１スイッチＱＢ１のエミッタ及び第２スイッチＱＢ２のコレクタの接続点と、第３スイッチＱＢ３のエミッタ及び第４スイッチＱＢ４のコレクタの接続点とが、変換部３の一対の出力点３３，３４となっている。

クランプ部４は、第１保持スイッチＱＣ１及び第２保持スイッチＱＣ２の直列回路で構成されている。本実施形態の電力変換装置１では、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２は、それぞれＩＧＢＴである。また、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２には、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。なお、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２は、それぞれバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴ等の他の半導体スイッチ素子で構成されていてもよい。

第１保持スイッチＱＣ１のコレクタは、変換部３の第１出力点３３に電気的に接続され、且つ第１出力点１３に電気的に接続されている。第２保持スイッチＱＣ２のコレクタは、変換部３の第２出力点３４に電気的に接続され、且つ第２出力点１４に電気的に接続されている。また、第１保持スイッチＱＣ１のエミッタと、第２保持スイッチＱＣ２のエミッタとが電気的に接続されている。クランプ部４は、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を有し、出力電圧Ｖ１を所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）に保持する。

制御部５は、例えばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成としており、メモリ（図示せず）に記憶されているプログラムを実行することにより各種処理を実行する。プログラムは、電気通信回線を通して提供されてもよく、記憶媒体に記憶されて提供されてもよい。制御部５は、電圧制御部２_１〜２_Ｎの回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎ、及び入力スイッチＱ３_１〜Ｑ３_Ｎ，Ｑ４_１〜Ｑ４_Ｎの各々に駆動信号を与え、オン／オフを切り替えることで電圧制御部２_１〜２_Ｎを制御する。また、制御部５は、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の各々に駆動信号を与え、オン／オフを切り替えることで変換部３を制御する。更に、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の各々に駆動信号を与え、オン／オフを切り替えることでクランプ部４を制御する。これらの駆動信号は、何れもＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。

以下、本実施形態の電力変換装置１の基本構成の動作について説明する。この基本構成は、制御部５が以下の表１に示す条件に従って、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。つまり、制御部５は、４つのスイッチＱＢ１〜ＱＢ４、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎの各々における一対の回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎ及び一対の入力スイッチＱ３_１〜Ｑ３_Ｎ，Ｑ４_１〜Ｑ４_Ｎを制御する。これにより、この基本構成は、‘２Ｎ＋３’段階に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータとして動作する。すなわち、電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎの電源電圧をそれぞれＥ_１〜Ｅ_Ｎ〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の電源電圧をＥ_Ｎ＋１とすると、この基本構成は、０〔Ｖ〕，±Ｅ_１〔Ｖ〕，…，±Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の何れかの出力電圧Ｖ１を発生する。そして、この基本構成は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

例えば、Ｅ_Ｍ〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、電圧制御部２_Ｍの回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍをオンに切り替え、その他の電圧制御部２_１〜２_Ｍ−１，２_Ｍ＋１〜２_Ｎの回生スイッチをオフに切り替える。また、制御部５は、電圧制御部２_１〜２_Ｍ−１の入力スイッチＱ３_１〜Ｑ３_Ｍ−１，Ｑ４_１〜Ｑ４_Ｍ−１をオンに切り替え、その他の電圧制御部２_Ｍ〜２_Ｎの入力スイッチをオフに切り替える。そして、制御部５は、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオン、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオフに切り替え、且つクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオフに切り替える。

また、−Ｅ_Ｍ〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合は、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替えればよい。また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合は、制御部５は、電圧制御部２_１〜２_Ｎ及び変換部３の全てのスイッチをオフに切り替え、且つクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオンに切り替えればよい。

以下、一例として、５段階（すなわち、Ｎ＝１）に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータ（以下では、「５レベルインバータ」と称する）で構成した電力変換装置１について説明する。この電力変換装置１は、図２に示すように、１個の電圧制御部２_１を備えている。電圧制御部２_１の第３入力点２５_１及び第４入力点２６_１には、電圧源ＶＳ_１が電気的に接続されている。また、第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳ_２が電気的に接続されている。ここでは、電圧源ＶＳ_１の電源電圧を１〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ_２の電源電圧を２〔Ｖ〕と仮定する。

この電力変換装置１は、制御部５が以下の表２に示す条件に従って電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御することで、±２〔Ｖ〕，±１〔Ｖ〕，０〔Ｖ〕の５段階の出力電圧Ｖ１を発生する。なお、表２中のコモンモード（同相）電圧ＣＶ１については後述する。

以下、図３Ａ〜図３Ｃを用いて具体的に説明する。なお、図３Ａ〜図３Ｃにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。例えば、２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図３Ａに示すように、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。

１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図３Ｂに示すように、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。

また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合、制御部５は、図３Ｃに示すように、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。そして、この電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、図４に示すように、０〔Ｖ〕を中心に−２〔Ｖ〕〜２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧（同図の太い実線参照）を出力する。

ここで、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６と基準電位点１５との間の電圧（すなわち、出力側のコモンモード（同相）電圧ＣＶ１）について説明する。例えば、出力電圧Ｖ１が２〔Ｖ〕の場合、第１出力点１３の電位は‘Ｅ０＋１’〔Ｖ〕となり、第２出力点１４の電位は‘Ｅ０−１’〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６の電位は、第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。

また、例えば出力電圧Ｖ１が−１〔Ｖ〕の場合、第１出力点１３の電位は‘Ｅ０−１／２’〔Ｖ〕となり、第２出力点１４の電位は‘Ｅ０＋１／２’〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１６の電位は、第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。

このように、本実施形態の電力変換装置１では、表２に示すように、出力電圧Ｖ１が何れのレベルであってもコモンモード電圧ＣＶ１が０〔Ｖ〕となる。

勿論、本実施形態の電力変換装置１は、上記の５レベルインバータに限定されず、更に多段階に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータで構成することも可能である。例えば、本実施形態の電力変換装置１は、７段階（すなわち、Ｎ＝２）に出力電圧Ｖ１を切り替えるマルチレベルインバータ（以下では、「７レベルインバータ」と称する）で構成されていてもよい。

７レベルインバータで構成される電力変換装置１は、図５に示すように、２個の電圧制御部２_１，２_２を備えている。電圧制御部２_１の第３入力点２５_１及び第４入力点２６_１には、電圧源ＶＳ_１が電気的に接続されている。電圧制御部２_２の第３入力点２５_２及び第４入力点２６_２には、電圧源ＶＳ_２が電気的に接続されている。また、第１入力点１１及び第２入力点１２には、主電圧源ＶＳ_３が電気的に接続されている。ここでは、電圧源ＶＳ_１の電源電圧を１〔Ｖ〕、電圧源ＶＳ_２の電源電圧を２〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ_３の電源電圧を３〔Ｖ〕と仮定する。

