WO2015174016A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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和憲 木寺
真理子 木藤
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Definitions

  • the present invention generally relates to a power conversion device and a power conditioner using the same, and more particularly to a power conversion device that converts power from a DC power source and a power conditioner using the same.
  • Reference 1 Japanese Patent Application Publication No. 2014-64431 (paragraphs [0002] to [0006], FIGS. 16 and 17, hereinafter referred to as Reference 1) and Japanese Patent No. 4369425 (hereinafter referred to as Reference 2) include: A power conversion device that generates AC output converted from a DC voltage source into a plurality of voltage levels (“multilevel power conversion device” in Literature 1, and “converter circuit” in Literature 2) is disclosed.
  • the power conversion device is a 5-level inverter that outputs a 5-level voltage, and includes two DC capacitors, two flying capacitors, and ten switching elements. Yes.
  • the voltage of each DC capacitor becomes E / 2 and the voltage of each flying capacitor becomes E / 4.
  • the switching element By controlling the switching element, a five-level voltage is output.
  • each switching element switches the voltage E / 4, so that the withstand voltage corresponding to E / 4. Is required.
  • the withstand voltage of each switching element is set larger than that required during the steady operation. There is a need. That is, it is necessary to use a switching element having a relatively high breakdown voltage as the switching element of the power conversion device.
  • the present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a power converter that can reduce the withstand voltage of the switching element, and a power conditioner using the power converter.
  • a power conversion device includes a first conversion circuit electrically connected between a first input point on a high potential side of a DC power supply and a reference potential point, and a low power supply of the DC power supply.
  • a second conversion circuit electrically connected between a second input point on the potential side and the reference potential point, and a magnitude of a voltage applied to the first conversion circuit and the second conversion circuit are adjusted.
  • the first to fourth switching elements electrically connected in series in the order of the switching elements, the fourth switching element, and the series circuit of the second switching element and the third switching element are electrically connected A first capacitor connected in parallel; Having a connection point between the second switching element and the third switching element as a first output point, the magnitude of a voltage generated between the first output point and the reference potential point being zero, Switching is performed in three stages of a first level and a second level, and the second conversion circuit includes a fifth switching element, a sixth switching element from the reference potential point side between the reference potential point and the second input point, The fifth to eighth switching elements electrically connected in series in the order of the switching element, the seventh switching element, and the eighth switching element, and the sixth switching element and the seventh switching element in series A second capacitor electrically connected in parallel with the circuit, and using the connection point between the sixth switching element and the seventh switching element as a second output point, the reference potential point and the second capacitor The voltage generated between the output point and the output voltage is switched between three levels of zero, the third level, and the fourth
  • a power conditioner 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.
  • the disconnector is configured to disconnect the first output point and the second output point from the system power supply by being opened during the starting period.
  • the breakdown voltage of the switching element can be lowered.
  • FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a power conditioner according to Embodiment 1.
  • FIG. 2A and 2B are explanatory diagrams of the operation of the power conversion apparatus according to the first embodiment.
  • 3A and 3B are explanatory diagrams of the operation of the power conversion apparatus according to the first embodiment.
  • 4A and 4B are explanatory diagrams of the operation of the power conversion device according to the first embodiment.
  • 5A and 5B are explanatory diagrams of the operation of the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a voltage adjustment circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a first conversion circuit according to the first embodiment. It is explanatory drawing of operation
  • FIG. FIG. 4 is a circuit diagram of a voltage adjustment circuit according to a second embodiment.
  • the power conversion apparatus 10 As shown in FIG. 1, the power conversion apparatus 10 according to the present embodiment includes a first conversion circuit 1, a second conversion circuit 2, and a voltage adjustment circuit 3.
  • the first conversion circuit 1 is electrically connected between the first input point 101 on the high potential side of the DC power supply 4 and the reference potential point 100.
  • the second conversion circuit 2 is electrically connected between the second input point 102 on the low potential side of the DC power supply 4 and the reference potential point 100.
  • the voltage adjustment circuit 3 is configured to adjust the magnitude of the voltage applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2.
  • the first conversion circuit 1 includes first to fourth switching elements Q1 to Q4 and a first capacitor C1.
  • the first to fourth switching elements Q1 to Q4 are electrically connected in series between the first input point 101 and the reference potential point 100.
  • the first to fourth switching elements Q1 to Q4 are arranged 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.
  • the first conversion circuit 1 uses a connection point between the second switching element Q2 and the third switching element Q3 as a first output point 103, and generates a voltage generated between the first output point 103 and the reference potential point 100.
  • the size is switched in three stages: zero, first level, and second level.
  • the second conversion circuit 2 includes fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 and a second capacitor C2.
  • the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 are electrically connected in series between the reference potential point 100 and the second input point 102.
  • the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 are arranged in series from the reference potential point 100 side 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. It is connected to the.
  • 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.
  • the second conversion circuit 2 uses a connection point between the sixth switching element Q6 and the seventh switching element Q7 as the second output point 104, and generates a voltage generated between the reference potential point 100 and the second output point 104.
  • the magnitude is switched in three stages: zero, third level, and fourth level.
  • the voltage adjustment circuit 3 is configured to output the applied voltage during a start-up period T1 (see FIG. 10) from when power supply from the DC power supply 4 is started until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to a specified voltage.
  • the size is configured to gradually increase with time.
  • the power conversion device 10 includes the voltage adjustment circuit 3, so that the applied voltage to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 can be applied in the start period T ⁇ b> 1 immediately after the DC power supply 4 is turned on. Gradually grows. In other words, the voltage applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 is kept low until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage. The voltage applied to each of switching elements Q1 to Q8 is kept low. Therefore, according to the power conversion device 10, there is an advantage that the breakdown voltage of the switching elements (Q1 to Q8) can be lowered. That is, it becomes possible to employ a switching element having a lower breakdown voltage.
  • the power conditioner 20 includes the power conversion device 10 and the disconnector 7.
  • the disconnector 7 is electrically connected between the first output point 103 and the second output point 104 and the system power supply 8.
  • the disconnector 7 is configured to disconnect the first output point 103 and the second output point 104 from the system power supply 8 by being opened during the starting period T1.
  • the first converter circuit 1 and the second converter circuit 2 and the system power supply 8 can be electrically disconnected by opening (disconnecting) the disconnector 7. Therefore, the power conditioner 20 opens the disconnector 7 during the starting period T1, so that no voltage is applied from the system power supply 8 to the first to eighth switching elements Q1 to Q8. The voltage applied to each of switching elements Q1 to Q8 can be kept low.
  • the power converter 10 according to the present embodiment and the power conditioner 20 using the power converter 10 will be described in detail.
  • the configuration described below is merely an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment (Embodiment 1) and the later-described embodiment (Embodiment 2). Even if it is other than the form, various modifications can be made according to the design or the like as long as it does not depart from the technical idea according to the present invention.
  • the power conditioner 20 is a residential power conditioner that is used by being electrically connected to a solar power generation device as the DC power supply 4 . It is not intended to limit.
  • the power conditioner 20 may be used by being electrically connected to a DC power source 4 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.
  • the power converter 10 is not intended to limit its application to the power conditioner 20, and the power converter 10 may be used other than the power conditioner 20.
  • the power conversion device 10 of the present embodiment is electrically connected to a DC power source 4 made of a solar power generation device via a connection box.
  • the power conversion device 10 includes a third capacitor C3, a fourth capacitor C4, a third conversion circuit 5, an inductor 61, in addition to the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, and the voltage adjustment circuit 3. 62 and a control unit 9.
  • the first output point 103 of the first conversion circuit 1 and the second output point 104 of the second conversion circuit 2 are inductors 61 and 62, the third conversion circuit 5, and the circuit breaker 7 that is a part of the power conditioner 20.
  • the system power supply commercial power system
  • the output of the power conditioner 20 (the output of the third conversion circuit 5) is electrically connected to the interconnection breaker provided in the distribution board via the disconnector 7, Connected to the system power supply 8.
  • the power conditioner 20 performs grid connection operation with the circuit breaker 7 closed in a steady state, converts the DC power input from the DC power supply 4 into AC power, and outputs the AC power. Although detailed description is omitted, the power conditioner 20 opens the disconnector 7 and outputs AC power in a state disconnected from the system power supply 8 when an abnormality such as a power failure of the system power supply 8 occurs. Is configured to do.
  • the circuit breaker 7 includes a first contact portion 71 electrically connected between one output terminal (third output point 105) of the third conversion circuit 5 and the system power supply 8, and the other output. It has the 2nd contact part 72 electrically connected between the end (4th output point 106) and the system power supply 8. FIG. However, the circuit breaker 7 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 8, and the first contact point 71 and the second contact point. Any of 72 may be omitted.
  • the voltage adjustment circuit 3 is electrically connected between the DC power supply 4 and the series circuit of the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2. As a result, a DC voltage output from the DC power supply 4 is applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 as an applied voltage via the voltage adjustment circuit 3.
  • the pair of output terminals of the voltage adjustment circuit 3 correspond to the first input point 101 and the second input point 102, respectively.
  • the voltage adjustment circuit 3 applies the voltage applied between the first input point 101 and the second input point 102 during the start period T1 (see FIG. 10) until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage.
  • the size of is gradually increased over time. A specific configuration of the voltage adjustment circuit 3 will be described later.
  • the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are electrically connected in series between the first input point 101 and the second input point 102. That is, a series circuit of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is connected between the pair of output terminals of the voltage adjustment circuit 3.
  • the circuit constant (capacitance) of the third capacitor C3 and the circuit constant (capacitance) of the fourth capacitor C4 are the same value.
  • the output voltage of the voltage adjustment circuit 3 is divided by the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4. Therefore, when the voltage adjustment circuit 3 outputs the input voltage from the DC power supply 4 as it is, the voltage across each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is the output voltage E [ V] is used to represent E / 2 [V].
  • connection point between the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is the reference potential point 100. It is assumed that the reference potential point 100 is circuit ground and the potential of the reference potential point 100 is 0 [V]. Then, when the voltage across each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is E / 2 [V], the potential of the first input point 101 is E / 2 [V], and the second input point 102 The potential is ⁇ E / 2 [V].
  • the first conversion circuit 1 includes the first to fourth switching elements Q1 to Q4 connected in series between the first input point 101 and the reference potential point 100, and the first capacitor C1. ing.
  • the series circuit of the first to fourth switching elements Q1 to Q4 is connected in parallel with the third capacitor C3 between the first input point 101 and the reference potential point 100.
  • a depletion type n-channel MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor
  • 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 Q4 is electrically connected to the reference potential point 100.
  • a connection point between the source of the second switching element Q 2 and the drain of the third switching element Q 3 is a first output point 103.
  • the first capacitor C1 has one end electrically connected to the drain of the second switching element Q2, and the other end electrically connected to the source of the third switching element Q3. In other words, one end of the first capacitor C1 is electrically connected to the first input point 101 via the first switching element Q1, and the other end is electrically connected to the reference potential point 100 via the fourth switching element Q4. Connected.
  • the second conversion circuit 2 includes the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 connected in series between the reference potential point 100 and the second input point 102, and the second capacitor C2. ing.
