JP6327563B2 - Power converter and power conditioner using the same - Google Patents

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Description

本発明は、一般に電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナに関し、より詳細には直流電源からの電力を変換する電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナに関する。   The present invention generally relates to a power converter and a power conditioner using the same, and more particularly to a power converter that converts power from a DC power source and a power conditioner using the same.

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。たとえば特許文献1,2には、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」、特許文献2では「コンバータ回路」)が開示されている。   In recent years, with the spread of residential solar power generation devices, fuel cells, power storage devices, and the like, various circuits have been proposed and provided as power conversion devices that convert the output of these DC power sources into AC. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a power converter that generates an AC output converted from a DC voltage source into a plurality of voltage levels (“Multi-level power converter” in Patent Document 1 and “Converter Circuit” in Patent Document 2). Is disclosed.

特許文献1の記載によれば、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、10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電圧がE/2となり、各フライングキャパシタの電圧が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。   According to the description of Patent Document 1, the power conversion device is a 5-level inverter that outputs a 5-level voltage, and includes two DC capacitors, two flying capacitors, and 10 switching elements. ing. In this power converter, in the state where the DC voltage E is applied to the series circuit of two DC capacitors, the voltage of each DC capacitor becomes E / 2 and the voltage of each flying capacitor becomes E / 4. By controlling the switching element, a five-level voltage is output.

特開2014−64431号公報(段落〔0002〕〜〔0006〕、図16,17)JP 2014-64431 A (paragraphs [0002] to [0006], FIGS. 16 and 17) 特許第4369425号公報Japanese Patent No. 4369425

ところで、上述したような従来の電力変換装置では、キャパシタ(フライングキャパシタ)の電圧を規定電圧に維持するために、キャパシタの充電と放電とを切り替える制御が必要である。しかし、従来の電力変換装置においては、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じると、出力電圧と出力電流とが異符号となる期間に、キャパシタを含む回路に流れる電流の向きが逆向きになる。そのため、出力電圧と出力電流とが異符号の期間においては、キャパシタを充電すべき場合にキャパシタを放電する向きの電流が流れたり、キャパシタを放電すべき場合にキャパシタを充電する向きの電流が流れたりする可能性がある。したがって、従来の電力変換装置は、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が難しいという問題がある。   By the way, in the conventional power conversion device as described above, in order to maintain the voltage of the capacitor (flying capacitor) at a specified voltage, it is necessary to perform control for switching between charging and discharging of the capacitor. However, in the conventional power conversion device, when a phase difference occurs between the output voltage and the output current, the direction of the current flowing in the circuit including the capacitor is reversed during a period in which the output voltage and the output current have different signs. Become the direction. For this reason, during a period in which the output voltage and the output current have different signs, a current that flows in the direction of discharging the capacitor flows when the capacitor should be charged, or a current that flows in the direction of charging the capacitor when the capacitor should be discharged. There is a possibility. Therefore, the conventional power conversion device has a problem that it is difficult to control the capacitor voltage in a situation where a phase difference occurs between the output voltage and the output current.

本発明は上記事由に鑑みて為されており、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易な電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above reasons, and in a situation where a phase difference occurs between the output voltage and the output current, a power converter that can be easily controlled to maintain the voltage of the capacitor, and An object is to provide a power conditioner used.

本発明の電力変換装置は、複数のスイッチおよびキャパシタを含み、直流電源の高電位側となる第1入力点と前記直流電源の低電位側となる第2入力点との間に電気的に接続された変換回路と、前記複数のスイッチを制御することにより、第1出力点および第2出力点に対する前記直流電源および前記キャパシタの接続状態を切り替えて、前記第1出力点と前記第2出力点との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる制御部と、前
記第1出力点または前記第2出力点を流れる出力電流と前記出力電圧とが同符号になる第1状態と、前記出力電流と前記出力電圧とが異符号になる第2状態とのいずれの状態に、前記変換回路があるかを判定する判定部とを備え、前記出力電流と前記出力電圧との間に位相差が設定可能であって、前記制御部は、前記出力電圧の大きさが同じであって且つ前記キャパシタを流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、前記キャパシタの充電と放電とを切り替えており、前記制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記一対のモードのうち、前記キャパシタを充電するときに選択するモードと前記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成されていることを特徴とする。
The power conversion device of the present invention includes a plurality of switches and capacitors, and is electrically connected between a first input point on the high potential side of the DC power supply and a second input point on the low potential side of the DC power supply. And controlling the plurality of switches to switch the connection state of the DC power source and the capacitor with respect to the first output point and the second output point, so that the first output point and the second output point are switched. And a first state in which the output current flowing through the first output point or the second output point and the output voltage have the same sign, A determination unit that determines whether the conversion circuit is in any of the second states in which the output current and the output voltage have different signs, and is arranged between the output current and the output voltage. the phase difference is a possible setting, before The control unit switches between charging and discharging of the capacitor by switching a pair of modes in which the magnitude of the output voltage is the same and the direction of the current flowing through the capacitor is reversed. Is configured to switch between a mode selected when charging the capacitor and a mode selected when discharging the capacitor, out of the pair of modes, according to the determination result of the determination unit. It is characterized by.

本発明のパワーコンディショナは、上記の電力変換装置と、前記第1出力点および前記第2出力点と系統電源との間に電気的に接続される解列器とを備えることを特徴とする。   A power conditioner according to the present invention includes the power conversion device described above and a disconnector electrically connected between the first output point, the second output point, and a system power supply. .

本発明は、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易である、という利点がある。   The present invention has an advantage that control for maintaining the voltage of the capacitor is easy in a situation where a phase difference occurs between the output voltage and the output current.

実施形態1に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 1. FIG. 図2Aは実施形態1に係る電力変換装置の第1のモードの説明図、図2Bは実施形態1に係る電力変換装置の第2のモードの説明図である。2A is an explanatory diagram of a first mode of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 2B is an explanatory diagram of a second mode of the power conversion device according to the first embodiment. 図3Aは実施形態1に係る電力変換装置の第3のモードの説明図、図3Bは実施形態1に係る電力変換装置の第4のモードの説明図である。3A is an explanatory diagram of a third mode of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 3B is an explanatory diagram of a fourth mode of the power conversion device according to the first embodiment. 図4Aは実施形態1に係る電力変換装置の第5のモードの説明図、図4Bは実施形態1に係る電力変換装置の第6のモードの説明図である。4A is an explanatory diagram of a fifth mode of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 4B is an explanatory diagram of a sixth mode of the power conversion device according to the first embodiment. 図5Aは実施形態1に係る電力変換装置の第7のモードの説明図、図5Bは実施形態1に係る電力変換装置の第8のモードの説明図である。5A is an explanatory diagram of a seventh mode of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 5B is an explanatory diagram of an eighth mode of the power conversion device according to the first embodiment. 実施形態1に係る電力変換装置の出力電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the output voltage of the power converter device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係るパワーコンディショナの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the power conditioner which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電力変換装置の出力電圧と出力電流との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the output voltage and output current of the power converter device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電力変換装置の動作を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation of the power conversion apparatus according to the first embodiment. 図10Aは実施形態1に係る電力変換装置の第2のモードの説明図、図10Bは実施形態1に係る電力変換装置の第3のモードの説明図である。10A is an explanatory diagram of a second mode of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 10B is an explanatory diagram of a third mode of the power conversion device according to the first embodiment. 図11Aは実施形態1に係る電力変換装置の第6のモードの説明図、図11Bは実施形態1に係る電力変換装置の第7のモードの説明図である。11A is an explanatory diagram of a sixth mode of the power conversion device according to the first embodiment, and FIG. 11B is an explanatory diagram of a seventh mode of the power conversion device according to the first embodiment. 実施形態2に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 2. FIG.

(実施形態1)
本実施形態に係る電力変換装置1は、図1に示すように、変換回路10と、制御部6と、判定部2とを備えている。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 according to the present embodiment includes a conversion circuit 10, a control unit 6, and a determination unit 2.

変換回路10は、複数のスイッチおよびキャパシタを含んでいる。変換回路10は、直流電源100の高電位側となる第1入力点101と直流電源100の低電位側となる第2入力点102との間に電気的に接続されている。図1の例では、上記複数のスイッチは、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8と第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とで構成されている。また、図1の例では、上記キャパシタは、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2とで構成されている。   The conversion circuit 10 includes a plurality of switches and capacitors. The conversion circuit 10 is electrically connected between a first input point 101 on the high potential side of the DC power supply 100 and a second input point 102 on the low potential side of the DC power supply 100. In the example of FIG. 1, the plurality of switches include first to eighth switching elements Q1 to Q8, a first bidirectional switch 13, and a second bidirectional switch 14. In the example of FIG. 1, the capacitor is composed of a first capacitor C1 and a second capacitor C2.

制御部6は、上記複数のスイッチを制御することにより、第1出力点103および第2出力点104に対する直流電源100および上記キャパシタの接続状態を切り替える。これにより、制御部6は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる。   The controller 6 switches the connection state of the DC power supply 100 and the capacitor with respect to the first output point 103 and the second output point 104 by controlling the plurality of switches. Thereby, the control part 6 changes the magnitude | size of the output voltage produced between the 1st output point 103 and the 2nd output point 104 in several steps.

判定部2は、第1出力点103または第2出力点104を流れる出力電流と上記出力電圧とが同符号になる第1状態と、上記出力電流と上記出力電圧とが異符号になる第2状態とのいずれの状態に、変換回路10があるかを判定する。なお、判定部2は、第1出力点103または第2出力点104を流れる出力電流、および第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧を直接的に、第1状態か第2状態かの判定に用いる構成に限らない。たとえば、図1の例では、判定部2は、第3出力点105または第4出力点106を流れる出力電流、および第3出力点105と第4出力点106との間に生じる出力電圧に基づいて、第1状態か第2状態かを判定するように構成されている。   The determination unit 2 includes a first state in which the output current flowing through the first output point 103 or the second output point 104 and the output voltage have the same sign, and a second state in which the output current and the output voltage have different signs. It is determined whether the conversion circuit 10 is in any of the states. Note that the determination unit 2 directly outputs the output current flowing through the first output point 103 or the second output point 104 and the output voltage generated between the first output point 103 and the second output point 104 in the first state. It is not restricted to the structure used for determination of whether it is a 2nd state. For example, in the example of FIG. 1, the determination unit 2 is based on the output current flowing through the third output point 105 or the fourth output point 106 and the output voltage generated between the third output point 105 and the fourth output point 106. Thus, the first state or the second state is determined.

ここにおいて、制御部6は、上記出力電圧の大きさが同じであって且つ上記キャパシタを流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、上記キャパシタの充電と放電とを切り替えている。制御部6は、判定部2の判定結果に応じて、上記一対のモードのうち、上記キャパシタを充電するときに選択するモードと上記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成されている。   Here, the control unit 6 switches between charging and discharging the capacitor by switching a pair of modes in which the magnitude of the output voltage is the same and the direction of the current flowing through the capacitor is reversed. . The control unit 6 is configured to switch between a mode selected when charging the capacitor and a mode selected when discharging the capacitor, out of the pair of modes, according to the determination result of the determination unit 2. ing.

この構成によれば、電力変換装置1は、判定部2での第1状態と第2状態との判定結果に応じて、上記キャパシタを充電するときに選択するモードと上記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えている。ここで、第1状態では電力変換装置1の出力電圧と出力電流とは同符号となる。一方、第2状態では電力変換装置1の出力電圧と出力電流とは異符号となる。したがって、電力変換装置1は、出力電圧と出力電流とが異符号の期間においても、キャパシタを充電すべき場合にはキャパシタを充電する向きの電流を流し、キャパシタを放電すべき場合にはキャパシタを放電する向きの電流を流すことが可能になる。その結果、電力変換装置1は、出力電圧と出力電流との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易である、という利点がある。   According to this configuration, the power conversion device 1 selects the mode to be selected when charging the capacitor and discharges the capacitor according to the determination result of the first state and the second state in the determination unit 2. The mode to be selected is switched. Here, in the first state, the output voltage and output current of the power converter 1 have the same sign. On the other hand, in the second state, the output voltage and the output current of the power conversion device 1 have different signs. Therefore, even when the output voltage and the output current have different signs, the power conversion device 1 passes a current in the direction of charging the capacitor when the capacitor is to be charged, and the capacitor when the capacitor is to be discharged. It is possible to flow a current in the direction of discharge. As a result, the power conversion device 1 has an advantage that the control for maintaining the voltage of the capacitor is easy in a situation where a phase difference occurs between the output voltage and the output current.

具体的には、本実施形態においては、図1に示すように、変換回路10は、第1変換回路11および第2変換回路12と、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14とを備えている。第1変換回路11と第2変換回路12とは、第1入力点101と第2入力点102との間に、電気的に並列に接続されている。第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とは、第1変換回路11と第2変換回路12との間に電気的に接続されている。   Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the conversion circuit 10 includes a first conversion circuit 11 and a second conversion circuit 12, a first bidirectional switch 13, and a second bidirectional switch. 14. The first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12 are electrically connected in parallel between the first input point 101 and the second input point 102. The first bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14 are electrically connected between the first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12.

第1変換回路11は、第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4と、第1キャパシタC1とを有している。ここで、第1変換回路11は、第2のスイッチング素子Q2と第3のスイッチング素子Q3との接続点を第1出力点103とする。   The first conversion circuit 11 includes first to fourth switching elements Q1 to Q4 and a first capacitor C1. Here, the first conversion circuit 11 sets a connection point between the second switching element Q <b> 2 and the third switching element Q <b> 3 as the first output point 103.

第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4は、第1入力点101と第2入力点102との間において、電気的に直列に接続されている。第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4は、第1入力点101側から第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2、第3のスイッチング素子Q3、第4のスイッチング素子Q4の順で、直列に接続されている。第1キャパシタC1は、第2のスイッチング素子Q2および第3のスイッチング素子Q3の直列回路と、電気的に並列に接続されている。   The first to fourth switching elements Q1 to Q4 are electrically connected in series between the first input point 101 and the second input point 102. The first to fourth switching elements Q1 to Q4 are in the order of the first switching element Q1, the second switching element Q2, the third switching element Q3, and the fourth switching element Q4 from the first input point 101 side. Connected in series. The first capacitor C1 is electrically connected in parallel with the series circuit of the second switching element Q2 and the third switching element Q3.

第2変換回路12は、第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8と、第2キャパシタC2とを有している。ここで、第2変換回路12は、第6のスイッチング素子Q6と第7のスイッチング素子Q7との接続点を第2出力点104とする。   The second conversion circuit 12 includes fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 and a second capacitor C2. Here, the second conversion circuit 12 sets a connection point between the sixth switching element Q6 and the seventh switching element Q7 as the second output point 104.

第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8は、第1入力点101と第2入力点102との間において、電気的に直列に接続されている。第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8は、第1入力点101側から第5のスイッチング素子Q5、第6のスイッチング素子Q6、第7のスイッチング素子Q7、第8のスイッチング素子Q8の順で、直列に接続されている。第2キャパシタC2は、第6のスイッチング素子Q6および第7のスイッチング素子Q7の直列回路と、電気的に並列に接続されている。   The fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 are electrically connected in series between the first input point 101 and the second input point 102. The fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 are in the order of the fifth switching element Q5, the sixth switching element Q6, the seventh switching element Q7, and the eighth switching element Q8 from the first input point 101 side. Connected in series. The second capacitor C2 is electrically connected in parallel with the series circuit of the sixth switching element Q6 and the seventh switching element Q7.

第1の双方向スイッチ13は、第1のスイッチング素子Q1および第2のスイッチング素子Q2の接続点である第1接続点201と第7のスイッチング素子Q7および第8のスイッチング素子Q8の接続点である第2接続点202との間に電気的に接続されている。   The first bidirectional switch 13 is a connection point between the first connection point 201, which is a connection point between the first switching element Q1 and the second switching element Q2, and a connection point between the seventh switching element Q7 and the eighth switching element Q8. It is electrically connected to a certain second connection point 202.

第2の双方向スイッチ14は、第3のスイッチング素子Q3および第4のスイッチング素子Q4の接続点である第3接続点203と第5のスイッチング素子Q5および第6のスイッチング素子Q6の接続点である第4接続点204との間に電気的に接続されている。   The second bidirectional switch 14 is a connection point between the third connection element 203, which is a connection point between the third switching element Q3 and the fourth switching element Q4, and a connection point between the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6. It is electrically connected to a certain fourth connection point 204.

そして、上述したように、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8と第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とは上記複数のスイッチを構成し、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2とは上記キャパシタを構成している。   As described above, the first to eighth switching elements Q1 to Q8, the first bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14 constitute the plurality of switches, and the first capacitor C1 and the second switch The capacitor C2 constitutes the capacitor.

以下、本実施形態に係る電力変換装置1、およびそれを用いたパワーコンディショナ20(図7参照)について詳しく説明する。ただし、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。   Hereinafter, the power converter 1 according to the present embodiment and the power conditioner 20 (see FIG. 7) using the power converter 1 will be described in detail. However, the configuration described below is only an example of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Various changes can be made in accordance with the design or the like as long as they are not.

本実施形態では、パワーコンディショナ20が、直流電源100としての太陽光発電装置に電気的に接続して使用される住宅用のパワーコンディショナである場合を例示するが、パワーコンディショナ20の用途を限定する趣旨ではない。パワーコンディショナ20は、たとえば家庭用燃料電池、蓄電装置など、太陽光発電装置以外の直流電源100に電気的に接続して使用されてもよく、また、たとえば店舗、工場、事務所など非住宅に用いられてもよい。さらに、電力変換装置1についても、その用途をパワーコンディショナ20に限定する趣旨ではなく、電力変換装置1は、パワーコンディショナ20以外に用いられてもよい。   In the present embodiment, the case where the power conditioner 20 is a residential power conditioner that is used by being electrically connected to a photovoltaic power generation device serving as the DC power source 100 is exemplified. However, the use of the power conditioner 20 is illustrated. It is not intended to limit. The power conditioner 20 may be used by being electrically connected to a DC power source 100 other than a solar power generation device, such as a household fuel cell or a power storage device, or a non-residential such as a store, factory, office, etc. May be used. Furthermore, the power converter 1 is not intended to limit the application to the power conditioner 20, and the power converter 1 may be used other than the power conditioner 20.

<電力変換装置の構成>
本実施形態の電力変換装置1は、図1に示すように、直流電源100に電気的に接続される。ここでは直流電源100は太陽光発電装置からなるので、電力変換装置1は接続箱を介して直流電源100に接続されることになる。
<Configuration of power converter>
The power converter 1 of this embodiment is electrically connected to the DC power supply 100 as shown in FIG. Here, since the DC power source 100 is composed of a solar power generation device, the power conversion device 1 is connected to the DC power source 100 via a connection box.

本実施形態の電力変換装置1は、変換回路(第1変換回路11、第2変換回路12、第1の双方向スイッチ13、および第2の双方向スイッチ14)10と制御部6と判定部2とに加えて、フィルタ回路5と電圧検出部31と電流検出部32とをさらに備えている。   The power conversion device 1 according to the present embodiment includes a conversion circuit (a first conversion circuit 11, a second conversion circuit 12, a first bidirectional switch 13, and a second bidirectional switch 14) 10, a control unit 6, and a determination unit. 2, a filter circuit 5, a voltage detection unit 31, and a current detection unit 32 are further provided.

第1入力点101および第2入力点102は電力変換装置1における一対の入力端子となり、一対の入力端子(第1入力点101および第2入力点102)間には直流電源100が電気的に接続される。   The first input point 101 and the second input point 102 serve as a pair of input terminals in the power converter 1, and the DC power source 100 is electrically connected between the pair of input terminals (the first input point 101 and the second input point 102). Connected.