この電力変換装置１は、制御部５が以下の表３に示す条件に従って電圧制御部２_１，２_２、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御することで、±３〔Ｖ〕，±２〔Ｖ〕，±１〔Ｖ〕，０〔Ｖ〕の７段階の出力電圧Ｖ１を発生する。

以下、図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ，図７Ｂを用いて具体的に説明する。なお、図６Ａ，図６Ｂ，図７Ａ，図７Ｂにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。例えば、３〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図６Ａに示すように、電圧制御部２_１，２_２の入力スイッチＱ３_１，Ｑ３_２，Ｑ４_１，Ｑ４_２と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−３〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。

２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図６Ｂに示すように、電圧制御部２_２の回生スイッチＱ１_２，Ｑ２_２と、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１とをオンに切り替える。また、制御部５は、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。

１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、図７Ａに示すように、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４とをオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部５は、上記の状態において変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４をオフ、スイッチＱＢ２，ＱＢ３をオンに切り替える。

また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合、制御部５は、図７Ｂに示すように、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。そして、この電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−３〔Ｖ〕〜３〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

この電力変換装置１でも、５レベルインバータで構成した場合と同様に、出力電圧Ｖ１が何れのレベルであってもコモンモード電圧ＣＶ１が０〔Ｖ〕となる。

ここで、ＮＰＣ（Neutral-Point-Clamped）型の５レベルインバータである電力変換装置１００を本実施形態の電力変換装置１の比較例として説明する。この電力変換装置１００は、図８に示すように、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に、２つの電圧源１０５，１０６が直列に電気的に接続されている。ここでは、電圧源１０５，１０６の電源電圧は、何れも１〔Ｖ〕と仮定する。

第１出力点１０３と第２出力点１０４との間には、本実施形態の電力変換装置１と同様に、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２の直列回路が電気的に接続されている。コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７（すなわち、第１出力点１０３及び第２出力点１０４の共通電位点）は、電力変換装置１００を収納する筐体（図示せず）やアース（図示せず）に電気的に接続されている。また、電圧源１０５の低電位点（負極）と、電圧源１０６の高電位点（正極）との接続点は、基準電位点１０８である。この基準電位点１０８の電位は、本実施形態の電力変換装置１と同様に、Ｅ０〔Ｖ〕とする。

第１入力点１０１と第１出力点１０３との間には、スイッチＳ１，Ｓ５の直列回路が電気的に接続されている。また、第２入力点１０２と第１出力点１０３との間には、スイッチＳ２，Ｓ６の直列回路が電気的に接続されている。また、第１入力点１０１と第２出力点１０４との間には、スイッチＳ３，Ｓ７の直列回路が電気的に接続されている。更に、第２入力点１０２と第２出力点１０４との間には、スイッチＳ４，Ｓ８の直列回路が電気的に接続されている。スイッチＳ１〜Ｓ８は、何れもＩＧＢＴであり、それぞれリカバリダイオードが内蔵されている。

スイッチＳ１，Ｓ３のコレクタは第１入力点１０１に電気的に接続されており、スイッチＳ２，Ｓ４のエミッタは第２入力点１０２に電気的に接続されている。また、スイッチＳ５のエミッタ及びスイッチＳ６のコレクタは第１出力点１０３に電気的に接続されており、スイッチＳ７のエミッタ及びスイッチＳ８のコレクタは第２出力点１０４に電気的に接続されている。

スイッチＳ１のエミッタ及びスイッチＳ５のコレクタの接続点と、スイッチＳ２のコレクタ及びスイッチＳ６のエミッタの接続点との間には、ダイオードＤ１，Ｄ２の直列回路が電気的に接続されている。また、ダイオードＤ１のアノード及びダイオードＤ２のカソードの接続点は、基準電位点１０８に電気的に接続されている。スイッチＳ３のエミッタ及びスイッチＳ７のコレクタの接続点と、スイッチＳ４のコレクタ及びスイッチＳ８のエミッタの接続点との間には、ダイオードＤ３，Ｄ４の直列回路が電気的に接続されている。また、ダイオードＤ３のアノード及びダイオードＤ４のカソードの接続点は、基準電位点１０８に電気的に接続されている。

スイッチＳ１〜Ｓ８は、制御部２００からＰＷＭ信号である駆動信号を与えられることで、オン／オフが切り替えられる。そして、この電力変換装置１００は、制御部２００が以下の表４に示す条件に従ってスイッチＳ１〜Ｓ８を制御することで、±２〔Ｖ〕，±１〔Ｖ〕，０〔Ｖ〕の５段階の出力電圧Ｖ１を発生する。

以下、図９Ａ〜図９Ｃを用いて具体的に説明する。なお、図９Ａ〜図９Ｃにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。例えば、２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、図９Ａに示すように、スイッチＳ１，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ８をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。

１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、図９Ｂに示すように、スイッチＳ１，Ｓ５，Ｓ８をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。また、−１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合、制御部２００は、スイッチＳ２，Ｓ６，Ｓ７をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。

また、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合、制御部２００は、図９Ｃに示すように、スイッチＳ５，Ｓ８をオンに切り替え、その他のスイッチをオフに切り替える。そして、この電力変換装置１００は、制御部２００により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−２〔Ｖ〕〜２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

ここで、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７と基準電位点１０８との間の電圧（すなわち、出力側のコモンモード電圧ＣＶ１）について説明する。例えば、出力電圧Ｖ１が２〔Ｖ〕の場合、第１出力点１０３の電位は‘Ｅ０＋１’〔Ｖ〕となり、第２出力点１０４の電位は‘Ｅ０−１’〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７の電位は、第１出力点１０３の電位と第２出力点１０４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。

また、例えば出力電圧が０〔Ｖ〕の場合、第１出力点１０３の電位と第２出力点１０４の電位とは、何れもＥ０〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７の電位は、第１出力点１０３の電位と第２出力点１０４の電位との中間電位であるため、Ｅ０〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は０〔Ｖ〕となる。

一方、例えば出力電圧Ｖ１が１〔Ｖ〕の場合、第１出力点１０３の電位は‘Ｅ０＋１’〔Ｖ〕となり、第２出力点１０４の電位はＥ０〔Ｖ〕となる。したがって、コンデンサＣ１，Ｃ２の接続点１０７の電位は、第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位であるため、‘Ｅ０＋１／２’〔Ｖ〕となる。つまり、コモンモード電圧ＣＶ１は１／２〔Ｖ〕となる。なお、表４に示すように、出力電圧Ｖ１が−１〔Ｖ〕の場合には、コモンモード電圧ＣＶ１が−１／２〔Ｖ〕となる。

このように、比較例の電力変換装置１００では、出力電圧Ｖ１が変動するとコモンモード電圧ＣＶ１が変動する。そして、この電力変換装置１００では、コモンモード電圧ＣＶ１の変動によりノイズが発生したり、漏洩電流が流れたりする虞がある。