  • the second conversion circuit 2 has basically the same configuration as the first conversion circuit 1, 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.
  • the series circuit of the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8 is connected in parallel with the fourth capacitor C4 between the reference potential point 100 and the second input point 102.
  • a depletion type n-channel MOSFET is used in the same manner as each of the first to fourth switching elements Q1 to Q4.
  • the drain of the fifth switching element Q5 is electrically connected to the reference potential point 100.
  • 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.
  • a connection point between the source of the sixth switching element Q 6 and the drain of the seventh switching element Q 7 is a second output point 104.
  • the second capacitor C2 has one end electrically connected to the drain of the sixth switching element Q6 and the other end electrically connected to the source of the seventh switching element Q7. In other words, the second capacitor C2 has one end electrically connected to the reference potential point 100 via the fifth switching element Q5 and the other end electrically connected to the second input point 102 via the eighth switching element Q8. Connected.
  • the circuit constant (capacitance) of the second capacitor C2 is equal to the circuit constant (capacitance) of the first capacitor C1.
  • the first to eighth switching elements Q1 to Q8 are connected to the first to eighth diodes D1 to D8 in a one-to-one manner and in antiparallel.
  • These 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...
  • 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.
  • the third conversion circuit 5 includes first to fourth switches Q11 to Q14 that are electrically connected between the first output point 103 and the second output point 104 and are connected in a full bridge.
  • the third conversion circuit 5 is configured to convert a voltage generated between the first output point 103 and the second output point 104 into an AC voltage and output the AC voltage.
  • a series circuit of a first switch Q11 and a second switch Q12, a third switch Q13, and a fourth switch Q14 are provided between the first output point 103 and the second output point 104.
  • the third conversion circuit 5 has a connection point between the first switch Q11 and the second switch Q12 as the third output point 105, and a connection point between the third switch Q13 and the fourth switch Q14 as the fourth output point 106.
  • the third output point 105 and the fourth output point 106 are output terminals of the third conversion circuit 5.
  • a depletion type n-channel MOSFET is used similarly to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8.
  • the 9th to 12th diodes D11 to D14 are connected to the 1st to 4th switches Q11 to Q14 in a one-to-one antiparallel manner.
  • the ninth to twelfth diodes D11 to D14 are parasitic diodes of the first to fourth switches Q11 to Q14, respectively. That is, the parasitic diode of the first switch Q11 constitutes the ninth diode D11.
  • the parasitic diodes of the second, third, and fourth switches Q12, Q13, and Q14 are the tenth, eleventh, and twelfth diodes D12, respectively. , D13, D14.
  • the gates of the first to eighth switching elements Q1 to Q8 and the gates of the first to fourth switches Q11 to Q14 are electrically connected to the control unit 9.
  • the control unit 9 can individually switch on / off the first to fourth switching elements Q1 to Q4, and thereby controls the first conversion circuit 1.
  • the control unit 9 can individually switch on / off the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8, thereby controlling the second conversion circuit 2.
  • the controller 9 can individually switch on / off the first to fourth switches Q11 to Q14, and thereby controls the third conversion circuit 5.
  • control unit 9 may be provided individually for each of the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, and the third conversion circuit 5.
  • the power conversion device 10 is provided with a pair of inductors 61 and 62.
  • One inductor 61 is electrically connected between the first output point 103 and the third conversion circuit 5.
  • the other inductor 62 is electrically connected between the second output point 104 and the third conversion circuit 5.
  • the inductor 61 is only electrically connected between the first output point 103 and the third conversion circuit 5, or the inductor 62 is electrically connected between the second output point 104 and the third conversion circuit 5.
  • the inductors 61 and 62 may be omitted.
  • the basic operation of the power conversion device 10 is the operation of the power conversion device 10 after the start period T1, that is, after the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to a specified voltage.
  • the specified voltage for the first capacitor C1 is half (1/2) of the voltage across the third capacitor C3, and the specified voltage for the second capacitor C2 is half (1/2) of the voltage across the fourth capacitor C4. is there.
  • the voltage adjustment circuit 3 outputs the output voltage E [V] of the DC power supply 4 as it is during the basic operation of the power conversion device 10. Therefore, the voltage across each of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is E / 2 [V], the potential of the first input point 101 is E / 2 [V], and the second input point 102 The potential is -E / 2 [V]. Further, the voltage across each of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 charged to the specified voltage is E / 4 [V]. Since the third output point 105 and the fourth output point 106 are electrically connected to the system power supply 8 via the disconnector 7, the potential difference between the third output point 105 and the fourth output point 106 is the system. It becomes equal to the output voltage of the power supply 8.
  • the power conversion device 10 switches the first conversion circuit 1, the second conversion circuit 2, and the third conversion circuit 5 to a total of eight modes 1 to 8, so that the first input point 101, the second input point 102,
  • the DC voltage (E [V]) applied during the period is converted into an AC voltage and output from the third conversion circuit 5.
  • the first to eighth switching elements Q1 to Q8 and the first to fourth switches Q11 to Q14 are in the “off” state when they are not referred to as on / off states. I will do it.
  • the first and second switching elements Q1, Q2 of the first conversion circuit 1, the seventh and eighth switching elements Q7, Q8 of the second conversion circuit 2, and the third mode The first and fourth switches Q11 and Q14 of the conversion circuit 5 are in the ON state.
  • the first input point 101 is electrically connected to the third output point 105 via the first switching element Q1, the second switching element Q2, the inductor 61, and the first switch Q11.
  • the second input point 102 is electrically connected to the fourth output point 106 via the eighth switching element Q8, the seventh switching element Q7, the inductor 62, and the fourth switch Q14.
  • the first output point 103 has the same potential (E / 2 [V]) as the first input point 101
  • the second output point 104 has the same potential ( ⁇ E / 2 [V]) as the second input point 102.
  • the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103
  • the potential of the fourth output point 106 becomes equal to the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the first and fourth switches Q11 and Q14 of the three-conversion circuit 5 are in the on state.
  • the first input point 101 is connected to the third input via the first switching element Q1, the first capacitor C1, the third switching element Q3, the inductor 61, and the first switch Q11. It is electrically connected to the output point 105.
  • the second input point 102 is electrically connected to the fourth output point 106 via the eighth switching element Q8, the second capacitor C2, the sixth switching element Q6, the inductor 62, and the fourth switch Q14.
  • the potential of the first output point 103 is equal to the voltage across the first capacitor C1 (E / 4 [V]) from the potential of the first input point 101 (E / 2 [V]).
  • the potential of the second output point 104 is equal to the voltage across the second capacitor C2 (E / 4 [V]) from the potential of the second input point 102 ( ⁇ E / 2 [V]).
  • the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103, and the potential of the fourth output point 106 becomes equal to the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the first and fourth switches Q11 and Q14 of the three-conversion circuit 5 are in the on state.
  • the reference potential point 100 is connected to the third output via the fourth switching element Q4, the first capacitor C1, the second switching element Q2, the inductor 61, and the first switch Q11. Electrically connected to point 105.
  • the reference potential point 100 is electrically connected to the fourth output point 106 via the fifth switching element Q5, the second capacitor C2, the seventh switching element Q7, the inductor 62, and the fourth switch Q14. .
  • the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103, and the potential of the fourth output point 106 becomes equal to the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the first and fourth switches Q11 and Q14 of the three-conversion circuit 5 are in the on state.
  • the reference potential point 100 is electrically connected to the third output point 105 via the fourth switching element Q4, the third switching element Q3, the inductor 61, and the first switch Q11. Connected to.
  • the reference potential point 100 is electrically connected to the fourth output point 106 via the fifth switching element Q5, the sixth switching element Q6, the inductor 62, and the fourth switch Q14.
  • the first output point 103 has the same potential (0 [V]) as the reference potential point 100
  • the second output point 104 also has the same potential (0 [V]) as the reference potential point 100.
  • the potential of the third output point 105 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103
  • the potential of the fourth output point 106 becomes equal to the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the power conversion apparatus 10 changes the potential of the first output point 103 and the potential of the second output point 104 in a plurality of stages by switching the first to fourth modes. At this time, if attention is paid to each of the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2, the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 each switch the output voltage in three stages.
  • the first conversion circuit 1 sets the magnitude of the voltage (hereinafter referred to as “first output voltage”) generated between the first output point 103 and the reference potential point 100 to zero, the first level, and the second level.
  • first output voltage the first output voltage generated between the first output point 103 and the reference potential point 100 to zero, the first level, and the second level.
  • the first conversion circuit 1 uses the first capacitor C1 as a flying capacitor and switches the first to fourth switching elements Q1 to Q4 on / off, thereby enabling zero, first level, and second level.
  • a three-stage first output voltage is output.
  • the first conversion circuit 1 sets the DC voltage applied between the first input point 101 and the reference potential point 100 to zero (0 [V]) and the first level (E / 4 [V]).
  • the first output voltage is converted to any one of the second level (E / 2 [V]) and output.
  • the first capacitor C1 is charged in the second mode and discharged in the third mode.
  • the first to fourth modes are switched at a relatively high frequency, the first capacitor C1 in the reference operation is switched.
  • the voltage at both ends can be regarded as substantially constant (E / 4 [V]).
  • the second conversion circuit 2 sets the magnitude of a voltage (hereinafter referred to as “second output voltage”) generated between the second output point 104 and the reference potential point 100 to zero, the third level, and the fourth level.
  • second output voltage a voltage generated between the second output point 104 and the reference potential point 100
  • the second output voltage is ⁇ E / 2 [V] as the fourth level.
  • the second output voltage is ⁇ E / 4 [V] as the third level.
  • the second output voltage is zero (0) [V].
  • the second conversion circuit 2 uses the second capacitor C2 as a flying capacitor and switches on / off of the fifth to eighth switching elements Q5 to Q8, thereby achieving zero, third level, and fourth level.
  • a three-stage second output voltage is output.
  • the second conversion circuit 2 sets the DC voltage applied between the second input point 102 and the reference potential point 100 to zero (0 [V]), the third level ( ⁇ E / 4 [V]). ), Converted into any second output voltage of the fourth level ( ⁇ E / 2 [V]) and output.
  • the second capacitor C2 is charged in the second mode and discharged in the third mode. If the first to fourth modes are switched at a relatively high frequency, the second capacitor C2 in the reference operation is switched.
  • the voltage at both ends can be regarded as substantially constant (E / 4 [V]).
  • the third conversion circuit 5 always has the first and fourth switches Q11 and Q14 turned on and the second and third switches Q12 and Q13 turned off. is there. Accordingly, the first output point 103 of the first conversion circuit 1 is electrically connected to the third output point 105 via the inductor 61 and the first switch Q11. The second output point 104 of the second conversion circuit 2 is electrically connected to the fourth output point 106 via the inductor 62 and the fourth switch Q14.
  • the power conversion apparatus 10 outputs a voltage having the third output point 105 on the high potential side and the fourth output point 106 on the low potential side.
  • the power conversion device 10 outputs voltages output between the first output point 103 and the second output point 104 to E [V] (first mode), E / 2 [V] (second, second). 3 mode) and 0 [V] (fourth mode).