また、第1変換回路11の第1出力点103および第2変換回路12の第2出力点104は、それぞれフィルタ回路5を介して第3出力点105および第4出力点106に電気的に接続されている。本実施形態では、これら第3出力点105および第4出力点106が電力変換装置1における一対の出力端子となる。   The first output point 103 of the first conversion circuit 11 and the second output point 104 of the second conversion circuit 12 are electrically connected to the third output point 105 and the fourth output point 106 through the filter circuit 5, respectively. Has been. In the present embodiment, the third output point 105 and the fourth output point 106 serve as a pair of output terminals in the power conversion device 1.

本実施形態において、電力変換装置1の出力電圧は交流電圧であり、第3出力点105および第4出力点106は、系統電源(商用電力系統)7に電気的に接続される。さらに、第3出力点105および第4出力点106には、交流電力の供給を受けて動作する負荷8が電気的に接続される。   In the present embodiment, the output voltage of the power conversion device 1 is an AC voltage, and the third output point 105 and the fourth output point 106 are electrically connected to the system power supply (commercial power system) 7. Further, the third output point 105 and the fourth output point 106 are electrically connected to a load 8 that operates by receiving supply of AC power.

具体的には、電力変換装置1の一対の出力端子は、分電盤に設けられた連系ブレーカに電気的に接続されることにより、負荷8および系統電源7に接続される。すなわち、電力変換装置1は、直流電源100から入力される直流電力を交流電力に変換し、該交流電力を一対の出力端子(第3出力点105および第4出力点106)から負荷8および系統電源7へ出力する。なお、図1において、系統電源7はU相、W相を持つ単相3線式であるが、この例に限らず系統電源7は単相2線式であってもよい。   Specifically, the pair of output terminals of the power conversion device 1 is connected to the load 8 and the system power supply 7 by being electrically connected to an interconnection breaker provided in the distribution board. That is, the power conversion device 1 converts the DC power input from the DC power source 100 into AC power, and the AC power is transferred from the pair of output terminals (the third output point 105 and the fourth output point 106) to the load 8 and the system. Output to power supply 7. In FIG. 1, the system power supply 7 is a single-phase three-wire system having a U-phase and a W-phase. However, the system power supply 7 may be a single-phase two-wire system without being limited to this example.

次に、電力変換装置1の各部の構成について詳しく説明する。   Next, the structure of each part of the power converter device 1 will be described in detail.

電力変換装置1は、直流電源100に接続された一対の入力端子のうち、直流電源100の高電位(正極)側の入力端子を第1入力点101とし、直流電源100の低電位(負極)側の入力端子を第2入力点102とする。そのため、第1入力点101と第2入力点102との間には、直流電源100から出力される直流電圧が、入力電圧として印加されることになる。   The power conversion apparatus 1 uses the input terminal on the high potential (positive electrode) side of the DC power supply 100 among the pair of input terminals connected to the DC power supply 100 as the first input point 101, and the low potential (negative electrode) of the DC power supply 100. The input terminal on the side is the second input point 102. Therefore, a DC voltage output from the DC power supply 100 is applied as an input voltage between the first input point 101 and the second input point 102.

ここで、直流電源100の低電位側の入力端子(第2入力点102)は、電力変換装置1の回路グランドであって、その電位は0〔V〕であると仮定する。そうすると、直流電源100の出力する直流電圧E〔V〕を用いて、第1入力点101の電位はE〔V〕で表されることになる。   Here, it is assumed that the input terminal (second input point 102) on the low potential side of the DC power supply 100 is the circuit ground of the power converter 1, and the potential thereof is 0 [V]. Then, the potential of the first input point 101 is expressed by E [V] using the DC voltage E [V] output from the DC power supply 100.

第1変換回路11は、上述したように第1入力点101と第2入力点102との間に直列に接続された第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4と、第1キャパシタC1とを有している。第1〜4の各スイッチング素子Q1〜Q4は、ここでは一例としてデプレッション型のnチャネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられている。   As described above, the first conversion circuit 11 includes the first to fourth switching elements Q1 to Q4 connected in series between the first input point 101 and the second input point 102, and the first capacitor C1. doing. For each of the first to fourth switching elements Q1 to Q4, a depletion type n-channel MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) is used here as an example.

第1のスイッチング素子Q1のドレインは第1入力点101に電気的に接続されている。第2のスイッチング素子Q2のドレインは第1のスイッチング素子Q1のソースに電気的に接続されている。第3のスイッチング素子Q3のドレインは第2のスイッチング素子Q2のソースに電気的に接続されている。第4のスイッチング素子Q4のドレインは第3のスイッチング素子Q3のソースに電気的に接続されている。さらに第4のスイッチング素子Q4のソースは、第2入力点102に電気的に接続されている。   The drain of the first switching element Q1 is electrically connected to the first input point 101. The drain of the second switching element Q2 is electrically connected to the source of the first switching element Q1. The drain of the third switching element Q3 is electrically connected to the source of the second switching element Q2. The drain of the fourth switching element Q4 is electrically connected to the source of the third switching element Q3. Further, the source of the fourth switching element Q 4 is electrically connected to the second input point 102.

ここで、第2のスイッチング素子Q2のソース(第3のスイッチング素子Q3のドレイン)は第1出力点103となる。さらに、第1のスイッチング素子Q1のソース(第2のスイッチング素子Q2のドレイン)は第1接続点201となり、第3のスイッチング素子Q3のソース(第4のスイッチング素子Q4のドレイン)は第3接続点203となる。   Here, the source of the second switching element Q 2 (the drain of the third switching element Q 3) is the first output point 103. Furthermore, the source of the first switching element Q1 (the drain of the second switching element Q2) is the first connection point 201, and the source of the third switching element Q3 (the drain of the fourth switching element Q4) is the third connection. A point 203 is obtained.

第1キャパシタC1は、一端が第2のスイッチング素子Q2のドレイン(第1接続点201)に電気的に接続され、他端が第3のスイッチング素子Q3のソース(第3接続点203)に電気的に接続されている。言い換えれば、第1キャパシタC1は、一端が第1のスイッチング素子Q1を介して第1入力点101に電気的に接続され、他端が第4のスイッチング素子Q4を介して第2入力点102に電気的に接続されている。   One end of the first capacitor C1 is electrically connected to the drain (first connection point 201) of the second switching element Q2, and the other end is electrically connected to the source (third connection point 203) of the third switching element Q3. Connected. In other words, the first capacitor C1 has one end electrically connected to the first input point 101 via the first switching element Q1 and the other end connected to the second input point 102 via the fourth switching element Q4. Electrically connected.

第2変換回路12は、上述したように第1入力点101と第2入力点102との間に直列に接続された第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8と、第2キャパシタC2とを有している。ここで、第2変換回路12は、基本的には第1変換回路11と同様の構成であって、第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8が第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4に相当し、第2キャパシタC2が第1キャパシタC1に相当する。ここで、第5〜8の各スイッチング素子Q5〜Q8は、第1〜4の各スイッチング素子Q1〜Q4と同様にデプレッション型のnチャネルMOSFETが用いられている。   As described above, the second conversion circuit 12 includes the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 connected in series between the first input point 101 and the second input point 102, and the second capacitor C2. doing. Here, the second conversion circuit 12 has basically the same configuration as the first conversion circuit 11, and the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 correspond to the first to fourth switching elements Q1 to Q4. The second capacitor C2 corresponds to the first capacitor C1. Here, depletion type n-channel MOSFETs are used for the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8, similarly to the first to fourth switching elements Q1 to Q4.

すなわち、第5のスイッチング素子Q5のドレインは第1入力点101に電気的に接続されている。第6のスイッチング素子Q6のドレインは第5のスイッチング素子Q5のソースに電気的に接続されている。第7のスイッチング素子Q7のドレインは第6のスイッチング素子Q6のソースに電気的に接続されている。第8のスイッチング素子Q8のドレインは第7のスイッチング素子Q7のソースに電気的に接続されている。さらに第8のスイッチング素子Q8のソースは、第2入力点102に電気的に接続されている。   That is, the drain of the fifth switching element Q5 is electrically connected to the first input point 101. The drain of the sixth switching element Q6 is electrically connected to the source of the fifth switching element Q5. The drain of the seventh switching element Q7 is electrically connected to the source of the sixth switching element Q6. The drain of the eighth switching element Q8 is electrically connected to the source of the seventh switching element Q7. Further, the source of the eighth switching element Q8 is electrically connected to the second input point 102.

ここで、第6のスイッチング素子Q6のソース(第7のスイッチング素子Q7のドレイン)は第2出力点104となる。さらに、第5のスイッチング素子Q5のソース(第6のスイッチング素子Q6のドレイン)は第4接続点204となり、第7のスイッチング素子Q7のソース(第8のスイッチング素子Q8のドレイン)は第2接続点202となる。   Here, the source of the sixth switching element Q 6 (the drain of the seventh switching element Q 7) is the second output point 104. Further, the source of the fifth switching element Q5 (the drain of the sixth switching element Q6) is the fourth connection point 204, and the source of the seventh switching element Q7 (the drain of the eighth switching element Q8) is the second connection point. A point 202 is obtained.

第2キャパシタC2は、一端が第6のスイッチング素子Q6のドレイン(第4接続点204)に電気的に接続され、他端が第7のスイッチング素子Q7のソース(第2接続点202)に電気的に接続されている。言い換えれば、第2キャパシタC2は、一端が第5のスイッチング素子Q5を介して第1入力点101に電気的に接続され、他端が第8のスイッチング素子Q8を介して第2入力点102に電気的に接続されている。   The second capacitor C2 has one end electrically connected to the drain (fourth connection point 204) of the sixth switching element Q6 and the other end electrically connected to the source (second connection point 202) of the seventh switching element Q7. Connected. In other words, the second capacitor C2 has one end electrically connected to the first input point 101 via the fifth switching element Q5 and the other end connected to the second input point 102 via the eighth switching element Q8. Electrically connected.

第2キャパシタC2の回路定数(キャパシタンス)と第1キャパシタC1の回路定数(キャパシタンス)とは同値である。   The circuit constant (capacitance) of the second capacitor C2 is equal to the circuit constant (capacitance) of the first capacitor C1.

また、図1において、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8の各々には第1〜8のダイオードD1〜D8がそれぞれ逆並列に接続されている。これら第1〜8のダイオードD1〜D8は、それぞれ第1〜8の各スイッチング素子Q1〜Q8の寄生ダイオードである。つまり、第1のスイッチング素子Q1の寄生ダイオードは第1のダイオードD1を構成し、同様に、第2,3…の各スイッチング素子Q2,Q3…の寄生ダイオードはそれぞれ第2,3…のダイオードD2,D3…を構成する。たとえば第1のダイオードD1は、第1のスイッチング素子Q1のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。   In FIG. 1, first to eighth diodes D1 to D8 are connected in antiparallel to the first to eighth switching elements Q1 to Q8, respectively. The first to eighth diodes D1 to D8 are parasitic diodes of the first to eighth switching elements Q1 to Q8, respectively. That is, the parasitic diode of the first switching element Q1 constitutes the first diode D1, and similarly, the parasitic diodes of the second, third,... Switching elements Q2, Q3,. , D3. For example, the first diode D1 is connected in a direction in which the drain side of the first switching element Q1 is a cathode and the source side is an anode.

このように構成される第1変換回路11と第2変換回路12とは、第1入力点101と第2入力点102との間において、電気的に並列に接続されている。つまり、第1変換回路11と第2変換回路12とは、直流電源100の両端間に並列に接続されている。   The first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12 configured as described above are electrically connected in parallel between the first input point 101 and the second input point 102. That is, the first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12 are connected in parallel between both ends of the DC power supply 100.

第1の双方向スイッチ13は、第1接続点201と第2接続点202との間に電気的に接続されている。つまり、第1変換回路11の第1接続点201は、第1の双方向スイッチ13を介して第2変換回路12の第2接続点202に電気的に接続されている。ここでは、第1の双方向スイッチ13は、第1接続点201と第2接続点202との間において、電気的に直列に接続された第9のスイッチング素子Q9と第10のスイッチング素子Q10とを有している。第1の双方向スイッチ13は、第1接続点201側から第9のスイッチング素子Q9、第10のスイッチング素子Q10の順に接続されている。   The first bidirectional switch 13 is electrically connected between the first connection point 201 and the second connection point 202. That is, the first connection point 201 of the first conversion circuit 11 is electrically connected to the second connection point 202 of the second conversion circuit 12 via the first bidirectional switch 13. Here, the first bidirectional switch 13 includes a ninth switching element Q9 and a tenth switching element Q10 electrically connected in series between the first connection point 201 and the second connection point 202. have. The first bidirectional switch 13 is connected in the order of the ninth switching element Q9 and the tenth switching element Q10 from the first connection point 201 side.

具体的に説明すると、第9,10の各スイッチング素子Q9,Q10は、第1〜8の各スイッチング素子Q1〜Q8と同様にデプレッション型のnチャネルMOSFETが用いられている。第9のスイッチング素子Q9のソースは第1接続点201に接続され、第9のスイッチング素子Q9のドレインは第10のスイッチング素子Q10のドレインに接続されている。第10のスイッチング素子Q10のソースは第2接続点202に接続されている。要するに、第9のスイッチング素子Q9と第10のスイッチング素子Q10とは、ドレイン同士が互いに接続されるように、第1接続点201と第2接続点202との間において逆直列に接続されている。   More specifically, a depletion type n-channel MOSFET is used for each of the ninth and tenth switching elements Q9 and Q10, similarly to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8. The source of the ninth switching element Q9 is connected to the first connection point 201, and the drain of the ninth switching element Q9 is connected to the drain of the tenth switching element Q10. The source of the tenth switching element Q <b> 10 is connected to the second connection point 202. In short, the ninth switching element Q9 and the tenth switching element Q10 are connected in anti-series between the first connection point 201 and the second connection point 202 so that the drains are connected to each other. .

第2の双方向スイッチ14は、第3接続点203と第4接続点204との間に電気的に接続されている。つまり、第1変換回路11の第3接続点203は、第2の双方向スイッチ14を介して第2変換回路12の第4接続点204に電気的に接続されている。ここでは、第2の双方向スイッチ14は、第3接続点203と第4接続点204との間において、電気的に直列に接続された第12のスイッチング素子Q12と第11のスイッチング素子Q11とを有している。第2の双方向スイッチ14は、第3接続点203側から第12のスイッチング素子Q12、第11のスイッチング素子Q11の順に接続されている。   The second bidirectional switch 14 is electrically connected between the third connection point 203 and the fourth connection point 204. That is, the third connection point 203 of the first conversion circuit 11 is electrically connected to the fourth connection point 204 of the second conversion circuit 12 via the second bidirectional switch 14. Here, the second bidirectional switch 14 includes the twelfth switching element Q12 and the eleventh switching element Q11 electrically connected in series between the third connection point 203 and the fourth connection point 204. have. The second bidirectional switch 14 is connected in the order of the twelfth switching element Q12 and the eleventh switching element Q11 from the third connection point 203 side.

具体的に説明すると、第11,12の各スイッチング素子Q11,Q12は、第1〜8の各スイッチング素子Q1〜Q8と同様にデプレッション型のnチャネルMOSFETが用いられている。第11のスイッチング素子Q11のソースは第4接続点204に接続され、第11のスイッチング素子Q11のドレインは第12のスイッチング素子Q12のドレインに接続されている。第12のスイッチング素子Q12のソースは第3接続点203に接続されている。要するに、第11のスイッチング素子Q11と第12のスイッチング素子Q12とは、ドレイン同士が互いに接続されるように、第3接続点203と第4接続点204との間において逆直列に接続されている。   More specifically, a depletion type n-channel MOSFET is used for each of the eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12, similarly to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8. The source of the eleventh switching element Q11 is connected to the fourth connection point 204, and the drain of the eleventh switching element Q11 is connected to the drain of the twelfth switching element Q12. The source of the twelfth switching element Q12 is connected to the third connection point 203. In short, the eleventh switching element Q11 and the twelfth switching element Q12 are connected in anti-series between the third connection point 203 and the fourth connection point 204 so that the drains are connected to each other. .

また、第9〜12のスイッチング素子Q9〜Q12の各々には第9〜12のダイオードD9〜D12がそれぞれ逆並列に接続されている。これら第9〜12のダイオードD9〜D12は、それぞれ第9〜12の各スイッチング素子Q9〜Q12の寄生ダイオードである。つまり、第9のスイッチング素子Q9の寄生ダイオードは第9のダイオードD9を構成し、同様に、第10,11,12の各スイッチング素子Q10,Q11,Q12の寄生ダイオードはそれぞれ第10,11,12のダイオードD10,D11,D12を構成する。たとえば第9のダイオードD9は、第9のスイッチング素子Q9のドレイン側をカソード、ソース側をアノードとする向きに接続されている。   Also, ninth to twelfth diodes D9 to D12 are connected in antiparallel to the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12, respectively. The ninth to twelfth diodes D9 to D12 are parasitic diodes of the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12, respectively. That is, the parasitic diode of the ninth switching element Q9 constitutes the ninth diode D9, and similarly, the parasitic diodes of the tenth, eleventh and twelfth switching elements Q10, Q11 and Q12 are the tenth, eleventh and twelfth elements, respectively. Diodes D10, D11, D12. For example, the ninth diode D9 is connected in such a direction that the drain side of the ninth switching element Q9 is a cathode and the source side is an anode.

本実施形態においては、第1の双方向スイッチ13は、全オフ状態と全オン状態とを含む動作状態を切替可能に構成されている。第1の双方向スイッチ13の全オフ状態は、第1接続点201と第2接続点202との間で双方向の電流を遮断する状態である。第1の双方向スイッチ13の全オン状態は、第1接続点201と第2接続点202との間で双方向の電流を通過させる状態である。第2の双方向スイッチ14も同様に、全オフ状態と全オン状態とを含む動作状態を切替可能に構成されている。第2の双方向スイッチ14の全オフ状態は、第3接続点203と第4接続点204との間で双方向の電流を遮断する状態である。第2の双方向スイッチ14の全オン状態は、第3接続点203と第4接続点204との間で双方向の電流を通過させる状態である。   In the present embodiment, the first bidirectional switch 13 is configured to be able to switch between operation states including an all-off state and an all-on state. The all-off state of the first bidirectional switch 13 is a state in which a bidirectional current is interrupted between the first connection point 201 and the second connection point 202. The all-on state of the first bidirectional switch 13 is a state in which bidirectional current passes between the first connection point 201 and the second connection point 202. Similarly, the second bidirectional switch 14 is configured to be able to switch the operation state including the all-off state and the all-on state. The all-off state of the second bidirectional switch 14 is a state in which bidirectional current is interrupted between the third connection point 203 and the fourth connection point 204. The all-on state of the second bidirectional switch 14 is a state in which bidirectional current passes between the third connection point 203 and the fourth connection point 204.

さらに、本実施形態では、第1の双方向スイッチ13の動作状態は、第2接続点202から第1接続点201へ流れる電流を遮断し、且つ第1接続点201から第2接続点202へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいる。また、第2の双方向スイッチ14の動作状態は、第3接続点203から第4接続点204へ流れる電流を遮断し、且つ第4接続点204から第3接続点203へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいる。   Furthermore, in the present embodiment, the operation state of the first bidirectional switch 13 is such that the current flowing from the second connection point 202 to the first connection point 201 is cut off, and the first connection point 201 to the second connection point 202. It further includes a half-on state for passing a flowing current. Further, the operating state of the second bidirectional switch 14 blocks the current flowing from the third connection point 203 to the fourth connection point 204 and allows the current flowing from the fourth connection point 204 to the third connection point 203 to pass. It further includes a semi-on state.