上述のように、比較例の電力変換装置１００では、出力電圧Ｖ１が±１〔Ｖ〕となる場合にコモンモード電圧ＣＶ１が変動する。そこで、この電力変換装置１００は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕，±２〔Ｖ〕の３段階に切り替える３レベルインバータとして使用することで、コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避することは可能である。しかしながら、この場合、所望のマルチレベルインバータを実現するためには、出力電圧Ｖ１を更に多段階に切り替え可能なマルチレベルインバータを使用しなければならない。例えば、コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避することを条件として５レベルインバータを実現するためには、比較例の電力変換装置１００を７レベルインバータとして構成する必要がある。このように、比較例の電力変換装置１００では、コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避しようとすると、回路を構成する構成要素の数が増大してしまうという問題が生じる。

そこで、本実施形態の電力変換装置１では、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎの各々の回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎ、及び入力スイッチＱ３_１〜Ｑ３_Ｎ，Ｑ４_１〜Ｑ４_Ｎを制御部５が制御することで、変換部３に入力する直流電圧を変化させている。また、本実施形態の電力変換装置１では、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４を制御部５が制御することで、出力電圧Ｖ１の極性を反転させている。更に、本実施形態の電力変換装置１では、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を制御部５が制御することで、出力電圧Ｖ１を所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）に保持している。

したがって、本実施形態の電力変換装置１では、出力電圧Ｖ１が遷移しても第１出力点１３の電位と第２出力点１４の電位との中間電位が変動しないため、コモンモード電圧ＣＶ１が変動しない。つまり、本実施形態の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１の遷移によるコモンモード電圧ＣＶ１の変動を抑制することができる。このため、本実施形態の電力変換装置１は、コモンモード電圧ＣＶ１の変動によるノイズが発生し難く、漏洩電流が流れ難いという利点がある。

また、本実施形態の電力変換装置１は、以下の利点も有している。コモンモード電圧ＣＶ１の変動を回避することを条件として、本実施形態の電力変換装置１の構成要素（スイッチ、ダイオード（リカバリダイオードを含む）、電圧源）の数と、比較例の電力変換装置１００の構成要素の数とを比較した結果を以下の表５に示す。このように、本実施形態の電力変換装置１は、比較例の電力変換装置１００と比較して、構成要素の数が少なくて済むため、コストの低減を図ることができる。

ところで、制御部５は、以下の表６に示す条件に従って電圧制御部２_１〜２_Ｎの回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎのオン／オフを制御してもよい。具体的には、制御部５は、出力電圧Ｖ１が、任意の電圧制御部２_Ｍに電気的に接続される電圧源ＶＳ_Ｍの電源電圧Ｅ_Ｍである場合に、任意の電圧制御部２_Ｍの回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍをオン状態に維持してもよい。また、制御部５は、出力電圧Ｖ１が、当該電源電圧Ｅ_Ｍより一段階低い電源電圧Ｅ_Ｍ−１である場合に、任意の電圧制御部２_Ｍの回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍをオン状態に維持してもよい。

一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。この場合、制御部５は、１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合のみならず、図１０に示すように、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする場合にも電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオン状態に維持する。なお、図１０において、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。

この構成では、電圧制御部２_１〜２_Ｎの回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎのオン／オフを短期間で切り替える必要が無い。したがって、この構成では、回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎとして低速動作の素子を用いることができるため、コストを低減することが可能である。

また、制御部５は、以下の表７に示す条件に従ってクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のオン／オフを制御してもよい。具体的には、クランプ部４は、変換部３の一対の出力点３３，３４の間に電気的に接続される一対の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の直列回路で構成されている。そして、制御部５は、出力電圧Ｖ１が所定の電圧（ここでは、０〔Ｖ〕）より大きい場合に、一対の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のうちの第２保持スイッチＱＣ２をオン状態に維持するように制御してもよい。また、制御部５は、出力電圧が所定の電圧より小さい場合に、一対の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のうちの第１保持スイッチＱＣ１をオン状態に維持するように制御してもよい。

一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。この場合、制御部５は、図１１Ａに示すように２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合と、図１１Ｂに示すように１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる場合との何れにおいても、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２をオン状態に維持する。なお、図１１Ａ，図１１Ｂにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。

この構成では、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のオン／オフを短期間で切り替える必要が無い。したがって、この構成では、保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２として低速動作の素子を用いることができるため、コストを低減することが可能である。

ところで、本実施形態の電力変換装置１では、表１に示すように、回生スイッチＱ１_Ｍと回生スイッチＱ２_Ｍとは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。同様に、入力スイッチＱ３_Ｍと入力スイッチＱ４_Ｍとは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。また、変換部３の第１スイッチＱＢ１と第４スイッチＱＢ４とは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。同様に、変換部３の第２スイッチＱＢ２と第３スイッチＱＢ３とは、互いに同じタイミングでオン／オフを切り替えられる。

そこで、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、任意の電圧制御部２_Ｍにおける一対の回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍを一の駆動信号により駆動させてもよい。また、制御部５は、任意の電圧制御部２_Ｍにおける一対の入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍを一の駆動信号により駆動させてもよい。また、制御部５は、変換部３の一対のレグ（leg）のうちの第１レグのハイサイドのスイッチＱＢ１と、第２レグのローサイドのスイッチＱＢ４とを一の駆動信号により駆動させてもよい。ここでは、第１レグは、スイッチＱＢ１，ＱＢ２の直列回路であり、第２レグは、スイッチＱＢ３，ＱＢ４の直列回路であるが、第１レグと第２レグとが逆であってもよい。この構成では、駆動信号用の信号線の数を低減することができる。また、この構成では、一の駆動信号により駆動される一対のスイッチにおいて、オン／オフのタイミングがずれるのを防止することができる。

ところで、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、以下の表８に示すように、出力電圧Ｖ１を遷移させる際にデッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４を設けるように制御してもよい。デッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４において、制御部５は、全てのスイッチをオフに切り替える。このように制御することで、出力電圧Ｖ１を遷移させる際に第１入力点１１と第２入力点１２との間が短絡するのを防止することができる。

しかしながら、上記のデッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４では、図１２に示すように、スイッチＱＢ３，Ｑ３_１，Ｑ４_１，ＱＢ２のリカバリダイオード、及び主電圧源ＶＳ_２を通る経路で電流Ｉ１が流れる。このため、デッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４において、第１入力点１１及び第２入力点１２の間に、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の電源電圧Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕（ここでは、２〔Ｖ〕）が印加される。したがって、この場合、電圧制御部２_１〜２_Ｎを構成する各スイッチには、最大で主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の電源電圧Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕が印加される可能性があるため、必要とする耐圧が主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の電源電圧Ｅ_Ｎ＋１により決定される。このため、電圧制御部２_１〜２_Ｎを構成する各スイッチに高耐圧の素子を用いなければならず、コストが増大する虞がある。