  • the output of the power converter 10 at this time is an AC voltage output from the power converter 10, that is, a voltage corresponding to a potential difference between the third output point 105 and the fourth output point 106 (hereinafter referred to as “third output voltage”). This corresponds to a half wave on the positive polarity side of the waveform (sine wave).
  • control unit 9 switches on / off of the first to eighth switching elements Q1 to Q8 by a PWM (Pulse WidthulationModulation) signal to realize the first to fourth modes.
  • PWM Pulse WidthulationModulation
  • control unit 9 repeats the operation of sequentially switching the fourth mode, the third mode, and the second mode (fourth mode ⁇ third mode ⁇ second mode ⁇ fourth mode ⁇ Third mode ⁇ second mode ⁇ fourth mode ⁇ .
  • the controller 9 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by aligning the time lengths in the third mode and the second mode.
  • the third output voltage varies in the range of 0 [V] to E / 2 [V].
  • control unit 9 repeats the operation of sequentially switching the second mode, the third mode, and the first mode (second mode ⁇ third mode ⁇ first mode ⁇ second mode ⁇ third Mode ⁇ first mode ⁇ second mode ⁇ ...
  • the controller 9 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by aligning the time lengths in the third mode and the second mode.
  • the third output voltage varies in a range of E / 2 [V] to E [V].
  • the control unit 9 switches the first to fourth modes described above while changing the on-duty (that is, the duty ratio) of the PWM signal, so that the third output approximated to the half wave of the sine wave (positive side) is obtained. Generate voltage.
  • the power conversion device 10 operates corresponding to a half-wave on the negative polarity side in the waveform (sine wave) of the third output voltage, and the third output point 105 is set to the low potential side.
  • a third output voltage having the fourth output point 106 as a high potential side is output.
  • the second and third switches Q12 and Q13 are always on, and the first and fourth switches Q11 and Q14 are off. .
  • the fifth to eighth modes are the same as any of the first to fourth modes, respectively.
  • the third and fourth switching elements Q3 and Q4 of the first conversion circuit 1 and the fifth and sixth switching elements 2 of the second conversion circuit 2 are used.
  • Switching elements Q5 and Q6 are each in an on state.
  • the reference potential point 100 is electrically connected to the fourth output point 106 via the fourth switching element Q4, the third switching element Q3, the inductor 61, and the third switch Q13.
  • the reference potential point 100 is electrically connected to the third output point 105 via the fifth switching element Q5, the sixth switching element Q6, the inductor 62, and the second switch Q12.
  • the first output point 103 has the same potential (0 [V]) as the reference potential point 100
  • the second output point 104 also has the same potential (0 [V]) as the reference potential point 100.
  • the potential of the fourth output point 106 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103
  • the potential of the third output point 105 becomes the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the second and fourth switching elements Q2 and Q4 of the first conversion circuit 1 and the fifth and seventh of the second conversion circuit 2 are the same as in the third mode.
  • Switching elements Q5 and Q7 are on.
  • the reference potential point 100 is connected to the fourth output via the fourth switching element Q4, the first capacitor C1, the second switching element Q2, the inductor 61, and the third switch Q13. It is electrically connected to point 106.
  • the reference potential point 100 is electrically connected to the third output point 105 via the fifth switching element Q5, the second capacitor C2, the seventh switching element Q7, the inductor 62, and the second switch Q12. .
  • the potential of the fourth output point 106 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103
  • the potential of the third output point 105 becomes the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the first and third switching elements Q1, Q3 of the first conversion circuit 1 and the sixth, eighth of the second conversion circuit 2 are used.
  • Switching elements Q6 and Q8 are in an ON state.
  • the first input point 101 is connected to the fourth switching point via the first switching element Q1, the first capacitor C1, the third switching element Q3, the inductor 61, and the third switch Q13. It is electrically connected to the output point 106.
  • the second input point 102 is electrically connected to the third output point 105 via the eighth switching element Q8, the second capacitor C2, the sixth switching element Q6, the inductor 62, and the second switch Q12.
  • the potential of the fourth output point 106 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103
  • the potential of the third output point 105 becomes the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the first and second switching elements Q1, Q2 of the first conversion circuit 1 and the seventh, eighth of the second conversion circuit 2 are the same as in the first mode.
  • Switching elements Q7 and Q8 are in the ON state.
  • the first input point 101 is electrically connected to the fourth output point 106 via the first switching element Q1, the second switching element Q2, the inductor 61, and the third switch Q13.
  • the second input point 102 is electrically connected to the third output point 105 via the eighth switching element Q8, the seventh switching element Q7, the inductor 62, and the second switch Q12.
  • the first output point 103 has the same potential (E / 2 [V]) as the first input point 101
  • the second output point 104 has the same potential ( ⁇ E / 2 [V]) as the second input point 102.
  • the potential of the fourth output point 106 becomes a potential obtained by subtracting the voltage across the inductor 61 from the potential of the first output point 103
  • the potential of the third output point 105 becomes the potential of the second output point 104. This is a potential obtained by adding the voltage across 62.
  • the power conversion device 10 sets the voltage output between the second output point 104 and the first output point 103 to 0 [V] (fifth mode), ⁇ Switching is performed in three stages: E / 2 [V] (6th and 7th mode) and -E [V] (8th mode).
  • the output of the power conversion device 10 at this time is an AC voltage output from the power conversion device 10, that is, a waveform (third output voltage) corresponding to a potential difference between the third output point 105 and the fourth output point 106 (third output voltage). This corresponds to a half wave on the negative polarity side in (sine wave).
  • control unit 9 switches on / off the first to eighth switching elements Q1 to Q8 by the PWM signal to realize the fifth to eighth modes. More specifically, the control unit 9 repeats the operation of sequentially switching the fifth mode, the seventh mode, and the sixth mode (fifth mode ⁇ seventh mode ⁇ sixth mode ⁇ fifth mode ⁇ 7th mode ⁇ 6th mode ⁇ 5th mode ⁇ .
  • the controller 9 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by aligning the time lengths in the seventh mode and the sixth mode. At this time, the third output voltage varies in the range of 0 [V] to ⁇ E / 2 [V].
  • the control unit 9 sequentially switches the sixth mode, the seventh mode, and the eighth mode (sixth mode ⁇ seventh mode ⁇ eighth mode ⁇ sixth mode ⁇ seventh mode ⁇ Eighth mode ⁇ sixth mode ⁇ ).
  • the controller 9 balances the discharge and charge of the first capacitor C1 and the second capacitor C2 by aligning the time lengths in the seventh mode and the sixth mode.
  • the third output voltage varies in the range of ⁇ E / 2 [V] to ⁇ E [V].
  • the control unit 9 switches the fifth to eighth modes described above while changing the on-duty of the PWM signal, thereby generating a third output voltage approximating a half wave of the sine wave (negative side).
  • the power conversion device 10 of the present embodiment alternately repeats the operation in the first to fourth modes and the operation in the fifth to eighth modes, so that the first waveform having a waveform approximated to a sine wave shape is obtained.
  • Three output voltages can be output.
  • the third output voltage is switched in five stages of E [V], E / 2 [V], 0 [V], -E / 2 [V], and -E [V]. Become.
  • the power conversion device 10 of the present embodiment can suppress the voltage applied to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8 during the basic operation to E / 4 [V] or less.
  • the voltage adjustment circuit 3 includes a resistor 31, a first adjustment switch (first switch element) 32, and a second adjustment switch (second switch element). 33.
  • the resistor 31 and the first adjustment switch 32 are electrically connected in series between the output terminal on the high potential side of the DC power supply 4 and the first input point 101.
  • the second adjustment switch 33 is electrically connected in parallel with the series circuit of the resistor 31 and the first adjustment switch 32 between the output terminal on the high potential side of the DC power supply 4 and the first input point 101. ing.
  • the first adjustment switch 32 and the second adjustment switch 33 are controlled by the control unit 9 and individually switched on / off.
  • This voltage adjustment circuit 3 electrically connects the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 to the DC power source 4 via the resistor 31 with the first adjustment switch 32 turned on and the second adjustment switch 33 turned off. Connect to. At this time, the voltages at both ends of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are determined from the time when the DC power supply 4 is turned on by the time constant determined by the resistance value of the resistor 31 and the capacitance values of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4. It gradually increases with time. In other words, the voltage adjustment circuit 3 adjusts the magnitude of the voltage applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 so as to gradually increase with time.
  • the voltage adjustment circuit 3 directly connects the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 to the DC power supply 4.
  • the control unit 9 turns on the first adjustment switch 32, turns off the second adjustment switch 33 in the starting period T1, and turns off the first adjustment switch in the normal period T2 (see FIG. 10). 32 is turned off and the second adjustment switch 33 is turned on.
  • the starting period T1 may be a period from when the DC power supply 4 is turned on until the charging of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 is completed.
  • the resistor 31 and the first adjustment switch 32 are not directly connected in series between the output terminal on the high potential side of the DC power supply 4 and the first input point 101,
  • the output terminal on the low potential side of the power supply 4 and the second input point 102 may be electrically connected in series.
  • the starting operation of the power converter 10 refers to the power converter 10 from the time when the supply of power from the DC power supply 4 is started until the start period T1 elapses and the basic operation is started and the normal period T2 starts. Is the operation. If the DC power supply 4 is a solar power generation device, the power conversion device 10 stops operating when the output of the solar power generation device is less than or equal to a specified value. Supply of electric power from the power supply 4 starts and the power conversion device 10 starts a starting operation.
  • the power conversion apparatus 10 includes a voltage adjustment circuit 3 and gradually increases the applied voltage to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 during the start period T1 immediately after the DC power supply 4 is turned on.
  • the voltage applied to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8 is kept low. Therefore, according to the power conversion device 10, there is an advantage that the breakdown voltage of the switching elements (Q1 to Q8) can be lowered.
  • the power conversion device 30 of the comparative example does not have a voltage adjustment circuit as shown in FIG. 7, and both ends of the DC power supply 4 are directly connected to the first input point 101 and the second input point 102. Further, the power conversion device 30 includes an inductor 61 (see FIG. 1) between the first output point 103 and the third conversion circuit 5, and an inductor 62 (see FIG. 1) between the second output point 104 and the third conversion circuit 5. In place of (see FIG. 1), a pair of inductors 63 and 64 are provided. One inductor 63 is electrically connected between the third output point 105 and the system power supply 8, and the other inductor 64 is electrically connected between the fourth output point 106 and the system power supply 8. Yes. In addition, illustration of a control part is abbreviate
  • the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 basically adopt the same configuration as described above, the following description focuses on the first conversion circuit 1 as shown in FIG. Then, the starting operation of the power conversion device 10 will be described.
  • the first switching element Q1 can be read as the eighth switching element Q8, and the second switching element Q2 can be read as the seventh switching element Q7.
  • the third switching element Q3 can be read as the sixth switching element Q6, and the fourth switching element Q4 can be read as the fifth switching element Q5.
  • the voltage across the third capacitor C3 is “V0”
  • the voltage across the first capacitor C1 is “V1”
  • the voltage across the second switching element Q2 is “V2”
  • the voltage between both ends of the switching element Q4 is “V3”.
