JP7081292B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサを備える電力変換装置に関する。

従来、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサを備える電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、直列接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備える直流無停電電源装置（以下、「電源装置」とする）が開示されている。この電源装置には、複数のダイオードおよび複数の半導体スイッチが設けられている。そして、電源装置では、複数のダイオードおよび複数の半導体スイッチにより、交流電源から入力された交流の電力が、直流の電力に変換される。また、この電源装置は、第１コンデンサの両側の端子であるＰ端子およびＭ端子からの出力を正側直流出力とし、第２コンデンサの両側の端子であるＭ端子およびＮ端子からの出力を負側直流出力として出力するように構成されている。すなわち、この電源装置は、Ｐ端子、Ｍ端子、および、Ｎ端子のそれぞれの出力電圧値（レベル）が異なる３レベルの電源装置として構成されている。

特開平９－１０７６８１号公報

ここで、上記特許文献１の記載のような従来の直流無停電電源装置（電力変換装置）では、入力される交流の電力として３相交流の電力が入力される場合がある。この場合、第１コンデンサおよび第２コンデンサには、それぞれ、入力された３相交流の電流が半波整流された電流が流入する。すなわち、３相交流のうちの各相の正電位側の電流の波形が合成された脈動成分（リプル）を含む波形を有する電流が、第１コンデンサに流れ、３相交流のうちの各相の負電位側の電流の波形が合成された脈動成分（リプル）を含む波形を有する電流が、第２コンデンサに流れる。すなわち、第１コンデンサおよび第２コンデンサには、３相交流の入力周波数の３倍の周波数の脈動成分を有する電流が常時流入する。この脈動成分を有する電流が流入することに起因して、第１コンデンサの両端の電位差と第２コンデンサの両端の電位差との間の電圧アンバランスが大きくなる。すなわち、正側直流出力と負側直流出力との出力される電圧のアンバランスが大きくなる。このため、このアンバランスを低減するために、第１コンデンサおよび第２コンデンサの電気容量を比較的大きくする必要がある。

しかしながら、比較的電気容量が大きいコンデンサ（たとえば、電解コンデンサ）は、一般的に部品寿命が他の部品に比べて短い。このため、第１コンデンサおよび第２コンデンサを交換部品として構成しない場合には、第１コンデンサおよび第２コンデンサの部品寿命が、電力変換装置の寿命となる。また、第１コンデンサおよび第２コンデンサを交換部品として構成する場合には、第１コンデンサおよび第２コンデンサの交換頻度が増大する。したがって、従来、第１コンデンサおよび第２コンデンサに流れるリプルを有する電流に起因する出力電圧のアンバランスを低減しながら、第１コンデンサ（正電位側コンデンサ）および第２コンデンサ（負電位側コンデンサ）の寿命が短くなるのを抑制することが可能な電力変換装置が望まれていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、出力される電圧のアンバランスを低減しながら、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサの寿命が短くなるのを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、正電位端子、負電位端子、および、中性点端子を有する直流出力端子部と、正電位端子と中性点端子との間に配置されている正電位側コンデンサと、負電位端子と中性点端子との間に配置されている負電位側コンデンサとを含む、入力側コンバータ回路と、正電位端子と中性点端子とに接続された第１出力側コンバータ回路と、負電位端子と中性点端子とに入力側が接続されているとともに、第１出力側コンバータ回路に入力側が直列接続され、第１出力側コンバータ回路に出力側が並列接続されている第２出力側コンバータ回路とを備え、第１出力側コンバータ回路の入力側に、正電位端子から脈動成分を有する電流が流れるとともに、第２出力側コンバータ回路の入力側から、負電位端子に脈動成分を有する電流が流れるように構成されており、第１出力側コンバータ回路の出力側および第２出力側コンバータ回路の出力側から、脈動成分同士の少なくとも一部が相殺された電流が負荷に流れるように構成されている。

この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、電力変換装置に、入力側が互いに直列接続され、出力側が互いに並列接続されている第１出力側コンバータ回路および第２出力側コンバータ回路を設ける。これにより、第１出力側コンバータ回路および第２出力側コンバータ回路の入力側においては、互いに電流波形が異なる電流を、それぞれ流すことができるとともに、出力側においては、波形が合成された電流を流す（出力する）ことができる。このため、第１出力側コンバータ回路の入力側に流入する電流波形に脈動成分が含まれるように第１出力側コンバータ回路の駆動を制御すれば、正電位端子から第１出力側コンバータ回路および正電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分を、正電位側コンデンサではなく、第１出力側コンバータ回路に流入させることができる。言い換えると、入力側コンバータ回路側の脈動成分が第１出力側コンバータ回路側の脈動成分により相殺された状態の電流が、正電位側コンデンサに流入するので、正電位側コンデンサに流入する電流の脈動成分を低減することができる。また、第２出力側コンバータ回路の入力側に流入する電流波形に脈動成分が含まれるように第２出力側コンバータ回路の駆動を制御すれば、正電位側コンデンサと同様に、負電位側コンデンサに流入する電流の脈動成分を低減することができる。これらの脈動成分が低減されることによって、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサの電気容量を大きくする必要がないため、寿命が短くなるのを抑制することができる。たとえば、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサに、比較的寿命が短い電解コンデンサ以外のコンデンサを採用することができるので、寿命が短くなるのを抑制することができる。また、一般的に、比較的電気容量の大きいコンデンサは、寸法が大きい。これに対して、本発明では、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサの電気容量を大きくする必要がないので、その分、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサが大型化するのを抑制することができる。そして、第１出力側コンバータ回路の入力側の電流波形の脈動成分の位相と、第２出力側コンバータ回路の入力側の電流波形の脈動成分の位相とは、１８０度異なる状態（正負が逆）であるため、第１出力側コンバータ回路および第２出力側コンバータ回路の出力側においては、脈動成分同士が相殺される。これにより、第１出力側コンバータ回路および第２出力側コンバータ回路の出力側には、波形が合成されることにより脈動成分が低減された状態（出力される電圧のアンバランスが低減された状態）で、出力電力を出力することができる。これらの結果、出力される電圧のアンバランスを低減しながら、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサの寿命が短くなるのを抑制することができる。

また、第１出力側コンバータ回路の入力側に、正電位端子から脈動成分を有する電流が流れるとともに、第２出力側コンバータ回路の入力側から、負電位端子に脈動成分を有する電流が流れるように構成されており、第１出力側コンバータ回路の出力側および第２出力側コンバータ回路の出力側から、脈動成分同士の少なくとも一部が相殺された電流が負荷に流れるように構成されている。これにより、正電位側コンデンサには、正電位端子から正電位側コンデンサおよび第１出力側コンバータ回路の入力側に向かって流れる電流のうちの脈動成分が、正電位側コンデンサ側でなく、第１出力側コンバータ回路側に流れるので、正電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分を、効果的に低減することができる。また、負電位側コンデンサにおいても、正電位側コンデンサと同様に、脈動成分を、効果的に低減することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１出力側コンバータ回路は、正電位端子と正電位側コンデンサとを接続する正電位側ノードに第１一方入力端子が接続され、中性点端子に第１他方入力端子が接続されており、第２出力側コンバータ回路は、負電位端子と負電位側コンデンサとを接続する負電位側ノードに入力側の第２一方入力端子が接続され、中性点端子に入力側の第２他方入力端子が接続されており、第１出力側コンバータ回路の正電位出力側端子と第２出力側コンバータ回路の出力側の正電位出力側端子とが接続されているとともに、第２出力側コンバータ回路の負電位出力側端子と第２出力側コンバータ回路の出力側の負電位出力側端子とが接続されていることにより、第１出力側コンバータ回路の入力側および第２出力側コンバータ回路の入力側が直列接続され、第１出力側コンバータ回路の出力側および第２出力側コンバータ回路の出力側が並列接続されている。このように構成すれば、正電位側コンデンサには、正電位端子から正電位側ノードに向かって流れる電流のうちの脈動成分が、正電位側ノードから正電位側コンデンサ側でなく、正電位側ノードから第１出力側コンバータ回路側に流れるので、正電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分を、より効果的に低減することができる。また、負電位側コンデンサにおいても、正電位側コンデンサと同様に、脈動成分を、より効果的に低減することができる。