そこで、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は以下のように制御するのが好ましい。すなわち、制御部５は、出力電圧Ｖ１を遷移させる際にデッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４を設けるようにＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。そして、制御部５は、デッドタイムＤＴ１〜ＤＴ４において、出力電圧Ｖ１の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチをオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替えるように制御する。

一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。説明するに当たり、２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる状態、１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生させる状態、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする状態の各々における電流Ｉ１の経路を図１３Ａ〜図１３Ｃに示す。また、デッドタイムＤＴ１，ＤＴ２の各々における電流Ｉ１の経路を図１４Ａ，図１４Ｂに示す。なお、図１３Ａ〜図１３Ｃ、及び図１４Ａ，図１４Ｂにおいて、丸印で囲っているスイッチはオン状態を示し、丸印で囲っていないスイッチはオフ状態を示す。

この場合、制御部５は、以下の表９に示す条件に従って電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。例えば、制御部５は、デッドタイムＤＴ１において、出力電圧Ｖ１の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチＱＢ１，ＱＢ４，ＱＣ２をオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替える。すると、図１４Ａに示すように、第１入力点１１及び第２入力点１２に主電圧源ＶＳ_２の電源電圧Ｅ_２〔Ｖ〕が印加される代わりに、電圧制御部２_１の第３入力点２５_１及び第４入力点２６_１に電圧源ＶＳ_１の電源電圧Ｅ_１〔Ｖ〕が印加される。

また、例えば制御部５は、デッドタイムＤＴ２において、出力電圧Ｖ１の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチＱ１_１，Ｑ２_１，ＱＣ２をオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替える。すると、図１４Ｂに示すように、第１入力点１１及び第２入力点１２に主電圧源ＶＳ_２の電源電圧Ｅ_２〔Ｖ〕が印加される代わりに、第１出力点１３及び第２出力点１４の間の電圧が０〔Ｖ〕となる。

すなわち、この構成では、任意の電圧制御部２_Ｍにおける回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍ、及び入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍの各々が最低限必要な耐圧は、以下の表１０に示すように‘Ｅ_Ｍ＋１−Ｅ_Ｍ’〔Ｖ〕となる。例えば、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１と電圧源ＶＳ_Ｎとの電圧差、及び任意の電圧源ＶＳ_Ｍとその次段の電圧源ＶＳ_Ｍ＋１との電圧差が何れもＥ_１〔Ｖ〕であると仮定する。この場合、任意の電圧制御部２_Ｍにおける回生スイッチＱ１_Ｍ，Ｑ２_Ｍ、及び入力スイッチＱ３_Ｍ，Ｑ４_Ｍの各々が最低限必要な耐圧はＥ_１〔Ｖ〕となる。

上述のように、この構成では、電圧制御部２_１〜２_Ｎを構成する各スイッチが最低限必要とする耐圧を下げることができるので、高耐圧の素子を用いなくてもよく、コストを低減することができる。また、この構成では、電圧制御部２_１〜２_Ｎの回生スイッチＱ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎ、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の各々のオン／オフを切り替える頻度が少なくて済む。このため、この構成では、スイッチング損失を低減することができる。

また、上記の構成において、制御部５は、出力電圧Ｖ１を一段階ずつ遷移させるように電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御するのが好ましい。すなわち、制御部５は、出力電圧Ｖ１が最小値から順に大きくなるように、或いは最大値から順に小さくなるように、Ｎ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御するのが好ましい。一例として、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。この場合、出力電圧Ｖ１が１〔Ｖ〕の状態を介さずに、出力電圧Ｖ１を２〔Ｖ〕から０〔Ｖ〕に遷移させると、デッドタイムにおいて第１入力点１１及び第２入力点１２に主電圧源ＶＳ_２の電源電圧Ｅ_２〔Ｖ〕が印加されてしまう。したがって、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の最低限必要な耐圧は、主電圧源ＶＳ_２の電源電圧Ｅ_２〔Ｖ〕により決定されてしまう。

一方、出力電圧Ｖ１を２〔Ｖ〕、１〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕と一段階ずつ遷移させるように制御部５が制御すれば、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の最低限必要な耐圧は、電圧源ＶＳ_１の電源電圧Ｅ_１〔Ｖ〕で済む。このため、この構成では、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４に高耐圧の素子を用いなくてもよく、コストを低減することができる。

ところで、図１６Ａに示すように、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ３に与えられる駆動信号を駆動信号ＧＢ１，ＧＢ３とし、クランプ部４のスイッチＱＣ，ＱＣ２に与えられる駆動信号を駆動信号ＧＣ１，ＧＣ２とする。駆動信号ＧＢ１，ＧＢ３は、それぞれドライブ回路６１，６２でバッファ（buffer）してから変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ３に与えられる。また、駆動信号ＧＣ１，ＧＣ２は、それぞれドライブ回路６３，６４でバッファしてからクランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２に与えられる。そして、スイッチ素子ＱＢ１，ＱＢ３及び保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２を駆動するには、各々のゲート−エミッタ間に電圧を印加する必要がある。このため、ドライブ回路６１〜６４は、スイッチ素子ＱＢ１，ＱＢ３及び保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のエミッタ電位を基準電位とする駆動電源が必要となる。

本実施形態の電力変換装置１を図２に示す５レベルインバータで構成した場合、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２のエミッタ電位は同じである。しかしながら、このエミッタ電位と、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ３の各々のエミッタ電位とは互いに異なる電位である。したがって、図１６Ａに示すように、これらのエミッタ電位をそれぞれ基準電位とする３つの駆動電源ＰＳ１〜ＰＳ３を用意しなければドライブ回路６１〜６４を駆動することができない。

そこで、本実施形態の電力変換装置１では、変換部３のスイッチＱＢ１〜ＱＢ４の何れかのエミッタは、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２の何れかのエミッタに電気的に接続されていてもよい。以下、本実施形態の電力変換装置１を５レベルインバータで構成した場合について図１５を用いて説明する。この構成では、図１５に示すように、変換部３の第１スイッチＱＢ１のエミッタは、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１のエミッタに電気的に接続されている。また、変換部３の第３スイッチＱＢ３のエミッタは、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２のエミッタに電気的に接続されている。

この場合、変換部３の第１スイッチＱＢ１及びクランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１の各々のエミッタ電位は、共通する第１エミッタ電位ＥＰ１となる。また、変換部３の第３スイッチＱＢ３及びクランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２の各々のエミッタ電位は、共通する第２エミッタ電位ＥＰ２となる。したがって、この構成では、図１６Ｂに示すように、第１エミッタ電位ＥＰ１を基準電位とする第１駆動電源ＰＳ１により、第１ドライバ回路６１及び第３ドライバ回路６３を駆動することができる。また、この構成では、第２エミッタ電位ＥＰ２を基準電位とする第２駆動電源ＰＳ２により、第２ドライバ回路６２及び第４ドライバ回路６４を駆動することができる。