  • the power conversion device 30 of the comparative example will be described.
  • the first capacitor C1 since the first capacitor C1 is not charged at the time of starting, it is necessary to charge the first capacitor C1 in the second mode or the seventh mode.
  • the first and third switching elements Q1 and Q3 of the first conversion circuit 1 and the sixth and eighth switching elements Q6 and Q8 of the second conversion circuit 2 are respectively It is on.
  • the voltage applied to the first and third switching elements Q1 and Q3 is substantially 0 [V]
  • the voltage V0 across the third capacitor C3 is a voltage (E / 2 [V]) obtained by dividing the output voltage E [V] of the DC power supply 4 by the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4.
  • the voltage V3 across the fourth switching element Q4 is E / 2 [V] -V1.
  • the voltage V1 across the first capacitor C1, the voltage V2 across the second switching element Q2, and the voltage V3 across the fourth switching element Q4 are as shown in FIG. . That is, in the power conversion device 30 of the comparative example, the voltage V3 across the fourth switching element Q4 becomes E / 2 [V] in the starting operation.
  • the horizontal axis represents the time axis
  • the vertical axis represents the voltage.
  • the power conversion device 10 includes the voltage adjustment circuit 3 and gradually increases the applied voltage to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 during the start period T1 immediately after the DC power supply 4 is turned on. is doing. Therefore, as shown in FIG. 10, the voltage V0 across the third capacitor C3 gradually increases with time.
  • the horizontal axis represents the time axis
  • the vertical axis represents the voltage.
  • the voltage V1 across the first capacitor C1, the voltage V2 across the second switching element Q2, and the voltage V3 across the fourth switching element Q4 are as shown in FIG. . That is, in the power conversion device 10 of the present embodiment, the voltage V3 across the fourth switching element Q4 is suppressed to E / 4 [V] or less even in the starting operation.
  • the third conversion circuit 5 in the starting period T1, turns on at least two of the first to fourth switches Q11 to Q14 and turns on the first output point 103.
  • a current path is formed between the second output point 104 and the second output point 104.
  • the current path here is a current path including the inductors 61 and 62.
  • the third conversion circuit 5 turns on at least one of the first and second switches Q11 and Q12 and the third and fourth switches Q13 and Q14 during the starting period T1. To do.
  • the third conversion circuit 5 may turn on both sets (that is, all the first to fourth switches Q11 to Q14).
  • the power conversion device 10 does not operate in the complete first to eighth modes in the starting period T1, but operates only in the first to eighth modes for the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2.
  • the third conversion circuit 5 forms a current path including the inductors 61 and 62 between the first output point 103 and the second output point 104.
  • the power conversion device 10 uses the current path as a charging path, so that even if the third output point 105 and the fourth output point 106 are electrically insulated, the first capacitor C1 and the second capacitor C2 can be charged.
  • the power conversion device 10 can charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2 even when the third output point 105 and the fourth output point 106 are not connected to the system power supply 8.
  • the first output point 103 and the second output point 104 are disconnected from the system power supply 8 by opening the disconnector 7 during the start period T ⁇ b> 1. Therefore, the voltage from the system power supply 8 is not applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 during the startup period T1 of the power conversion device 10.
  • the power converter 10 only needs to be able to charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2 during the start-up period T1, so it is not essential to operate only in the second mode or the seventh mode. That is, the power conversion device 10 may be configured to operate so as to switch the first to eighth modes described above even during the start period T1, as in the normal period T2.
  • the voltage adjustment circuit 3 is provided, so that the application to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 is performed in the starting period T1 immediately after the DC power supply 4 is turned on.
  • the voltage gradually increases. Therefore, the voltage applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 is kept low until the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to the specified voltage.
  • the voltage applied to each of switching elements Q1 to Q8 is kept low. Therefore, the power conversion device 10 has not only the normal period T2 in which the steady operation is performed but also the first to eighth switching elements Q1 to Q8 in the start period T1 in which the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are not charged.
  • the voltage applied to each can be suppressed to E / 4 [V] or less.
  • the steady operation here is an operation of the power converter 10 after the start-up period T1, that is, after the first capacitor C1 and the second capacitor C2 are charged to a specified voltage, and the basic operation described above. It is synonymous with.
  • the power conversion device 10 includes the third conversion circuit 5 and an inductor (at least one of the inductors 61 and 62) as in the present embodiment.
  • the third conversion circuit 5 includes first to fourth switches Q11 to Q14 that are electrically connected between the first output point 103 and the second output point 104 and connected in a full bridge, and the first output point The voltage generated between the first output point 104 and the second output point 104 is converted into an alternating voltage and output.
  • the inductor is electrically connected between at least one of the first output point 103 and the second output point 104 and the third conversion circuit 5.
  • the third conversion circuit 5 during the start period T1, at least two of the first to fourth switches Q11 to Q14 are turned on, and the first output point 103 and the second output point 104 are turned on. A current path including the inductor is formed.
  • the power conversion device 10 can charge the first capacitor C1 and the second capacitor C2 even when the first output point 103 and the second output point 104 are not connected to the system power supply 8. It is. Moreover, since the inductors 61 and 62 are included in the charging path of the first capacitor C1 and the second capacitor C2, it is possible to prevent an overcurrent from flowing.
  • the power converter device 10 is further provided with the 3rd capacitor C3 and the 4th capacitor C4 which were electrically connected in series between the 1st input point 101 and the 2nd input point 102 like this embodiment. It is preferable.
  • the reference potential point 100 is a connection point between the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4.
  • each of the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 includes The voltages divided by the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 can be applied, respectively.
  • the voltage adjustment circuit 3 of the power conversion device 10 includes a resistor 31, a first adjustment switch (first switch element) 32, and a second adjustment switch (second switch element) as in the present embodiment. 33).
  • the resistor 31 and the first adjustment switch 32 are provided between the output terminal on the high potential side of the DC power supply 4 and the first input point 101 or the output terminal on the low potential side of the DC power supply 4 and the second input. It is electrically connected in series with the point 102.
  • the second adjustment switch 33 is electrically connected to the series circuit of the resistor 31 and the first adjustment switch 32 in parallel.
  • the power conversion device 10 further includes a control unit 9 that individually controls on / off of the first adjustment switch 32 and the second adjustment switch 33.
  • the control unit 9 turns on the first adjustment switch 32 and turns off the second adjustment switch 33 during the start period T1, turns off the first adjustment switch 32, and turns off the second adjustment switch 33 after the start period T1. It is configured to be on.
  • the first adjustment switch 32 is turned on, and the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 are electrically connected to the DC power supply 4 via the resistor 31. Therefore, although the circuit configuration is simple, the application to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 is based on the time constant determined by the resistance value of the resistor 31 and the capacitance values of the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4. The voltage gradually increases.
  • the disconnector 7 is opened (disconnected) to electrically connect the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 and the system power supply 8. Can be separated. Therefore, the power conditioner 20 opens the disconnector 7 during the starting period T1, so that no voltage is applied from the system power supply 8 to each of the first to eighth switching elements Q1 to Q8. The voltage applied to each of the eight switching elements Q1 to Q8 can be kept low.
  • the power conversion device 10 according to the present embodiment is different from the voltage adjustment circuit 3 of the first embodiment in the configuration of the voltage adjustment circuit 3 ⁇ / b> A.
  • the same configurations as those of the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
  • the voltage adjustment circuit 3A is configured by a step-down chopper circuit, and includes a switch element 34, a diode 35, an inductor 36, and a diode 37 as shown in FIG.
  • the switch element 34 is a depletion type n-channel MOSFET
  • the diode 37 is a parasitic diode of the switch element 34.
  • the switch element 34 and the diode 35 are electrically connected in series between both ends of the DC power supply 4 so that the switch element 34 is on the high potential side.
  • the diode 35 has an anode connected to the low potential side of the DC power supply 4 and a cathode connected to the source of the switch element 34.
  • the inductor 36 is electrically connected between the source of the switch element 34 and the first input point 101.
  • the voltage adjustment circuit 3A having the above configuration gradually changes the duty ratio of the switch element 34 during the starting period T1, thereby gradually applying the voltage applied to the first conversion circuit 1 and the second conversion circuit 2 over time. Enlarge.
  • the control of the voltage adjusting circuit 3A it is possible to adopt such a control that the voltage V3 across the fourth switching element Q4 (see FIG. 8) does not exceed E / 4 [V] in the starting period T1. preferable.
  • a DC / DC converter for changing the magnitude of the DC voltage from the DC power supply 4 can be used as the voltage adjustment circuit 3A.
  • the first to eighth switching elements Q1 to Q8, the first to fourth switches Q11 to Q14, and the switching element 34 are not limited to depletion type n-channel MOSFETs, but other semiconductor switches may be used. It may be used.
  • a power semiconductor device using a wide band gap semiconductor material such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or GaN (gallium nitride) is used.