この場合、好ましくは、第１出力側コンバータ回路は、正電位端子から正電位側ノードに流れる第１電流の脈動成分に対応する第１脈動成分を有する第１調整電流が、正電位側ノードから第１一方入力端子に流れるように制御されるように構成されており、第２出力側コンバータ回路は、負電位側ノードから負電位端子に流れる第２電流の脈動成分に対応する第２脈動成分を有する第２調整電流が、第２一方入力端子から負電位側ノードに流れるように制御されるように構成されている。このように構成すれば、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分に応じて、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサに流入する電流の脈動成分を低減するように、第１調整電流および第２調整電流を生成することができるので、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分の波形が変化した場合でも、正電位側ノードから正電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分および負電位側ノードから負電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分を低減することができる。

上記第１脈動成分を有する第１調整電流が正電位側ノードから第１一方入力端子に流れるとともに、第２脈動成分を有する第２調整電流が第２他方入力端子から負電位側ノードに流れるように制御される電力変換装置において、好ましくは、第１出力側コンバータ回路および第２出力側コンバータ回路の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、第１調整電流を検出する第１調整電流検出部と、第２調整電流を検出する第２調整電流検出部と、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得する脈動成分取得部と、出力電圧値と、第１調整電流と、第２調整電流と、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分とに基づいて、第１出力側コンバータ回路および第２出力側コンバータ回路の動作を個別に制御する制御部とをさらに備える。このように構成すれば、検出された出力電圧値、第１調整電流および第２調整電流と、取得された第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分とに基づいて、正電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分および負電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分を適切に低減することが可能な第１調整電流および第２調整電流を生成することができる。

上記制御部を備える電力変換装置において、好ましくは、制御部は、基本電流指令値に、取得された脈動成分を加算して、第１出力側コンバータ回路の第１電流指令値を生成するとともに、第１調整電流を第１電流指令値に一致させるための第１制御信号を生成し、基本電流指令値に、取得された脈動成分を減算して、第２出力側コンバータ回路の第２電流指令値を生成するとともに、第２調整電流を第２電流指令値に一致させるための第２制御信号を生成する。このように構成すれば、第１制御信号および第２制御信号により、第１調整電流および第２調整電流を適切な波形になるように随時更新することができるので、脈動成分の大きさが変動した場合でも、正電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分および負電位側コンデンサに流れる電流の脈動成分を、適切に低減することができる。

上記脈動成分取得部を備える電力変換装置において、好ましくは、脈動成分取得部は、入力側コンバータ回路に入力される交流入力電力の入力電圧値および入力電流値を検出する交流入力検出部を含むとともに、交流入力検出部により検出された入力電圧値および入力電流値に基づいて、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得する。このように構成すれば、第１電流および第２電流を直接的に検出するための検出器を設けることなく、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を推定（取得）することができる。この結果、電力変換装置が大型化するのを抑制しながら、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得することができる。

上記脈動成分取得部を備える電力変換装置において、好ましくは、脈動成分取得部は、正電位側コンデンサの両端の第１電位差と、負電位側コンデンサの両端の第２電位差とを検出する電位差検出部を含むとともに、電位差検出部により検出された第１電位差および第２電位差に基づいて、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得する。ここで、一般的に、電位差検出部は、電流を検出するための検出部（電流検出部）よりも小型に構成することが可能である。この点に着目して、本発明では、電位差検出部により検出された第１電位差および第２電位差に基づいて、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得するので、第１電流および第２電流を直接的に検出する電流検出部により脈動成分を検出する場合に比べて、脈動成分取得部が大型化するのを抑制することができる。

上記脈動成分取得部を備える電力変換装置において、好ましくは、脈動成分取得部は、第１電流を検出する第１電流検出部と、第２電流を検出する第２電流検出部とを含むとともに、第１電流検出部および第２電流検出部により検出された第１電流および第２電流に基づいて、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得する。このように構成すれば、第１電流検出部および第２電流検出部により直接的に第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を検出（取得）することができるので、他の物理量から脈動成分を推定（演算）する場合に比べて、より正確に脈動成分を取得することができる。

本発明によれば、上記のように、出力される電圧のアンバランスを低減しながら、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサの寿命が短くなるのを抑制することができる。

本発明の第１および第２実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１および第２実施形態による電力変換装置の一部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１～第３実施形態による電力変換装置の第１電流、第２電流、第１調整電流および第２調整電流の波形を示す図である。 本発明の第１実施形態による交流入力検出部を示すブロック図である。 本発明の第１～第３実施形態による出力側制御部を示すブロック線図である。 本発明の第１実施形態による脈動成分算出部を示すブロック線図である。 比較例による電力変換装置を示すブロック図である。 比較例による電力変換装置の第１電流および第２電流の波形を示す図である。 本発明の第２実施形態による脈動成分算出部を示すブロック線図である。 本発明の第３実施形態による電力変換装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による脈動成分算出部を示すブロック線図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
（電力変換装置の構成）
図１～図６を参照して、第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。

図１に示すように、電力変換装置１００は、たとえば、交流電源１０１からの３相交流の電力（入力電力）を直流の電力に変換する交流入力／直流出力（ＡＣ／ＤＣ）コンバータとして構成されている。そして、電力変換装置１００は、負荷１０２に直流の電力（出力電力）を出力するように構成されている。たとえば、電力変換装置１００は、データセンター等のＡＣ／ＤＣ絶縁電源として構成されている。また、電力変換装置１００は、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を用いた整流装置として構成されている。たとえば、交流電源１０１は、３相平衡の交流の電流を出力するように構成されている。

また、電力変換装置１００は、入力側ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１０（以下、「入力側コンバータ１０」という）と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２１（以下、「第１コンバータ２１」という）と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２２（以下、「第２コンバータ２２」という）とを備える。なお、入力側ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１０は、特許請求の範囲の「入力側コンバータ回路」の一例である。また、第１コンバータ２１は、特許請求の範囲の「第１出力側コンバータ回路」の一例である。また、第２コンバータ２２は、特許請求の範囲の「第２出力側コンバータ回路」の一例である。

〈入力側コンバータの構成〉
入力側コンバータ１０は、３レベルＡＣ／ＤＣコンバータとして構成されている。具体的には、図２に示すように、入力側コンバータ１０には、正電位端子１１ｐと、負電位端子１１ｍと、中性点端子１１ｎとを有する直流出力端子部１１が設けられている。正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｎとの電位差は、Ｅ／２であり、中性点端子１１ｎと負電位端子１１ｍとの電位差は、Ｅ／２であり、正電位端子１１ｐと負電位端子１１ｍ、との電位差は、Ｅである。

また、図１に示すように、入力側コンバータ１０には、Ｕ相電力変換部３０Ｕと、Ｖ相電力変換部３０Ｖと、Ｗ相電力変換部３０Ｗと、正電位側コンデンサ４１と、負電位側コンデンサ４２とが設けられている。Ｕ相電力変換部３０Ｕ（Ｖ相電力変換部３０Ｖ、Ｗ相電力変換部３０Ｗ）は、交流電源１０１から入力されたＵ相（Ｖ相、Ｗ相）の交流の電力を整流して出力するように構成されている。

Ｕ相電力変換部３０Ｕは、一端が交流電源１０１に接続されたリアクトル３１と、リアクトル３１の他端に接続されたダイオード３２ａおよび３２ｂと、ダイオード３２ａと正電位端子１１ｐとの間に配置されたダイオード３３と、ダイオード３２ｂと負電位端子１１ｍとの間に配置されたダイオード３４と、ダイオード３３と中性点端子１１ｎとの間に配置されたスイッチング素子３５ａと、スイッチング素子３５ａに逆並列に接続されたダイオード３５ｂと、ダイオード３４と中性点端子１１ｎとの間に配置されたスイッチング素子３６ａと、スイッチング素子３６ａに逆並列に接続されたダイオード３６ｂとを含む。また、Ｖ相電力変換部３０ＶおよびＷ相電力変換部３０Ｗは、Ｕ相電力変換部３０Ｕと同様に構成されているため、説明を省略する。