そのため、本実施形態の電力変換装置1は、第1の双方向スイッチ13を全オン状態とすることにより、第1接続点201と第2接続点202との間を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことができる。また、本実施形態の電力変換装置1は、第2の双方向スイッチ14を全オン状態とすることにより、第3接続点203と第4接続点204との間を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことができる。   Therefore, in the power conversion device 1 of the present embodiment, bidirectional current can pass between the first connection point 201 and the second connection point 202 by setting the first bidirectional switch 13 to the all-on state. Can create a unique state. Moreover, the power converter device 1 of this embodiment can pass a bidirectional | two-way electric current between the 3rd connection point 203 and the 4th connection point 204 by making the 2nd bidirectional switch 14 all the ON states. Can create a unique state.

すなわち、第1の双方向スイッチ13は、第9,10のスイッチング素子Q9,Q10がいずれもオフの状態で全オフ状態となり、第9,10のスイッチング素子Q9,Q10がいずれもオンの状態で全オン状態となる。さらに、第1の双方向スイッチ13は、第10のスイッチング素子Q10がオンで且つ第9のスイッチング素子Q9がオフの状態には、第9のダイオードD9によって電流の向きが一方向に制限される半オン状態となる。   That is, the first bidirectional switch 13 is turned off when the ninth and tenth switching elements Q9 and Q10 are both off, and the ninth and tenth switching elements Q9 and Q10 are both on. All are turned on. Further, in the first bidirectional switch 13, when the tenth switching element Q10 is on and the ninth switching element Q9 is off, the direction of current is restricted to one direction by the ninth diode D9. Semi-on state.

また、第2の双方向スイッチ14は、第11,12のスイッチング素子Q11,Q12がいずれもオフの状態で全オフ状態となり、第11,12のスイッチング素子Q11,Q12がいずれもオンの状態で全オン状態となる。さらに、第2の双方向スイッチ14は、第12のスイッチング素子Q12がオンで且つ第11のスイッチング素子Q11がオフの状態には、第11のダイオードD11によって電流の向きが一方向に制限される半オン状態となる。   Further, the second bidirectional switch 14 is fully turned off when the eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12 are both off, and the eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12 are both on. All are turned on. Further, in the second bidirectional switch 14, when the twelfth switching element Q12 is on and the eleventh switching element Q11 is off, the direction of the current is limited to one direction by the eleventh diode D11. Semi-on state.

このように、本実施形態における双方向スイッチ(第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14のそれぞれ)は、全オフ状態、全オン状態、および半オン状態からなる3つの動作状態を切替可能である。   As described above, the bidirectional switch (each of the first bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14) in the present embodiment has three operation states consisting of a full-off state, a full-on state, and a half-on state. Can be switched.

上記構成を言い換えれば、第1の双方向スイッチ13は、第1キャパシタC1の正極側の端子と第2キャパシタC2の負極側の端子との間に電気的に接続されている。第2の双方向スイッチ14は、第1キャパシタC1の負極側の端子と第2キャパシタC2の正極側の端子との間に電気的に接続されている。つまり、第1変換回路11の第1キャパシタC1と第2変換回路12の第2キャパシタC2とは、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14を介して、たすき掛け状に接続されている。   In other words, the first bidirectional switch 13 is electrically connected between the positive terminal of the first capacitor C1 and the negative terminal of the second capacitor C2. The second bidirectional switch 14 is electrically connected between the negative terminal of the first capacitor C1 and the positive terminal of the second capacitor C2. That is, the first capacitor C1 of the first conversion circuit 11 and the second capacitor C2 of the second conversion circuit 12 are connected in a crossed manner via the first bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14. Has been.

さらに、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8、並びに第9〜12のスイッチング素子Q9〜Q12のゲートは、それぞれ制御部6に電気的に接続されている。制御部6は、第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第1変換回路11を制御する。また、制御部6は、第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第2変換回路12を制御する。また、制御部6は、第9,10のスイッチング素子Q9,Q10のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第1の双方向スイッチ13を制御する。また、制御部6は、第11,12のスイッチング素子Q11,Q12のオン/オフを個別に切り替え可能であって、これにより第2の双方向スイッチ14を制御する。   Furthermore, the gates of the first to eighth switching elements Q1 to Q8 and the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12 are electrically connected to the control unit 6, respectively. The control unit 6 can individually switch on / off the first to fourth switching elements Q <b> 1 to Q <b> 4 and thereby controls the first conversion circuit 11. The control unit 6 can individually switch on / off the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8, and thereby controls the second conversion circuit 12. The controller 6 can individually switch on / off the ninth and tenth switching elements Q9 and Q10, and thereby controls the first bidirectional switch 13. The controller 6 can individually switch on / off the eleventh and twelfth switching elements Q11 and Q12, and thereby controls the second bidirectional switch 14.

なお、制御部6は、第1変換回路11、第2変換回路12、第1の双方向スイッチ13、第2の双方向スイッチ14のそれぞれについて個別に設けられていてもよい。   Note that the control unit 6 may be provided individually for each of the first conversion circuit 11, the second conversion circuit 12, the first bidirectional switch 13, and the second bidirectional switch 14.

本実施形態では、制御部6は、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12に駆動信号を与えるドライブ回路61と、ドライブ回路61に信号を与えるマイコン(マイクロコンピュータ)62と、検出回路63とを有している。   In the present embodiment, the control unit 6 includes a drive circuit 61 that supplies a drive signal to the first to twelfth switching elements Q1 to Q12, a microcomputer 62 that supplies a signal to the drive circuit 61, and a detection circuit 63. Have.

ドライブ回路61は、第1〜12の各スイッチング素子Q1〜Q12の制御端子(ゲート)に対して駆動信号を与えることにより、各素子を個別に駆動(制御)するように構成されている。マイコン62は、ドライブ回路61にPWM(Pulse Width Modulation)信号を与えることにより、ドライブ回路61を制御するように構成されている。すなわち、制御部6は、マイコン62からの指示に応じてドライブ回路61が生成する駆動信号によって、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12を個別に制御する。   The drive circuit 61 is configured to drive (control) each element individually by giving a drive signal to the control terminals (gates) of the first to twelfth switching elements Q1 to Q12. The microcomputer 62 is configured to control the drive circuit 61 by giving a PWM (Pulse Width Modulation) signal to the drive circuit 61. That is, the control unit 6 individually controls the first to twelfth switching elements Q1 to Q12 by a drive signal generated by the drive circuit 61 in response to an instruction from the microcomputer 62.

検出回路63は、第1キャパシタC1の両端電圧および第2キャパシタC2の両端電圧の大きさを検出するように構成されている。検出回路63の検出結果を用いた制御部6の動作については後述する。   The detection circuit 63 is configured to detect the magnitude of the voltage across the first capacitor C1 and the voltage across the second capacitor C2. The operation of the control unit 6 using the detection result of the detection circuit 63 will be described later.

ここにおいて、ドライブ回路61は、2つ以上のスイッチング素子が同時にオンして、短絡電流が流れることを防止する短絡防止回路としての機能を兼ね備えていることが好ましい。すなわち、特定の組み合わせのスイッチング素子が同時にオンすると、たとえば第1入力点101と第2入力点102との間が短絡し、直流電源100からの電流が短絡電流となってスイッチング素子に流れる可能性がある。そこで、ドライブ回路61は、このような特定の組み合わせのスイッチング素子が同時にオンしないように構成されることが好ましい。たとえば、ドライブ回路61は、特定の組み合わせのスイッチング素子のゲートに入力される駆動信号が同時にHレベルになると、駆動信号を強制的にLレベルに落とすことにより、特定の組み合わせのスイッチング素子を同時にオンさせないように構成される。   Here, it is preferable that the drive circuit 61 also has a function as a short-circuit prevention circuit that prevents two or more switching elements from being simultaneously turned on to prevent a short-circuit current from flowing. That is, when switching elements of a specific combination are simultaneously turned on, for example, the first input point 101 and the second input point 102 are short-circuited, and the current from the DC power supply 100 may flow as a short-circuit current to the switching element. There is. Therefore, it is preferable that the drive circuit 61 is configured such that such specific combination of switching elements does not turn on at the same time. For example, when the drive signals input to the gates of a specific combination of switching elements simultaneously become H level, the drive circuit 61 forcibly lowers the drive signal to L level to simultaneously turn on the specific combination of switching elements. It is configured not to let you.

フィルタ回路5は、図1に示すように、一対のインダクタL1,L2と、第3キャパシタC3とを有している。一方のインダクタL1は、第1出力点103と第3出力点105との間に電気的に接続されている。他方のインダクタL2は、第2出力点104と第4出力点106との間に電気的に接続されている。ただし、インダクタL1,L2は、第1出力点103および第2出力点104の少なくとも一方と出力端子(第3出力点105、第4出力点106)との間に電気的に接続されていればよく、インダクタL1,L2のいずれかは省略されていてもよい。   As shown in FIG. 1, the filter circuit 5 has a pair of inductors L1 and L2 and a third capacitor C3. One inductor L <b> 1 is electrically connected between the first output point 103 and the third output point 105. The other inductor L 2 is electrically connected between the second output point 104 and the fourth output point 106. However, if the inductors L1 and L2 are electrically connected between at least one of the first output point 103 and the second output point 104 and the output terminal (the third output point 105 and the fourth output point 106). Any one of the inductors L1 and L2 may be omitted.

第3キャパシタC3は、第3出力点105と第4出力点106との間に電気的に接続されている。言い換えれば、フィルタ回路5は、第1出力点103と第2出力点104との間に電気的に接続された、インダクタL1、第3キャパシタC3、インダクタL2の直列回路である。   The third capacitor C <b> 3 is electrically connected between the third output point 105 and the fourth output point 106. In other words, the filter circuit 5 is a series circuit of an inductor L1, a third capacitor C3, and an inductor L2 that are electrically connected between the first output point 103 and the second output point 104.

電圧検出部31は、第3出力点105と第4出力点106との間に発生する第1出力電圧V1を検出するように構成されている。つまり、電圧検出部31は、本実施形態ではフィルタ回路5の後段に設けられ、第3出力点105と第4出力点106との間に発生する第1出力電圧V1を検出する。以下では、第3出力点105と第4出力点106との間に発生する第1出力電圧V1を、単に「出力電圧V1」ともいう。   The voltage detection unit 31 is configured to detect a first output voltage V <b> 1 generated between the third output point 105 and the fourth output point 106. That is, the voltage detection unit 31 is provided in the subsequent stage of the filter circuit 5 in the present embodiment, and detects the first output voltage V1 generated between the third output point 105 and the fourth output point 106. Hereinafter, the first output voltage V1 generated between the third output point 105 and the fourth output point 106 is also simply referred to as “output voltage V1”.

電圧検出部31は、出力電圧V1の大きさ(瞬時値)を、極性(+あるいは−)も含めて検出する。電圧検出部31は、たとえば第3出力点105と第4出力点106との間に直列に接続された一対の分圧抵抗で構成される。電圧検出部31は、検出結果を判定部2へ出力する。ただし、電圧検出部31の構成はこれに限らず、たとえばフィルタ回路5の前段、つまり第1出力点103と第2出力点104との間に電圧検出部31が接続されていてもよい。この場合、電圧検出部31は、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する第2出力電圧V2を検出する。以下では、第1出力点103と第2出力点104との間に発生する第2出力電圧V2を、単に「出力電圧V2」ともいう。   The voltage detector 31 detects the magnitude (instantaneous value) of the output voltage V1, including the polarity (+ or-). The voltage detection unit 31 is configured by a pair of voltage dividing resistors connected in series between the third output point 105 and the fourth output point 106, for example. The voltage detection unit 31 outputs the detection result to the determination unit 2. However, the configuration of the voltage detection unit 31 is not limited to this. For example, the voltage detection unit 31 may be connected to the previous stage of the filter circuit 5, that is, between the first output point 103 and the second output point 104. In this case, the voltage detection unit 31 detects the second output voltage V <b> 2 generated between the first output point 103 and the second output point 104. Hereinafter, the second output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is also simply referred to as “output voltage V2”.

電流検出部32は、第3出力点105または第4出力点106を流れる電流を出力電流I1として検出するように構成されている。電流検出部32は、出力電流I1の大きさ(瞬時値)を、極性(+あるいは−)も含めて検出する。電流検出部32は、たとえば第3出力点105とフィルタ回路5との間に接続されたシャント抵抗で構成される。電流検出部32は、検出結果を判定部2へ出力する。ただし、電流検出部32の構成はこれに限らず、たとえば第4出力点106とフィルタ回路5との間に電流検出部32が接続されていてもよい。また、電流検出部32は、フィルタ回路5の前段、つまり第1出力点103または第2出力点104とフィルタ回路5との間に接続されていてもよい。   The current detector 32 is configured to detect the current flowing through the third output point 105 or the fourth output point 106 as the output current I1. The current detector 32 detects the magnitude (instantaneous value) of the output current I1 including the polarity (+ or-). The current detection unit 32 is configured by, for example, a shunt resistor connected between the third output point 105 and the filter circuit 5. The current detection unit 32 outputs the detection result to the determination unit 2. However, the configuration of the current detection unit 32 is not limited thereto, and the current detection unit 32 may be connected between the fourth output point 106 and the filter circuit 5, for example. The current detection unit 32 may be connected to the previous stage of the filter circuit 5, that is, between the first output point 103 or the second output point 104 and the filter circuit 5.

判定部2は、電圧検出部31で検出される出力電圧V1と電流検出部32で検出される出力電流I1とが同符号であれば第1状態と判定する。一方、電圧検出部31で検出される出力電圧V1と電流検出部32で検出される出力電流I1とが異符号であれば第2状態と判定する。つまり、判定部2は、電圧検出部31の検出結果と電流検出部32の検出結果とを対比することによって、変換回路10が第1状態と第2状態とのいずれの状態にあるかを判定する。判定部2は、判定結果を制御部6、ここではマイコン62へ出力する。判定部2の判定結果を用いた制御部6の動作については後述する。   The determination unit 2 determines the first state if the output voltage V1 detected by the voltage detection unit 31 and the output current I1 detected by the current detection unit 32 have the same sign. On the other hand, if the output voltage V1 detected by the voltage detector 31 and the output current I1 detected by the current detector 32 are different from each other, the second state is determined. That is, the determination unit 2 determines whether the conversion circuit 10 is in the first state or the second state by comparing the detection result of the voltage detection unit 31 and the detection result of the current detection unit 32. To do. The determination unit 2 outputs the determination result to the control unit 6, here the microcomputer 62. The operation of the control unit 6 using the determination result of the determination unit 2 will be described later.

このように、本実施形態では、判定部2は、第3出力点105または第4出力点106を流れる出力電流I1、および第3出力点105と第4出力点106との間に生じる出力電圧V1に基づいて、第1状態か第2状態かを判定するように構成されている。ただし、この構成に限らず、判定部2は、第1出力点103または第2出力点104を流れる出力電流、および第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2を直接的に、第1状態か第2状態かの判定に用いてもよい。   As described above, in this embodiment, the determination unit 2 outputs the output current I1 flowing through the third output point 105 or the fourth output point 106, and the output voltage generated between the third output point 105 and the fourth output point 106. Based on V1, it is configured to determine whether the state is the first state or the second state. However, the determination unit 2 is not limited to this configuration, and the determination unit 2 determines the output current flowing through the first output point 103 or the second output point 104 and the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104. You may use directly for determination of a 1st state or a 2nd state.

<電力変換装置の基本動作>
上述した構成の電力変換装置1の基本動作について、図2A,2B,3A,3B,4A,4B,5A,5Bを参照して簡単に説明する。なお、図中、太線矢印は電流経路を表し、点線の丸印が付されたスイッチング素子はオン状態の素子を表している。
<Basic operation of power converter>
The basic operation of the power conversion device 1 configured as described above will be briefly described with reference to FIGS. 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, and 5B. In the drawing, a thick arrow represents a current path, and a switching element with a dotted circle represents an on-state element.

ここでいう電力変換装置1の基本動作とは、直流電源100より電力の供給が開始してから第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧に充電されるまでの期間(以下、「始動期間」という)の経過後の電力変換装置1の動作である。つまり、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧に充電された状態からの電力変換装置1の動作を、電力変換装置1の基本動作とする。   The basic operation of the power conversion device 1 here is a period from when the supply of power from the DC power supply 100 is started until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the reference voltage (hereinafter referred to as “starting period”). The operation of the power conversion apparatus 1 after elapse of “)”. That is, the operation of the power conversion device 1 from the state where the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the reference voltage is defined as the basic operation of the power conversion device 1.

第1キャパシタC1についての基準電圧は、直流電源100から第1入力点101と第2入力点102との間に印加される印加電圧の1/4の大きさの電圧である。第2キャパシタC2についての基準電圧も、同様に直流電源100から第1入力点101と第2入力点102との間に印加される印加電圧の1/4の大きさの電圧である。   The reference voltage for the first capacitor C <b> 1 is a voltage that is ¼ of the applied voltage applied from the DC power source 100 between the first input point 101 and the second input point 102. Similarly, the reference voltage for the second capacitor C <b> 2 is a voltage that is ¼ of the applied voltage applied between the first input point 101 and the second input point 102 from the DC power supply 100.

以下では、直流電源100の出力電圧がE〔V〕であって、第1入力点101の電位はE〔V〕、第2入力点102の電位は0〔V〕であると仮定する。ここで、基準電圧に充電された第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との各々の両端電圧はE/4〔V〕となる。以下では、第1出力点103と第2出力点104との電位差、つまり第1出力点103−第2出力点104間に生じる電圧を、電力変換装置1の出力電圧V2として説明する。   In the following, it is assumed that the output voltage of the DC power supply 100 is E [V], the potential of the first input point 101 is E [V], and the potential of the second input point 102 is 0 [V]. Here, the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 charged to the reference voltage is E / 4 [V]. Hereinafter, the potential difference between the first output point 103 and the second output point 104, that is, the voltage generated between the first output point 103 and the second output point 104 will be described as the output voltage V2 of the power converter 1.

なお、第3出力点105および第4出力点106は系統電源7に電気的に接続されているため、第3出力点105と第4出力点106との電位差、つまり第3出力点105−第4出力点106間に生じる出力電圧V1は、系統電源7の出力電圧に等しくなる。第1出力点103と第3出力点105との電位差、並びに第2出力点104と第4出力点106との間の電位差は、フィルタ回路5にて吸収されることになる。   Since the third output point 105 and the fourth output point 106 are electrically connected to the system power supply 7, the potential difference between the third output point 105 and the fourth output point 106, that is, the third output point 105-the second output point. The output voltage V1 generated between the four output points 106 is equal to the output voltage of the system power supply 7. The potential difference between the first output point 103 and the third output point 105 and the potential difference between the second output point 104 and the fourth output point 106 are absorbed by the filter circuit 5.

電力変換装置1は、第1変換回路11、第2変換回路12、第1の双方向スイッチ13、第2の双方向スイッチ14を第1〜8の計8つのモードに切り替える。これにより、電力変換装置1は、第1入力点101と第2入力点102との間に印加される直流電圧(E〔V〕)を交流電圧に変換して、第1出力点103と第2出力点104との間に出力電圧V2を発生する。なお、以下の説明では、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12に関し、それぞれオン/オフの状態について言及していない場合には「オフ」の状態にあることとする。また、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12での電圧降下、および第1〜12のダイオードD1〜D12での電圧降下は無視できる程度と仮定する。   The power conversion device 1 switches the first conversion circuit 11, the second conversion circuit 12, the first bidirectional switch 13, and the second bidirectional switch 14 to a total of eight modes 1 to 8. As a result, the power conversion device 1 converts the DC voltage (E [V]) applied between the first input point 101 and the second input point 102 into an AC voltage, and the first output point 103 and the first input point 103 An output voltage V2 is generated between the two output points 104. In the following description, the first to twelfth switching elements Q1 to Q12 are assumed to be in the “off” state when the on / off state is not mentioned. Further, it is assumed that the voltage drop in the first to twelfth switching elements Q1 to Q12 and the voltage drop in the first to twelfth diodes D1 to D12 are negligible.