上述のように、この構成では、駆動電源の数を低減して回路の小型化を図ることができる。また、この構成では、駆動電源の数を低減できることから、コストの低減も図ることができる。

また、本実施形態の電力変換装置１では、図１に示すように、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ４のエミッタと、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ２_１のエミッタとが電気的に接続されている。なお、電圧制御部２_１は、変換部３に直接電気的に接続されている。同様に、任意の電圧制御部２_Ｍ−１の入力スイッチＱ４_Ｍ−１のエミッタと、次段の電圧制御部２_Ｍの回生スイッチＱ２_Ｍのエミッタとが電気的に接続されている。したがって、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３と、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ２_１とはエミッタ電位が共通であるので、共通する１つの駆動電源で駆動することが可能である。同様に、任意の電圧制御部２_Ｍ−１の入力スイッチＱ４_Ｍ−１と、次段の電圧制御部２_Ｍの回生スイッチＱ２_Ｍとはエミッタ電位が共通であるので、共通する１つの駆動電源で駆動することが可能である。

以下、本実施形態の電力変換装置１を図５に示す７レベルインバータで構成した場合について説明する。例えば、図１７Ａに示すように、変換部３のスイッチＱＢ２に与えられる駆動信号を駆動信号ＧＢ２とし、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ４_１及び回生スイッチＱ２_１に与えられる駆動信号をそれぞれ駆動信号Ｇ４_１，Ｇ２_１とする。また、電圧制御部２_２の回生スイッチＱ２_２に与えられる駆動信号をＧ２_２とする。駆動信号ＧＢ２，Ｇ４_１は、それぞれドライブ回路６５，６６でバッファしてからスイッチＱＢ２，Ｑ４_１に与えられる。また、駆動信号Ｇ２_１，Ｇ２_２は、それぞれドライブ回路６７，６８でバッファしてからスイッチＱ２_１，Ｑ２_２に与えられる。

図１７Ａに示す構成では、スイッチＱＢ２，Ｑ４_１，Ｑ２_１，Ｑ２_２を駆動するために個別に駆動電源ＰＳ４〜ＰＳ７を設けている。一方、図１７Ｂに示す構成では、スイッチＱＢ２のエミッタと回生スイッチＱ２_１のエミッタとが同電位であるため、スイッチＱＢ２，Ｑ２_１を１つの駆動電源ＰＳ４で駆動している。同様に、入力スイッチＱ４_１のエミッタと回生スイッチＱ２_２のエミッタとが同電位であるため、スイッチＱ４_１，Ｑ２_２を１つの駆動電源ＰＳ５で駆動している。つまり、図１７Ｂに示す構成は、図１７Ａに示す構成と比較して駆動電源の数を低減することができる。

上述のように、この構成では、駆動電源の数を低減して回路の小型化を図ることができる。具体的には、本実施形態の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備える構成であれば、各スイッチに個別に駆動電源を設ける場合と比較して、駆動電源をＮ個減らすことが可能である。また、この構成では、駆動電源の数を低減できることから、コストの低減も図ることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。

また、本実施形態の電力変換装置１では、任意の電圧制御部２_Ｍに電気的に接続される電圧源ＶＳ_Ｍは、その電源電圧Ｅ_Ｍが主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の電源電圧Ｅ_Ｎ＋１の‘Ｍ／Ｎ＋１’であるのが好ましい。言い換えれば、変換部３に直接電気的に接続される電圧制御部２_１から数えてＭ番目の電圧制御部２_Ｍには、電源電圧Ｅ_Ｍが主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１の電源電圧Ｅ_Ｎ＋１の‘Ｍ／Ｎ＋１’である電圧源ＶＳ_Ｍが電気的に接続されるのが好ましい。

例えば、本実施形態の電力変換装置１を７レベルインバータ（すなわち、Ｎ＝２）で構成したと仮定する。この場合、電圧制御部２_１（すなわち、Ｍ＝１）に電気的に接続される電圧源ＶＳ_１は、その電源電圧Ｅ_１が主電圧源ＶＳ_３の出力電圧Ｅ_３の１／３であることが好ましい。同様に、電圧制御部２_２（すなわち、Ｍ＝２）に電気的に接続される電圧源ＶＳ_２は、その電源電圧Ｅ_２が主電圧源ＶＳ_３の出力電圧Ｅ_３の２／３であることが好ましい。

この構成では、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１と電圧源ＶＳ_Ｎとの電圧差、及び任意の電圧源ＶＳ_Ｍとその次段の電圧源ＶＳ_Ｍ＋１との電圧差は、それぞれ‘Ｅ_Ｎ＋１／Ｎ＋１’〔Ｖ〕となる。したがって、以下の表１１に示すように、各スイッチの最低限必要な耐圧を下げることができる。例えば、本実施形態の電力変換装置１を図５に示すような７レベルインバータ（すなわち、Ｎ＝２）で構成した場合、各スイッチの最低限必要な耐圧は、Ｅ_３／３＝Ｅ_１〔Ｖ〕で済む。このため、この構成では、各スイッチが必要とする耐圧を下げることができるので、高耐圧の素子を用いる必要が無く、コストを低減することができる。また、この構成では、各スイッチを基板に実装する際に考慮すべき絶縁距離の制限が緩和される。更に、この構成では、各スイッチに同種類の素子を使用することができるので、よりコストを低減することができる。

以下、本実施形態の電力変換装置１をパワーコンディショナに用いた使用例について説明する。この使用例は、図１８に示すように、本実施形態の電力変換装置１と、解列器９とを備えている。解列器９は、第１出力点１３及び第２出力点１４と、系統電源７との間に電気的に接続されている。具体的には、電力変換装置１の第１出力点１３及び第２出力点１４は、解列器９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７に電気的に接続される。また、解列器９と系統電源７との間には、負荷８が電気的に接続されている。

解列器９は、第１出力点１３と系統電源７との間に電気的に接続された第１接点部９１と、第２出力点１４と系統電源７との間に電気的に接続された第２接点部９２とを有している。但し、解列器９は、第１出力点１３及び第２出力点１４の少なくとも一方と系統電源７との間に電気的に接続されていればよく、第１接点部９１及び第２接点部９２の何れかは省略されていてもよい。

この使用例は、定常時、系統連系運転を行い、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１及び電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎから入力される直流電力を電力変換装置１で交流電力に変換し、系統電源７及び負荷８に出力する。

この使用例において、制御部５は、出力する交流電圧の位相が、系統電源７の電源電圧の位相に対して逆位相となるように電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御してもよい。この構成では、主電圧源ＶＳ_Ｎ＋１及び電圧源ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎの充電及び放電の双方が可能である双方向インバータとして、本実施形態の電力変換装置１を使用することができる。