正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２は、好ましくは、電解液を用いないコンデンサにより構成されている。たとえば、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２は、タルタルコンデンサ、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ等の電解コンデンサ以外のコンデンサにより構成されている。

また、正電位側コンデンサ４１は、正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｎとの間に配置されている。また、負電位側コンデンサ４２は、負電位端子１１ｍと中性点端子１１ｎとの間に配置されている。具体的には、正電位側コンデンサ４１の正極端子４１ｐは、正電位側ノードＮｐを介して、正電位端子１１ｐに接続されている。正電位側コンデンサ４１の負極端子４１ｎは、中性点ノードＮｎを介して、中性点端子１１ｎに接続されている。また、負電位側コンデンサ４２の正極端子４２ｐは、中性点ノードＮｎを介して、中性点端子１１ｎに接続されている。負電位側コンデンサ４２の負極端子４２ｎは、負電位側ノードＮｍを介して、負電位端子１１ｍに接続されている。

ここで、図２に示すように、正電位端子１１ｐから正電位側ノードＮｐに流れる第１電流をＩｐ１とし、正電位側ノードＮｐから正電位側コンデンサ４１に流入する電流をＩｄｐとする。また、負電位端子１１ｍに負電位側ノードＮｍから流れる第２電流をＩｎ１とし、負電位側ノードＮｍに負電位側コンデンサ４２から流出する電流をＩｄｎとする。

〈第１コンバータおよび第２コンバータの構成〉
第１コンバータ２１および第２コンバータ２２は、それぞれ、入力側と出力側とが絶縁された絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されている。ここで、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２は、それぞれ、いずれの方式のコンバータとして構成されていてもよい。たとえば、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２は、ＬＬＣ共振方式のコンバータ、位相シフト方式のコンバータ、フォワード方式のコンバータ、または、フライバック方式のコンバータのいずれのコンバータとして構成されていてもよい。

そして、第１実施形態では、図１に示すように、第１コンバータ２１は、正電位端子１１ｐと中性点端子１１ｎとに接続されている。また、第２コンバータ２２は、負電位端子１１ｍと中性点端子１１ｎとに入力側が接続されているとともに、第１コンバータ２１に入力側が直列接続され、第１コンバータ２１に出力側が並列接続されている。

詳細には、第１コンバータ２１は、正電位端子１１ｐと正電位側コンデンサ４１とを接続する正電位側ノードＮｐに入力側端子２１ａが接続され、中性点端子１１ｎに入力側端子２１ｂが接続されている。第２コンバータ２２は、負電位端子１１ｍと負電位側コンデンサ４２とを接続する負電位側ノードＮｍに入力側の入力側端子２２ａが接続され、中性点端子１１ｎに入力側の入力側端子２２ｂが接続されている。なお、入力側端子２１ａは、特許請求の範囲の「第１一方入力端子」の一例である。また、入力側端子２１ｂは、特許請求の範囲の「第１他方入力端子」の一例である。また、入力側端子２２ａは、特許請求の範囲の「第２一方入力端子」の一例である。また、入力側端子２２ｂは、特許請求の範囲の「第２他方入力端子」の一例である。

そして、第１コンバータ２１の正電位側の出力側端子２１ｃと、第２コンバータ２２の正電位側の出力側端子２２ｃとが接続されているとともに、第１コンバータ２１の負電位側の出力側端子２１ｄと第２コンバータ２２の負電位側の出力側端子２２ｄとが接続されていることにより、第１コンバータ２１の入力側および第２コンバータ２２の入力側が直列接続され、第１コンバータ２１の出力側および第２コンバータ２２の出力側が並列接続されている。なお、出力側端子２１ｃおよび２２ｃは、特許請求の範囲の「正電位出力側端子」の一例である。また、出力側端子２１ｄおよび２２ｄは、特許請求の範囲の「負電位出力側端子」の一例である。

ここで、図２および図３に示すように、第１実施形態では、第１コンバータ２１の入力側に、正電位端子１１ｐから脈動成分Ｒｐ２を有する第１調整電流Ｉｐ２が流れるとともに、第２コンバータ２２の入力側から、負電位端子１１ｍに脈動成分Ｒｎ２を有する第２調整電流Ｉｎ２が流れるように構成されている。そして、第１コンバータ２１の出力側および第２コンバータ２２の出力側から、脈動成分Ｒｐ２と脈動成分Ｒｎ２との少なくとも一部が相殺された出力電流Ｉｏが負荷１０２に流れるように構成されている。また、第１コンバータ２１の出力側および第２コンバータ２２の出力側から負荷１０２に出力される電力の電圧値（出力電圧値）をＶｏとする。

〈第１コンバータおよび第２コンバータの制御に関する構成〉
図３に示すように、第１実施形態では、第１コンバータ２１は、正電位端子１１ｐから正電位側ノードＮｐに流れる第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１に対応する脈動成分Ｒｐ２を有する第１調整電流Ｉｐ２が、正電位側ノードＮｐから入力側端子２１ａに流れるように制御されるように構成されている。また、第２コンバータ２２は、負電位側ノードＮｍから負電位端子１１ｍに流れる第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１に対応する脈動成分Ｒｎ２を有する第２調整電流Ｉｎ２が、入力側端子２２ａから負電位側ノードＮｍに流れるように制御されるように構成されている。

たとえば、第１コンバータ２１は、脈動成分Ｒｐ２が脈動成分Ｒｐ１と略同一の振幅および位相を有する波形となるように制御されるように構成されている。また、第２コンバータ２２は、脈動成分Ｒｎ２が脈動成分Ｒｎ１と略同一の振幅および位相を有する波形となるように制御されるように構成されている。

具体的には、図２に示すように、第１実施形態では、電力変換装置１００には、第１調整電流Ｉｐ２を検出する電流検出部５１と、第２調整電流Ｉｎ２を検出する電流検出部５２とが設けられている。また、電力変換装置１００には、第１コンバータ２１の出力側および第２コンバータ２２の出力側から負荷１０２に出力される電力の出力電圧値Ｖｏを検出する出力電圧検出器５３と制御部６０（図１参照）とが設けられている。なお、制御部６０は、特許請求の範囲の「脈動成分取得部」の一例である。

詳細には、電流検出部５１は、正電位側ノードＮｐと入力側端子２１ａとを接続する配線近傍に配置されている。電流検出部５２は、負電位側ノードＮｍと入力側端子２２ａとを接続する配線近傍に配置されている。電流検出部５１および５２は、それぞれ、電流の直流成分および交流成分（脈動成分）を検出することが可能なセンサである。そして、電流検出部５１および５２は、それぞれ、制御部６０に接続されており、検出値（検出結果）を示す信号を制御部６０に伝達するように構成されている。また、出力電圧検出器５３は、検出した出力電圧値Ｖｏを制御部６０に伝達するように構成されている。なお、電流検出部５１は、特許請求の範囲の「第１調整電流検出部」の一例である。また、電流検出部５２は、特許請求の範囲の「第２調整電流検出部」の一例である。

図４に示すように、電力変換装置１００には、交流入力検出部７０が設けられている。交流入力検出部７０は、入力側コンバータ１０に入力される交流入力電力の入力電圧値Ｖｕを検出する電圧検出器７１ｕと、入力電圧値Ｖｖを検出する電圧検出器７１ｖと、入力電圧値Ｖｗを検出する電圧検出器７１ｗと、交流入力電力の入力電流値Ｉｕを検出する電流検出器７２ｕと、入力電流値Ｉｖを検出する電流検出器７２ｖと、入力電流値Ｉｗを検出する電流検出器７２ｗとを含む。交流入力検出部７０は、検出された入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗおよび入力電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを制御部６０に伝達するように構成されている。なお、交流入力検出部７０は、特許請求の範囲の「脈動成分取得部」の一例である。

また、図２に示すように、電力変換装置１００には、第１電位差検出部８１と、第２電位差検出部８２とが設けられている。第１電位差検出部８１は、正電位側コンデンサ４１の正極端子４１ｐと負極端子４１ｎとの第１電位差Ｅｄｐを検出するように構成されている。第２電位差検出部８２は、負電位側コンデンサ４２の正極端子４２ｐと負極端子４２ｎとの第２電位差Ｅｄｎを検出するように構成されている。第１電位差検出部８１は、検出した第１電位差Ｅｄｐを、第２電位差検出部８２は、検出した第２電位差Ｅｄｎを、それぞれ制御部６０に伝達するように構成されている。