Abstract

　スイッチング素子の耐圧を下げることができる電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナを提供する。第１変換回路（１）は、直流電源（４）の高電位側にある第１入力点（１０１）と基準電位点（１００）との間に電気的に接続されている。第２変換回路（２）は、直流電源（４）の低電位側にある第２入力点（１０２）と基準電位点（１００）との間に電気的に接続されている。電圧調整回路（３）は、第１変換回路（１）および第２変換回路（２）への印加電圧の大きさを調整するように構成されている。電圧調整回路（３）は、直流電源（４）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）が規定電圧に充電されるまでの始動期間において、前記印加電圧の大きさを時間経過に伴って徐々に大きくするように構成されている。

Description

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
　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。
　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。たとえば日本国特許出願公開番号２０１４－６４４３１（段落〔０００２〕～〔０００６〕、図１６，１７、以下、文献１と称する）および日本国特許番号第４３６９４２５（以下、文献２と称する）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（文献１では「マルチレベル電力変換装置」、文献２では「コンバータ回路」）が開示されている。
　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。
　ところで、文献１，２に記載の電力変換装置では、上述したように５レベルの電圧を出力する定常動作を行う際、各スイッチング素子は電圧Ｅ／４をスイッチングするためＥ／４に対応した耐圧が要求される。しかし、フライングキャパシタが充電されていない状態では、各スイッチング素子に定常動作時に比べて大きな電圧が印加される可能性があるため、各スイッチング素子の耐圧を定常動作時に必要な耐圧よりも大きく設定する必要がある。つまり、電力変換装置のスイッチング素子としては比較的高耐圧のスイッチング素子を用いる必要がある。
　本発明は上記事由に鑑みて為されており、スイッチング素子の耐圧を下げることができる電力変換装置、およびそれを用いたパワーコンディショナを提供することを目的とする。
　本発明の一の形態に係る電力変換装置は、直流電源の高電位側にある第１入力点と基準電位点との間に電気的に接続された第１変換回路と、前記直流電源の低電位側にある第２入力点と前記基準電位点との間に電気的に接続された第２変換回路と、前記第１変換回路および前記第２変換回路への印加電圧の大きさを調整する電圧調整回路とを備え、前記第１変換回路は、前記第１入力点と前記基準電位点との間において、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、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第１出力点として、当該第１出力点と前記基準電位点との間に発生する電圧の大きさをゼロ、第１レベル、第２レベルの３段階で切り替え、前記第２変換回路は、前記基準電位点と前記第２入力点との間において、前記基準電位点側から第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、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第２出力点として、前記基準電位点と当該第２出力点との間に発生する電圧の大きさをゼロ、第３レベル、第４レベルの３段階で切り替え、前記電圧調整回路は、前記直流電源より電力の供給が開始してから前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタが規定電圧に充電されるまでの始動期間において、前記印加電圧の大きさを時間経過に伴って徐々に大きくするように構成されていることを特徴とする。
　本発明の一の形態に係る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、前記解列器は、前記始動期間には開放されることによって前記第１出力点および前記第２出力点を前記系統電源から切り離すように構成されていることを特徴とする。
　上記形態に係る構成によれば、スイッチング素子の耐圧を下げることができる。
　図面は本教示に従って一又は複数の実施例を示すが、限定するものではなく例に過ぎない。図面において、同様の符号は同じか類似の要素を指す。
実施形態１に係るパワーコンディショナの構成を示す回路図である。 図２Ａおよび２Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の動作の説明図である。 図３Ａおよび３Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の動作の説明図である。 図４Ａおよび４Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の動作の説明図である。 図５Ａおよび５Ｂは実施形態１に係る電力変換装置の動作の説明図である。 実施形態１に係る電圧調整回路の回路図である。 比較例に係る電力変換装置の構成を示す回路図である。 実施形態１に係る第１変換回路の回路図である。 比較例に係る電力変換装置の動作の説明図である。 実施形態１に係る電力変換装置の動作の説明図である。 実施形態２に係る電圧調整回路の回路図である。
　（実施形態１）
　本実施形態に係る電力変換装置１０は、図１に示すように、第１変換回路１と、第２変換回路２と、電圧調整回路３とを備えている。
　第１変換回路１は、直流電源４の高電位側にある第１入力点１０１と基準電位点１００との間に電気的に接続されている。第２変換回路２は、直流電源４の低電位側にある第２入力点１０２と基準電位点１００との間に電気的に接続されている。電圧調整回路３は、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧の大きさを調整するように構成されている。
　第１変換回路１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。第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４は、第１入力点１０１と基準電位点１００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。
　第１変換回路１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として、第１出力点１０３と基準電位点１００との間に発生する電圧の大きさをゼロ、第１レベル、第２レベルの３段階で切り替える。
　第２変換回路２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。第５～８のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８は、基準電位点１００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、基準電位点１００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。
　第２変換回路２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として、基準電位点１００と第２出力点１０４との間に発生する電圧の大きさをゼロ、第３レベル、第４レベルの３段階で切り替える。
　電圧調整回路３は、直流電源４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が規定電圧に充電されるまでの始動期間Ｔ１（図１０参照）において、前記印加電圧の大きさを時間経過に伴って徐々に大きくするように構成されている。
　すなわち、本実施形態に係る電力変換装置１０は、電圧調整回路３を備えることにより、直流電源４の投入直後の始動期間Ｔ１において、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧が徐々に大きくなる。つまり、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでは、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧が低く抑えられることになるので、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧は低く抑えられる。そのため、この電力変換装置１０によれば、スイッチング素子（Ｑ１～Ｑ８）の耐圧を下げることができる、という利点がある。つまり、より低耐圧のスイッチング素子を採用することが可能になる。
　なお、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧が低く抑えられる理由については、後に、図１０を参照して詳しく説明する。
　また、本実施形態に係るパワーコンディショナ２０は、図１に示すように、上記の電力変換装置１０と、解列器７とを備えている。解列器７は、第１出力点１０３および第２出力点１０４と、系統電源８との間に電気的に接続されている。解列器７は、始動期間Ｔ１には開放されることによって第１出力点１０３および第２出力点１０４を系統電源８から切り離すように構成されている。
　このパワーコンディショナ２０によれば、解列器７を開放（解列）することにより、第１変換回路１および第２変換回路２と系統電源８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、始動期間Ｔ１には解列器７を開放することで、系統電源８から第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８に電圧が掛かることはなく、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧を低く抑えられる。
　以下、本実施形態に係る電力変換装置１０、およびそれを用いたパワーコンディショナ２０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、本実施形態（実施形態１）および後述の実施形態（実施形態２）に限定されることはなく、これら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。
　本実施形態では、パワーコンディショナ２０が、直流電源４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４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１０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１０は、パワーコンディショナ２０以外に用いられてもよい。
　＜電力変換装置の構成＞
　本実施形態の電力変換装置１０は、図１に示すように、太陽光発電装置からなる直流電源４に接続箱を介して電気的に接続される。本実施形態では、電力変換装置１０は、第１変換回路１、第２変換回路２、電圧調整回路３に加えて、第３キャパシタＣ３、第４キャパシタＣ４、第３変換回路５、インダクタ６１，６２、および制御部９を備えている。
　第１変換回路１の第１出力点１０３と第２変換回路２の第２出力点１０４は、インダクタ６１，６２および第３変換回路５と、パワーコンディショナ２０の一部である解列器７とを介して、系統電源（商用電力系統）８に電気的に接続される。具体的には、パワーコンディショナ２０の出力（第３変換回路５の出力）は、解列器７を介して、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、系統電源８に接続される。
　パワーコンディショナ２０は、定常時、解列器７を閉じた状態で系統連系運転を行い、直流電源４から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、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８の停電等の異常時には、解列器７を開放し、系統電源８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。
　ここで、解列器７は、第３変換回路５の一方の出力端（第３出力点１０５）と系統電源８との間に電気的に接続された第１接点部７１と、他方の出力端（第４出力点１０６）と系統電源８との間に電気的に接続された第２接点部７２とを有している。ただし、解列器７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８との間に電気的に接続されていればよく、第１接点部７１および第２接点部７２のいずれかは省略されていてもよい。
　次に、電力変換装置１０の各部の構成について詳しく説明する。
　電圧調整回路３は、直流電源４と、第１変換回路１および第２変換回路２の直列回路との間に電気的に接続されている。これにより、第１変換回路１および第２変換回路２には、直流電源４から出力される直流電圧が、電圧調整回路３を介して印加電圧として印加されることになる。電圧調整回路３の一対の出力端は、第１入力点１０１および第２入力点１０２にそれぞれ相当する。
　電圧調整回路３は、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでの始動期間Ｔ１（図１０参照）において、第１入力点１０１および第２入力点１０２間への印加電圧の大きさを時間経過に伴って徐々に大きくする。電圧調整回路３の具体的な構成については後述する。
　第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４は、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に電気的に直列に接続されている。つまり、電圧調整回路３の一対の出力端間には、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４の直列回路が接続されている。第３キャパシタＣ３の回路定数（キャパシタンス）と第４キャパシタＣ４の回路定数（キャパシタンス）とは同値である。
　電圧調整回路３の出力電圧は、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４とで分圧されることになる。そのため、電圧調整回路３が直流電源４からの入力電圧をそのまま出力している場合には、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との各々の両端電圧は、それぞれ直流電源４の出力電圧Ｅ〔Ｖ〕を用いてＥ／２〔Ｖ〕で表されることになる。
　ここで、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との接続点は基準電位点１００である。基準電位点１００は回路グランドであって、基準電位点１００の電位は０〔Ｖ〕であると仮定する。そうすると、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との各々の両端電圧がＥ／２〔Ｖ〕である場合、第１入力点１０１の電位はＥ／２〔Ｖ〕となり、第２入力点１０２の電位は－Ｅ／２〔Ｖ〕となる。
　第１変換回路１は、上述したように第１入力点１０１と基準電位点１００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。言い換えれば、第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の直列回路は、第１入力点１０１と基準電位点１００との間において第３キャパシタＣ３と並列に接続されている。第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々は、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。
　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、基準電位点１００に電気的に接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２のソースと第３のスイッチング素子Ｑ３のドレインとの接続点は第１出力点１０３となる。
　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を介して基準電位点１００に電気的に接続されている。
　第２変換回路２は、上述したように基準電位点１００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２は、基本的には第１変換回路１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。