また、この使用例において、制御部５は、系統電源７の電源周波数を測定する機能を有していてもよい。そして、制御部５は、出力する交流電圧の位相が、系統電源７の電源電圧の位相とずれるように電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御してもよい。

この構成では、上記のように制御することで系統電源７に無効電力を注入することができる。そして、系統電源７に停電などの異常が発生している場合には、無効電力の注入により系統電源７の電源周波数が変動する。したがって、制御部５は、この系統電源７の電源周波数を測定することで、系統電源７に停電などの異常が発生しているか否かを判定することができ、結果として電力変換装置１が単独運転しているか否かを判定することができる。

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係る電力変換装置１について図１９を用いて説明する。本実施形態の電力変換装置１は、回路構成自体は実施形態１の電力変換装置１と共通であり、制御部５の動作が実施形態１の電力変換装置１と相違する。なお、本実施形態の電力変換装置１において、実施形態１の電力変換装置１と共通する構成要素については適宜説明を省略する。以下では、本実施形態の電力変換装置１を図２に示すような５レベルインバータで構成した場合について説明する。また、電圧源ＶＳ_１の電源電圧をＥ_１〔Ｖ〕、主電圧源ＶＳ_２の電源電圧をＥ_２〔Ｖ〕と仮定する。勿論、本実施形態の電力変換装置１を５レベルインバータに限定する趣旨ではない。

本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、４個の搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。

第１搬送波ＣＷ１は、最小電圧値が０〔Ｖ〕、最大電圧値がＥ_１／Ｌ〔Ｖ〕の三角波である。第２搬送波ＣＷ２は、最小電圧値がＥ_１／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値がＥ_２／Ｌ〔Ｖ〕の三角波である。第３搬送波ＣＷ３は、最小電圧値が−Ｅ_１／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値が０〔Ｖ〕の三角波である。第４搬送波ＣＷ４は、最小電圧値が−Ｅ_２／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値が−Ｅ_１／Ｌ〔Ｖ〕の三角波である。搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４は、それぞれ同期している。なお、‘Ｌ’は１以上の整数である。

目標信号ＯＳ１は、電力変換装置１の出力する所望の交流電圧の指令値に応じた信号である。本実施形態の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は指令値と同じ電圧値であり、最小電圧値が−Ｅ_２／Ｌ〔Ｖ〕、最大電圧値がＥ_２／Ｌ〔Ｖ〕の正弦波になる。なお、‘Ｌ’は１以上の整数である。

制御部５は、搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と目標信号ＯＳ１とを比較し、以下の表１２に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１２に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第３搬送波ＣＷ３と第４搬送波ＣＷ４との間にある場合、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替える。また、制御部５は、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、−Ｅ_１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

上述のように、本実施形態の電力変換装置１では、制御部５は、４個の同期した搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と、目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_２〔Ｖ〕〜Ｅ_２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

また、本実施形態の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備えている場合、制御部５は、‘Ｎ×２＋２’個の同期した搬送波と、目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

したがって、本実施形態の電力変換装置１は、所望の交流電圧を出力するために出力電圧Ｖ１を遷移させる回数が少ないので、各スイッチのオン／オフを切り替える回数が少なく、スイッチング損失を低減することができる。

ところで、本実施形態の電力変換装置１では、図２０に示すように、第１搬送波ＣＷ１及び第４搬送波ＣＷ１の位相を反転させてもよい。この場合も、制御部５は、搬送波ＣＷ１〜ＣＷ４と目標信号ＯＳ１とを比較し、表１２に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。

つまり、制御部５は、‘Ｎ＋１’個の搬送波、及び当該‘Ｎ＋１’個の搬送波とは位相が反転した‘Ｎ＋１’個の搬送波と、目標信号ＯＳ１との比較結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御してもよい。この構成では、所望の交流電圧を出力するために出力電圧Ｖ１を遷移させる回数が一定であるので、歪みの少ない交流電圧を出力することが可能である。

（構成例１）
以下、本実施形態の構成例１に係る電力変換装置１について図２１を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。

図２１において、第１判定信号ＤＳ１は、指令値の正負の判定を示す信号である。第１判定信号ＤＳ１は、指令値が正であれば‘Ｌ’、指令値が負であれば‘Ｈ’となる。なお、指令値が零のときの判定信号ＤＳ１は、適宜定義されてよい。また、目標信号ＯＳ１は、指令値の正負の判定結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ２）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は、指令値が負の期間において、所定の電圧値が加算された信号である。ここで、所定の電圧値は、第１搬送波ＣＷ１の最小値と、第２搬送波ＣＷ２の最大値との差分である。すなわち、図２１に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’になると、指令値に‘Ｅ_２／Ｌ’〔Ｖ〕を加算した電圧値を示す。

制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１とに応じて、以下の表１３に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ２の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１３に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１と第２搬送波ＣＷ２との間にある場合について説明する。この場合、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ_１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の同期した搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_２〔Ｖ〕〜Ｅ_２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、‘Ｎ＋１’個の同期した搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する加算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた加算器により加算処理を実行してもよい。

（構成例２）
以下、本実施形態の構成例２に係る電力変換装置１について図２２を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、構成例１の電力変換装置１とは異なり、第１搬送波ＣＷ１の位相を反転させている。また、目標信号ＯＳ１は、指令値の正負の判定結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ２）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、構成例１の電力変換装置１とは異なり、目標信号ＯＳ１は、指令値が負の期間において、指令値の正負を反転させた信号である。すなわち、図２２に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’になると、指令値の正負を反転した電圧値を示す。

制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ２と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１とに応じて、以下の表１４に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ２の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１４に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第２搬送波ＣＷ２よりも大きい場合について説明する。この場合、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ_２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、第２搬送波ＣＷ２及び位相を反転した第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_２〔Ｖ〕〜Ｅ_２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、複数の搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。複数の搬送波は、‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波、及び当該‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波とは位相が反転した‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波である。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

なお、‘［（Ｎ＋１）／２］’の‘［］’はガウス記号である。例えば、Ｘを実数とすると、［Ｘ］は整数であり、‘Ｘ−１≦［Ｘ］＜Ｘ’の関係を満たす。したがって、‘［（Ｎ＋１）／２］’は、‘（Ｎ＋１）／２’を超えない最大の整数を表している。

したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値の正負を反転させる処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた乗算器により、指令値の正負を反転させる処理を実行してもよい。

（構成例３）
以下、本実施形態の構成例３に係る電力変換装置１について図２３を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。ここでは、閾値として、第１搬送波ＣＷ１の最大値である‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を第１閾値、第３搬送波ＣＷ３の最小値である‘−Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を第２閾値としている。