また、図１に示すように、制御部６０は、入力側コンバータ１０の駆動を制御する入力側制御部６１と、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の駆動を制御する出力側制御部６２とを含む。また、制御部６０には、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御回路およびゲート駆動回路等が設けられている。

入力側制御部６１は、交流入力検出部７０から取得した入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗおよび入力電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと、第１電位差検出部８１および第２電位差検出部８２から取得した第１電位差Ｅｄｐおよび第２電位差Ｅｄｎに基づいて、Ｕ相電力変換部３０Ｕ、Ｖ相電力変換部３０Ｖ、および、Ｗ相電力変換部３０Ｗの駆動（スイッチング素子３５ａおよび３６ａの駆動）を個別に制御するように構成されている。具体的には、入力側制御部６１は、第１電位差Ｅｄｐおよび第２電位差Ｅｄｎが、所望の電圧値Ｅ／２になるようにフィードバック制御（比例積分制御等）を行うように構成されている。

出力側制御部６２は、第１実施形態では、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１（第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１）を取得するとともに、第１調整電流Ｉｐ２と、第２調整電流Ｉｎ２と、脈動成分Ｒｐ１（または脈動成分Ｒｎ１）とに基づいて、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の動作を個別に制御するように構成されている。

具体的には、図５に示すように、出力側制御部６２は、基本電流指令値Ｉｏｃに、取得された脈動成分Ｒｐ１を加算（または取得された脈動成分Ｒｎ１を減算）して、第１コンバータ２１の第１電流指令値Ｉｐｃ２を生成する。そして、出力側制御部６２は、第１調整電流Ｉｐ２を第１電流指令値Ｉｐｃ２に一致させるための第１コンバータ２１の制御信号Ｇ１を生成するように構成されている。また、出力側制御部６２は、基本電流指令値Ｉｏｃに、取得された脈動成分Ｒｐ１を減算（または取得された脈動成分Ｒｎ１を加算）して、第２コンバータ２２の第２電流指令値Ｉｎｃ２を生成する。そして、出力側制御部６２は、第２調整電流Ｉｎ２を第２電流指令値Ｉｎｃ２に一致させるための第２コンバータ２２の制御信号Ｇ２を生成するように構成されている。なお、制御信号Ｇ１は、特許請求の範囲の「第１制御信号」の一例である。また、制御信号Ｇ２は、特許請求の範囲の「第２制御信号」の一例である。

詳細には、出力側制御部６２は、脈動成分Ｒｐ１（またはＲｎ１）を演算して取得する脈動成分算出部９０を含む。そして、出力側制御部６２は、演算部６２ａ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆおよび６２ｇと、電圧制御部６２ｂと、第１電流制御部６２ｈと、第２電流制御部６２ｉとを含む。脈動成分算出部９０は、交流入力検出部７０により検出された入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗおよび入力電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成されている。なお、「脈動成分Ｒｐ１を演算（取得）すること」は、特許請求の範囲の「第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分を取得する」ことの一例である。なお、演算された脈動成分Ｒｐ１は、極性を逆にすれば脈動成分Ｒｎ１に等しい。

演算部６２ａは、出力電圧指令値Ｖｏｃと出力電圧値Ｖｏとの差分値を取得するように構成されている。電圧制御部６２ｂは、出力電圧指令値Ｖｏｃと出力電圧値Ｖｏとの差分値に基づいて電流指令値を生成するように構成されている。演算部６２ｃは、電流指令値の２分の１の値を演算して基本電流指令値Ｉｏｃを生成するように構成されている。演算部６２ｄは、基本電流指令値Ｉｏｃと脈動成分Ｒｐ１とを和算して第１電流指令値Ｉｐｃ２を生成するように構成されている。演算部６２ｅは、基本電流指令値Ｉｏｃから脈動成分Ｒｐ１を減算して第２電流指令値Ｉｎｃ２を生成するように構成されている。

そして、演算部６２ｆは、第１電流指令値Ｉｐｃ２から検出された第１調整電流Ｉｐ２を減算するように構成されている。演算部６２ｇは、第２電流指令値Ｉｎｃ２から検出された第２調整電流Ｉｎ２を減算するように構成されている。そして、第１電流制御部６２ｈは、第１電流指令値Ｉｐｃ２と検出された第１調整電流Ｉｐ２との差分値をゼロにするための第１コンバータ２１の制御信号Ｇ１を生成するように構成されている。また、第２電流制御部６２ｉは、第２電流指令値Ｉｎｃ２と検出された第２調整電流Ｉｎ２との差分値をゼロにするための第２コンバータ２２の制御信号Ｇ２を生成するように構成されている。

ここで、制御信号Ｇ１およびＧ２は、それぞれ、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２を制御するための操作量を決定する制御信号である。操作量とは、ＤＣ／ＤＣコンバータの方式により調整可能な操作量であり、たとえば、パルス幅、および、周波数等である。これにより、出力側制御部６２は、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２に対して、第１調整電流Ｉｐ２に脈動成分Ｒｐ２が含まれるとともに、第２調整電流Ｉｎ２に脈動成分Ｒｎ２が含まれるように、フィードバック制御するように構成されている。

図６に示すように、脈動成分算出部９０は、入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、および、Ｖｗの正電位をそれぞれ半波整流する半波整流部９１ｕ、９１ｖ、および、９１ｗと、入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、および、Ｖｗの負電位をそれぞれ半波整流する半波整流部９２ｕ、９２ｖ、および、９２ｗとを含む。

また、脈動成分算出部９０は、演算部９３ｕ、９３ｖ、および、９３ｗと、演算部９４ｕ、９４ｖ、および、９４ｗと、演算部９５ａおよび９５ｂと、演算部９６と、演算部９７とを含む。演算部９３ｕは、半波整流部９１ｕにより半波整流された入力電圧値Ｖｕと、入力電流値Ｉｕとの乗算値を演算するように構成されている。演算部９３ｖは、半波整流部９１ｖにより半波整流された入力電圧値Ｖｖと、入力電流値Ｉｖとの乗算値を演算するように構成されている。演算部９３ｗは、半波整流部９１ｗにより半波整流された入力電圧値Ｖｗと、入力電流値Ｉｗとの乗算値を演算するように構成されている。

演算部９４ｕは、半波整流部９２ｕにより半波整流された入力電圧値Ｖｕと、入力電流値Ｉｕとの乗算値を演算するように構成されている。演算部９４ｖは、半波整流部９２ｖにより半波整流された入力電圧値Ｖｖと、入力電流値Ｉｖとの乗算値を演算するように構成されている。演算部９４ｗは、半波整流部９２ｗにより半波整流された入力電圧値Ｖｗと、入力電流値Ｉｗとの乗算値を演算するように構成されている。

演算部９５ａは、演算部９３ｕ、９３ｖ、および、９３ｗにより演算された乗算値の和算値を演算するように構成されている。演算部９５ｂは、演算部９４ｕ、９４ｖ、および、９４ｗにより演算された乗算値の和算値を演算するように構成されている。演算部９６は、演算部９５ａにより演算された和算値と、演算部９５ｂにより演算された和算値との差分値を演算するように構成されている。また、演算部９７は、演算部９６により演算された差分値を、出力電圧値Ｖｏにより除算して、この値を脈動成分Ｒｐ１（またはＲｎ１）として出力（取得）するように構成されている。

これにより、第１コンバータ２１は、入力側において、脈動成分Ｒｐ２を含む第１調整電流Ｉｐ２が流れるように制御されており、第２コンバータ２２は、入力側において、脈動成分Ｒｎ２を含む第２調整電流Ｉｎ２が流れるように制御されている。また、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２は、出力側において、脈動成分Ｒｐ２と脈動成分Ｒｎ２とが相殺された出力電流Ｉｏ（図２参照）が流れるよう制御されている。

