WO2024029198A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2024029198A1
WO2024029198A1 PCT/JP2023/021519 JP2023021519W WO2024029198A1 WO 2024029198 A1 WO2024029198 A1 WO 2024029198A1 JP 2023021519 W JP2023021519 W JP 2023021519W WO 2024029198 A1 WO2024029198 A1 WO 2024029198A1
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WO
WIPO (PCT)
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phase
capacitor
switching
switching element
primary winding
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/021519
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English (en)
French (fr)
Inventor
テックチャン ゴー
恭祐 種村
修二 戸村
Original Assignee
株式会社豊田中央研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社豊田中央研究所 filed Critical 株式会社豊田中央研究所
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, and particularly to a device that performs power transmission by switching.
  • V2G Vehicle to Grid
  • a power conversion device is used that adjusts the power output from the battery and supplies it to the power grid, or adjusts the power supplied from the power grid and outputs it to the battery.
  • V2H Vehicle to Home
  • a power conversion device is used in the power path between the battery and the electrical equipment. Power converters include AC/DC power converters that convert AC power to DC power or DC power to AC power, and DC/DC power converters that convert the level of DC voltage.
  • Patent Document 1 describes an isolated power converter circuit system.
  • two conversion circuits switching circuits
  • the transformer is used as a reactor for boosting or lowering the voltage. That is, the inductance appearing in the winding of the transformer is used for boosting or lowering the voltage.
  • the conversion circuit described in Patent Document 1 uses two arms, that is, a right arm and a left arm connected in parallel.
  • the arm refers to a circuit unit including two switching elements connected in series.
  • a winding of the transformer is connected between a connection point between two switching elements on one of the two arms and a connection point between two switching elements on the other arm.
  • Non-Patent Document 1 there is a device with three arms connected in parallel.
  • the connection point of the two switching elements in each arm constitutes a three-phase AC terminal, and the three-phase transformer winding is connected to the three-phase AC terminal.
  • An object of the present invention is to downsize a power conversion device.
  • the present invention provides a plurality of primary windings provided corresponding to a plurality of secondary windings, the plurality of primary windings each coupled to the corresponding secondary winding, and both ends of each of the primary windings.
  • a switching circuit to which at least one of the secondary windings is connected and a load/power supply circuit is connected to a pair of terminals, the switching circuit performs switching according to the voltage applied to each of the secondary windings, a switching circuit that converts an alternating current voltage appearing in the voltage into a direct current voltage and outputs the converted voltage to the load/power supply circuit; and a capacitor arm having both ends connected to the pair of terminals, the first capacitor and the second capacitor being connected in series.
  • each reactor having a tap of the corresponding primary winding, the first capacitor, and the second capacitor.
  • a plurality of reactors connected between the connection points of the plurality of primary windings, the plurality of reactors connected between each of the primary windings, the switching circuit, the first capacitor, and each of the reactors to the tap of each of the primary windings.
  • a current flows through the current path due to the switching, charges and discharges the first capacitor, and passes from the tap of each primary winding to the reactor corresponding to each primary winding, the second capacitor, and the switching circuit.
  • a current flows through the plurality of current paths leading to each of the primary windings due to the switching, the second capacitor is charged and discharged, and the voltage between the terminals of the capacitor arm and the current flowing to the load/power supply circuit are It is characterized in that it is controlled by the switching.
  • the switching circuit includes a plurality of switching arms corresponding to the plurality of primary windings, each switching arm including two switching elements connected in series; A connection point between the two switching elements in each of the switching arms constitutes a delta connection port for a plurality of phases of alternating voltage, and the plurality of primary windings are connected to the delta connection port.
  • the switching circuit includes a plurality of switching arms corresponding to the plurality of primary windings, each switching arm including two switching elements connected in series, each switching arm having a plurality of switching arms corresponding to the plurality of primary windings.
  • One end of the primary winding corresponding to each switching arm is connected to a connection point between the two switching elements in the switching arm, and the other end of each primary winding is commonly connected.
  • the present invention provides a U-phase switching arm including a first switching element and a second switching element connected in series, a V-phase switching arm including a third switching element and a fourth switching element connected in series, a W-phase switching arm comprising a fifth switching element and a sixth switching element connected in series; and a UV-phase primary winding coupled to the a-phase secondary winding, the first switching element and the second switching element a UV phase primary winding provided between the connection point of the third switching element and the fourth switching element, and a VW phase primary winding coupled to the b-phase secondary winding, A VW phase primary winding provided between a connection point between the third switching element and the fourth switching element and a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element, and a C phase secondary winding.