図２３において、第２判定信号ＤＳ２は、指令値と閾値との比較結果を示す信号である。第２判定信号ＤＳ２は、指令値が第１閾値（‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕）を上回れば‘Ｈ１’、第２閾値（‘−Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕）を下回れば‘Ｈ２’、それ以外であれば‘Ｌ’となる。また、目標信号ＯＳ１は、指令値と閾値との比較結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ３）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は、指令値が第１閾値を上回る期間において指令値から第１閾値が減算され、且つ指令値が第２閾値を下回る期間において指令値から第２閾値が減算された信号である。すなわち、図２３に示すように、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値から‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、指令値から‘−Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を減算した電圧値を示す。

制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１５に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ３の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１５に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１と第３搬送波ＣＷ３との間にある場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ_１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の同期した搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_２〔Ｖ〕〜Ｅ_２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、‘Ｎ＋１’個の同期した搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。

（構成例４）
以下、本実施形態の構成例４に係る電力変換装置１について図２４を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、構成例３の電力変換装置１とは異なり、第３搬送波ＣＷ３の位相を反転させている。また、目標信号ＯＳ１は、指令値と閾値との比較結果に基づいて、複数の搬送波（搬送波ＣＷ１，ＣＷ３）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、構成例３の電力変換装置１とは異なり、目標信号ＯＳ１は、指令値が第１閾値を上回る期間において、指令値と第１閾値との差分が第１閾値から減算された信号である。且つ、目標信号ＯＳ１は、指令値が第２閾値を下回る期間において、指令値と第２閾値との差分が第２閾値から減算された信号である。すなわち、図２４に示すように、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は指令値と同じ電圧値を示し、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値と‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、指令値と‘−Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘−Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。

制御部５は、搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１６に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１，ＣＷ３の何れかと等しい場合（例えば、ＯＳ１＝ＣＷ１など）は、表１６に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１と第３搬送波ＣＷ３との間にある場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’であれば、制御部５は、クランプ部４の第１保持スイッチＱＣ１、変換部３のスイッチＱＢ２，ＱＢ３、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、−Ｅ_２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、２個の搬送波ＣＷ１，ＣＷ３と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_２〔Ｖ〕〜Ｅ_２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、複数の搬送波と目標信号ＯＳ１との比較結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。複数の搬送波は、‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波、及び当該‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波とは位相が反転した‘［（Ｎ＋１）／２］’個の搬送波である。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が少なくて済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。

（構成例５）
以下、本実施形態の構成例５に係る電力変換装置１について図２５を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。ここでは、閾値として、第１搬送波ＣＷ１の最大値である‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を第１閾値、第１搬送波ＣＷ３の最大値を反転させた‘−Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を第２閾値としている。

本構成例の電力変換装置１では、第２判定信号ＤＳ２は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’の場合に指令値が第１閾値を上回れば‘Ｈ１’、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’の場合に指令値が第２閾値を下回れば‘Ｈ２’、それ以外であれば‘Ｌ’となる。

また、目標信号ＯＳ１は、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に基づいて、１個の搬送波（第１搬送波ＣＷ１）の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号である。本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１は、指令値が正であり且つ第１閾値を上回る期間において、指令値から第１閾値が減算された信号である。且つ、目標信号ＯＳ１は、指令値が負である期間において、指令値に第１閾値が加算された信号である。更に、目標信号ＯＳ１は、指令値が負であり且つ第２閾値を下回る期間において、加算後の指令値に更に第１閾値が加算された信号である。

すなわち、図２５に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値と同じ電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値から‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値に‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を加算した電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕が加算された指令値に更に‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕を加算した電圧値を示す。

制御部５は、第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１７に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１と等しい場合は、表１７に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１よりも大きく、且つ第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’の場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_１〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

上述のように、本構成例の電力変換装置１では、制御部５は、１個の搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本構成例の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_２〔Ｖ〕〜Ｅ_２〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

また、本構成例の電力変換装置１がＮ個の電圧制御部２_１〜２_Ｎを備えている場合、制御部５は以下の制御を実行する。すなわち、制御部５は、１個の搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果、指令値の正負の判定結果、及び指令値と閾値との比較結果に応じて、電圧制御部２_１〜２_Ｎ、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、制御部５により出力電圧Ｖ１を適宜切り替えることで、０〔Ｖ〕を中心に−Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕〜Ｅ_Ｎ＋１〔Ｖ〕の間で変化する交流電圧を出力する。

したがって、本構成例の電力変換装置１は、必要となる搬送波の数が１個で済むことから、搬送波を生成するために必要なソフトウェアやハードウェアを簡略化でき、コストを低減することができる。また、本構成例の電力変換装置１は、１個の搬送波を用いるため、複数の搬送波の同期をとる必要がない。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値に対する加算処理及び減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた加算器により加算処理を実行し、且つ制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。

（構成例６）
以下、本実施形態の構成例６に係る電力変換装置１について図２６を用いて説明する。本構成例の電力変換装置１では、構成例５の電力変換装置１とは異なり、目標信号ＯＳ１は、指令値が正であり且つ第１閾値を上回る期間において、指令値と第１閾値との差分が第１閾値から減算された信号である。且つ、目標信号ＯＳ１は、指令値が負である期間において、指令値の正負を反転させた信号である。更に、目標信号ＯＳ１は、指令値が負であり且つ第２閾値を下回る期間において、反転後の指令値と第１閾値との差分が第１閾値から減算された信号である。

すなわち、図２６に示すように、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値と同じ電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’になると、指令値と‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。また、目標信号ＯＳ１は、第１判定信号ＤＳ１が‘Ｈ’、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’を示す間は、指令値の正負を反転した電圧値を示す。そして、目標信号ＯＳ１は、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ２’になると、反転した指令値と‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕との差分を‘Ｅ_１／Ｌ’〔Ｖ〕から減算した電圧値を示す。

制御部５は、第１搬送波ＣＷ１と目標信号ＯＳ１との比較結果と、第１判定信号ＤＳ１と、第２判定信号ＤＳ２とに応じて、以下の表１８に示す条件に従った出力電圧Ｖ１を発生させるように、電圧制御部２_１、変換部３、クランプ部４の各スイッチを制御する。なお、目標信号ＯＳ１が搬送波ＣＷ１と等しい場合は、表１８に示す条件に限定されず、適宜定義されてもよい。

例えば、目標信号ＯＳ１の電圧値が第１搬送波ＣＷ１よりも小さく、且つ第１判定信号ＤＳ１が‘Ｌ’の場合について説明する。この場合、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｌ’であれば、制御部５は、クランプ部４の保持スイッチＱＣ１，ＱＣ２、電圧制御部２_１の回生スイッチＱ１_１，Ｑ２_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、出力電圧Ｖ１を０〔Ｖ〕とする。また、第２判定信号ＤＳ２が‘Ｈ１’であれば、制御部５は、クランプ部４の第２保持スイッチＱＣ２、変換部３のスイッチＱＢ１，ＱＢ４、電圧制御部２_１の入力スイッチＱ３_１，Ｑ４_１をオンに切り替え、残りのスイッチをオフに切り替える。これにより、本構成例の電力変換装置１は、Ｅ_２〔Ｖ〕の出力電圧Ｖ１を発生する。