（第１実施形態による電力変換装置の動作）
次に、第１実施形態による電力変換装置１００の動作について、比較例による電力変換装置の動作と比較しながら説明する。

比較例による電力変換装置では、入力側コンバータの正電位側ノードＮｐと負電位側ノードＮｍとに入力側が接続された単一のＤＣ／ＤＣコンバータが設けられている。なお、比較例による電力変換装置の構成は、第１実施形態による電力変換装置１００の動作を説明するために例示したものであり、比較例による電力変換装置の構成全てが従来技術を意味するものではない。

図７および図８に示すように、比較例による電力変換装置では、正電位端子Ｔｐから正電位側ノードＮｐに脈動成分Ｒｐ１を有する第１電流Ｉｐ１が流れるとともに、負電位端子Ｔｍに負電位側ノードＮｍから脈動成分Ｒｎ１を有する第２電流Ｉｎ１が流れる。ここで、正電位側ノードＮｐから負電位側ノードＮｍに流れる電流値（第１電流Ｉｐ１および第２電流Ｉｎ１の共通成分）をＩｄとする。この電流値Ｉｄは、入力側コンバータが３相平衡電流を出力する場合、直流の値（一定値）となる。また、定数をＡとして、θを入力電圧の位相（＝２π×入力電圧の周波数ｆ×基準時点からの時間ｔ）とすると、第１電流Ｉｐ１および第２電流Ｉｎ１は、それぞれ、以下の式（１）および（２）のように表すことができる。ただし、第１電流Ｉｐ１は、正電位側コンデンサＣｄｐの正極端子から負極端子に流れる方向を正とし、第２電流Ｉｎ１は、負電位側コンデンサＣｄｎの正極端子から負極端子に流れる方向を正としている。なお、下記の記載では、説明を容易にするために、スイッチング動作に伴うスイッチング周波数成分の電流を無視して説明する。
Ｉｐ１＝Ｉｄ＋Ａｃｏｓ３θ ・・・ （１）
Ｉｎ１＝Ｉｄ－Ａｃｏｓ３θ ・・・ （２）

この場合、正電位側ノードＮｐからＤＣ／ＤＣコンバータの入力側端子に流れる電流Ｉｐｏ２、および、負電位側ノードＮｍにＤＣ／ＤＣコンバータの入力側端子から流れる電流Ｉｐｏ２は、定数をＢとして、以下の式（３）および（４）のように表すことができる。
Ｉｐｏ２＝Ｂ（一定値） 定常状態でＢ＝Ｉｄ ・・・ （３）
Ｉｎｏ２＝Ｂ（一定値） 定常状態でＢ＝Ｉｄ ・・・ （４）

ここで、正電位側コンデンサＣｄｐに流れる電流（充放電電流）をＩｄｐとし、負電位側コンデンサＣｄｎに流れる電流（充放電電流）をＩｄｎとすると、定常状態（Ｂ＝Ｉｄ）においてＩｄｐおよびＩｄｎは、以下の式（５）および（６）のように表すことができる。
Ｉｄｐ＝Ｉｐ１－Ｉｐｏ２＝Ａｃｏｓ３θ ・・・ （５）
Ｉｄｎ＝Ｉｎ１－Ｉｎｏ２＝－Ａｃｏｓ３θ ・・・ （６）

また、交流電源から３相平衡電流が入力されている場合、ＩｄｐおよびＩｄｎの最大値は、Ｉｄの３分の４の大きさとなり、ＩｄｐおよびＩｄｎの最小値は、Ｉｄの３分の２の大きさとなる。すなわち、定数Ａは、Ｉｄの３分の１の大きさとなる。これにより、比較例による電力変換装置では、正電位側コンデンサＣｄｐに、脈動成分Ｒｐ１（Ａｃｏｓ３θ）を有する電流Ｉｄｐが流れ、負電位側コンデンサＣｄｎに、脈動成分Ｒｎ１（－Ａｃｏｓ３θ）を有する電流Ｉｄｎが流れる。この結果、比較例による電力変換装置では、正電位側コンデンサＣｄｐおよび負電位側コンデンサＣｄｎは、脈動成分Ｒｐ１（Ｒｎ１）を考慮した電気容量（比較的大きな電気容量）を有するように設計される必要がある。

次に、第１実施形態による電力変換装置１００では、交流電源１０１から、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の交流の電力（入力電力）が、電力変換装置１００の入力側コンバータ１０に入力される。そして、入力側コンバータ１０のＵ相電力変換部３０Ｕと、Ｖ相電力変換部３０Ｖと、Ｗ相電力変換部３０Ｗとにより、交流の電力が、直流の電力に整流される。これにより、図３に示すように、正電位端子１１ｐから正電位側ノードＮｐに脈動成分Ｒｐ１を有する第１電流Ｉｐ１が流れるとともに、負電位端子１１ｍに負電位側ノードＮｍに脈動成分Ｒｎ１を有する第２電流Ｉｎ１が流れる。

ここで、定常状態において、正電位側ノードＮｐから負電位側ノードＮｍに流れる電流値をＩｄとすると、第１電流Ｉｐ１は、一定値のＩｄに脈動成分Ｒｐ１が重畳した波形となる。また、第２電流Ｉｎ１は、一定値のＩｄに脈動成分Ｒｎ１（脈動成分Ｒｐ１の正負が反転した波形）が重畳した波形となる。すなわち、以下の式（７）および（８）のように表すことができる。ただし、第１電流Ｉｐ１は、正電位側コンデンサ４１の正極端子４１ｐから負極端子４１ｎに流れる方向を正とし、第２電流Ｉｎ１は、負電位側コンデンサ４２の正極端子４２ｐから負極端子４２ｎに流れる方向を正としている。
Ｉｐ１＝Ｉｄ＋Ａｃｏｓ３θ ・・・ （７）
Ｉｎ１＝Ｉｄ－Ａｃｏｓ３θ ・・・ （８）

そして、第１実施形態では、第１コンバータ２１の入力側において、正電位端子１１ｐから正電位側ノードＮｐに流れる第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１（Ａｃｏｓ３θ）に対応する脈動成分Ｒｐ２（Ａｃｏｓ３θ）を有する第１調整電流Ｉｐ２が、正電位側ノードＮｐから入力側端子２１ａに流れる。また、第２コンバータ２２の入力側において、負電位側ノードＮｍから負電位端子１１ｍに流れる第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１（－Ａｃｏｓ３θ）に対応する脈動成分Ｒｎ２（－Ａｃｏｓ３θ）を有する第２調整電流Ｉｎ２が、入力側端子２２ａから負電位側ノードＮｍに流れる。すなわち、第１調整電流Ｉｐ２および第２調整電流Ｉｎ２は、以下の式（９）および（１０）のように表すことができる。
Ｉｐ２＝Ｂ＋Ａｃｏｓ３θ 定常状態でＢ＝Ｉｄ・・・ （９）
Ｉｎ２＝Ｂ－Ａｃｏｓ３θ 定常状態でＢ＝Ｉｄ・・・ （１０）

ここで、正電位側コンデンサ４１に流れる電流（充放電電流）をＩｄｐとし、負電位側コンデンサ４２に流れる電流（充放電電流）をＩｄｎとすると、定常状態（Ｂ＝Ｉｄ）においてＩｄｐおよびＩｄｎは、以下の式（１１）および（１２）のように表すことができる。
Ｉｄｐ＝Ｉｐ１－Ｉｐ２＝０ ・・・ （１１）
Ｉｄｎ＝Ｉｎ１－Ｉｎ２＝０ ・・・ （１２）

すなわち、第１実施形態による電力変換装置１００では、比較例による電力変換装置と異なり、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２には、脈動成分Ｒｐ１およびＲｎ１であるリプル電流の特に低周波成分が低減されている（略０になっている）。なお、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２には、上記の記載において無視したスイッチング動作に伴うスイッチング周波数成分の電流が流れるが、第１実施形態では比較例に対して、少なくとも脈動成分Ｒｐ１およびＲｎ１の一部が低減されている。