ここにおいて、制御部6は、以下の2つの条件に従って、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12を制御する。   Here, the control part 6 controls the 1st-12th switching elements Q1-Q12 according to the following two conditions.

1つ目の条件としては、第1変換回路11の第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4と、第2変換回路12の第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8とで一対一のペアを設定し、ペアごとにオン/オフが切り替わるようにする。ここでは、第1,8のスイッチング素子Q1,Q8がペアとなり、第2,7のスイッチング素子Q2,Q7がペアとなり、第3,6のスイッチング素子Q3,Q6がペアとなり、第4,5のスイッチング素子Q4,Q5がペアとなる。   As a first condition, a one-to-one pair is set by the first to fourth switching elements Q1 to Q4 of the first conversion circuit 11 and the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 of the second conversion circuit 12. On / off is switched for each pair. Here, the first and eighth switching elements Q1, Q8 are paired, the second, seventh switching elements Q2, Q7 are paired, the third, sixth switching elements Q3, Q6 are paired, and the fourth, fifth Switching elements Q4 and Q5 form a pair.

2つ目の条件としては、第2のスイッチング素子Q2と第3のスイッチング素子Q3とが、同時にオンまたはオフにならないようにする。さらに、第1〜4のモードにおいては第1のスイッチング素子Q1と第11のスイッチング素子Q11とが、また、第5〜8のモードにおいては第4のスイッチング素子Q4と第9のスイッチング素子Q9とが、それぞれ同時にオンまたはオフにならないようにする。   The second condition is that the second switching element Q2 and the third switching element Q3 are not simultaneously turned on or off. Further, in the first to fourth modes, the first switching element Q1 and the eleventh switching element Q11, and in the fifth to eighth modes, the fourth switching element Q4 and the ninth switching element Q9, Are not simultaneously turned on or off.

まず、図2Aに示す第1のモードでは、第1変換回路11の第1,2のスイッチング素子Q1,Q2と、第2変換回路12の第7,8のスイッチング素子Q7,Q8と、第2の双方向スイッチ14の第12のスイッチング素子Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は半オン状態にある。この状態では、図2Aに示すように、第1入力点101は、第1のスイッチング素子Q1、第2のスイッチング素子Q2を介して第1出力点103に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第8のスイッチング素子Q8、第7のスイッチング素子Q7を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第1,2,7,8のスイッチング素子Q1,Q2,Q7,Q8の計4つであって、第12のスイッチング素子Q12には電流は流れない。   First, in the first mode shown in FIG. 2A, the first and second switching elements Q1 and Q2 of the first conversion circuit 11, the seventh and eighth switching elements Q7 and Q8 of the second conversion circuit 12, and the second Each of the twelfth switching elements Q12 of the bidirectional switch 14 is in an ON state. That is, the second bidirectional switch 14 is in a half-on state. In this state, as shown in FIG. 2A, the first input point 101 is electrically connected to the first output point 103 via the first switching element Q1 and the second switching element Q2. The second input point 102 is electrically connected to the second output point 104 via the eighth switching element Q8 and the seventh switching element Q7. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, i.e., first, second, seventh, and eighth switching elements Q1, Q2, Q7, and Q8. There is no current flowing through.

したがって、第1出力点103は第1入力点101と同電位(E〔V〕)になり、第2出力点104は第2入力点102と同電位(0〔V〕)になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、E(=E−0)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。   Accordingly, the first output point 103 has the same potential (E [V]) as the first input point 101, and the second output point 104 has the same potential (0 [V]) as the second input point 102. Therefore, the output voltage V2 of the power conversion device 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 becomes E (= E-0) [V]. Further, at this time, the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor L1 from the potential of the first output point 103, and the potential of the fourth output point 106 becomes the potential of the second output point 104 to the inductor. The potential is the sum of the voltages at both ends of L2.

次に、図2Bに示す第2のモードでは、第1変換回路11の第1,3のスイッチング素子Q1,Q3と、第2変換回路12の第6,8のスイッチング素子Q6,Q8と、第2の双方向スイッチ14の第12のスイッチング素子Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は半オン状態にある。この状態では、図2Bに示すように、第1入力点101は、第1のスイッチング素子Q1、第1キャパシタC1、第3のスイッチング素子Q3を介して第1出力点103に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第8のスイッチング素子Q8、第2キャパシタC2、第6のスイッチング素子Q6を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第1,3,6,8のスイッチング素子Q1,Q3,Q6,Q8の計4つであって、第12のスイッチング素子Q12には電流は流れない。   Next, in the second mode shown in FIG. 2B, the first and third switching elements Q1 and Q3 of the first conversion circuit 11, the sixth and eighth switching elements Q6 and Q8 of the second conversion circuit 12, Each of the two bidirectional switches 14 and the twelfth switching element Q12 is in an ON state. That is, the second bidirectional switch 14 is in a half-on state. In this state, as shown in FIG. 2B, the first input point 101 is electrically connected to the first output point 103 via the first switching element Q1, the first capacitor C1, and the third switching element Q3. The The second input point 102 is electrically connected to the second output point 104 via the eighth switching element Q8, the second capacitor C2, and the sixth switching element Q6. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, that is, the first, third, sixth, and eighth switching elements Q1, Q3, Q6, and Q8, and the twelfth switching element Q12. There is no current flowing through.

したがって、第1出力点103の電位は、第1入力点101の電位(E〔V〕)より第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ低い電位、つまり3E/4(=E−E/4)〔V〕となる。また、第2出力点104の電位は、第2入力点102の電位(0〔V〕)より第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ高い電位、つまりE/4(=0+E/4)〔V〕となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、E/2(=3E/4−E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。   Therefore, the potential of the first output point 103 is lower than the potential (E [V]) of the first input point 101 by the voltage across the first capacitor C1 (E / 4 [V]), that is, 3E / 4 ( = EE-4) [V]. The potential of the second output point 104 is higher than the potential of the second input point 102 (0 [V]) by the voltage across the second capacitor C2 (E / 4 [V]), that is, E / 4 ( = 0 + E / 4) [V]. Therefore, the output voltage V2 of the power converter 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is E / 2 (= 3E / 4-E / 4) [V]. Further, at this time, the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor L1 from the potential of the first output point 103, and the potential of the fourth output point 106 becomes the potential of the second output point 104 to the inductor. The potential is the sum of the voltages at both ends of L2.

次に、図3Aに示す第3のモードでは、第1変換回路11の第2のスイッチング素子Q2と、第2変換回路12の第7のスイッチング素子Q7と、第2の双方向スイッチ14の第11,12のスイッチング素子Q11,Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は全オン状態にある。この状態では、第2出力点104は、第7のスイッチング素子Q7、第2キャパシタC2、第11のスイッチング素子Q11、第12のスイッチング素子Q12、第1キャパシタC1、第2のスイッチング素子Q2を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第2,7,11,12のスイッチング素子Q2,Q7,Q11,Q12の計4つである。   Next, in the third mode shown in FIG. 3A, the second switching element Q2 of the first conversion circuit 11, the seventh switching element Q7 of the second conversion circuit 12, and the second bidirectional switch 14 11 and 12 switching elements Q11 and Q12 are in an ON state, respectively. That is, the second bidirectional switch 14 is in an all-on state. In this state, the second output point 104 passes through the seventh switching element Q7, the second capacitor C2, the eleventh switching element Q11, the twelfth switching element Q12, the first capacitor C1, and the second switching element Q2. And electrically connected to the first output point 103. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, ie, the second, seventh, eleventh, and twelfth switching elements Q2, Q7, Q11, and Q12.

したがって、第1出力点103の電位は、第2出力点104の電位より、第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)と第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)との和の分だけ高い電位となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、E/2(=E/4+E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。また、この状態においては、第2の双方向スイッチ14が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。   Accordingly, the potential at the first output point 103 is determined by the voltage across the first capacitor C1 (E / 4 [V]) and the voltage across the second capacitor C2 (E / 4 [V]) from the potential at the second output point 104. ) And a higher potential. Therefore, the output voltage V2 of the power conversion device 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is E / 2 (= E / 4 + E / 4) [V]. Further, at this time, the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor L1 from the potential of the first output point 103, and the potential of the fourth output point 106 becomes the potential of the second output point 104 to the inductor. The potential is the sum of the voltages at both ends of L2. In this state, since the second bidirectional switch 14 is fully on, the conversion circuit 10 can cause a bidirectional current to flow between the first output point 103 and the second output point 104. it can.

次に、図3Bに示す第4のモードでは、第1変換回路11の第3のスイッチング素子Q3と、第2変換回路12の第6のスイッチング素子Q6と、第2の双方向スイッチ14の第11,12のスイッチング素子Q11,Q12とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第2の双方向スイッチ14は全オン状態にある。この状態では、第2出力点104は、第6のスイッチング素子Q6、第11のスイッチング素子Q11、第12のスイッチング素子Q12、第3のスイッチング素子Q3を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第3,6,11,12のスイッチング素子Q3,Q6,Q11,Q12の計4つである。   Next, in the fourth mode shown in FIG. 3B, the third switching element Q3 of the first conversion circuit 11, the sixth switching element Q6 of the second conversion circuit 12, and the second bidirectional switch 14 are switched. 11 and 12 switching elements Q11 and Q12 are in an ON state, respectively. That is, the second bidirectional switch 14 is in an all-on state. In this state, the second output point 104 is electrically connected to the first output point 103 via the sixth switching element Q6, the eleventh switching element Q11, the twelfth switching element Q12, and the third switching element Q3. Connected. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, ie, third, sixth, eleventh, and twelfth switching elements Q3, Q6, Q11, and Q12.

したがって、第1出力点103の電位は第2出力点104と同電位になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、0〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位からインダクタL1の両端電圧を差し引いた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位にインダクタL2の両端電圧を加えた電位となる。また、この状態においては、第2の双方向スイッチ14が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。   Therefore, the potential at the first output point 103 is the same as that at the second output point 104. Therefore, the output voltage V2 of the power conversion device 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is 0 [V]. Further, at this time, the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor L1 from the potential of the first output point 103, and the potential of the fourth output point 106 becomes the potential of the second output point 104 to the inductor. The potential is the sum of the voltages at both ends of L2. In this state, since the second bidirectional switch 14 is fully on, the conversion circuit 10 can cause a bidirectional current to flow between the first output point 103 and the second output point 104. it can.

一方、第5〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、上記第1〜4のモードを基準にして、第1変換回路11と第2変換回路12とで動作を入れ替え、且つ第1の双方向スイッチ13と第2の双方向スイッチ14とで動作を入れ替えたような動作を行う。つまり、第5〜8のモードと第1〜4のモードとでは、変換回路10の動作は、第1変換回路11および第1の双方向スイッチ13と、第2変換回路12および第2の双方向スイッチ14とが入れ替わった対称な動作となる。   On the other hand, in the fifth to eighth modes, the power conversion device 1 switches the operation between the first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12 based on the first to fourth modes. The bi-directional switch 13 and the second bi-directional switch 14 perform operations that are interchanged. That is, in the fifth to eighth modes and the first to fourth modes, the operation of the conversion circuit 10 is the first conversion circuit 11 and the first bidirectional switch 13, and the second conversion circuit 12 and the second mode. The direction switch 14 is replaced with a symmetrical operation.

すなわち、図4Aに示す第5のモードでは、変換回路10の動作は、上記第4のモードと対称な動作となる。そのため、第5のモードでは、第1変換回路11の第2のスイッチング素子Q2と、第2変換回路12の第7のスイッチング素子Q7と、第1の双方向スイッチ13の第9,10のスイッチング素子Q9,Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は全オン状態にある。この状態では、図4Aに示すように、第1出力点103は、第2のスイッチング素子Q2、第9のスイッチング素子Q9、第10のスイッチング素子Q10、第7のスイッチング素子Q7を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第2,7,9,10のスイッチング素子Q2,Q7,Q9,Q10の計4つである。   That is, in the fifth mode shown in FIG. 4A, the operation of the conversion circuit 10 is symmetric to the fourth mode. Therefore, in the fifth mode, the second switching element Q2 of the first conversion circuit 11, the seventh switching element Q7 of the second conversion circuit 12, and the ninth and tenth switching of the first bidirectional switch 13 are switched. Elements Q9 and Q10 are each in an on state. That is, the first bidirectional switch 13 is fully turned on. In this state, as shown in FIG. 4A, the first output point 103 is connected to the second switching element Q2, the ninth switching element Q9, the tenth switching element Q10, and the seventh switching element Q7 through the second switching element Q2. It is electrically connected to the output point 104. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, ie, the second, seventh, ninth, and tenth switching elements Q2, Q7, Q9, and Q10.

したがって、第1出力点103の電位は第2出力点104と同電位になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、0〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。また、この状態においては、第1の双方向スイッチ13が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。   Therefore, the potential at the first output point 103 is the same as that at the second output point 104. Therefore, the output voltage V2 of the power conversion device 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is 0 [V]. Further, at this time, the potential at the third output point 105 is a potential obtained by adding the voltage across the inductor L1 to the potential at the first output point 103, and the potential at the fourth output point 106 is changed from the potential at the second output point 104 to the inductor. The potential is obtained by subtracting the voltage across L2. In this state, since the first bidirectional switch 13 is fully on, the conversion circuit 10 can cause a bidirectional current to flow between the first output point 103 and the second output point 104. it can.

次に、図4Bに示す第6のモードでは、変換回路10の動作は、上記第3のモードと対称な動作となる。そのため、第6のモードでは、第1変換回路11の第3のスイッチング素子Q3と、第2変換回路12の第6のスイッチング素子Q6と、第1の双方向スイッチ13の第9,10のスイッチング素子Q9,Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は全オン状態にある。この状態では、第1出力点103は、第3のスイッチング素子Q3、第1キャパシタC1、第9のスイッチング素子Q9、第10のスイッチング素子Q10、第2キャパシタC2、第6のスイッチング素子Q6を介して第2出力点104に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第3,6,9,10のスイッチング素子Q3,Q6,Q9,Q10の計4つである。   Next, in the sixth mode shown in FIG. 4B, the operation of the conversion circuit 10 is symmetric to the third mode. Therefore, in the sixth mode, the third switching element Q3 of the first conversion circuit 11, the sixth switching element Q6 of the second conversion circuit 12, and the ninth and tenth switching of the first bidirectional switch 13 are switched. Elements Q9 and Q10 are each in an on state. That is, the first bidirectional switch 13 is fully turned on. In this state, the first output point 103 passes through the third switching element Q3, the first capacitor C1, the ninth switching element Q9, the tenth switching element Q10, the second capacitor C2, and the sixth switching element Q6. And electrically connected to the second output point 104. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, that is, third, sixth, ninth, and tenth switching elements Q3, Q6, Q9, and Q10.

したがって、第1出力点103の電位は、第2出力点104の電位より、第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)と第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)との和の分だけ低い電位となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、−E/2(=−E/4−E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。また、この状態においては、第1の双方向スイッチ13が全オン状態にあるため、変換回路10は、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。   Accordingly, the potential at the first output point 103 is determined by the voltage across the first capacitor C1 (E / 4 [V]) and the voltage across the second capacitor C2 (E / 4 [V]) from the potential at the second output point 104. ) And a lower potential. Therefore, the output voltage V2 of the power converter 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 becomes −E / 2 (= −E / 4−E / 4) [V]. Further, at this time, the potential at the third output point 105 is a potential obtained by adding the voltage across the inductor L1 to the potential at the first output point 103, and the potential at the fourth output point 106 is changed from the potential at the second output point 104 to the inductor. The potential is obtained by subtracting the voltage across L2. In this state, since the first bidirectional switch 13 is fully on, the conversion circuit 10 can cause a bidirectional current to flow between the first output point 103 and the second output point 104. it can.

次に、図5Aに示す第7のモードでは、変換回路10の動作は、上記第2のモードと対称な動作となる。そのため、第7のモードでは、第1変換回路11の第2,4のスイッチング素子Q2,Q4と、第2変換回路12の第5,7のスイッチング素子Q5,Q7と、第1の双方向スイッチ13の第10のスイッチング素子Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は半オン状態にある。この状態では、図5Aに示すように、第1入力点101は、第5のスイッチング素子Q5、第2キャパシタC2、第7のスイッチング素子Q7を介して第2出力点104に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第4のスイッチング素子Q4、第1キャパシタC1、第2のスイッチング素子Q2を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第2,4,5,7のスイッチング素子Q2,Q4,Q5,Q7の計4つであって、第10のスイッチング素子Q10には電流は流れない。   Next, in the seventh mode shown in FIG. 5A, the operation of the conversion circuit 10 is symmetric to the second mode. Therefore, in the seventh mode, the second and fourth switching elements Q2 and Q4 of the first conversion circuit 11, the fifth and seventh switching elements Q5 and Q7 of the second conversion circuit 12, and the first bidirectional switch The thirteenth switching elements Q10 are in the on state. That is, the first bidirectional switch 13 is in a half-on state. In this state, as shown in FIG. 5A, the first input point 101 is electrically connected to the second output point 104 via the fifth switching element Q5, the second capacitor C2, and the seventh switching element Q7. The The second input point 102 is electrically connected to the first output point 103 via the fourth switching element Q4, the first capacitor C1, and the second switching element Q2. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, ie, the second, fourth, fifth, and seventh switching elements Q2, Q4, Q5, and Q7, and the tenth switching element Q10. There is no current flowing through.

したがって、第1出力点103の電位は、第2入力点102の電位(0〔V〕)より第1キャパシタC1の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ高い電位、つまりE/4(=0+E/4)〔V〕となる。また、第2出力点104の電位は、第1入力点101の電位(E〔V〕)より第2キャパシタC2の両端電圧(E/4〔V〕)分だけ低い電位、つまり3E/4(=E−E/4)〔V〕となる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、−E/2(=E/4−3E/4)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。   Therefore, the potential of the first output point 103 is higher than the potential of the second input point 102 (0 [V]) by the voltage across the first capacitor C1 (E / 4 [V]), that is, E / 4 ( = 0 + E / 4) [V]. The potential of the second output point 104 is lower than the potential of the first input point 101 (E [V]) by the voltage across the second capacitor C2 (E / 4 [V]), that is, 3E / 4 ( = EE-4) [V]. Therefore, the output voltage V2 of the power conversion device 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is −E / 2 (= E / 4-3E / 4) [V]. Further, at this time, the potential at the third output point 105 is a potential obtained by adding the voltage across the inductor L1 to the potential at the first output point 103, and the potential at the fourth output point 106 is changed from the potential at the second output point 104 to the inductor. The potential is obtained by subtracting the voltage across L2.