  • a WU phase primary winding to be coupled the WU phase primary winding being provided between a connection point between the fifth switching element and the sixth switching element and a connection point between the first switching element and the second switching element.
  • a capacitor arm comprising a primary winding, a first capacitor and a second capacitor connected in series, a tap of the UV phase primary winding, and a connection point of the first capacitor and the second capacitor.
  • a B-phase reactor provided between a tap of the VW-phase primary winding, a connection point of the first capacitor and the second capacitor, and a tap of the WU-phase primary winding; , a c-phase reactor provided between a connection point of the first capacitor and the second capacitor,
  • the U-phase switching arm, the V-phase switching arm, the W-phase switching arm, and the capacitor arm are connected in parallel.
  • the present invention provides a U-phase switching arm including a first switching element and a second switching element connected in series, a V-phase switching arm including a third switching element and a fourth switching element connected in series, a W-phase switching arm including a fifth switching element and a sixth switching element connected in series, and a U-phase primary winding coupled to an a-phase secondary winding, the first switching element and the second switching element a U-phase primary winding having one end connected to the connection point of the third switching element and the fourth switching element; and a V-phase primary winding coupled to the b-phase secondary winding, one end of which is connected to the connection point of the third switching element and the fourth switching element.
  • a W-phase primary winding coupled to the connected VW-phase primary winding and the C-phase secondary winding, one end of which is connected to the connection point of the fifth switching element and the sixth switching element.
  • a capacitor arm provided between a winding, a first capacitor and a second capacitor connected in series, a tap of the U-phase primary winding, and a connection point of the first capacitor and the second capacitor.
  • a B-phase reactor provided between a tap of the V-phase primary winding, a connection point of the first capacitor and the second capacitor, and a tap of the W-phase primary winding; a c-phase reactor provided between a connection point of the first capacitor and the second capacitor, and a c-phase reactor provided for each of the U-phase primary winding, the V-phase primary winding, and the W-phase primary winding.
  • the other ends are commonly connected, and the U-phase switching arm, the V-phase switching arm, the W-phase switching arm, and the capacitor arm are connected in parallel.
  • the first switching element and the second switching element are alternately turned on and off
  • the third switching element and the fourth switching element are alternately turned on and off
  • the fifth switching element and the sixth switching element are alternately turned on and off.
  • the voltage applied to the a-phase secondary winding changes in the order of positive, positive, 0, negative, negative, and 0 in one cycle
  • the voltage applied to the b-phase secondary winding is
  • the voltage applied to the c-phase secondary winding changes in the order of negative, 0, positive, positive, 0, negative in one cycle
  • the voltage applied to the c-phase secondary winding changes in the order of negative, negative, negative, 0, positive, positive in one cycle.
  • the on/off state of the first switching element, the on/off state of the third switching element, and the on/off state of the fifth switching element are (on, off, on), (on, off, off). ), (on, on, off), (off, on, off), (off, on, on), (off, off, on).
  • the power conversion device can be downsized.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a power conversion system according to a first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the state of each switching element and the voltage appearing across each secondary winding.
  • FIG. 3 is a diagram showing currents flowing through an a-phase secondary winding and a UV-phase primary winding.
  • FIG. 3 is a diagram showing currents flowing through an a-phase secondary winding and a UV-phase primary winding.
  • FIG. 3 is a diagram showing currents flowing through an a-phase secondary winding and a UV-phase primary winding.
  • FIG. 3 is a diagram showing currents flowing through an a-phase secondary winding and a UV-phase primary winding.
  • FIG. 3 is a diagram showing currents flowing through an a-phase secondary winding and a UV-phase primary winding.
  • FIG. 3 is a diagram showing a load current, a first capacitor current, and a second capacitor current.
  • FIG. 3 is a diagram showing a load current, a first capacitor current, and a second capacitor current.
  • FIG. 3 is a diagram showing a load current, a first capacitor current, and a second capacitor current.
  • FIG. 3 is a diagram showing a load current, a first capacitor current, and a second capacitor current.