［第１実施形態の効果］
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、電力変換装置１００に、入力側が互いに直列接続され、出力側が互いに並列接続されている第１コンバータ２１および第２コンバータ２２を設ける。これにより、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の入力側においては、互いに電流波形が異なる電流（第１調整電流Ｉｐ２および第２調整電流Ｉｎ２）を、それぞれ流すことができるとともに、出力側においては、波形が合成された出力電流Ｉｏを流す（出力する）ことができる。このため、第１コンバータ２１の入力側に流入する電流波形に脈動成分Ｒｐ２が含まれるように第１コンバータ２１の駆動を制御すれば、正電位端子１１ｐから第１コンバータ２１および正電位側コンデンサ４１に流れる第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１を、正電位側コンデンサ４１ではなく、第１コンバータ２１に流入させることができる。言い換えると、第１コンバータ２１側の脈動成分Ｒｐ２と入力側コンバータ１０側の脈動成分Ｒｐ１が相殺した状態の電流Ｉｐｄが、正電位側コンデンサ４１に流入するので、正電位側コンデンサ４１に流入する電流Ｉｐｄの脈動成分を低減することができる。また、第２コンバータ２２の入力側に流入する電流波形に脈動成分が含まれるように第２コンバータ２２の駆動を制御すれば、正電位側コンデンサ４１と同様に、負電位側コンデンサ４２に流入する電流Ｉｄｎの脈動成分を低減することができる。これらの脈動成分が低減される分、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２の電気容量を大きくする必要がないため、寿命が短くなるのを抑制することができる。たとえば、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２を、比較的寿命が短い電解コンデンサ以外のコンデンサを採用することができるので、寿命が短くなるのを抑制することができる。また、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２の電気容量を大きくする必要がない分、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２が大型化するのを抑制することができる。そして、第１コンバータ２１の入力側の電流波形の脈動成分Ｒｐ２の位相と、第２コンバータ２２の入力側の電流波形の脈動成分Ｒｎ２の位相とは、１８０度異なる状態（正負が逆）であるため、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の出力側においては、脈動成分同士が相殺される。これにより、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の出力側には、波形が合成されることにより脈動成分が低減された状態（出力される電圧のアンバランスが低減された状態）で、直流の出力電力を出力することができる。これらの結果、出力される電圧のアンバランスを低減しながら、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２の寿命が短くなるのを抑制することができる。なお、いわゆる２レベル回路の電力変換装置に、３相平衡入力電流を供給する場合には、低周波リプルは生じないが、第１実施形態の電力変換装置１００のように、３レベル回路として構成することにより、２レベル回路に比べて、リアクトルの小型化、スイッチング損失の低減、耐圧の低いスイッチング素子の採用が可能となる。

また、第１実施形態では、上記のように、電力変換装置１００を、第１コンバータ２１の入力側に、正電位端子１１ｐから脈動成分Ｒｐ２を有する第１調整電流Ｉｐ２が流れるとともに、第２コンバータ２２の入力側から、負電位端子１１ｍに脈動成分Ｒｎ２を有する第２調整電流Ｉｎ２が流れるように構成する。また、電力変換装置１００を、第１コンバータ２１の出力側および第２コンバータ２２の出力側から、脈動成分同士の少なくとも一部が相殺された出力電流Ｉｏが負荷１０２に流れるように構成する。これにより、正電位側コンデンサ４１には、正電位端子１１ｐから正電位側コンデンサ４１および第１コンバータ２１の入力側に向かって流れる第１電流Ｉｐ１のうちの脈動成分Ｒｐ１が、正電位側コンデンサ４１側でなく、第１コンバータ２１側に流れるので、正電位側コンデンサ４１に流れる電流Ｉｄｐの脈動成分を、効果的に低減することができる。また、負電位側コンデンサ４２においても、正電位側コンデンサ４１と同様に、脈動成分を、効果的に低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、第１コンバータ２１の入力側端子２１ａを、正電位端子１１ｐと正電位側コンデンサ４１とを接続する正電位側ノードＮｐに接続し、入力側端子２１ｂを中性点端子１１ｎに接続する。また、第２コンバータ２２の入力側の入力側端子２２ａを、負電位端子１１ｍと負電位側コンデンサ４２とを接続する負電位側ノードＮｍに接続し、入力側の入力側端子２２ｂを中性点端子１１ｎに接続する。そして、第１コンバータ２１の出力側端子２１ｃと第２コンバータ２２の出力側端子２２ｃとを接続するとともに、第２コンバータ２２の出力側端子２１ｄと第２コンバータ２２の出力側の出力側端子２２ｄとを接続することにより、第１コンバータ２１の入力側および第２コンバータ２２の入力側を直列接続し、第１コンバータ２１の出力側および第２コンバータ２２の出力側を並列接続する。これにより、正電位側コンデンサ４１には、正電位端子１１ｐから正電位側ノードＮｐに向かって流れる電流Ｉｐ１のうちの脈動成分が、正電位側ノードＮｐから正電位側コンデンサ４１側でなく、正電位側ノードＮｐから第１コンバータ２１側に流れるので、正電位側コンデンサ４１に流れる電流Ｉｄｐの脈動成分を、より効果的に低減することができる。また、負電位側コンデンサ４２においても、正電位側コンデンサ４１と同様に、脈動成分を、より効果的に低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、第１コンバータ２１を、正電位端子１１ｐから正電位側ノードＮｐに流れる第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１に対応する脈動成分Ｒｐ２を有する第１調整電流Ｉｐ２が、正電位側ノードＮｐから入力側端子２１ａに流れるように制御されるように構成し、第２コンバータ２２を、負電位側ノードＮｍから負電位端子１１ｍに流れる第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１に対応する脈動成分Ｒｎ２を有する第２調整電流Ｉｎ２が、入力側端子２２ａから負電位側ノードＮｍに流れるように制御されるように構成する。これにより、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１に応じて、正電位側コンデンサ４１および負電位側コンデンサ４２に流入する電流ＩｄｐおよびＩｄｎの脈動成分を低減するように、第１調整電流Ｉｐ２および第２調整電流Ｉｄ２を生成することができるので、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１の波形が変化した場合でも、正電位側ノードＮｐから正電位側コンデンサ４１に流れる電流Ｉｄｐの脈動成分および負電位側ノードＮｍから負電位側コンデンサ４２に流れる電流Ｉｄｎの脈動成分を低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、電力変換装置１００に、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の出力電圧値Ｖｏを検出する出力電圧検出器５３と、第１調整電流Ｉｐ２を検出する電流検出部５１と、第２調整電流Ｉｎ２を検出する電流検出部５２と、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得する脈動成分算出部９０と、出力電圧値Ｖｏと、第１調整電流Ｉｐ２と、第２調整電流Ｉｎ２と、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１とに基づいて、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２の動作を個別に制御する制御部６０とを設ける。これにより、検出された第１調整電流Ｉｐ２および第２調整電流Ｉｎ２と、取得された第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１とに基づいて、正電位側コンデンサ４１に流れる電流Ｉｄｐの脈動成分および負電位側コンデンサ４２に流れる電流Ｉｄｎの脈動成分を適切に低減することが可能な第１調整電流Ｉｐ２および第２調整電流Ｉｎ２を生成することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、制御部６０を、基本電流指令値Ｉｏｃに、取得された脈動成分Ｒｐ１を加算して、第１コンバータ２１の第１電流指令値Ｉｐｃ２を生成するとともに、第１調整電流Ｉｐ２を第１電流指令値Ｉｐｃ２に一致させるための第１コンバータ２１の制御信号Ｇ１を生成し、基本電流指令値Ｉｏｃから、取得された脈動成分Ｒｐ１を減算して、第２コンバータ２２の第２電流指令値Ｉｎｃ２を生成するとともに、第２調整電流Ｉｎ２を第２電流指令値Ｉｎｃ２に一致させるための第２コンバータ２２の制御信号Ｇ２を生成するように構成する。これにより、制御信号Ｇ１およびＧ２により、第１調整電流Ｉｐ２および第２調整電流Ｉｎ２を適切な波形になるように随時更新することができるので、脈動成分Ｒｐ１およびＲｎ１の大きさが変動した場合でも、正電位側コンデンサ４１に流れる電流Ｉｄｐの脈動成分および負電位側コンデンサ４２に流れる電流Ｉｄｎの脈動成分を、適切に低減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、電力変換装置１００に、入力側コンバータ１０に入力される交流入力電力の入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗおよび入力電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する交流入力検出部７０を設ける。脈動成分算出部９０を、交流入力検出部７０により検出された入力電圧値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗおよび入力電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成する。これにより、第１電流Ｉｐ１および第２電流Ｉｎ１を直接的に検出するための検出器を設けることなく、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を推定（取得）することができる。この結果、電力変換装置１００が大型化するのを抑制しながら、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得することができる。