次に、図5Bに示す第8のモードでは、変換回路10の動作は、上記第1のモードと対称な動作となる。そのため、第8のモードでは、第1変換回路11の第3,4のスイッチング素子Q3,Q4と、第2変換回路12の第5,6のスイッチング素子Q5,Q6と、第1の双方向スイッチ13の第10のスイッチング素子Q10とがそれぞれオンの状態にある。つまり、第1の双方向スイッチ13は半オン状態にある。この状態では、図5Bに示すように、第1入力点101は、第5のスイッチング素子Q5、第6のスイッチング素子Q6を介して第2出力点104に電気的に接続される。また、第2入力点102は、第4のスイッチング素子Q4、第3のスイッチング素子Q3を介して第1出力点103に電気的に接続される。このとき、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第3,4,5,6のスイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6の計4つであって、第10のスイッチング素子Q10には電流は流れない。   Next, in the eighth mode shown in FIG. 5B, the operation of the conversion circuit 10 is symmetric with respect to the first mode. Therefore, in the eighth mode, the third and fourth switching elements Q3 and Q4 of the first conversion circuit 11, the fifth and sixth switching elements Q5 and Q6 of the second conversion circuit 12, and the first bidirectional switch. The thirteenth switching elements Q10 are in the on state. That is, the first bidirectional switch 13 is in a half-on state. In this state, as shown in FIG. 5B, the first input point 101 is electrically connected to the second output point 104 via the fifth switching element Q5 and the sixth switching element Q6. The second input point 102 is electrically connected to the first output point 103 via the fourth switching element Q4 and the third switching element Q3. At this time, among the semiconductor elements (switching elements, diodes), there are a total of four elements, that is, the third, fourth, fifth, and sixth switching elements Q3, Q4, Q5, and Q6, and the tenth switching element Q10. There is no current flowing through.

したがって、第1出力点103は第2入力点102と同電位(0〔V〕)になり、第2出力点104は第1入力点101と同電位(E〔V〕)になる。そのため、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる電力変換装置1の出力電圧V2は、−E(=0−E)〔V〕になる。さらにこのとき、第3出力点105の電位は、第1出力点103の電位にインダクタL1の両端電圧を加えた電位となり、第4出力点106の電位は、第2出力点104の電位からインダクタL2の両端電圧を差し引いた電位となる。   Therefore, the first output point 103 has the same potential (0 [V]) as the second input point 102, and the second output point 104 has the same potential (E [V]) as the first input point 101. Therefore, the output voltage V2 of the power conversion device 1 generated between the first output point 103 and the second output point 104 is −E (= 0−E) [V]. Further, at this time, the potential at the third output point 105 is a potential obtained by adding the voltage across the inductor L1 to the potential at the first output point 103, and the potential at the fourth output point 106 is changed from the potential at the second output point 104 to the inductor. The potential is obtained by subtracting the voltage across L2.

要するに、電力変換装置1は、上記第1〜8のモードを切り替えることにより、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2の大きさを、複数段階に変化させる。   In short, the power conversion device 1 changes the magnitude of the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 in a plurality of stages by switching the first to eighth modes.

さらに詳しく説明すると、第1変換回路11は、第1キャパシタC1をフライングキャパシタとして用い、第1〜4,9〜12のスイッチング素子Q1〜Q4,Q9〜Q12のオン/オフを切り替えることにより、第1出力点103の電位を切り替える。なお、第1キャパシタC1は、原則、第2,7のモードで充電され、第3,6のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第1〜8のモードを切り替えれば、基本動作時における第1キャパシタC1の両端電圧は略一定(E/4〔V〕)とみなすことができる。   More specifically, the first conversion circuit 11 uses the first capacitor C1 as a flying capacitor, and switches the first to fourth, ninth to twelfth switching elements Q1 to Q4 and Q9 to Q12 on / off, thereby The potential at one output point 103 is switched. In principle, the first capacitor C1 is charged in the second and seventh modes and discharged in the third and sixth modes. However, if the first to eighth modes are switched at a relatively high frequency, the first capacitor C1 is operated during basic operation. The voltage across the first capacitor C1 can be regarded as substantially constant (E / 4 [V]).

また、第2変換回路12は、第2キャパシタC2をフライングキャパシタとして用い、第5〜12のスイッチング素子Q5〜Q12のオン/オフを切り替えることにより、第2出力点104の電位を切り替える。なお、第2キャパシタC2は、原則、第2,7のモードで充電され、第3,6のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第1〜8のモードを切り替えれば、基本動作時における第2キャパシタC2の両端電圧は略一定(E/4〔V〕)とみなすことができる。   The second conversion circuit 12 uses the second capacitor C2 as a flying capacitor, and switches the potential of the second output point 104 by switching on / off the fifth to twelfth switching elements Q5 to Q12. In principle, the second capacitor C2 is charged in the second and seventh modes and discharged in the third and sixth modes. However, if the first to eighth modes are switched at a relatively high frequency, the second capacitor C2 is operated during basic operation. The voltage across the second capacitor C2 can be regarded as substantially constant (E / 4 [V]).

要するに、制御部6は、出力電圧V2の大きさが同じであって且つキャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、キャパシタの充電と放電とを切り替えている。   In short, the control unit 6 switches the pair of modes in which the magnitude of the output voltage V2 is the same and the directions of the currents flowing through the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) are reversed. Switching between charging and discharging.

具体的には、制御部6は、出力電圧V2をE/2〔V〕とする場合には、第2のモードと第3のモードとを一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替える。また、制御部6は、出力電圧V2を−E/2〔V〕とする場合には、第7のモードと第6のモードとを一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替える。   Specifically, when the output voltage V2 is set to E / 2 [V], the control unit 6 switches the second mode and the third mode as a pair of modes so that the capacitor (the first capacitor C1 and second capacitor C2) are switched between charging and discharging. In addition, when the output voltage V2 is set to −E / 2 [V], the control unit 6 switches the seventh mode and the sixth mode as a pair of modes, so that the capacitor (the first capacitor C1 and the first mode) Switching between charging and discharging of the second capacitor C2).

ここで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が充電されるのは、原則、第2,7のモードであるから、以下では第2のモードおよび第7のモードを「充電モード」とも呼ぶ。第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が放電されるのは、原則、第3,6のモードであるから、以下では第3のモードおよび第6のモードを「放電モード」とも呼ぶ。また、以下では、制御部6は、充電モードを選択するときに「充電指令」を出力することとし、放電モードを選択するときには「放電指令」を出力することとする。   Here, since the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged in the second and seventh modes in principle, the second mode and the seventh mode are also referred to as “charging modes” below. Since the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are discharged in the third and sixth modes in principle, the third mode and the sixth mode are also referred to as “discharge modes” below. In the following description, the control unit 6 outputs a “charge command” when selecting the charge mode, and outputs a “discharge command” when selecting the discharge mode.

すなわち、制御部6は、出力電圧V2をE/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を充電するときには、充電指令を出力し、充電モードである第2のモードを選択する。制御部6は、出力電圧V2をE/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を放電するときには、放電指令を出力し、放電モードである第3のモードを選択する。   That is, when the output voltage V2 is set to E / 2 [V], the controller 6 outputs a charge command when charging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), and is in the charging mode. 2 mode is selected. When the output voltage V2 is set to E / 2 [V], the controller 6 outputs a discharge command when discharging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), and the third mode is the discharge mode. Select a mode.

同様に、制御部6は、出力電圧V2を−E/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を充電するときには、充電指令を出力し、充電モードである第7のモードを選択する。制御部6は、出力電圧V2を−E/2〔V〕とする場合において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を放電するときには、放電指令を出力し、放電モードである第6のモードを選択する。   Similarly, when charging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) when the output voltage V2 is set to -E / 2 [V], the control unit 6 outputs a charge command, and in charge mode A certain seventh mode is selected. When the output voltage V2 is set to -E / 2 [V], the control unit 6 outputs a discharge command when discharging the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), and is in the sixth discharge mode. Select the mode.

このように、制御部6は、出力電圧V2の大きさが同じであって且つキャパシタを流れる電流の向きが逆になる充電モードと放電モードとを、一対のモードとして切り替えることにより、キャパシタの充電と放電とを切り替える。ただし、充電モードでキャパシタが充電され、放電モードでキャパシタが放電されるのは、変換回路10に後述する順方向電流が流れている状態に限られる。変換回路10に後述する逆方向電流が流れている状態では、充電モードでキャパシタが放電され、放電モードでキャパシタが充電される。この点については後述する。以下、とくに断りがない限り、変換回路10を流れる電流は順方向電流であると仮定して説明する。   As described above, the control unit 6 charges the capacitor by switching between the charging mode and the discharging mode in which the magnitude of the output voltage V2 is the same and the direction of the current flowing through the capacitor is reversed as a pair of modes. And switching between discharge. However, the capacitor is charged in the charge mode and the capacitor is discharged in the discharge mode only when a forward current described later flows in the conversion circuit 10. In a state where a reverse current, which will be described later, flows in conversion circuit 10, the capacitor is discharged in the charge mode, and the capacitor is charged in the discharge mode. This point will be described later. Hereinafter, the description will be made assuming that the current flowing through the conversion circuit 10 is a forward current unless otherwise specified.

以上説明したように、上記第1〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、第1出力点103を高電位側、第2出力点104を低電位側とする電圧を出力電圧V2として出力することになる。そして、電力変換装置1は、第1〜4のモードにおいて、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2を、E〔V〕(第1のモード)、E/2〔V〕(第2,3のモード)、0〔V〕(第4のモード)の3段階で切り替えることになる。第5〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2を、0〔V〕(第5のモード)、−E/2〔V〕(第6,7のモード)、−E〔V〕(第8のモード)の3段階で切り替えることになる。   As described above, in the first to eighth modes, the power conversion device 1 outputs the voltage having the first output point 103 as the high potential side and the second output point 104 as the low potential side as the output voltage V2. Will do. In the first to fourth modes, the power conversion device 1 converts the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 to E [V] (first mode), E / Switching is performed in three stages of 2 [V] (second and third modes) and 0 [V] (fourth mode). In the fifth to eighth modes, the power conversion device 1 sets the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 to 0 [V] (fifth mode), −E / Switching is performed in three stages of 2 [V] (6th and 7th mode) and -E [V] (8th mode).

したがって、電力変換装置1は、上記第1〜8の計8つのモードを切り替えることにより、出力電圧V2をE〔V〕、E/2〔V〕、0〔V〕、−E/2〔V〕、−E〔V〕の5段階で切り替えることができる。電力変換装置1は、これら5段階の第2出力電圧V2を適宜切り替えることにより、第3出力点105と第4出力点106との間に交流電圧である第1出力電圧V1を発生する。   Therefore, the power converter 1 switches the output voltage V2 to E [V], E / 2 [V], 0 [V], -E / 2 [V] by switching the first to eighth modes. ] And -E [V]. The power conversion apparatus 1 generates the first output voltage V1 that is an AC voltage between the third output point 105 and the fourth output point 106 by appropriately switching the five-stage second output voltage V2.

ここで、出力電圧V1は、系統電源7の出力電圧に等しく、図6に示すように正弦波状の波形となる。図6では、横軸が時間軸、縦軸が電圧値を表している。ここで、出力電圧V1が0〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する期間(つまり正弦波における正極性側の半波に相当する期間)T1〜T3においては、電力変換装置1は、第1〜4のモードを切り替えることで動作する。出力電圧V1が0〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する期間(つまり正弦波における負極性側の半波に相当する期間)T4〜T6においては、電力変換装置1は、第5〜8のモードを切り替えることで動作する。   Here, the output voltage V1 is equal to the output voltage of the system power supply 7, and has a sinusoidal waveform as shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents the time axis and the vertical axis represents the voltage value. Here, in the period T1 to T3 in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to E [V] (that is, the period corresponding to the positive half-wave in the sine wave), the power converter 1 It operates by switching the first to fourth modes. In the period in which the output voltage V1 fluctuates in the range of 0 [V] to -E [V] (that is, the period corresponding to the negative half-wave in the sine wave) T4 to T6, the power conversion device 1 It operates by switching the mode of ~ 8.

以上説明した第1〜8のモードをまとめると、表1のようになる。   Table 1 summarizes the first to eighth modes described above.

Figure 0006327563
Figure 0006327563

ここにおいて、制御部6は、PWM信号により、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12のオン/オフを切り替え、上記第1〜8のモードを実現する。   Here, the control part 6 switches on / off of the 1st-12th switching elements Q1-Q12 with a PWM signal, and implement | achieves the said 1st-8 mode.

さらに詳しく説明すると、図6において出力電圧V1が0〔V〕〜E/2〔V〕の範囲で変動する期間T1,T3には、制御部6は、表1に示すように第2〜4のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第2のモードと第3のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。   More specifically, in the period T1, T3 in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to E / 2 [V] in FIG. Repeat the operation to switch the mode. Here, the controller 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the second mode and the third mode.

さらに、図6において出力電圧V1がE/2〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する期間T2には、制御部6は、表1に示すように第1〜3のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第2のモードと第3のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。   Further, in the period T2 in which the output voltage V1 fluctuates in the range of E / 2 [V] to E [V] in FIG. 6, the control unit 6 operates to switch the first to third modes as shown in Table 1. repeat. Here, the controller 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the second mode and the third mode.

また、図6において出力電圧V1が0〔V〕〜−E/2〔V〕の範囲で変動する期間T4,T6には、制御部6は、表1に示すように第5〜7のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第6のモードと第7のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。   In FIG. 6, during periods T4 and T6 in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to −E / 2 [V], the control unit 6 performs the fifth to seventh modes as shown in Table 1. Repeat the operation of switching. Here, the control unit 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the sixth mode and the seventh mode.

さらに、図6において出力電圧V1が−E/2〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する期間T5には、制御部6は、表1に示すように第6〜8のモードを切り替える動作を繰り返す。ここで、制御部6は、第6のモードと第7のモードとで時間長さを調整することで、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電、充電のバランスをとる。   Further, in the period T5 in which the output voltage V1 varies in the range of −E / 2 [V] to −E [V] in FIG. 6, the control unit 6 performs the sixth to eighth modes as shown in Table 1. Repeat the switching action. Here, the control unit 6 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by adjusting the time length in the sixth mode and the seventh mode.

本実施形態において、制御部6は、PWM信号のデューティ比を変化させながら上述した第1〜8のモードの切り替えを行うことで、出力電圧V1の波形が正弦波に近似するように、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2を制御する。要するに、電力変換装置1は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2の大きさを制御部6にて5段階で変化させることにより、正弦波状の交流電圧(出力電圧V1)を第3出力点105と第4出力点106との間に発生する。   In the present embodiment, the control unit 6 switches the first to eighth modes described above while changing the duty ratio of the PWM signal, so that the waveform of the output voltage V1 approximates a sine wave. The output voltage V2 generated between the output point 103 and the second output point 104 is controlled. In short, the power conversion device 1 changes the magnitude of the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 in five steps by the control unit 6, thereby obtaining a sinusoidal AC voltage ( An output voltage V 1) is generated between the third output point 105 and the fourth output point 106.

なお、第4のモードと第5のモードとは、いずれも出力電圧V2が0〔V〕であって、且つ第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の放電および充電には寄与しないモードである。そのため、第4のモードと第5のモードとのいずれか一方を省略することも考えられるが、出力電圧V1の正・負のバランスを考慮すれば、電力変換装置1は、第4のモードと第5のモードとを分けた方が、スイッチングロスを小さくできて効率がよくなる。   Note that the fourth mode and the fifth mode are both modes in which the output voltage V2 is 0 [V] and do not contribute to the discharging and charging of the first capacitor C1 and the second capacitor C2. For this reason, it is conceivable to omit either the fourth mode or the fifth mode, but the power conversion device 1 is configured as the fourth mode in consideration of the positive / negative balance of the output voltage V1. By dividing the fifth mode, the switching loss can be reduced and the efficiency is improved.

本実施形態の電力変換装置1によれば、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子の数(以下、「通過素子数」という)は、上述したように第1〜8のいずれのモードにおいても「4」以下である。   According to the power conversion device 1 of the present embodiment, the number of elements through which a current flows (hereinafter referred to as “the number of passing elements”) among the semiconductor elements (switching elements, diodes) In this mode, it is “4” or less.

とくに、第2の双方向スイッチ14が全オン状態となる第3,4のモードにおいては、第11のスイッチング素子Q11と第12のスイッチング素子Q12とを別素子として数えても通過素子数は「4」である。同様に、第1の双方向スイッチ13が全オン状態となる第5,6のモードにおいては、第9のスイッチング素子Q9と第10のスイッチング素子Q10とを別素子として数えても通過素子数は「4」である。したがって、第1,2の双方向スイッチ13,14がそれぞれ1素子で構成されている場合には、第3〜6のモードにおける通過素子数は「3」になる。   In particular, in the third and fourth modes in which the second bidirectional switch 14 is fully turned on, even if the eleventh switching element Q11 and the twelfth switching element Q12 are counted as separate elements, the number of passing elements is “ 4 ". Similarly, in the fifth and sixth modes in which the first bidirectional switch 13 is fully turned on, even if the ninth switching element Q9 and the tenth switching element Q10 are counted as separate elements, the number of passing elements is “4”. Therefore, when the first and second bidirectional switches 13 and 14 are each composed of one element, the number of passing elements in the third to sixth modes is “3”.

ところで、制御部6は、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を充電するか放電するかを、検出回路63の検出結果に応じて決定することが好ましい。本実施形態では、検出回路63は制御部6に含まれており、検出回路63の検出結果はマイコン62に出力されている。検出回路63は、第1キャパシタC1の両端電圧および第2キャパシタC2の両端電圧を個別に検出し、これら2つの電圧の平均値Vcを検出結果としてマイコン62に出力する。マイコン62は、キャパシタを充電するか放電するかを、検出回路63の検出結果に応じて選択するように構成されている。   Meanwhile, it is preferable that the control unit 6 determines whether to charge or discharge the first capacitor C1 and the second capacitor C2 according to the detection result of the detection circuit 63. In the present embodiment, the detection circuit 63 is included in the control unit 6, and the detection result of the detection circuit 63 is output to the microcomputer 62. The detection circuit 63 individually detects the voltage across the first capacitor C1 and the voltage across the second capacitor C2, and outputs an average value Vc of these two voltages to the microcomputer 62 as a detection result. The microcomputer 62 is configured to select whether to charge or discharge the capacitor according to the detection result of the detection circuit 63.

さらに詳しく説明すると、たとえば出力電圧V1が0〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する期間T1〜T3には、制御部6は、表1に示すように第1〜4のモードを切り替える動作を繰り返している。これらの場合(期間T1〜T3)において、マイコン62は、第2のモード(充電モード)と第3のモード(放電モード)とのいずれを選択するかを、検出回路63の検出結果に応じて決定する。つまり、マイコン62は、検出回路63の検出結果(平均値Vc)と目標電圧とを比較し、比較結果によって第2のモード(充電モード)と第3のモード(放電モード)とのいずれかを選択する。マイコン62は、検出回路63の検出結果が目標電圧よりも大きければ、放電モードである第3のモードを選択し、検出回路63の検出結果が目標電圧よりも小さければ、充電モードである第2のモードを選択する。ここで、目標電圧は基準電圧(E/4〔V〕)である。   More specifically, for example, during a period T1 to T3 in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to E [V], the control unit 6 switches the first to fourth modes as shown in Table 1. The operation is repeated. In these cases (periods T1 to T3), the microcomputer 62 determines which of the second mode (charge mode) and the third mode (discharge mode) to select according to the detection result of the detection circuit 63. decide. That is, the microcomputer 62 compares the detection result (average value Vc) of the detection circuit 63 with the target voltage, and selects either the second mode (charge mode) or the third mode (discharge mode) according to the comparison result. select. If the detection result of the detection circuit 63 is larger than the target voltage, the microcomputer 62 selects the third mode that is the discharge mode. If the detection result of the detection circuit 63 is smaller than the target voltage, the microcomputer 62 selects the second mode that is the charge mode. Select the mode. Here, the target voltage is a reference voltage (E / 4 [V]).