　すなわち、第５～８のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８の直列回路は、基準電位点１００と第２入力点１０２との間において第４キャパシタＣ４と並列に接続されている。第５～８のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８の各々は、第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々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５のスイッチング素子Ｑ５のドレインは基準電位点１００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。第６のスイッチング素子Ｑ６のソースと第７のスイッチング素子Ｑ７のドレインとの接続点は第２出力点１０４となる。
　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を介して基準電位点１００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。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。
　また、図１において、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８には第１～８のダイオードＤ１～Ｄ８がそれぞれ一対一で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。
　第３変換回路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、フルブリッジ接続された第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４を有している。この第３変換回路５は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電圧を、交流電圧に変換して出力するように構成されている。
　具体的に説明すると、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間には、第１のスイッチＱ１１および第２のスイッチＱ１２の直列回路と、第３のスイッチＱ１３および第４のスイッチＱ１４の直列回路とが並列に接続されている。第３変換回路５は、第１のスイッチＱ１１と第２のスイッチＱ１２との接続点を第３出力点１０５、第３のスイッチＱ１３と第４のスイッチＱ１４との接続点を第４出力点１０６とする。これら第３出力点１０５および第４出力点１０６は、第３変換回路５の出力端となる。第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４の各々は、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々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。
　また、図１において、第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４には第９～１２のダイオードＤ１１～Ｄ１４がそれぞれ一対一で逆並列に接続されている。これら第９～１２のダイオードＤ１１～Ｄ１４は、それぞれ第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４の寄生ダイオードである。つまり、第１のスイッチＱ１１の寄生ダイオードは第９のダイオードＤ１１を構成し、同様に、第２，３，４のスイッチＱ１２，Ｑ１３，Ｑ１４の寄生ダイオードはそれぞれ第１０，１１，１２のダイオードＤ１２，Ｄ１３，Ｄ１４を構成する。
　さらに、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のゲート、並びに第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４のゲートは、制御部９に電気的に接続されている。制御部９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１を制御する。また、制御部９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２を制御する。制御部９は、第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４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３変換回路５を制御する。
　なお、制御部９は、第１変換回路１、第２変換回路２、第３変換回路５とのそれぞれについて個別に設けられていてもよい。
　また、電力変換装置１０には一対のインダクタ６１，６２が設けられている。一方のインダクタ６１は、第１出力点１０３と第３変換回路５との間に電気的に接続されている。他方のインダクタ６２は、第２出力点１０４と第３変換回路５との間に電気的に接続されている。ただし、インダクタ６１が第１出力点１０３と第３変換回路５との間に電気的に接続されているのみか、インダクタ６２が第２出力点１０４と第３変換回路５との間に電気的に接続されているのみでもよく、インダクタ６１，６２のいずれかは省略されていてもよい。
　＜電力変換装置の基本動作＞
　上述した構成の電力変換装置１０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、図中の太線矢印は、電流経路を表している。
　ここでいう電力変換装置１０の基本動作とは、始動期間Ｔ１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が規定電圧に充電された後の電力変換装置１０の動作である。第１キャパシタＣ１についての規定電圧は第３キャパシタＣ３の両端電圧の半分（１／２）であり、第２キャパシタＣ２についての規定電圧は第４キャパシタＣ４の両端電圧の半分（１／２）である。
　以下では、電力変換装置１０の基本動作時において、電圧調整回路３が直流電源４の出力電圧Ｅ〔Ｖ〕をそのまま出力すると仮定する。そのため、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との各々の両端電圧はそれぞれＥ／２〔Ｖ〕となり、第１入力点１０１の電位はＥ／２〔Ｖ〕であり、第２入力点１０２の電位は－Ｅ／２〔Ｖ〕である。また、規定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それぞれＥ／４〔Ｖ〕となる。なお、第３出力点１０５および第４出力点１０６は解列器７を介して系統電源８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との電位差は系統電源８の出力電圧に等しくなる。
　電力変換装置１０は、第１変換回路１、第２変換回路２、第３変換回路５を第１～８の計８つのモードに切り替えることにより、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３変換回路５から出力する。なお、以下の説明では、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８および第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４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。
　まず、図２Ａに示す第１のモードでは、第１変換回路１の第１，２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、第２変換回路２の第７，８のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８と、第３変換回路５の第１，４のスイッチＱ１１，Ｑ１４とがそれぞれオンの状態にある。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、インダクタ６１、第１のスイッチＱ１１を介して第３出力点１０５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、インダクタ６２、第４のスイッチＱ１４を介して第４出力点１０６に電気的に接続される。
　したがって、第１出力点１０３は第１入力点１０１と同電位（Ｅ／２〔Ｖ〕）になり、第２出力点１０４は第２入力点１０２と同電位（－Ｅ／２〔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６１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６２の両端電圧を加えた電位となる。
　次に、図２Ｂに示す第２のモードでは、第１変換回路１の第１，３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３と、第２変換回路２の第６，８のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ８と、第３変換回路５の第１，４のスイッチＱ１１，Ｑ１４とがそれぞれオンの状態にある。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、インダクタ６１、第１のスイッチＱ１１を介して第３出力点１０５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、インダクタ６２、第４のスイッチＱ１４を介して第４出力点１０６に電気的に接続される。
　したがって、第２のモードにおいて、第１出力点１０３の電位は、第１入力点１０１の電位（Ｅ／２〔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Ｅ／４（＝Ｅ／２－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。また、第２のモードにおいて、第２出力点１０４の電位は、第２入力点１０２の電位（－Ｅ／２〔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（＝－Ｅ／２＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。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６１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６２の両端電圧を加えた電位となる。
　次に、図３Ａに示す第３のモードでは、第１変換回路１の第２，４のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４と、第２変換回路２の第５，７のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ７と、第３変換回路５の第１，４のスイッチＱ１１，Ｑ１４とがそれぞれオンの状態にある。この状態では、図３Ａに示すように、基準電位点１００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、インダクタ６１、第１のスイッチＱ１１を介して第３出力点１０５に電気的に接続される。また、基準電位点１００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、インダクタ６２、第４のスイッチＱ１４を介して第４出力点１０６に電気的に接続される。
　したがって、第３のモードにおいて、第１出力点１０３の電位は、基準電位点１００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３のモードにおいて、第２出力点１０４の電位は、基準電位点１００の電位（０〔Ｖ〕）より第２キャパシタＣ２の両端電圧（Ｅ／４〔Ｖ〕）分だけ低い電位、つまり－Ｅ／４（＝０－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。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６１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６２の両端電圧を加えた電位となる。
　次に、図３Ｂに示す第４のモードでは、第１変換回路１の第３，４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、第２変換回路２の第５，６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、第３変換回路５の第１，４のスイッチＱ１１，Ｑ１４とがそれぞれオンの状態にある。この状態では、図３Ｂに示すように、基準電位点１００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、インダクタ６１、第１のスイッチＱ１１を介して第３出力点１０５に電気的に接続される。また、基準電位点１００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、インダクタ６２、第４のスイッチＱ１４を介して第４出力点１０６に電気的に接続される。
　したがって、第１出力点１０３は基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になり、第２出力点１０４も基準電位点１００と同電位（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６１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６２の両端電圧を加えた電位となる。
　要するに、電力変換装置１０は、上記第１～４のモードを切り替えることにより、第１出力点１０３の電位、第２出力点１０４の電位を複数段階に変化させる。このとき、第１変換回路１、第２変換回路２の各々に着目すれば、第１変換回路１、第２変換回路２はそれぞれ出力電圧を３段階で切り替えている。
　つまり、第１変換回路１は、第１出力点１０３と基準電位点１００との間に発生する電圧（以下、「第１出力電圧」という）の大きさを、ゼロ、第１レベル、第２レベルの３段階で切り替えている。さらに詳しく説明すると、第１のモードでは第１出力点１０３の電位はＥ／２〔Ｖ〕であるから、第１出力電圧は第２レベルとしてのＥ／２〔Ｖ〕となる。第２のモードおよび第３のモードではいずれも第１出力点１０３の電位はＥ／４〔Ｖ〕であるから、第１出力電圧は第１レベルとしてのＥ／４〔Ｖ〕となる。第４のモードでは第１出力点１０３の電位は０〔Ｖ〕であるから、第１出力電圧はゼロ（０）〔Ｖ〕となる。
　このように、第１変換回路１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のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４のオン／オフを切り替えることにより、ゼロ、第１レベル、第２レベルの３段階の第１出力電圧を出力する。言い換えれば、第１変換回路１は、第１入力点１０１と基準電位点１００との間に印加される直流電圧を、ゼロ（０〔Ｖ〕）、第１レベル（Ｅ／４〔Ｖ〕）、第２レベル（Ｅ／２〔Ｖ〕）のいずれかの第１出力電圧に変換して出力する。なお、第１キャパシタＣ１は、第２のモードで充電され、第３のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第１～４のモードを切り替えれば、基準動作時における第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。
　第２変換回路２は、第２出力点１０４と基準電位点１００との間に発生する電圧（以下、「第２出力電圧」という）の大きさを、ゼロ、第３レベル、第４レベルの３段階で切り替えている。さらに詳しく説明すると、第１のモードでは第２出力点１０４の電位は－Ｅ／２〔Ｖ〕であるから、第２出力電圧は第４レベルとしての－Ｅ／２〔Ｖ〕となる。第２のモードおよび第３のモードではいずれも第２出力点１０４の電位は－Ｅ／４〔Ｖ〕であるから、第２出力電圧は第３レベルとしての－Ｅ／４〔Ｖ〕となる。第４のモードでは第２出力点１０４の電位は０〔Ｖ〕であるから、第２出力電圧はゼロ（０）〔Ｖ〕となる。
　このように、第２変換回路２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５～８のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８のオン／オフを切り替えることにより、ゼロ、第３レベル、第４レベルの３段階の第２出力電圧を出力する。言い換えれば、第２変換回路２は、第２入力点１０２と基準電位点１００との間に印加される直流電圧を、ゼロ（０〔Ｖ〕）、第３レベル（－Ｅ／４〔Ｖ〕）、第４レベル（－Ｅ／２〔Ｖ〕）のいずれかの第２出力電圧に変換して出力する。なお、第２キャパシタＣ２は、第２のモードで充電され、第３のモードで放電されるが、比較的高い周波数で第１～４のモードを切り替えれば、基準動作時における第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。
　さらに、上記第１～４のモードにおいては、第３変換回路５は、常に第１，４のスイッチＱ１１，Ｑ１４がオンの状態にあり、第２，３のスイッチＱ１２，Ｑ１３がオフの状態にある。したがって、第１変換回路１の第１出力点１０３は、インダクタ６１および第１のスイッチＱ１１を介して、第３出力点１０５に電気的に接続されている。第２変換回路２の第２出力点１０４は、インダクタ６２および第４のスイッチＱ１４を介して、第４出力点１０６に電気的に接続されている。