［第２実施形態］
次に、図１、図２、図５および図９を参照して、第２実施形態の電力変換装置２００の構成について説明する。第２実施形態では、脈動成分算出部２９０は、第１電位差Ｅｄｐおよび第２電位差Ｅｄｎに基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成されている。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。

図１に示すように、第２実施形態による電力変換装置２００は、制御部２６０を含む。制御部２６０は、入力側制御部６１と、出力側制御部２６２とを含む。図５に示すように、出力側制御部２６２は、脈動成分算出部２９０を含む。なお、制御部２６０、出力側制御部２６２、および、脈動成分算出部２９０は、特許請求の範囲の「脈動成分取得部」の一例である。

ここで、第２実施形態では、脈動成分算出部２９０は、第１電位差検出部８１（図２参照）により検出された正電位側コンデンサ４１の両端の第１電位差Ｅｄｐと、第２電位差検出部８２（図２参照）により検出された負電位側コンデンサ４２の両端の第２電位差Ｅｄｎとに基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成されている。

具体的には、図９に示すように、脈動成分算出部２９０は、第１電位差Ｅｄｐの微分値を演算する演算部２９１ａと、第２電位差Ｅｄｎの微分値を演算する演算部２９１ｂとを含む。すなわち、脈動成分算出部２９０は、第１電位差Ｅｄｐの微分値および第２電位差Ｅｄｎの微分値を演算することにより、正電位側コンデンサ４１に流れる電流Ｉｄｐの推定値、および、負電位側コンデンサ４２に流れる電流Ｉｄｎの推定値を取得するように構成されている。

また、脈動成分算出部２９０は、第１電位差Ｅｄｐの微分値に、検出された第１調整電流Ｉｐ２を和算する演算部２９２ａと、第２電位差Ｅｄｎの微分値に、検出された第２調整電流Ｉｎ２を和算する演算部２９２ｂと、演算部２９２ａにより和算された値と、演算部２９２ｂにより和算された値との差分する演算部２９３とを含む。そして、脈動成分算出部２９０は、演算部２９３からの出力値（出力値の２分の１の値）を、脈動成分Ｒｐ１（またはＲｎ１）として演算（取得）するように構成されている。

これにより、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１コンバータ２１は、入力側において、脈動成分Ｒｐ２を含む第１調整電流Ｉｐ２が流れるように制御されており、第２コンバータ２２は、入力側において、脈動成分Ｒｎ２を含む第２調整電流Ｉｎ２が流れるように制御されている。そして、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２は、出力側において、脈動成分Ｒｐ２と脈動成分Ｒｎ２とが相殺された出力電流Ｉｏが流れるよう制御されている。また、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様である。

［第２実施形態の効果］
第２実施形態では、上記のように、電力変換装置２００に、正電位側コンデンサ４１の両端の第１電位差Ｅｄｐを検出する第１電位差検出部８１と、負電位側コンデンサ４２の両端の第２電位差Ｅｄｎとを検出する第２電位差検出部８２とを設ける。そして、脈動成分算出部２９０を、第１電位差検出部８１および第２電位差検出部８２により検出された第１電位差Ｅｄｐおよび第２電位差Ｅｄｎに基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成する。これにより、第１電流Ｉｐ１および第２電流Ｉｎ１を直接的に検出する電流検出部により脈動成分Ｒｐ１またはＲｎ１を検出する場合に比べて、脈動成分算出部２９０が大型化するのを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態の効果と同様である。

［第３実施形態］
次に、図５、図１０および図１１を参照して、第３実施形態の電力変換装置３００の構成について説明する。第３実施形態では、電力変換装置３００に、第１電流Ｉｐ１を検出する第１電流検出部３０１と、第２電流Ｉｎ１を検出する第２電流検出部３０２とが設けられているとともに、脈動成分算出部３９０は、第１電流検出部３０１および第２電流検出部３０２により検出された第１電流Ｉｐ１および第２電流Ｉｎ１に基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成されている。なお、上記第１または第２実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。

図１０に示すように、第３実施形態による電力変換装置３００は、第１電流Ｉｐ１を検出する第１電流検出部３０１と、第２電流Ｉｎ１を検出する第２電流検出部３０２と、制御部３６０とを含む。第１電流検出部３０１は、正電位端子１１ｐと正電位側ノードＮｐとを接続する配線上（または配線近傍）に配置されている。第２電流検出部３０２は、負電位端子１１ｍと負電位側ノードＮｍとを接続する配線上（または配線近傍）に配置されている。制御部３６０は、入力側制御部６１と、出力側制御部３６２とを含む。図５に示すように、出力側制御部３６２は、脈動成分算出部３９０を含む。なお、第１電流検出部３０１、第２電流検出部３０２、制御部３６０、出力側制御部３６２、および、脈動成分算出部３９０は、特許請求の範囲の「脈動成分取得部」の一例である。

ここで、図１１に示すように、第３実施形態では、脈動成分算出部３９０は、第１電流検出部３０１により検出された第１電流Ｉｐ１と、第２電流検出部３０２により検出された第２電流Ｉｎ１との差分値（差分値の２分の１の値）を、脈動成分Ｒｐ１（またはＲｎ１）として演算（取得）するように構成されている。

これにより、第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１コンバータ２１は、入力側において、脈動成分Ｒｐ２を含む第１調整電流Ｉｐ２が流れるように制御されており、第２コンバータ２２は、入力側において、脈動成分Ｒｎ２を含む第２調整電流Ｉｎ２が流れるように制御されている。そして、第１コンバータ２１および第２コンバータ２２は、出力側において、脈動成分Ｒｐ２と脈動成分Ｒｎ２とが相殺された出力電流Ｉｏが流れるよう制御されている。また、第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の構成と同様である。

［第３実施形態の効果］
第３実施形態では、上記のように、電力変換装置３００に、第１電流Ｉｐ１を検出する第１電流検出部３０１と、第２電流Ｉｎ１を検出する第２電流検出部３０２とを設ける。脈動成分算出部３９０を、第１電流検出部３０１および第２電流検出部３０２により検出された第１電流Ｉｐ１および第２電流Ｉｎ１に基づいて、第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を取得するように構成する。これにより、第１電流検出部３０１および第２電流検出部３０２により直接的に第１電流Ｉｐ１の脈動成分Ｒｐ１および第２電流Ｉｎ１の脈動成分Ｒｎ１を検出（取得）することができるので、他の物理量から脈動成分Ｒｐ１またはＲｎ１を推定（演算）する場合に比べて、より正確に脈動成分Ｒｐ１またはＲｎ１を取得することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、第１実施形態の効果と同様である。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、入力側コンバータの例として、Ｕ相電力変換部、Ｖ相電力変換部、および、Ｗ相電力変換部において、スイッチング素子と正電位端子との間およびスイッチング素子と負電位端子との間に、ダイオードを設ける例（ＡＣ／ＤＣコンバータとして構成する例）を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、Ｕ相電力変換部、Ｖ相電力変換部、および、Ｗ相電力変換部において、スイッチング素子と正電位端子との間およびスイッチング素子と負電位端子との間に、ダイオードでななくスイッチング素子を設けて、入力側コンバータを、いわゆる中性点クランプ型３レベルコンバータとして構成してもよい。

また、上記実施形態では、図１において、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサをそれぞれ１つのコンデンサとして図示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサを、それぞれ、複数のコンデンサ（の直列回路または並列回路）により構成してもよい。