本構成例の電力変換装置１は、構成例５の電力変換装置１と同様の効果を奏することができる。なお、本構成例の電力変換装置１では、目標信号ＯＳ１において、指令値の正負を反転させる処理、及び指令値に対する減算処理を制御部５が実行しているが、他の構成であってもよい。すなわち、制御部５とは別に設けられた乗算器により指令値の正負を反転させる処理を実行し、且つ制御部５とは別に設けられた減算器により減算処理を実行してもよい。

１ 電力変換装置
１１ 第１入力点
１２ 第２入力点
１３ 第１出力点
１４ 第２出力点
２_１〜２_Ｎ 電圧制御部
３ 変換部
４ クランプ部
５ 制御部
Ｑ１_１〜Ｑ１_Ｎ，Ｑ２_１〜Ｑ２_Ｎ 回生スイッチ
Ｑ３_１〜Ｑ３_Ｎ，Ｑ４_１〜Ｑ４_Ｎ 入力スイッチ
ＶＳ_１〜ＶＳ_Ｎ 電圧源
ＶＳ_Ｎ＋１ 主電圧源

Claims (18)

1. 主電圧源が電気的に接続される第１入力点及び第２入力点と、
   第１出力点及び第２出力点と、
   それぞれ電源電圧が互いに異なる電圧源が電気的に接続されるＮ個の電圧制御部と、
   ４つのスイッチを有し、入力される直流電圧の極性を反転させて前記第１出力点及び前記第２出力点に出力電圧を生じさせる変換部と、
   保持スイッチを有し、前記出力電圧を所定の電圧に保持するクランプ部とを備え、
   電圧制御部の個数Ｎは、１以上の整数であって、
   前記Ｎ個の電圧制御部は、それぞれ前記電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の回生スイッチと、前記主電圧源と前記変換部とを繋ぐ正負一対の電路をそれぞれ開閉する一対の入力スイッチとを備え、
   前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することで、２Ｎ＋３段階に前記出力電圧を切り替える制御部を更に備えることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記出力電圧が、前記Ｎ個の電圧制御部のうちの任意の電圧制御部に電気的に接続される電圧源の電源電圧である場合、及び当該電源電圧より一段階低い電源電圧である場合に、前記任意の電圧制御部の前記一対の回生スイッチをオン状態に維持することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記クランプ部は、前記変換部の一対の出力点の間に電気的に接続される一対の保持スイッチの直列回路で構成され、
   前記制御部は、前記出力電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記一対の保持スイッチのうちの第２保持スイッチをオン状態に維持し、前記出力電圧が前記所定の電圧より小さい場合に、前記一対の保持スイッチのうちの第１保持スイッチをオン状態に維持するように制御することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、Ｎ×２＋２個の同期した搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、Ｎ＋１個の搬送波、及び当該Ｎ＋１個の搬送波とは位相が反転したＮ＋１個の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、Ｎ＋１個の同期した複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値の正負の判定結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
   前記目標信号は、前記指令値の正負の判定結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値
   と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記制御部は、複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値の正負の判定結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
   前記複数の搬送波は、［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波、及び当該［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波とは位相が反転した［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波であり、
   前記目標信号は、前記指令値の正負の判定結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御部は、Ｎ＋１個の同期した複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値と閾値との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
   前記目標信号は、前記指令値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記制御部は、複数の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、及び前記指令値と閾値との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
   前記複数の搬送波は、［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波、及び当該［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波とは位相が反転した［（Ｎ＋１）／２］個の搬送波であり、
   前記目標信号は、前記指令値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記複数の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記制御部は、１個の搬送波と、所望の交流電圧の指令値に応じた目標信号との比較結果、前記指令値の正負の判定結果、及び前記指令値と閾値との比較結果に応じて、前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御し、
    前記目標信号は、前記指令値の正負の判定結果、及び前記指令値と前記閾値との比較結果に基づいて、前記１個の搬送波の最小値と最大値との間に収まるように調整された信号であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記制御部は、任意の電圧制御部における前記一対の回生スイッチ、又は前記任意の電圧制御部における前記一対の入力スイッチ、又は前記変換部の一対のレグのうちの第１レグのハイサイドのスイッチ及び第２レグのローサイドのスイッチの少なくとも何れかを一の駆動信号により駆動させることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記制御部は、前記出力電圧を遷移させる際にデッドタイムを設けるように前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチ制御し、且つ前記デッドタイムにおいて、前記出力電圧の遷移の前後の何れにおいてもオン状態であるスイッチをオン状態で維持し、その他のスイッチをオフに切り替えるように制御することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記制御部は、前記出力電圧を一段階ずつ遷移させるように前記Ｎ個の電圧制御部、前記変換部、前記クランプ部の前記各スイッチを制御することを特徴とする請求項１２記載の電力変換装置。
14. 前記４つのスイッチ、及び前記保持スイッチは、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、
    前記４つのスイッチの何れかのエミッタは、前記保持スイッチのエミッタに電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電力変換装置。
15. 前記４つのスイッチ、及び前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチは、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタであり、 前記４つのスイッチの何れかのエミッタと、前記変換部に直接電気的に接続される電圧制御部の前記一対の回生スイッチの何れかのエミッタとが電気的に接続され、
    且つ任意の電圧制御部の前記一対の入力スイッチの何れかのエミッタと、次段の電圧制御部の前記一対の回生スイッチの何れかのエミッタとが電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の電力変換装置。
16. １以上Ｎ以下の整数をＭで表すとして、
    前記変換部に直接電気的に接続される電圧制御部から数えてＭ番目の電圧制御部には、電源電圧が前記主電圧源の電源電圧のＭ／（Ｎ＋１）である電圧源が電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の電力変換装置。
17. 前記第１出力点及び前記第２出力点には、系統電源が電気的に接続され、
    前記制御部は、出力する交流電圧の位相が、前記系統電源の電源電圧の位相に対して逆位相となるように前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の電力変換装置。
18. 前記第１出力点及び前記第２出力点には、系統電源が電気的に接続され、
    前記制御部は、前記系統電源の電源周波数を測定する機能を有し、
    且つ出力する交流電圧の位相が、前記系統電源の電源電圧の位相とずれるように前記４つのスイッチ、前記保持スイッチ、前記Ｎ個の電圧制御部の各々における前記一対の回生スイッチ及び前記一対の入力スイッチを制御することを特徴とする請求項１乃至１７の何れか１項に記載の電力変換装置。

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