　そのため、上記第１～４のモードにおいては、電力変換装置１０は、第３出力点１０５を高電位側、第４出力点１０６を低電位側とする電圧を出力することになる。このとき、電力変換装置１０は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に出力する電圧を、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。このときの電力変換装置１０の出力は、電力変換装置１０から出力される交流電圧、つまり第３出力点１０５と第４出力点１０６との電位差に相当する電圧（以下、「第３出力電圧」という）の波形（正弦波）における正極性側の半波に相当する。
　ここにおいて、制御部９は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号により、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８のオン／オフを切り替え、上記第１～４のモードを実現する。
　さらに詳しくは、制御部９は、第４のモード、第３のモード、第２のモードを順に切り替える動作を繰り返す（第４のモード→第３のモード→第２のモード→第４のモード→第３のモード→第２のモード→第４のモード→…）。ここで、制御部９は、第３のモードと第２のモードとで時間長さを揃えることで、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。このとき、第３出力電圧は０〔Ｖ〕～Ｅ／２〔Ｖ〕の範囲で変動する。
　また、制御部９は、第２のモード、第３のモード、第１のモードを順に切り替える動作を繰り返す（第２のモード→第３のモード→第１のモード→第２のモード→第３のモード→第１のモード→第２のモード→…）。ここで、制御部９は、第３のモードと第２のモードとで時間長さを揃えることで、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。このとき、第３出力電圧はＥ／２〔Ｖ〕～Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する。
　制御部９は、ＰＷＭ信号のオンデューティ（つまり、デューティ比）を変化させながら上述した第１～４のモードの切り替えを行うことで、正弦波の半波（正極側）に近似した第３出力電圧を生じさせる。
　一方、第５～８のモードにおいては、電力変換装置１０は、第３出力電圧の波形（正弦波）における負極性側の半波に相当する動作となり、第３出力点１０５を低電位側、第４出力点１０６を高電位側とする第３出力電圧を出力する。つまり、第５～８のモードにおいては、第３変換回路５は、常に第２，３のスイッチＱ１２，Ｑ１３がオンの状態にあり、第１，４のスイッチＱ１１，Ｑ１４がオフの状態にある。
　また、第１変換回路１および第２変換回路２の動作については、第５～８のモードがそれぞれ上記第１～４のモードのいずれかと同じになる。
　すなわち、図４Ａに示す第５のモードでは、上記第４のモードと同様に、第１変換回路１の第３，４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、第２変換回路２の第５，６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とがそれぞれオンの状態にある。この状態では、図４Ａに示すように、基準電位点１００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、インダクタ６１、第３のスイッチＱ１３を介して第４出力点１０６に電気的に接続される。また、基準電位点１００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、インダクタ６２、第２のスイッチＱ１２を介して第３出力点１０５に電気的に接続される。
　したがって、第１出力点１０３は基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になり、第２出力点１０４も基準電位点１００と同電位（０〔Ｖ〕）になる。さらにこのとき、第４出力点１０６の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタ６１の両端電圧を差し引いた電位となり、第３出力点１０５の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタ６２の両端電圧を加えた電位となる。
　次に、図４Ｂに示す第６のモードでは、上記第３のモードと同様に、第１変換回路１の第２，４のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４と、第２変換回路２の第５，７のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ７とがそれぞれオンの状態にある。この状態では、図４Ｂに示すように、基準電位点１００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、インダクタ６１、第３のスイッチＱ１３を介して第４出力点１０６に電気的に接続される。また、基準電位点１００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、インダクタ６２、第２のスイッチＱ１２を介して第３出力点１０５に電気的に接続される。
　したがって、第１出力点１０３の電位はＥ／４（＝０＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となり、第２出力点１０４の電位は－Ｅ／４（＝０－Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。さらにこのとき、第４出力点１０６の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタ６１の両端電圧を差し引いた電位となり、第３出力点１０５の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタ６２の両端電圧を加えた電位となる。
　次に、図５Ａに示す第７のモードでは、上記第２のモードと同様に、第１変換回路１の第１，３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３と、第２変換回路２の第６，８のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ８とがそれぞれオンの状態にある。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、インダクタ６１、第３のスイッチＱ１３を介して第４出力点１０６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、インダクタ６２、第２のスイッチＱ１２を介して第３出力点１０５に電気的に接続される。
　したがって、第１出力点１０３の電位はＥ／４（＝Ｅ／２－Ｅ／４）〔Ｖ〕となり、第２出力点１０４の電位は－Ｅ／４（＝－Ｅ／２＋Ｅ／４）〔Ｖ〕となる。さらにこのとき、第４出力点１０６の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタ６１の両端電圧を差し引いた電位となり、第３出力点１０５の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタ６２の両端電圧を加えた電位となる。
　次に、図５Ｂに示す第８のモードでは、上記第１のモードと同様に、第１変換回路１の第１，２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、第２変換回路２の第７，８のスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とがそれぞれオンの状態にある。この状態では、図５Ｂに示すように、第１入力点１０１は、第１のスイッチング素子Ｑ１、第２のスイッチング素子Ｑ２、インダクタ６１、第３のスイッチＱ１３を介して第４出力点１０６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、インダクタ６２、第２のスイッチＱ１２を介して第３出力点１０５に電気的に接続される。
　したがって、第１出力点１０３は第１入力点１０１と同電位（Ｅ／２〔Ｖ〕）になり、第２出力点１０４は第２入力点１０２と同電位（－Ｅ／２〔Ｖ〕）になる。さらにこのとき、第４出力点１０６の電位は、第１出力点１０３の電位からインダクタ６１の両端電圧を差し引いた電位となり、第３出力点１０５の電位は、第２出力点１０４の電位にインダクタ６２の両端電圧を加えた電位となる。
　そのため、上記第５～８のモードにおいては、電力変換装置１０は、第２出力点１０４と第１出力点１０３との間に出力する電圧を、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。このときの電力変換装置１０の出力は、電力変換装置１０から出力される交流電圧、つまり第３出力点１０５と第４出力点１０６との電位差に相当する電圧（第３出力電圧）の波形（正弦波）における負極性側の半波に相当する。
　ここにおいて、制御部９は、ＰＷＭ信号により、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８をオン／オフを切り替え、上記第５～８のモードを実現する。さらに詳しくは、制御部９は、第５のモード、第７のモード、第６のモードを順に切り替える動作を繰り返す（第５のモード→第７のモード→第６のモード→第５のモード→第７のモード→第６のモード→第５のモード→…）。ここで、制御部９は、第７のモードと第６のモードとで時間長さを揃えることで、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。このとき、第３出力電圧は０〔Ｖ〕～－Ｅ／２〔Ｖ〕の範囲で変動する。
　また、制御部９は、第６のモード、第７のモード、第８のモードを順に切り替える（第６のモード→第７のモード→第８のモード→第６のモード→第７のモード→第８のモード→第６のモード→…）。ここで、制御部９は、第７のモードと第６のモードとで時間長さを揃えることで、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。このとき、第３出力電圧は－Ｅ／２〔Ｖ〕～－Ｅ〔Ｖ〕の範囲で変動する。
　制御部９は、ＰＷＭ信号のオンデューティを変化させながら上述した第５～８のモードの切り替えを行うことで、正弦波の半波（負極側）に近似した第３出力電圧を生じさせる。
　したがって、本実施形態の電力変換装置１０は、上述した第１～４のモードでの動作と、第５～８のモードでの動作とを交互に繰り返すことにより、正弦波状に近似した波形の第３出力電圧を出力することができる。このとき、厳密には、第３出力電圧は、Ｅ〔Ｖ〕、Ｅ／２〔Ｖ〕、０〔Ｖ〕、－Ｅ／２〔Ｖ〕、－Ｅ〔Ｖ〕の５段階で切り替わることになる。
　以上説明した動作により、本実施形態の電力変換装置１０は、基本動作時に第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧は、Ｅ／４〔Ｖ〕以下に抑えられる。
　＜電圧調整回路の構成＞
　本実施形態においては、電圧調整回路３は、図６に示すように、抵抗３１と、第１の調整スイッチ（第１のスイッチ要素）３２と、第２の調整スイッチ（第２のスイッチ要素）３３とを備えている。
　抵抗３１と第１の調整スイッチ３２とは、直流電源４の高電位側の出力端と、第１入力点１０１との間に電気的に直列に接続されている。第２の調整スイッチ３３は、直流電源４の高電位側の出力端と、第１入力点１０１との間において、抵抗３１および第１の調整スイッチ３２の直列回路と電気的に並列に接続されている。第１の調整スイッチ３２および第２の調整スイッチ３３は、制御部９によって制御され、個別にオン／オフが切り替わる。
　この電圧調整回路３は、第１の調整スイッチ３２がオン、第２の調整スイッチ３３がオフの状態で、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４を直流電源４に対し抵抗３１を介して電気的に接続する。このとき、抵抗３１の抵抗値、および第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４の容量値で決まる時定数により、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４の各両端電圧は、直流電源４の投入時点から時間経過に伴って徐々に大きくなる。言い換えれば、電圧調整回路３は、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧の大きさを、時間経過に伴って徐々に大きくするように調整する。
　一方、第１の調整スイッチ３２がオフ、第２の調整スイッチ３３がオンの状態では、電圧調整回路３は、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４を直流電源４に対して直接接続する。
　詳しくは後述するが、制御部９は、始動期間Ｔ１には第１の調整スイッチ３２をオン、第２の調整スイッチ３３をオフとし、通常期間Ｔ２（図１０参照）には第１の調整スイッチ３２をオフ、第２の調整スイッチ３３をオンとする。ここで、始動期間Ｔ１は、直流電源４の投入から、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４の充電が完了するまでの期間であってもよい。
　なお、言うまでも無く、抵抗３１と第１の調整スイッチ３２は、直流電源４の高電位側の出力端と第１入力点１０１との間に電気的に直列に接続される代わりに、直流電源４の低電位側の出力端と第２入力点１０２との間に電気的に直列に接続されてもよい。
　＜電力変換装置の始動動作＞
　ここでいう電力変換装置１０の始動動作とは、直流電源４より電力の供給が開始した時点から、始動期間Ｔ１が経過し基本動作に移行して通常期間Ｔ２が開始するまでの電力変換装置１０の動作である。なお、直流電源４が太陽光発電装置であれば、太陽光発電装置の出力が規定値以下では電力変換装置１０は動作を停止しており、太陽光発電装置の出力が規定値を超えると直流電源４より電力の供給が開始して電力変換装置１０が始動動作を開始する。
　本実施形態に係る電力変換装置１０は、電圧調整回路３を備え、直流電源４の投入直後の始動期間Ｔ１に第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧を徐々に大きくして、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧を低く抑えている。そのため、この電力変換装置１０によれば、スイッチング素子（Ｑ１～Ｑ８）の耐圧を下げることができる、という利点がある。
　第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧が低く抑えられる理由について説明するため、以下では、図７に示すように電圧調整回路がない電力変換装置３０を比較例として挙げて説明する。
　比較例の電力変換装置３０は、図７に示すように電圧調整回路がなく、直流電源４の両端が直接、第１入力点１０１、第２入力点１０２に接続されている。さらに、この電力変換装置３０は、第１出力点１０３と第３変換回路５との間のインダクタ６１（図１参照）、第２出力点１０４と第３変換回路５との間のインダクタ６２（図１参照）に代えて、一対のインダクタ６３，６４を備えている。一方のインダクタ６３は、第３出力点１０５と系統電源８との間に電気的に接続され、他方のインダクタ６４は、第４出力点１０６と系統電源８との間に電気的に接続されている。なお、図７では制御部の図示を省略している。
　ところで、第１変換回路１と第２変換回路２とでは、上述したように基本的には同様の構成を採用しているため、以下では、図８に示すように第１変換回路１に着目して、電力変換装置１０の始動動作について説明する。
　ただし、第１キャパシタＣ１を第２キャパシタＣ２に読み替え、第１～４のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を第５～８のスイッチング素子Ｑ５～Ｑ８に読み替えれば、第２変換回路２についても同様のことがいえる。ここで、第１のスイッチング素子Ｑ１は第８のスイッチング素子Ｑ８、第２のスイッチング素子Ｑ２は第７のスイッチング素子Ｑ７にそれぞれ読み替えられる。第３のスイッチング素子Ｑ３は第６のスイッチング素子Ｑ６、第４のスイッチング素子Ｑ４は第５のスイッチング素子Ｑ５にそれぞれ読み替えられる。
　なお、以下では、図８に示すように第３キャパシタＣ３の両端電圧を「Ｖ０」、第１キャパシタＣ１の両端電圧を「Ｖ１」、第２のスイッチング素子Ｑ２の両端電圧を「Ｖ２」、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧を「Ｖ３」とする。
　まず、比較例の電力変換装置３０について説明する。電力変換装置３０は、始動時点では第１キャパシタＣ１が充電されていないため、第２のモードあるいは第７のモードで第１キャパシタＣ１を充電する必要がある。しかし、第２のモードおよび第７のモードでは、第１変換回路１の第１，３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３と、第２変換回路２の第６，８のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ８とがそれぞれオンの状態にある。