同様に、出力電圧V1が0〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する期間T4〜T6には、制御部6は、表1に示すように第5〜8のモードを切り替える動作を繰り返す。これらの場合(期間T4〜T6)において、マイコン62は、第6のモード(放電モード)と第7のモード(充電モード)とのいずれを選択するかを、検出回路63の検出結果に応じて決定する。つまり、マイコン62は、検出回路63の検出結果(平均値Vc)と目標電圧(E/4〔V〕)とを比較し、比較結果によって第7のモード(充電モード)と第6のモード(放電モード)とのいずれかを選択する。マイコン62は、検出回路63の検出結果が目標電圧よりも大きければ、放電モードである第6のモードを選択し、検出回路63の検出結果が目標電圧よりも小さければ、充電モードである第7のモードを選択する。   Similarly, in the period T4 to T6 in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to -E [V], the control unit 6 performs the operation of switching the fifth to eighth modes as shown in Table 1. repeat. In these cases (periods T4 to T6), the microcomputer 62 determines which of the sixth mode (discharge mode) and the seventh mode (charge mode) is selected according to the detection result of the detection circuit 63. decide. That is, the microcomputer 62 compares the detection result (average value Vc) of the detection circuit 63 with the target voltage (E / 4 [V]), and the seventh mode (charge mode) and the sixth mode ( Select one of (Discharge mode). If the detection result of the detection circuit 63 is larger than the target voltage, the microcomputer 62 selects the sixth mode that is the discharge mode. If the detection result of the detection circuit 63 is smaller than the target voltage, the microcomputer 62 selects the seventh mode that is the charging mode. Select the mode.

これにより、基本動作時における第1キャパシタC1の両端電圧および第2キャパシタC2の両端電圧は、それぞれ目標電圧である基準電圧(E/4〔V〕)に維持される。   Thereby, the both-ends voltage of the 1st capacitor C1 and the both-ends voltage of the 2nd capacitor C2 at the time of basic operation are maintained at the reference voltage (E / 4 [V]) which is a target voltage, respectively.

また、制御部6は、所定のスイッチング周期でキャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替えることが好ましい。ここでいうスイッチング周期は、たとえばPWM信号の周期に合わせて設定される。   Moreover, it is preferable that the control part 6 switches charge and discharge of a capacitor (1st capacitor C1 and 2nd capacitor C2) with a predetermined switching period. The switching period here is set in accordance with, for example, the period of the PWM signal.

<パワーコンディショナの構成>
本実施形態に係るパワーコンディショナ20は、図7に示すように、上記の電力変換装置1と、解列器9とを備えている。解列器9は、第1出力点103(図1参照)および第2出力点104(図1参照)と、系統電源7との間に電気的に接続されている。図7の例では、解列器9は、第3出力点105および第4出力点106と、系統電源7との間に電気的に接続されている。言い換えれば、解列器9は、フィルタ回路5(図1参照)を介して第1出力点103および第2出力点104に接続されている。つまり、解列器9は、第1出力点103および第2出力点104と、系統電源7との間にあればよく、第1出力点103および第2出力点104に直接接続されていることは必須でなく、本実施形態のようにフィルタ回路5の後段に接続されていてもよい。
<Configuration of the inverter>
As shown in FIG. 7, the power conditioner 20 according to the present embodiment includes the power conversion device 1 and the disconnector 9. The disconnector 9 is electrically connected between the first output point 103 (see FIG. 1) and the second output point 104 (see FIG. 1) and the system power supply 7. In the example of FIG. 7, the disconnector 9 is electrically connected between the third output point 105 and the fourth output point 106 and the system power supply 7. In other words, the resolver 9 is connected to the first output point 103 and the second output point 104 via the filter circuit 5 (see FIG. 1). In other words, the circuit breaker 9 has only to be between the first output point 103 and the second output point 104 and the system power supply 7 and is directly connected to the first output point 103 and the second output point 104. Is not essential, and may be connected to the subsequent stage of the filter circuit 5 as in this embodiment.

ここで、解列器9は、第3出力点105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4出力点106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。ただし、解列器9は、第3出力点105および第4出力点106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および第2接点部92のいずれかは省略されていてもよい。   Here, the circuit breaker 9 is electrically connected between the first contact point 91 electrically connected between the third output point 105 and the system power supply 7, and between the fourth output point 106 and the system power supply 7. And a second contact portion 92 connected to the. However, the circuit breaker 9 only needs to be electrically connected between at least one of the third output point 105 and the fourth output point 106 and the system power supply 7, and the first contact part 91 and the second contact part 9 Any of 92 may be omitted.

このパワーコンディショナ20は、定常時、系統連系運転を行い、直流電源100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および負荷8へ出力する。詳しい説明は省略するが、パワーコンディショナ20は、系統電源7の停電等の異常時には、解列器9を開放し、系統電源7から解列された状態で交流電力を出力する自立運転を行うように構成されている。   The power conditioner 20 performs grid connection operation in a steady state, converts DC power input from the DC power supply 100 into AC power by the power conversion device 1, and outputs the AC power to the system power supply 7 and the load 8. Although detailed description is omitted, the power conditioner 20 performs a self-sustained operation in which the disconnector 9 is opened and AC power is output in a state disconnected from the system power supply 7 in the event of an abnormality such as a power failure of the system power supply 7. It is configured as follows.

このパワーコンディショナ20によれば、解列器9を開放(解列)することにより、第1変換回路11および第2変換回路12と系統電源7との間を電気的に切り離すことができる。そのため、パワーコンディショナ20は、電源投入後、電力変換装置1が上述した基本動作を開始する前の始動期間に、解列器9を開放することで、第1出力点103と第2出力点104との間に、フィルタ回路5を含む電流経路を構成することができる。   According to the power conditioner 20, the first converter circuit 11 and the second converter circuit 12 and the system power supply 7 can be electrically disconnected by opening (disconnecting) the disconnector 9. Therefore, the power conditioner 20 opens the disconnector 9 during the start-up period after the power is turned on and before the power converter 1 starts the basic operation described above, so that the first output point 103 and the second output point are opened. A current path including the filter circuit 5 can be formed between the terminal 104 and the terminal 104.

ここでいう電流経路は、フィルタ回路5を構成するインダクタL1、第3キャパシタC3、およびインダクタL2を含む電流経路である。電力変換装置1は、この電流経路を充電用の経路として用いることにより、第3出力点105と第4出力点106との間が電気的に絶縁されていても第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を充電できる。   The current path here is a current path including the inductor L1, the third capacitor C3, and the inductor L2 constituting the filter circuit 5. By using this current path as a charging path, the power conversion device 1 uses the first capacitor C1 and the second capacitor even if the third output point 105 and the fourth output point 106 are electrically insulated. C2 can be charged.

したがって、電力変換装置1は、第3出力点105および第4出力点106が系統電源7に接続されていなくても、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を充電することが可能である。言い換えれば、電力変換装置1は、一対の出力端子(第3出力点105、第4出力点106)間に何の負荷も接続されていない状態(無負荷状態)であっても、定常動作に必要なキャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)を充電できる。なお、ここでいう定常動作とは、始動期間の経過後、つまり第1キャパシタC1および第2キャパシタC2が基準電圧(E/4〔V〕)に充電された後の電力変換装置1の動作であって、上述した基本動作と同義である。   Therefore, the power conversion device 1 can charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2 even if the third output point 105 and the fourth output point 106 are not connected to the system power supply 7. In other words, the power conversion device 1 operates in a steady state even when no load is connected between the pair of output terminals (the third output point 105 and the fourth output point 106) (no load state). Necessary capacitors (first capacitor C1 and second capacitor C2) can be charged. The steady operation here refers to the operation of the power conversion apparatus 1 after the start-up period has elapsed, that is, after the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the reference voltage (E / 4 [V]). Therefore, it is synonymous with the basic operation described above.

<キャパシタの充電および放電>
ところで、本実施形態の電力変換装置1は、上述のように第3,4のモードにおいて第2の双方向スイッチ14が全オン状態であり、第5,6のモードにおいて第1の双方向スイッチ13が全オン状態である。つまり、第1〜8のいずれのモードにおいても、半導体素子(スイッチング素子、ダイオード)のうち電流が流れる素子は第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12のいずれかであって、ダイオード(第1〜12のダイオードD1〜D12)に電流は流れない。そのため、電力変換装置1は、第1〜8のいずれのモードにおいても、第1出力点103と第2出力点104との間に双方向の電流を流すことができる。
<Capacitor charging and discharging>
By the way, as described above, in the power conversion device 1 of the present embodiment, the second bidirectional switch 14 is fully turned on in the third and fourth modes, and the first bidirectional switch in the fifth and sixth modes. Reference numeral 13 denotes an all-on state. That is, in any of the first to eighth modes, the element through which a current flows among the semiconductor elements (switching elements, diodes) is any one of the first to twelfth switching elements Q1 to Q12, No current flows through the twelve diodes D1 to D12). Therefore, the power conversion device 1 can flow a bidirectional current between the first output point 103 and the second output point 104 in any of the first to eighth modes.

以下では、図2A,2B,3A,3B,4A,4B,5A,5Bに太線矢印で示す向きに変換回路10を流れる電流を「順方向電流」と呼び、順方向電流とは逆向きに変換回路10を流れる電流を「逆方向電流」と呼ぶ。すなわち、出力電圧V1が0〔V〕〜E〔V〕の範囲で変動する第1〜4のモードにおいては、第1出力点103から第3出力点105へ向かう電流が順方向電流となる。出力電圧V1が0〔V〕〜−E〔V〕の範囲で変動する第5〜8のモードにおいては、第2出力点104から第4出力点106へ向かう電流が順方向電流となる。   Hereinafter, the current flowing through the conversion circuit 10 in the direction indicated by the thick arrow in FIGS. 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, and 5B is referred to as “forward current” and is converted in the opposite direction to the forward current. The current flowing through the circuit 10 is referred to as “reverse current”. That is, in the first to fourth modes in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to E [V], the current from the first output point 103 to the third output point 105 is the forward current. In the fifth to eighth modes in which the output voltage V1 varies in the range of 0 [V] to -E [V], the current from the second output point 104 to the fourth output point 106 is the forward current.

電力変換装置1は、このように変換回路10が双方向の電流に対応していることにより、第3出力点105および第4出力点106間に流す出力電流I1と、第3出力点105および第4出力点106間に生じる出力電圧V1との間に位相差を設定できる。要するに、出力電流I1と出力電圧V1との間に位相差があると、図8に示すように、出力電流I1が出力電圧V1と異符号(たとえば出力電圧V1が正で出力電流I1が負など)になる期間が生じる。図8は、横軸を時間軸として、第3出力点105と第4出力点106との間に生じる第1出力電圧V1、および第3出力点105または第4出力点106を流れる出力電流I1を示している。図8の例では、出力電流I1は出力電圧V1に対して遅相であり、期間T11,T13に出力電流I1と出力電圧V1とが異符号となり、期間T12,T14に出力電流I1と出力電圧V1とが同符号となっている。   In this way, the power conversion device 1 allows the output current I1 to flow between the third output point 105 and the fourth output point 106, the third output point 105, and A phase difference can be set between the output voltage V <b> 1 generated between the fourth output points 106. In short, if there is a phase difference between the output current I1 and the output voltage V1, as shown in FIG. 8, the output current I1 is different from the output voltage V1 (for example, the output voltage V1 is positive and the output current I1 is negative). ) Occurs. FIG. 8 shows the first output voltage V1 generated between the third output point 105 and the fourth output point 106, and the output current I1 flowing through the third output point 105 or the fourth output point 106, with the horizontal axis as the time axis. Is shown. In the example of FIG. 8, the output current I1 is delayed with respect to the output voltage V1, the output current I1 and the output voltage V1 have different signs in the periods T11 and T13, and the output current I1 and the output voltage in the periods T12 and T14. V1 has the same sign.

ここで、出力電流I1と出力電圧V1とが同符号の期間T12,T14には、変換回路10を流れる電流は順方向電流であるが、出力電流I1と出力電圧V1とが異符号の期間T11,T13には、変換回路10を流れる電流は逆方向電流となる。そのため、電力変換装置1は、出力電流I1と出力電圧V1との間に位相差を設定する場合、変換回路10が双方向の電流に対応している必要がある。本実施形態の電力変換装置1は、変換回路10が双方向の電流に対応しているため、出力電流I1と出力電圧V1との間に位相差を設定することが可能である。   Here, in the periods T12 and T14 in which the output current I1 and the output voltage V1 have the same sign, the current flowing in the conversion circuit 10 is a forward current, but the period T11 in which the output current I1 and the output voltage V1 have different signs. , T13, the current flowing through the conversion circuit 10 is a reverse current. Therefore, when the power conversion device 1 sets a phase difference between the output current I1 and the output voltage V1, the conversion circuit 10 needs to support bidirectional current. In the power conversion device 1 of the present embodiment, since the conversion circuit 10 supports bidirectional current, it is possible to set a phase difference between the output current I1 and the output voltage V1.

とくに、太陽光発電装置用のパワーコンディショナ20(図7参照)に電力変換装置1が用いられる場合には、単独運転の検出や、系統電源7の電圧上昇を抑制する目的で、電力変換装置1は、出力電流I1と出力電圧V1との間に位相差を設定する場合がある。また、蓄電装置用のパワーコンディショナに電力変換装置1が用いられる場合には、出力電流I1と出力電圧V1との間に位相差を設定することで、電力変換装置1は、電力が供給される向きを制御し、蓄電装置の充電と放電とを切り替える。本実施形態の電力変換装置1は、変換回路10を双方向の電流が通過可能な状態を作り出すことで、このような用途に対応できる。   In particular, when the power conversion device 1 is used for the power conditioner 20 (see FIG. 7) for the solar power generation device, the power conversion device is used for the purpose of detecting the isolated operation and suppressing the voltage rise of the system power supply 7. 1 may set a phase difference between the output current I1 and the output voltage V1. Moreover, when the power converter 1 is used for the power conditioner for the power storage device, the power converter 1 is supplied with power by setting a phase difference between the output current I1 and the output voltage V1. And switching between charging and discharging of the power storage device. The power conversion device 1 of the present embodiment can cope with such a use by creating a state in which bidirectional current can pass through the conversion circuit 10.

双方向の電流に対応した電力変換装置1は、同じモードで動作していても、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流が順方向電流か逆方向電流かによって、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2の充電と放電とが入れ替わることがある。つまり、変換回路10に順方向電流が流れている場合には、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2は、原則通り、第2,7のモードで充電され、第3,6のモードで放電される。これに対して、変換回路10に逆方向電流が流れている場合には、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2は、第2,7のモードで放電され、第3,6のモードで充電されることになる。   Even if the power conversion device 1 corresponding to the bidirectional current operates in the same mode, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are operated depending on whether the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is a forward current or a reverse current. The charging and discharging of the second capacitor C2 may be interchanged. That is, when forward current flows through the conversion circuit 10, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged in the second and seventh modes and discharged in the third and sixth modes, as a rule. The On the other hand, when a reverse current flows through the conversion circuit 10, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are discharged in the second and seventh modes and charged in the third and sixth modes. Will be.

そこで、本実施形態の電力変換装置1は、制御部6が、判定部2の判定結果に応じて、充電モードと放電モードとの一対のモードのうち、キャパシタを充電するときに選択するモードとキャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成される。すなわち、制御部6は、判定部2の判定結果が第1状態と第2状態とのいずれであるかによって、一対のモード(充電モードおよび放電モード)のうち、キャパシタを充電するときに選択するモードと、キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替える。   Therefore, in the power conversion device 1 of the present embodiment, the control unit 6 selects a mode selected when charging the capacitor from a pair of the charging mode and the discharging mode according to the determination result of the determination unit 2. The mode selected when discharging the capacitor is changed. That is, the control unit 6 selects when charging the capacitor from a pair of modes (charge mode and discharge mode) depending on whether the determination result of the determination unit 2 is the first state or the second state. The mode and the mode selected when discharging the capacitor are switched.

まず、出力電圧V1と出力電流I1とが同符号になる第1状態、つまり図8における期間T12,T14においては、変換回路10に流れる電流は順方向電流となる。そのため、制御部6は、判定部2の判定結果が第1状態であれば、上述した通り、キャパシタを充電するときには充電モードを選択し、キャパシタを放電するときには放電モードを選択する。   First, in the first state where the output voltage V1 and the output current I1 have the same sign, that is, in the periods T12 and T14 in FIG. 8, the current flowing through the conversion circuit 10 is a forward current. Therefore, if the determination result of the determination unit 2 is in the first state, the control unit 6 selects the charge mode when charging the capacitor and selects the discharge mode when discharging the capacitor as described above.

一方、出力電圧V1と出力電流I1とが異符号になる第2状態、つまり図8における期間T11,T13においては、変換回路10に流れる電流は逆方向電流となる。そのため、判定部2の判定結果が第2状態であれば、制御部6は、キャパシタを充電するときには放電モードを選択し、キャパシタを放電するときには充電モードを選択する。   On the other hand, in the second state where the output voltage V1 and the output current I1 have different signs, that is, in the periods T11 and T13 in FIG. 8, the current flowing through the conversion circuit 10 is a reverse current. Therefore, if the determination result of the determination unit 2 is the second state, the control unit 6 selects the discharge mode when charging the capacitor, and selects the charge mode when discharging the capacitor.

要するに、制御部6は、たとえば図9に示すフローチャートに従って動作する。   In short, the control unit 6 operates according to a flowchart shown in FIG. 9, for example.

制御部6はまず、判定部2の判定結果が第1状態か第2状態かを判断する(S1)。判定部2の判定結果が第1状態であれば、つまり出力電流I1と出力電圧V1とが同符号(I1×V1≧0)であれば(S1:Yes)、制御部6は、「S2」の処理に移行する。処理S2において、制御部6は、検出回路63の検出結果(平均値Vc)と基準電圧(E/4〔V〕)とを比較し、比較結果によって充電モードと放電モードとのいずれかを選択する。このとき、検出回路63の検出結果が基準電圧以上であれば(S2:Yes)、制御部6は、放電指令を出力して放電モードを選択する(S4)。検出回路63の検出結果が基準電圧未満であれば(S2:No)、制御部6は、充電指令を出力して充電モードを選択する(S5)。   First, the control unit 6 determines whether the determination result of the determination unit 2 is the first state or the second state (S1). If the determination result of the determination unit 2 is the first state, that is, if the output current I1 and the output voltage V1 are the same sign (I1 × V1 ≧ 0) (S1: Yes), the control unit 6 determines “S2”. Move on to processing. In process S2, the control unit 6 compares the detection result (average value Vc) of the detection circuit 63 with the reference voltage (E / 4 [V]), and selects either the charge mode or the discharge mode based on the comparison result. To do. At this time, if the detection result of the detection circuit 63 is equal to or higher than the reference voltage (S2: Yes), the control unit 6 outputs a discharge command and selects a discharge mode (S4). If the detection result of the detection circuit 63 is less than the reference voltage (S2: No), the control unit 6 outputs a charge command and selects a charge mode (S5).

一方、判定部2の判定結果が第2状態であれば、つまり出力電流I1と出力電圧V1とが異符号(I1×V1<0)であれば(S1:No)、制御部6は、「S3」の処理に移行する。処理S3において、制御部6は、検出回路63の検出結果(平均値Vc)と基準電圧(E/4〔V〕)とを比較し、比較結果によって充電モードと放電モードとのいずれかを選択する。このとき、検出回路63の検出結果が基準電圧以上であれば(S3:Yes)、制御部6は、充電指令を出力して充電モードを選択する(S6)。検出回路63の検出結果が基準電圧未満であれば(S3:No)、制御部6は、放電指令を出力して放電モードを選択する(S7)。   On the other hand, if the determination result of the determination unit 2 is the second state, that is, if the output current I1 and the output voltage V1 are different signs (I1 × V1 <0) (S1: No), the control unit 6 The process proceeds to “S3”. In process S3, the control unit 6 compares the detection result (average value Vc) of the detection circuit 63 with the reference voltage (E / 4 [V]), and selects either the charge mode or the discharge mode based on the comparison result. To do. At this time, if the detection result of the detection circuit 63 is equal to or higher than the reference voltage (S3: Yes), the control unit 6 outputs a charge command and selects a charge mode (S6). If the detection result of the detection circuit 63 is less than the reference voltage (S3: No), the control unit 6 outputs a discharge command and selects a discharge mode (S7).