また、上記実施形態では、第１調整電流および第２調整電流に、第１電流および第２電流の脈動成分と略同一の脈動成分が重畳されるように、制御部、第１コンバータおよび第２コンバータを構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１調整電流および第２調整電流に、第１電流および第２電流の脈動成分よりも振幅が小さい脈動成分が重畳されるように（脈動成分の一部のみを相殺するように）、制御部、第１コンバータおよび第２コンバータを構成してもよい。

また、上記実施形態では、電力変換装置に、入力側コンバータと、第１コンバータおよび第２コンバータとを制御する１つの制御部を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、入力側コンバータの内部に、入力側コンバータを制御する制御部を設けて、第１コンバータの内部に、入力側コンバータを制御する制御部とは別個の第１コンバータを制御する制御部を設けて、第２コンバータの内部に、入力側コンバータを制御する制御部とは別個の第２コンバータを制御する制御部を設けてもよい。

また、上記実施形態では、第１調整電流および第２調整電流が、フィードバック制御により随時更新されるように、第１コンバータおよび第２コンバータを構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１調整電流および第２調整電流が、フィードバック制御以外の制御方法により生成されるように、第１コンバータおよび第２コンバータを構成してもよい。

また、上記実施形態では、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分の両方を取得するように脈動成分算出部を構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分のうちの少なくとも一方の脈動成分を取得するように脈動成分算出部を構成してもよい。この場合、制御部は、第１電流の脈動成分および第２電流の脈動成分のうちの少なくとも一方の脈動成分に基づいて、この脈動成分に対応する第１調整電流および第２調整電流を生成するように構成される。

また、上記実施形態では、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサを、電解コンデンサ以外のコンデンサにより構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、比較的寿命が長い電解コンデンサであれば、正電位側コンデンサおよび負電位側コンデンサを、電解コンデンサにより構成してもよい。

１０ 入力側ＡＣ／ＤＣコンバータ（入力側コンバータ回路）
１１ 直流出力端子部
１１ｐ 正電位端子
１１ｍ 負電位端子
１１ｎ 中性点端子
２１ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ（第１出力側コンバータ回路）
２１ａ 入力側端子（第１一方入力端子）
２１ｂ 入力側端子（第１他方入力端子）
２１ｃ 出力側端子（第１出力側コンバータ回路の正電位出力側端子）
２１ｄ 出力側端子（第１出力側コンバータ回路の負電位出力側端子）
２２ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２出力側コンバータ回路）
２２ａ 入力側端子（第２一方入力端子）
２２ｂ 入力側端子（第２他方入力端子）
２２ｃ 出力側端子（第２出力側コンバータ回路の正電位出力側端子）
２２ｄ 出力側端子（第２出力側コンバータ回路の負電位出力側端子）
４１ 正電位側コンデンサ
４２ 負電位側コンデンサ
５１ 電流検出部（第１調整電流検出部）
５２ 電流検出部（第２調整電流検出部）
５３ 出力電圧検出器（出力電圧検出部）
６０、２６０、３６０ 制御部（脈動成分取得部）
７０ 交流入力検出部
８１ 第１電位差検出部（電位差検出部、脈動成分取得部）
８２ 第２電位差検出部（電位差検出部、脈動成分取得部）
９０、２９０、３９０ 脈動成分算出部（脈動成分取得部）
１００、２００、３００ 電力変換装置
１０２ 負荷
３０１ 第１電流検出部（脈動成分取得部）
３０２ 第２電流検出部（脈動成分取得部）
Ｎｐ 正電位側ノード
Ｎｎ 負電位側ノード

Claims (8)

1. 正電位端子、負電位端子、および、中性点端子を有する直流出力端子部と、前記正電位端子と前記中性点端子との間に配置されている正電位側コンデンサと、前記負電位端子と前記中性点端子との間に配置されている負電位側コンデンサとを含む、入力側コンバータ回路と、
   前記正電位端子と前記中性点端子とに接続された第１出力側コンバータ回路と、
   前記負電位端子と前記中性点端子とに入力側が接続されているとともに、前記第１出力側コンバータ回路に前記入力側が直列接続され、前記第１出力側コンバータ回路に出力側が並列接続されている第２出力側コンバータ回路とを備え、
   前記第１出力側コンバータ回路の入力側に、前記正電位端子から脈動成分を有する電流が流れるとともに、前記第２出力側コンバータ回路の入力側から、前記負電位端子に脈動成分を有する電流が流れるように構成されており、
   前記第１出力側コンバータ回路の出力側および前記第２出力側コンバータ回路の出力側から、前記脈動成分同士の少なくとも一部が相殺された電流が負荷に流れるように構成されている、電力変換装置。
2. 前記第１出力側コンバータ回路は、前記正電位端子と前記正電位側コンデンサとを接続する正電位側ノードに第１一方入力端子が接続され、前記中性点端子に第１他方入力端子が接続されており、
   前記第２出力側コンバータ回路は、前記負電位端子と前記負電位側コンデンサとを接続する負電位側ノードに前記入力側の第２一方入力端子が接続され、前記中性点端子に前記入力側の第２他方入力端子が接続されており、
   前記第１出力側コンバータ回路の正電位出力側端子と前記第２出力側コンバータ回路の前記出力側の正電位出力側端子とが接続されているとともに、前記第２出力側コンバータ回路の負電位出力側端子と前記第２出力側コンバータ回路の前記出力側の負電位出力側端子とが接続されていることにより、前記第１出力側コンバータ回路の入力側および前記第２出力側コンバータ回路の入力側が直列接続され、前記第１出力側コンバータ回路の出力側および前記第２出力側コンバータ回路の出力側が並列接続されている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１出力側コンバータ回路は、前記正電位端子から前記正電位側ノードに流れる第１電流の脈動成分に対応する第１脈動成分を有する第１調整電流が、前記正電位側ノードから前記第１一方入力端子に流れるように制御されるように構成されており、
   前記第２出力側コンバータ回路は、前記負電位側ノードから前記負電位端子に流れる第２電流の脈動成分に対応する第２脈動成分を有する第２調整電流が、前記第２一方入力端子から前記負電位側ノードに流れるように制御されるように構成されている、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１出力側コンバータ回路および前記第２出力側コンバータ回路の出力電圧値を検出する出力電圧検出部と、
   前記第１調整電流を検出する第１調整電流検出部と、
   前記第２調整電流を検出する第２調整電流検出部と、
   前記第１電流の脈動成分および前記第２電流の脈動成分を取得する脈動成分取得部と、
   前記出力電圧値と、前記第１調整電流と、前記第２調整電流と、前記第１電流の脈動成分および前記第２電流の脈動成分とに基づいて、前記第１出力側コンバータ回路および前記第２出力側コンバータ回路の動作を個別に制御する制御部とをさらに備える、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、基本電流指令値に、取得された前記脈動成分を加算して、前記第１出力側コンバータ回路の第１電流指令値を生成するとともに、前記第１調整電流を前記第１電流指令値に一致させるための第１制御信号を生成し、前記基本電流指令値に、前記取得された脈動成分を減算して、前記第２出力側コンバータ回路の第２電流指令値を生成するとともに、前記第２調整電流を前記第２電流指令値に一致させるための第２制御信号を生成する、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記脈動成分取得部は、前記入力側コンバータ回路に入力される交流入力電力の入力電圧値および入力電流値を検出する交流入力検出部を含むとともに、前記交流入力検出部により検出された前記入力電圧値および前記入力電流値に基づいて、前記第１電流の脈動成分および前記第２電流の脈動成分を取得する、請求項４または５に記載の電力変換装置。
7. 前記脈動成分取得部は、前記正電位側コンデンサの両端の第１電位差と、前記負電位側コンデンサの両端の第２電位差とを検出する電位差検出部を含むとともに、前記電位差検出部により検出された前記第１電位差および前記第２電位差に基づいて、前記第１電流の脈動成分および前記第２電流の脈動成分を取得する、請求項４または５に記載の電力変換装置。
8. 前記脈動成分取得部は、前記第１電流を検出する第１電流検出部と、前記第２電流を検出する第２電流検出部とを含むとともに、前記第１電流検出部および前記第２電流検出部により検出された前記第１電流および前記第２電流に基づいて、前記第１電流の脈動成分および前記第２電流の脈動成分を取得する、請求項４または５に記載の電力変換装置。

Images