　そのため、第２，７のモードの各々では、第１，３のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に掛かる電圧は略０〔Ｖ〕となり、第２のスイッチング素子Ｑ２の両端電圧Ｖ２は第１キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１と等しくなる（Ｖ２＝Ｖ１）。さらに、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３は、第３キャパシタＣ３の両端電圧Ｖ０から、第１キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１を差し引いた電圧となる（Ｖ３＝Ｖ０－Ｖ１）。ここで、第３キャパシタＣ３の両端電圧Ｖ０は、直流電源４の出力電圧Ｅ〔Ｖ〕を第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４で分圧した電圧（Ｅ／２〔Ｖ〕）であるから、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３はＥ／２〔Ｖ〕－Ｖ１となる。
　したがって、電力変換装置３０の始動動作においては、第１キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１、第２のスイッチング素子Ｑ２の両端電圧Ｖ２、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３は図９に示すようになる。つまり、比較例の電力変換装置３０においては、始動動作において、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３がＥ／２〔Ｖ〕になる。なお、図９では、横軸を時間軸とし、縦軸に電圧を表している。
　一方、本実施形態に係る電力変換装置１０においても、第２，７の各モードでは比較例と同様に、第２のスイッチング素子Ｑ２の両端電圧Ｖ２は第１キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１と等しくなる（Ｖ２＝Ｖ１）。また、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３は、第３キャパシタＣ３の両端電圧Ｖ０から、第１キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１を差し引いた電圧となる（Ｖ３＝Ｖ０－Ｖ１）。
　ただし、本実施形態に係る電力変換装置１０は、電圧調整回路３を備え、直流電源４の投入直後の始動期間Ｔ１に第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧を徐々に大きくしている。そのため、図１０に示すように、第３キャパシタＣ３の両端電圧Ｖ０は時間経過に伴って徐々に大きくなる。なお、図１０では、横軸を時間軸とし、縦軸に電圧を表している。
　したがって、電力変換装置１０の始動動作においては、第１キャパシタＣ１の両端電圧Ｖ１、第２のスイッチング素子Ｑ２の両端電圧Ｖ２、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３は図１０に示すようになる。つまり、本実施形態の電力変換装置１０においては、始動動作においても、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３はＥ／４〔Ｖ〕以下に抑えられる。
　ところで、本実施形態の電力変換装置１０は、始動期間Ｔ１においては、第３変換回路５が、第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４のうち少なくとも２つのスイッチがオンして第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に電流経路を形成するように構成されている。ここでいう電流経路は、インダクタ６１，６２を含む電流経路である。具体的には、第３変換回路５は、始動期間Ｔ１において、第１，２のスイッチＱ１１，Ｑ１２の組と、第３，４のスイッチＱ１３，Ｑ１４の組との少なくとも一方の組をオンにする。第３変換回路５は、両方の組（つまり第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４全て）をオンにしてもよい。
　つまり、電力変換装置１０は、始動期間Ｔ１においては、完全な第１～８のモードで動作するのではなく、第１変換回路１および第２変換回路２についてのみ第１～８のモードで動作する。そして、このとき第３変換回路５は、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間にインダクタ６１，６２を含む電流経路を形成する。電力変換装置１０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。
　したがって、電力変換装置１０は、第３出力点１０５および第４出力点１０６が系統電源８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。
　また、解列器７を含むパワーコンディショナ２０においては、始動期間Ｔ１に解列器７を開放することによって、第１出力点１０３および第２出力点１０４を系統電源８から切り離している。そのため、電力変換装置１０の始動期間Ｔ１には、系統電源８からの電圧が第１変換回路１および第２変換回路２に印加されることない。
　なお、電力変換装置１０は、始動期間Ｔ１において、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２を充電できればよいので、第２のモードあるいは第７のモードのみで動作することは必須でない。つまり、電力変換装置１０は、始動期間Ｔ１であっても通常期間Ｔ２と同様に、上述した第１～８のモードを切り替えるように動作する構成であってもよい。
　＜効果＞
　以上説明した本実施形態の電力変換装置１０によれば、電圧調整回路３を備えることにより、直流電源４の投入直後の始動期間Ｔ１において、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧は徐々に大きくなる。そのため、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が規定電圧に充電されるまでは、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧が低く抑えられることになるので、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧は低く抑えられる。したがって、電力変換装置１０は、定常動作を行う通常期間Ｔ２だけでなく、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２が充電されていない始動期間Ｔ１においても、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々への印加電圧をＥ／４〔Ｖ〕以下に抑えられる。その結果、スイッチング素子（Ｑ１～Ｑ８）の耐圧を下げることができる、という利点がある。なお、ここでいう定常動作とは、始動期間Ｔ１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が規定電圧に充電された後の電力変換装置１０の動作であって、上述した基本動作と同義である。
　また、電力変換装置１０は、本実施形態のように第３変換回路５と、インダクタ（インダクタ６１，６２の少なくとも一方）とを備えることが好ましい。第３変換回路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、フルブリッジ接続された第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４を有し、第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に生じる電圧を交流電圧に変換して出力する。上記インダクタは、第１出力点１０３および第２出力点１０４の少なくとも一方と第３変換回路５との間に電気的に接続される。この場合、第３変換回路５は、始動期間Ｔ１には、第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４のうち少なくとも２つのスイッチがオンして第１出力点１０３と第２出力点１０４との間に上記インダクタを含む電流経路を形成するように構成される。
　この構成によれば、電力変換装置１０は、第１出力点１０３および第２出力点１０４が系統電源８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。しかも、第１キャパシタＣ１および第２キャパシタＣ２の充電経路にはインダクタ６１，６２が含まれているので、過電流が流れることを防止できる。
　また、電力変換装置１０は、本実施形態のように、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に電気的に直列に接続された第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４をさらに備えることが好ましい。この場合、基準電位点１００は、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４との接続点である。
　この構成によれば、第１入力点１０１と第２入力点１０２との間に単一の直流電源４が接続されれば、第１変換回路１と第２変換回路２との各々には、第３キャパシタＣ３と第４キャパシタＣ４とで分圧された電圧をそれぞれ印加することができる。
　また、電力変換装置１０の電圧調整回路３は、本実施形態のように、抵抗３１と、第１の調整スイッチ（第１のスイッチ要素）３２と、第２の調整スイッチ（第２のスイッチ要素）３３とを備えることが好ましい。この場合、抵抗３１と第１の調整スイッチ３２とは、直流電源４の高電位側の出力端と第１入力点１０１との間、または直流電源４の低電位側の出力端と第２入力点１０２との間に電気的に直列に接続される。第２の調整スイッチ３３は、抵抗３１および第１の調整スイッチ３２の直列回路と電気的に並列に接続される。この場合、電力変換装置１０は、さらに第１の調整スイッチ３２および第２の調整スイッチ３３のオン／オフを個別に制御する制御部９を備える。制御部９は、始動期間Ｔ１には第１の調整スイッチ３２をオン、第２の調整スイッチ３３をオフとし、始動期間Ｔ１以降は第１の調整スイッチ３２をオフ、第２の調整スイッチ３３をオンとするように構成されている。
　この構成によれば、始動期間Ｔ１において、第１の調整スイッチ３２がオンとされ、第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４が抵抗３１を介して直流電源４に電気的に接続される。そのため、簡素な回路構成でありながらも、抵抗３１の抵抗値、および第３キャパシタＣ３および第４キャパシタＣ４の容量値で決まる時定数により、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧の大きさが徐々に大きくなる。
　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７を開放（解列）することにより、第１変換回路１および第２変換回路２と系統電源８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、始動期間Ｔ１には解列器７を開放することで、系統電源８から第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に電圧が掛かることはなく、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８の各々に印加される電圧を低く抑えられる。
　（実施形態２）
　本実施形態に係る電力変換装置１０は、図１１に示すように、電圧調整回路３Ａの構成が実施形態１の電圧調整回路３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。
　本実施形態において、電圧調整回路３Ａは降圧チョッパ回路で構成されており、図１１に示すように、スイッチ素子３４と、ダイオード３５と、インダクタ３６と、ダイオード３７とを有している。ここでは、スイッチ素子３４はデプレッション型のｎチャネルＭＯＳＦＥＴであって、ダイオード３７はスイッチ素子３４の寄生ダイオードである。
　スイッチ素子３４とダイオード３５とは、スイッチ素子３４が高電位側となるように、直流電源４の両端間に電気的に直列に接続されている。ダイオード３５は、アノードが直流電源４の低電位側に接続され、カソードがスイッチ素子３４のソースに接続されている。インダクタ３６は、スイッチ素子３４のソースと第１入力点１０１との間に電気的に接続されている。
　上記構成の電圧調整回路３Ａは、始動期間Ｔ１にスイッチ素子３４のデューティ比を徐々に変化させることにより、第１変換回路１および第２変換回路２への印加電圧を時間経過に伴って徐々に大きくする。ここで、電圧調整回路３Ａの制御としては、始動期間Ｔ１において、第４のスイッチング素子Ｑ４の両端電圧Ｖ３（図８参照）がＥ／４〔Ｖ〕を超えないような制御を採用することが好ましい。
　本実施形態の構成によれば、直流電源４からの直流電圧の大きさを変化させるためのＤＣ／ＤＣコンバータを、電圧調整回路３Ａとして利用できる。
　その他の構成および機能は実施形態１と同様である。
　なお、上記各実施形態において、第１～８のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ８、第１～４のスイッチＱ１１～Ｑ１４、スイッチ素子３４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。

Claims (5)

  1. 　直流電源の高電位側にある第１入力点と、基準電位点との間に電気的に接続された第１変換回路と、
    　前記直流電源の低電位側にある第２入力点と、前記基準電位点との間に電気的に接続された第２変換回路と、
    　前記第１変換回路および前記第２変換回路への印加電圧の大きさを調整する電圧調整回路とを備え、
    　前記第１変換回路は、前記第１入力点と前記基準電位点との間において、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、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第１出力点として、当該第１出力点と前記基準電位点との間に発生する電圧の大きさをゼロ、第１レベル、第２レベルの３段階で切り替え、
    　前記第２変換回路は、前記基準電位点と前記第２入力点との間において、前記基準電位点側から第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、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第２出力点として、前記基準電位点と当該第２出力点との間に発生する電圧の大きさをゼロ、第３レベル、第４レベルの３段階で切り替え、
    　前記電圧調整回路は、前記直流電源より電力の供給が開始してから前記第１キャパシタおよび前記第２キャパシタが規定電圧に充電されるまでの始動期間において、前記印加電圧の大きさを時間経過に伴って徐々に大きくす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。
  2. 　前記第１出力点と前記第２出力点との間に電気的に接続され、フルブリッジ接続された第１～４のスイッチを有し、前記第１出力点と前記第２出力点との間に生じる電圧を交流電圧に変換して出力する第３変換回路と、
    　前記第１出力点および前記第２出力点の少なくとも一方と前記第３変換回路との間に電気的に接続されたインダクタとを備え、
    　前記第３変換回路は、前記始動期間には、前記第１～４のスイッチのうち少なくとも２つのスイッチがオンして前記第１出力点と前記第２出力点との間に前記インダクタを含む電流経路を形成するように構成されている
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記第１入力点と前記第２入力点との間に電気的に直列に接続された第３キャパシタおよび第４キャパシタをさらに備え、
    　前記基準電位点は、前記第３キャパシタと前記第４キャパシタとの接続点である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記電圧調整回路は、抵抗と、第１の調整スイッチと、第２の調整スイッチとを備え、
    　前記抵抗と前記第１の調整スイッチとは、前記直流電源の高電位側の出力端と前記第１入力点との間、または前記直流電源の低電位側の出力端と前記第２入力点との間に電気的に直列に接続され、
    　前記第２の調整スイッチは、前記抵抗および前記第１の調整スイッチの直列回路と電気的に並列に接続され、
    　当該電力変換装置は、さらに前記第１の調整スイッチおよび前記第２の調整スイッチのオン／オフを個別に制御する制御部を備え、
    　前記制御部は、前記始動期間には前記第１の調整スイッチをオン、前記第２の調整スイッチをオフとし、前記始動期間以降は前記第１の調整スイッチをオフ、前記第２の調整スイッチをオンと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。
  5. 　請求項１～４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、
    　前記解列器は、前記始動期間には開放されることによって前記第１出力点および前記第２出力点を前記系統電源から切り離すように構成されている
    　ことを特徴とするパワーコンディショナ。
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