以下に、本実施形態の電力変換装置1において、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電および放電に関する動作について、図10A,10B,11A,11Bを参照して説明する。なお、図中、太線矢印は電流経路を表し、点線の丸印が付されたスイッチング素子はオン状態の素子を表している。   Hereinafter, operations related to charging and discharging of the capacitors (first capacitor C1 and second capacitor C2) in the power conversion device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10A, 10B, 11A, and 11B. In the drawing, a thick arrow represents a current path, and a switching element with a dotted circle represents an on-state element.

まず、図10Aに示す第2のモードは、図2Bに示す第2のモードとは変換回路10を流れる電流の向きが異なり、変換回路10を逆方向電流が流れる第2状態を示している。この状態では、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流の向きが、図2Bに示す第2のモードとは反対である。そのため、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流も図2Bの状態とは反対になり、図10Aの状態では、充電モードである第2のモードで第1キャパシタC1および第2キャパシタC2は放電されることになる。   First, the second mode shown in FIG. 10A is different from the second mode shown in FIG. 2B in the direction of the current flowing through the conversion circuit 10 and shows a second state in which a reverse current flows through the conversion circuit 10. In this state, the direction of the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is opposite to the second mode shown in FIG. 2B. Therefore, the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is also opposite to the state of FIG. 2B. In the state of FIG. 10A, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are in the second mode which is the charging mode. It will be discharged.

次に、図10Bに示す第3のモードは、図3Aに示す第3のモードとは変換回路10を流れる電流の向きが異なり、変換回路10を逆方向電流が流れる第2状態を示している。この状態では、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流の向きが、図3Aに示す第3のモードとは反対である。そのため、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流も図3Aの状態とは反対になり、図10Bの状態では、放電モードである第3のモードで第1キャパシタC1および第2キャパシタC2は充電されることになる。   Next, the third mode shown in FIG. 10B is different from the third mode shown in FIG. 3A in the direction of the current flowing through the conversion circuit 10, and shows a second state in which a reverse current flows through the conversion circuit 10. . In this state, the direction of the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is opposite to that in the third mode shown in FIG. 3A. Therefore, the currents flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are also opposite to the state of FIG. 3A. In the state of FIG. 10B, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are in the third mode, which is the discharge mode. It will be charged.

このように、変換回路10に逆方向電流が流れる第2状態においては、電力変換装置1は、充電モードである第2のモードで動作することにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)が放電されることになる。反対に、電力変換装置1は、放電モードである第3のモードで動作することにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)が充電されることになる。   As described above, in the second state in which the reverse current flows through the conversion circuit 10, the power conversion device 1 operates in the second mode, which is the charging mode, and thereby the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2). ) Will be discharged. Conversely, the power conversion device 1 operates in the third mode, which is the discharge mode, so that the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) are charged.

また、図11Aに示す第6のモードは、図4Bに示す第6のモードとは変換回路10を流れる電流の向きが異なり、変換回路10を逆方向電流が流れる第2状態を示している。この状態では、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流の向きが、図4Bに示す第6のモードとは反対である。そのため、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流も図4Bの状態とは反対になり、図11Aの状態では、放電モードである第2のモードで第1キャパシタC1および第2キャパシタC2は充電されることになる。   In addition, the sixth mode illustrated in FIG. 11A is different from the sixth mode illustrated in FIG. 4B in the direction of the current flowing through the conversion circuit 10, and indicates a second state in which a reverse current flows through the conversion circuit 10. In this state, the direction of the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is opposite to that in the sixth mode shown in FIG. 4B. Therefore, the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is also opposite to the state of FIG. 4B. In the state of FIG. 11A, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are in the second mode, which is the discharge mode. It will be charged.

次に、図11Bに示す第7のモードは、図5Aに示す第7のモードとは変換回路10を流れる電流の向きが異なり、変換回路10を逆方向電流が流れる第2状態を示している。この状態では、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流の向きが、図5Aに示す第7のモードとは反対である。そのため、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2を流れる電流も図5Aの状態とは反対になり、図11Bの状態では、充電モードである第7のモードで第1キャパシタC1および第2キャパシタC2は放電されることになる。   Next, the seventh mode illustrated in FIG. 11B is different from the seventh mode illustrated in FIG. 5A in the direction of the current flowing through the conversion circuit 10, and indicates a second state in which a reverse current flows through the conversion circuit 10. . In this state, the direction of the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is opposite to that in the seventh mode shown in FIG. 5A. Therefore, the current flowing through the first capacitor C1 and the second capacitor C2 is also opposite to the state of FIG. 5A. In the state of FIG. 11B, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are in the seventh mode, which is the charging mode. It will be discharged.

このように、変換回路10に逆方向電流が流れる第2状態においては、電力変換装置1は、放電モードである第6のモードで動作することにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)が充電されることになる。反対に、電力変換装置1は、充電モードである第7のモードで動作することにより、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)が放電されることになる。   As described above, in the second state in which the reverse current flows through the conversion circuit 10, the power conversion device 1 operates in the sixth mode, which is the discharge mode, so that the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2). ) Will be charged. On the other hand, the power conversion device 1 operates in the seventh mode that is the charging mode, so that the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) are discharged.

<効果>
以上説明した本実施形態の電力変換装置1によれば、判定部2での第1状態と第2状態との判定結果に応じて、上記キャパシタを充電するときに選択するモードと上記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えている。ここで、第1状態では電力変換装置1の出力電圧(本実施形態では第1出力電圧V1)と出力電流I1とは同符号となる。一方、第2状態では電力変換装置1の出力電圧(本実施形態では第1出力電圧V1)と出力電流I1とは異符号となる。したがって、電力変換装置1は、出力電圧V1と出力電流I1とが異符号の期間においても、キャパシタを充電すべき場合にはキャパシタを充電する向きの電流を流し、キャパシタを放電すべき場合にはキャパシタを放電する向きの電流を流すことが可能になる。その結果、電力変換装置1は、出力電圧V1と出力電流I1との間に位相差が生じるような状況において、キャパシタの電圧を維持するための制御が容易である、という利点がある。
<Effect>
According to power converter 1 of this embodiment explained above, according to the judgment result of the 1st state and the 2nd state in judgment part 2, the mode chosen when charging the above-mentioned capacitor, and discharging the above-mentioned capacitor The mode to be selected when switching is switched. Here, in the first state, the output voltage of the power conversion device 1 (the first output voltage V1 in the present embodiment) and the output current I1 have the same sign. On the other hand, in the second state, the output voltage of the power conversion device 1 (first output voltage V1 in the present embodiment) and the output current I1 have different signs. Therefore, even when the output voltage V1 and the output current I1 have different signs, the power conversion device 1 passes a current in the direction of charging the capacitor when the capacitor is to be charged, and discharges the capacitor when the capacitor is to be discharged. It is possible to pass a current in a direction to discharge the capacitor. As a result, the power conversion device 1 has an advantage that the control for maintaining the voltage of the capacitor is easy in a situation where a phase difference occurs between the output voltage V1 and the output current I1.

また、電力変換装置1は、本実施形態のように、変換回路10が、第1変換回路11および第2変換回路12と、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14とを備えていることが好ましい。この電力変換装置1は、直流電源100の両端間に並列接続された第1変換回路11および第2変換回路12を有し、第1変換回路11と第2変換回路12との間を第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14で接続している。ここで、第1変換回路11は、4つのスイッチング素子(第1〜4のスイッチング素子Q1〜Q4)および1つのキャパシタ(第1キャパシタC1)を有している。同様に、第2変換回路12は、4つのスイッチング素子(第5〜8のスイッチング素子Q5〜Q8)および1つのキャパシタ(第2キャパシタC2)を有している。   Further, in the power conversion device 1, as in the present embodiment, the conversion circuit 10 includes a first conversion circuit 11 and a second conversion circuit 12, a first bidirectional switch 13 and a second bidirectional switch 14. It is preferable to provide. The power conversion device 1 includes a first conversion circuit 11 and a second conversion circuit 12 that are connected in parallel between both ends of a DC power supply 100, and the first conversion circuit 11 is connected between the first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12. The bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14 are connected. Here, the first conversion circuit 11 includes four switching elements (first to fourth switching elements Q1 to Q4) and one capacitor (first capacitor C1). Similarly, the second conversion circuit 12 includes four switching elements (fifth to eighth switching elements Q5 to Q8) and one capacitor (second capacitor C2).

この構成において、直流電源100から電力変換装置1に入力される電流は、10個のスイッチング素子(第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8および第1,2の双方向スイッチ13,14)のうち多くても4個の素子を通過するだけである。したがって、この電力変換装置1では、スイッチング素子の導通損失(ロス)の和が比較的小さく、電力変換効率のさらなる向上を図ることができる、という利点がある。   In this configuration, the current input from the DC power supply 100 to the power conversion device 1 is out of ten switching elements (first to eighth switching elements Q1 to Q8 and first and second bidirectional switches 13 and 14). It passes through at most four elements. Therefore, this power conversion device 1 has the advantage that the sum of the conduction loss (loss) of the switching elements is relatively small, and the power conversion efficiency can be further improved.

さらに、電力変換装置1は、一般的に、導通損失が大きくなるほど発熱量が増えるため大型の放熱装置(ヒートシンクやファン等の空冷装置)が必要になる。本実施形態の電力変換装置1は、導通損失を小さく抑えることで放熱装置の小型化も期待できる。   Further, the power conversion device 1 generally requires a large heat radiating device (an air cooling device such as a heat sink or a fan) because the calorific value increases as the conduction loss increases. The power conversion device 1 of the present embodiment can be expected to reduce the size of the heat dissipation device by suppressing conduction loss.

また、特許文献1に記載の構成と比較すると、本実施形態の電力変換装置1は、分圧用のキャパシタが必要ない分だけ、装置全体の小型化を図ることができるという利点もある。すなわち、特許文献1に記載の電力変換装置は、2個の直流キャパシタの直列回路に直流電圧Eを印加することで、直流電圧EをE/2ずつに分圧しているので、2個の直流キャパシタは必須の構成である。これに対して、本実施形態の電力変換装置1は、分圧用のキャパシタが必要ないので、その分、装置全体の小型化を図ることが可能である。   Compared with the configuration described in Patent Document 1, the power conversion device 1 of the present embodiment also has an advantage that the entire device can be reduced in size by the amount that does not require a voltage dividing capacitor. In other words, the power conversion device described in Patent Document 1 divides the DC voltage E by E / 2 by applying the DC voltage E to a series circuit of two DC capacitors. The capacitor is an essential configuration. On the other hand, since the power conversion device 1 of the present embodiment does not require a voltage dividing capacitor, the entire device can be reduced in size accordingly.

また、この場合、本実施形態のように、直流電源100から第1入力点101と第2入力点102との間に印加される電圧の1/4の大きさの電圧を基準電圧とすることが好ましい。この場合、制御部6は、第1キャパシタC1および第2キャパシタC2がそれぞれ上記基準電圧を中心に充電と放電とを繰り返すように、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替えることが好ましい。   In this case, as in this embodiment, a voltage that is 1/4 of the voltage applied between the first input point 101 and the second input point 102 from the DC power supply 100 is used as the reference voltage. Is preferred. In this case, the controller 6 charges and discharges the capacitors (the first capacitor C1 and the second capacitor C2) so that the first capacitor C1 and the second capacitor C2 repeat charging and discharging around the reference voltage, respectively. It is preferable to switch between.

この構成によれば、電力変換装置1は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2を、上述したように第1〜4のモードにおいてE〔V〕、E/2〔V〕、0〔V〕の3段階で切り替えることができる。第5〜8のモードにおいては、電力変換装置1は、第1出力点103と第2出力点104との間に生じる出力電圧V2を、0〔V〕、−E/2〔V〕、−E〔V〕の3段階で切り替えることになる。その結果、電力変換装置1は、上記第1〜8のモードを切り替えることにより、出力電圧V2をE〔V〕、E/2〔V〕、0〔V〕、−E/2〔V〕、−E〔V〕の5段階で切り替えることができる。   According to this configuration, the power conversion device 1 uses the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 as E [V], E in the first to fourth modes as described above. / 2 [V] and 0 [V] can be switched in three stages. In the fifth to eighth modes, the power conversion device 1 sets the output voltage V2 generated between the first output point 103 and the second output point 104 to 0 [V], −E / 2 [V], − Switching is performed in three stages of E [V]. As a result, the power conversion device 1 switches the output modes V1 to E [V], E / 2 [V], 0 [V], -E / 2 [V], by switching the first to eighth modes. -E [V] can be switched in five stages.

要するに、本実施形態に係る電力変換装置1は、出力電圧V2を5段階で切り替える5レベルインバータでありながらも、動作としては3レベルインバータと同様であるから、通過素子数を3レベルインバータと同等の「4」以下とすることができる。したがって、この電力変換装置1は、一般的な5レベルインバータの通過素子数「6」に比べて、通過素子数を少なく抑えることができ、その結果、電力変換効率のさらなる向上を図ることができる。   In short, the power conversion device 1 according to the present embodiment is a 5-level inverter that switches the output voltage V2 in five stages, but the operation is the same as that of the 3-level inverter, so the number of passing elements is equivalent to that of the 3-level inverter. "4" or less. Therefore, this power conversion device 1 can suppress the number of passing elements to be smaller than the number of passing elements “6” of a general five-level inverter, and as a result, can further improve the power conversion efficiency. .

また、電力変換装置1は、本実施形態のように、出力電圧V1を検出する電圧検出部31と、出力電流I1を検出する電流検出部32とをさらに備えることが好ましい。この場合、判定部2は、電圧検出部31で検出される出力電圧V1と電流検出部32で検出される出力電流I1とが同符号であれば上記第1状態と判定する。さらに、判定部2は、電圧検出部31で検出される出力電圧V1と電流検出部32で検出される出力電流I1とが異符号であれば上記第2状態と判定するように構成される。   Moreover, it is preferable that the power converter device 1 is further provided with the voltage detection part 31 which detects the output voltage V1, and the current detection part 32 which detects the output current I1, like this embodiment. In this case, the determination unit 2 determines the first state if the output voltage V1 detected by the voltage detection unit 31 and the output current I1 detected by the current detection unit 32 have the same sign. Further, the determination unit 2 is configured to determine the second state if the output voltage V1 detected by the voltage detection unit 31 and the output current I1 detected by the current detection unit 32 have different signs.

この構成によれば、判定部2は、電圧検出部31の検出結果(出力電圧V1)と電流検出部32の検出結果(出力電流I1)とを対比するだけで、第1状態か第2状態かを判定することができる。したがって、判定部2の処理負荷を軽減することができる。   According to this configuration, the determination unit 2 simply compares the detection result (output voltage V1) of the voltage detection unit 31 with the detection result (output current I1) of the current detection unit 32, and the first state or the second state. Can be determined. Therefore, the processing load on the determination unit 2 can be reduced.

また、電力変換装置1は、本実施形態のように、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の電圧を検出する検出回路63をさらに備えることが好ましい。この場合、制御部6は、検出回路63で検出されるキャパシタの電圧が目標電圧よりも小さければキャパシタを充電し、検出回路63で検出されるキャパシタの電圧が上記目標電圧よりも大きければキャパシタを放電するように、上記一対のモードを切り替える。   Moreover, it is preferable that the power converter device 1 is further provided with the detection circuit 63 which detects the voltage of a capacitor (1st capacitor C1 and 2nd capacitor C2) like this embodiment. In this case, the control unit 6 charges the capacitor if the voltage of the capacitor detected by the detection circuit 63 is smaller than the target voltage, and if the voltage of the capacitor detected by the detection circuit 63 is larger than the target voltage, The pair of modes are switched so as to discharge.

この構成によれば、制御部6は、キャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の電圧に応じてキャパシタの充電と放電とを切り替えるので、キャパシタの電圧を精度よく目標電圧(本実施形態では基準電圧)に調節することができる。   According to this configuration, the control unit 6 switches between charging and discharging of the capacitor according to the voltage of the capacitor (the first capacitor C1 and the second capacitor C2), so that the voltage of the capacitor is accurately set to the target voltage (this embodiment). Then, the reference voltage can be adjusted.

また、制御部6は、本実施形態のように、所定のスイッチング周期でキャパシタ(第1キャパシタC1および第2キャパシタC2)の充電と放電とを切り替えることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the control part 6 switches charge and discharge of a capacitor (1st capacitor C1 and 2nd capacitor C2) with a predetermined | prescribed switching period like this embodiment.

この構成によれば、制御部6は、スイッチング周期で細目にキャパシタの充電と放電とを切り替えることができ、キャパシタの電圧変動を極力小さく抑えることができる。   According to this configuration, the control unit 6 can switch between charging and discharging of the capacitor in detail in the switching cycle, and can suppress the voltage fluctuation of the capacitor as small as possible.

また、本実施形態に係るパワーコンディショナ20によれば、解列器9を開放(解列)することにより、第1変換回路11および第2変換回路12と系統電源7との間を電気的に切り離すことができる。したがって、パワーコンディショナ20は、定常時、系統連系運転を行い、系統電源7の停電等の異常時には、解列器9を開放し、系統電源7から解列された状態で交流電力を出力する自立運転を行うことができる。   Further, according to the power conditioner 20 according to the present embodiment, the disconnector 9 is opened (disconnected), thereby electrically connecting the first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12 to the system power supply 7. Can be separated. Therefore, the power conditioner 20 performs grid connection operation in a steady state, and when the system power supply 7 is abnormal, such as a power failure, opens the disconnector 9 and outputs AC power in a state disconnected from the system power supply 7. You can perform autonomous operation.

また、本実施形態のように、第1の双方向スイッチ13の動作状態は、第2接続点202から第1接続点201へ流れる電流を遮断し、且つ第1接続点201から第2接続点202へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいることが好ましい。この場合、第2の双方向スイッチ14の動作状態は、第3接続点203から第4接続点204へ流れる電流を遮断し、且つ第4接続点204から第3接続点203へ流れる電流を通過させる半オン状態をさらに含んでいることが好ましい。   Further, as in the present embodiment, the operating state of the first bidirectional switch 13 is such that the current flowing from the second connection point 202 to the first connection point 201 is cut off, and the first connection point 201 to the second connection point. It is preferable to further include a half-on state in which the current flowing to 202 is passed. In this case, the operating state of the second bidirectional switch 14 blocks the current flowing from the third connection point 203 to the fourth connection point 204 and passes the current flowing from the fourth connection point 204 to the third connection point 203. It is preferable to further include a half-on state.

この構成によれば、第7,8のモードのように、第1接続点201から第2接続点202へ流れる電流を遮断する必要がないモードにおいては、第1の双方向スイッチ13は半オン状態でよい。したがって、制御部6は、第5〜7のモード、あるいは第6〜8のモードを切り替える動作を繰り返す期間(期間T4〜T6)においては、第10のスイッチング素子Q10をオンし続けることができる。つまり、第5,6のモードでは第1の双方向スイッチ13は全オン状態であるので、第7,8のモードに切り替わる度に第10のスイッチング素子Q10がオフすると、第10のスイッチング素子Q10でスイッチングロスが生じる可能性がある。本実施形態の電力変換装置1は、第5〜7のモード、あるいは第6〜8のモードが切り替わる際に、第10のスイッチング素子Q10がオンし続けることで、第1の双方向スイッチ13で生じるスイッチングロスを低減できる。   According to this configuration, the first bidirectional switch 13 is half-on in a mode in which the current flowing from the first connection point 201 to the second connection point 202 does not need to be interrupted as in the seventh and eighth modes. The state is fine. Therefore, the control unit 6 can continue to turn on the tenth switching element Q10 in the period (period T4 to T6) in which the operation for switching the fifth to seventh modes or the sixth to eighth modes is repeated. In other words, in the fifth and sixth modes, the first bidirectional switch 13 is all on, so that the tenth switching element Q10 is turned off whenever the tenth switching element Q10 is turned off each time the mode is switched to the seventh and eighth modes. Switching loss may occur. The power converter 1 of the present embodiment allows the first bidirectional switch 13 to keep the tenth switching element Q10 on when the fifth to seventh modes or the sixth to eighth modes are switched. The generated switching loss can be reduced.

同様に、第1,2のモードのように、第4接続点204から第3接続点203へ流れる電流を遮断する必要がないモードにおいては、第2の双方向スイッチ14は半オン状態でよい。したがって、本実施形態の電力変換装置1は、第1〜3のモード、あるいは第2〜4のモードが切り替わる際に、第12のスイッチング素子Q12がオンし続けることで、第2の双方向スイッチ14で生じるスイッチングロスを低減できる。   Similarly, in the mode in which the current flowing from the fourth connection point 204 to the third connection point 203 does not need to be interrupted as in the first and second modes, the second bidirectional switch 14 may be in a half-on state. . Therefore, the power conversion device 1 of the present embodiment is configured so that the twelfth switching element Q12 is kept on when the first to third modes or the second to fourth modes are switched, so that the second bidirectional switch 14 can reduce the switching loss.

さらに、制御部6は、第1の双方向スイッチ13に電流が流れている状態で第1の双方向スイッチ13を半オン状態から全オン状態に移行するようにすれば、第1の双方向スイッチ13で生じるスイッチングロスを一層低減できる。すなわち、たとえば第7のモードから第6のモードへの切り替え時、制御部6は、第9のダイオードD9がオンしている状態で第9のスイッチング素子Q9をオンすることで、第9のスイッチング素子Q9のゼロボルトスイッチングを実現できる。同様に、制御部6は、第2の双方向スイッチ14に電流が流れている状態で第2の双方向スイッチ14を半オン状態から全オン状態に移行するようにすれば、第2の双方向スイッチ14で生じるスイッチングロスを一層低減できる。   Further, if the control unit 6 shifts the first bidirectional switch 13 from the half-on state to the fully-on state in a state where the current flows through the first bidirectional switch 13, the first bidirectional switch 13. Switching loss caused by the switch 13 can be further reduced. That is, for example, when switching from the seventh mode to the sixth mode, the control unit 6 turns on the ninth switching element Q9 while the ninth diode D9 is turned on, so that the ninth switching is performed. Zero volt switching of the element Q9 can be realized. Similarly, if the control unit 6 shifts the second bidirectional switch 14 from the half-on state to the fully-on state in a state where the current is flowing through the second bidirectional switch 14, Switching loss caused by the directional switch 14 can be further reduced.

なお、電力変換装置1は、上述したように変換回路10が第1変換回路11および第2変換回路12と、第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14とを備えた構成に限らず、適宜変更可能である。スイッチング素子の数についても、第1〜12のスイッチング素子Q1〜Q12の12個に限らず、適宜変更可能である。   In the power conversion device 1, the conversion circuit 10 includes the first conversion circuit 11 and the second conversion circuit 12, the first bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14 as described above. It is not limited and can be changed as appropriate. The number of switching elements is not limited to 12 of the first to twelfth switching elements Q1 to Q12, and can be changed as appropriate.

また、第1〜8のスイッチング素子Q1〜Q8、および第9〜12のスイッチング素子Q9〜Q12としては、デプレッション型のnチャネルMOSFETに限らず、その他の半導体スイッチが用いられていてもよい。たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、GaN(窒化ガリウム)などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたパワー半導体デバイスが用いられる。   The first to eighth switching elements Q1 to Q8 and the ninth to twelfth switching elements Q9 to Q12 are not limited to depletion type n-channel MOSFETs, and other semiconductor switches may be used. For example, a power semiconductor device using a wide band gap semiconductor material such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or GaN (gallium nitride) is used.

また、双方向スイッチ(第1の双方向スイッチ13および第2の双方向スイッチ14のそれぞれ)の具体的な構成についても、上述した構成に限らない。双方向スイッチは、たとえばGaN(窒化ガリウム)などのワイドバンドギャップの半導体材料を用いたダブルゲート(デュアルゲート)構造の双方向スイッチであってもよい。   Also, the specific configuration of the bidirectional switch (each of the first bidirectional switch 13 and the second bidirectional switch 14) is not limited to the configuration described above. The bidirectional switch may be a double gate (dual gate) structure bidirectional switch using a wide band gap semiconductor material such as GaN (gallium nitride).

(実施形態2)
本実施形態の電力変換装置1は、図12に示すように、第1入力点101または第2入力点102を流れる電流(入力電流I2)を検出する入力検出部33を備える点で、実施形態1の電力変換装置1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 12, the power conversion apparatus 1 according to the present embodiment includes an input detection unit 33 that detects a current (input current I2) flowing through the first input point 101 or the second input point 102. 1 different from the power converter 1 of FIG. Hereinafter, the same configurations as those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

本実施形態では、電圧検出部31および電流検出部32が省略されており、判定部2は、入力検出部33で検出される電流の向きによって第1状態と第2状態とのいずれの状態に、変換回路10があるかを判定するように構成されている。   In the present embodiment, the voltage detection unit 31 and the current detection unit 32 are omitted, and the determination unit 2 is in either the first state or the second state depending on the direction of the current detected by the input detection unit 33. The conversion circuit 10 is determined to be present.

入力検出部33は、第1入力点101または第2入力点102を流れる電流を入力電流I2として検出するように構成されている。図12の例では、入力検出部33は第1入力点101を流れる電流を検出する構成であるが、これに限らず、入力検出部33は第2入力点102を流れる電流を検出する構成であってもよい。   The input detection unit 33 is configured to detect the current flowing through the first input point 101 or the second input point 102 as the input current I2. In the example of FIG. 12, the input detection unit 33 is configured to detect the current flowing through the first input point 101. However, the configuration is not limited thereto, and the input detection unit 33 is configured to detect the current flowing through the second input point 102. There may be.

入力検出部33は、入力電流I2の大きさ(瞬時値)を、極性(+あるいは−)も含めて検出する。入力検出部33は、たとえば第1入力点101と第1のスイッチング素子Q1との間に接続されたシャント抵抗で構成される。ただし、入力検出部33の構成はこれに限らず、少なくとも入力電流I2の向きを判別できる形で入力電流I2を検出する構成であればよい。入力検出部33は、検出結果を判定部2へ出力する。   The input detection unit 33 detects the magnitude (instantaneous value) of the input current I2 including the polarity (+ or-). The input detection unit 33 is configured by, for example, a shunt resistor connected between the first input point 101 and the first switching element Q1. However, the configuration of the input detection unit 33 is not limited to this, and any configuration that detects the input current I2 in a form that can at least determine the direction of the input current I2 may be used. The input detection unit 33 outputs the detection result to the determination unit 2.

判定部2は、入力検出部33で検出される入力電流I2が、第1入力点101から変換回路10に向けて流れていれば、第1状態と判定する。つまり、出力電圧V1と出力電流I1とが同符号である第1状態においては、変換回路10には直流電源100の高電位(正極)側から電流が流れ込むので、第1入力点101から変換回路10に向けて入力電流I2が流れていれば、判定部2は第1状態と判定する。   The determination unit 2 determines the first state if the input current I2 detected by the input detection unit 33 flows from the first input point 101 toward the conversion circuit 10. That is, in the first state in which the output voltage V1 and the output current I1 have the same sign, the current flows into the conversion circuit 10 from the high potential (positive electrode) side of the DC power supply 100, so that the conversion circuit starts from the first input point 101. If the input current I <b> 2 flows toward 10, the determination unit 2 determines the first state.

一方、入力検出部33で検出される入力電流I2が、第2入力点102から変換回路10に向けて流れていれば、判定部2は、第2状態と判定する。つまり、出力電圧V1と出力電流I1とが異符号である第2状態においては、変換回路10には直流電源100の低電位(負極)側から電流が流れ込むので、第2入力点102から変換回路10に向けて入力電流I2が流れていれば、判定部2は第2状態と判定する。   On the other hand, if the input current I2 detected by the input detection unit 33 flows from the second input point 102 toward the conversion circuit 10, the determination unit 2 determines that the state is the second state. That is, in the second state in which the output voltage V1 and the output current I1 have different signs, the current flows into the conversion circuit 10 from the low potential (negative electrode) side of the DC power supply 100, so that the conversion circuit starts from the second input point 102. If the input current I2 flows toward 10, the determination unit 2 determines that the state is the second state.

以上説明した本実施形態の構成によれば、判定部2は、1つの検出部(入力検出部33)の検出結果から、第1状態と第2状態とを判定可能になる。そのため、電力変換装置1は、構成要素の削減を図ることができる。ただし、第3〜6のモードのように、直流電源100から変換回路10に電流が流れ込まないモードにおいては、入力検出部33の検出結果からでは、判定部2は第1状態と第2状態とを判定できない。   According to the configuration of the present embodiment described above, the determination unit 2 can determine the first state and the second state from the detection result of one detection unit (input detection unit 33). Therefore, the power converter 1 can reduce the number of components. However, in the mode in which current does not flow from the DC power supply 100 to the conversion circuit 10 as in the third to sixth modes, the determination unit 2 determines that the first state and the second state are based on the detection result of the input detection unit 33. Cannot be determined.

その他の構成および機能は実施形態1と同様である。   Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.

なお、判定部2は、第1状態と第2状態とのいずれの状態に変換回路10があるかを判定する構成であればよく、実施形態1あるいは実施形態2で説明した構成に限らない。   Note that the determination unit 2 may be configured to determine whether the conversion circuit 10 is in the first state or the second state, and is not limited to the configuration described in the first or second embodiment.

1 電力変換装置
10 変換回路
11 第1変換回路
12 第2変換回路
13 第1の双方向スイッチ
14 第2の双方向スイッチ
2 判定部
31 電圧検出部
32 電流検出部
33 入力検出部
6 制御部
63 検出回路
7 系統電源
9 解列器
20 パワーコンディショナ
100 直流電源
101 第1入力点
102 第2入力点
103 第1出力点
104 第2出力点
201 第1接続点
202 第2接続点
203 第3接続点
204 第4接続点
C1 第1キャパシタ
C2 第2キャパシタ
I1 出力電流
I2 入力電流
Q1〜Q8 第1〜8のスイッチング素子
V1 (第1)出力電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 10 Conversion circuit 11 1st conversion circuit 12 2nd conversion circuit 13 1st bidirectional switch 14 2nd bidirectional switch 2 Judgment part 31 Voltage detection part 32 Current detection part 33 Input detection part 6 Control part 63 Detection circuit 7 System power supply 9 Disconnector 20 Power conditioner 100 DC power supply 101 1st input point 102 2nd input point 103 1st output point 104 2nd output point 201 1st connection point 202 2nd connection point 203 3rd connection Point 204 Fourth connection point C1 First capacitor C2 Second capacitor I1 Output current I2 Input current Q1 to Q8 First to eighth switching elements V1 (First) output voltage

Claims (8)

複数のスイッチおよびキャパシタを含み、直流電源の高電位側となる第1入力点と前記直流電源の低電位側となる第2入力点との間に電気的に接続された変換回路と、
前記複数のスイッチを制御することにより、第1出力点および第2出力点に対する前記直流電源および前記キャパシタの接続状態を切り替えて、前記第1出力点と前記第2出力点との間に生じる出力電圧の大きさを複数段階に変化させる制御部と、
前記第1出力点または前記第2出力点を流れる出力電流と前記出力電圧とが同符号になる第1状態と、前記出力電流と前記出力電圧とが異符号になる第2状態とのいずれの状態に、前記変換回路があるかを判定する判定部とを備え、
前記出力電流と前記出力電圧との間に位相差が設定可能であって、
前記制御部は、前記出力電圧の大きさが同じであって且つ前記キャパシタを流れる電流の向きが逆になる一対のモードを切り替えることにより、前記キャパシタの充電と放電とを切り替えており、
前記制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記一対のモードのうち、前記キャパシタを充電するときに選択するモードと前記キャパシタを放電するときに選択するモードとを入れ替えるように構成されている
ことを特徴とする電力変換装置。
A conversion circuit including a plurality of switches and capacitors and electrically connected between a first input point on the high potential side of the DC power supply and a second input point on the low potential side of the DC power supply;
An output generated between the first output point and the second output point by switching the connection state of the DC power supply and the capacitor to the first output point and the second output point by controlling the plurality of switches. A controller that changes the magnitude of the voltage in multiple stages;
Either of a first state in which the output current flowing through the first output point or the second output point and the output voltage have the same sign, and a second state in which the output current and the output voltage have different signs A determination unit for determining whether or not the conversion circuit is in a state,
A phase difference can be set between the output current and the output voltage,
The control unit switches charging and discharging of the capacitor by switching a pair of modes in which the magnitude of the output voltage is the same and the direction of the current flowing through the capacitor is reversed,
The control unit is configured to switch between a mode selected when charging the capacitor and a mode selected when discharging the capacitor, out of the pair of modes, according to a determination result of the determination unit. A power conversion device characterized by that.
前記変換回路は、前記第1入力点と前記第2入力点との間に電気的に並列に接続された第1変換回路および第2変換回路と、前記第1変換回路と前記第2変換回路との間に電気的に接続された第1の双方向スイッチおよび第2の双方向スイッチとを備え、
前記第1変換回路は、前記第1入力点と前記第2入力点との間において、前記第1入力点側から第1のスイッチング素子、第2のスイッチング素子、第3のスイッチング素子、第4のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第1〜4のスイッチング素子と、前記第2のスイッチング素子および前記第3のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第1キャパシタとを有しており、前記第2のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子との接続点を前記第1出力点とし、
前記第2変換回路は、前記第1入力点と前記第2入力点との間において、前記第1入力点側から第5のスイッチング素子、第6のスイッチング素子、第7のスイッチング素子、第8のスイッチング素子の順で、電気的に直列に接続された第5〜8のスイッチング素子と、前記第6のスイッチング素子および前記第7のスイッチング素子の直列回路と電気的に並列に接続された第2キャパシタとを有しており、前記第6のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子との接続点を前記第2出力点とし、
前記第1の双方向スイッチは、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子の接続点である第1接続点と前記第7のスイッチング素子および前記第8のスイッチング素子の接続点である第2接続点との間に接続され、
前記第2の双方向スイッチは、前記第3のスイッチング素子および前記第4のスイッチング素子の接続点である第3接続点と前記第5のスイッチング素子および前記第6のスイッチング素子の接続点である第4接続点との間に接続され、
前記複数のスイッチは、前記第1〜8のスイッチング素子と前記第1の双方向スイッチと前記第2の双方向スイッチとで構成されており、
前記キャパシタは、前記第1キャパシタと前記第2キャパシタとで構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
The conversion circuit includes a first conversion circuit and a second conversion circuit electrically connected in parallel between the first input point and the second input point, and the first conversion circuit and the second conversion circuit. A first bidirectional switch and a second bidirectional switch electrically connected to each other,
The first conversion circuit includes a first switching element, a second switching element, a third switching element, a fourth switching element from the first input point side between the first input point and the second input point. First to fourth switching elements electrically connected in series in the order of the switching elements, and a second circuit electrically connected in parallel to the series circuit of the second switching element and the third switching element. 1 capacitor, and a connection point between the second switching element and the third switching element is the first output point,
The second conversion circuit includes a fifth switching element, a sixth switching element, a seventh switching element, an eighth switching element from the first input point side between the first input point and the second input point. In the order of the switching elements, the fifth to eighth switching elements electrically connected in series, and the sixth switching element and the seventh switching element connected in parallel with the series circuit. 2 capacitor, and the connection point between the sixth switching element and the seventh switching element is the second output point,
The first bidirectional switch is a connection point between the first switching element and the second switching element, and a connection point between the seventh switching element and the eighth switching element. Connected to the second connection point,
The second bidirectional switch is a connection point between the third switching element and the fourth switching element, and a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element. Connected to the fourth connection point,
The plurality of switches includes the first to eighth switching elements, the first bidirectional switch, and the second bidirectional switch,
The power converter according to claim 1, wherein the capacitor includes the first capacitor and the second capacitor.
前記直流電源から前記第1入力点と前記第2入力点との間に印加される電圧の1/4の大きさの電圧を基準電圧として、
前記制御部は、前記第1キャパシタおよび前記第2キャパシタがそれぞれ前記基準電圧を中心に充電と放電とを繰り返すように、前記キャパシタの充電と放電とを切り替える
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
A voltage having a size that is 1/4 of a voltage applied between the first input point and the second input point from the DC power supply as a reference voltage,
The said control part switches charge and discharge of the said capacitor so that the said 1st capacitor and the said 2nd capacitor may repeat charge and discharge centering around the said reference voltage, respectively. Power converter.
前記出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記出力電流を検出する電流検出部とをさらに備え、
前記判定部は、前記電圧検出部で検出される前記出力電圧と前記電流検出部で検出される前記出力電流とが同符号であれば前記第1状態と判定し、前記電圧検出部で検出される前記出力電圧と前記電流検出部で検出される前記出力電流とが異符号であれば前記第2状態と判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
A voltage detector for detecting the output voltage;
A current detection unit for detecting the output current;
The determination unit determines the first state if the output voltage detected by the voltage detection unit and the output current detected by the current detection unit have the same sign, and is detected by the voltage detection unit. If the output voltage detected by the current detector and the output current detected by the current detector are different from each other, the second state is determined. The power converter according to item.
前記第1入力点または前記第2入力点を流れる電流を検出する入力検出部をさらに備え、
前記判定部は、前記入力検出部で検出される電流の向きによって前記第1状態と前記第2状態とのいずれの状態に、前記変換回路があるかを判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
An input detection unit for detecting a current flowing through the first input point or the second input point;
The determination unit is configured to determine whether the conversion circuit is in the first state or the second state depending on the direction of the current detected by the input detection unit. The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記キャパシタの電圧を検出する検出回路をさらに備え、
前記制御部は、前記検出回路で検出される前記キャパシタの電圧が目標電圧よりも小さければ前記キャパシタを充電し、前記検出回路で検出される前記キャパシタの電圧が前記目標電圧よりも大きければ前記キャパシタを放電するように、前記一対のモードを切り替える
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
A detection circuit for detecting a voltage of the capacitor;
The control unit charges the capacitor if the voltage of the capacitor detected by the detection circuit is lower than a target voltage, and charges the capacitor if the voltage of the capacitor detected by the detection circuit is higher than the target voltage. The power conversion apparatus according to claim 1, wherein the pair of modes are switched so as to discharge the power.
前記制御部は、所定のスイッチング周期で前記キャパシタの充電と放電とを切り替える
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The said control part switches charge and discharge of the said capacitor with a predetermined switching period. The power converter device of any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換装置と、
前記第1出力点および前記第2出力点と系統電源との間に電気的に接続される解列器とを備える
ことを特徴とするパワーコンディショナ。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 7,
A power conditioner comprising: a disconnector electrically connected between the first output point and the second output point and a system power supply.
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