  • FIG. 3 is a diagram showing a load current, a first capacitor current, and a second capacitor current.
  • FIG. 3 is a diagram showing an operation focusing on charging and discharging a capacitor.
  • FIG. 3 is a diagram showing an operation focusing on charging and discharging a capacitor.
  • FIG. 3 is a diagram showing an operation focusing on charging and discharging a capacitor.
  • FIG. 3 is a diagram showing the state of each switching element in each period and whether the voltage appearing in each phase reactor is positive, 0, or negative. It is a figure showing the simulation result of a power conversion system. 7 is a diagram showing the states of an upper capacitor Cu, a lower capacitor Cd, a current Icc, a current ILa, a current ILb, and a current ILc in each period.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a power conversion system in which each primary winding of a capacitor split type power conversion device is Y-connected to each switching arm.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a 1-port/2-port power conversion system according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows the configuration of a power conversion system 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the power conversion system 100 includes a capacitor split type power conversion device 10 and a power conversion device 40.
  • the capacitor split type power converter 10 includes a U-phase switching arm 12U, a V-phase switching arm 12V, a W-phase switching arm 12W, a capacitor arm 14C, a UV-phase primary winding 18uv, a VW-phase primary winding 18vw, and a WU-phase primary winding. 18wu, an a-phase reactor La, a b-phase reactor Lb, a c-phase reactor Lc, a positive terminal 16p, and a negative terminal 16n.
  • the U-phase switching arm 12U includes switching elements S1 and S2 (a first switching element and a second switching element) connected in series.
  • the V-phase switching arm 12V includes switching elements S3 and S4 (a third switching element and a fourth switching element) connected in series.
  • the W-phase switching arm 12W includes switching elements S5 and S6 (a fifth switching element and a sixth switching element) connected in series.
  • the capacitor arm 14C includes an upper capacitor Cu and a lower capacitor Cd (a first capacitor and a second capacitor) connected in series.
  • the U-phase switching arm 12U, the V-phase switching arm 12V, the W-phase switching arm 12W, and the capacitor arm 14C are connected in parallel.
  • the terminal (upper terminal) of the switching element S1 opposite to the switching element S2, the terminal (upper terminal) of the switching element S3 opposite to the switching element S4, and the switching element S6 of the switching element S5. is connected to the opposite terminal (upper terminal). Furthermore, a terminal (lower terminal) of switching element S2 opposite to switching element S1 (lower terminal), a terminal (lower terminal) of switching element S4 opposite to switching element S3, and a switching element of switching element S6 The terminal on the opposite side to S5 (lower terminal) is connected.
  • the upper parallel connection point and the lower parallel connection point of the U-phase switching arm 12U, the V-phase switching arm 12V, the W-phase switching arm 12W, and the capacitor arm 14C are connected to a positive terminal 16p and a negative terminal 16n, respectively. .
  • An IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFETs Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • each switching element includes a diode.
  • an IGBT is used as a switching element, an anode terminal is connected to an emitter terminal, and a cathode terminal is connected to a collector terminal.
  • a MOSFET is used as a switching element, an anode terminal is connected to a source terminal, and a cathode terminal is connected to a drain terminal.
  • each switching element includes a diode, the definition of series connection of switching elements, and the definition of parallel connection of switching arms, the same applies to other switching elements explained below. The same is true.
  • a UV phase primary winding 18uv is connected between the connection point of switching elements S1 and S2 and the connection point of switching elements S3 and S4.
  • An a-phase reactor La is connected between a tap located at a midpoint of the conducting wire constituting the UV-phase primary winding 18uv and a connection point between the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd. This tap may be a center tap at the midpoint of the conductors that make up the UV phase primary winding 18uv.
  • a VW phase primary winding 18vw is connected between the connection point of switching elements S3 and S4 and the connection point of switching elements S5 and S6.
  • a b-phase reactor Lb is connected between a tap located at a midpoint of the conducting wire constituting the VW-phase primary winding 18vw and a connection point between the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd. This tap may be a center tap located at the midpoint of the conductor forming the VW phase primary winding 18vw.
  • a WU phase primary winding 18wu is connected between the connection point of switching elements S5 and S6 and the connection point of switching elements S1 and S2.
  • a c-phase reactor Lc is connected between a tap located at a midpoint of the conducting wire constituting the WU-phase primary winding 18wu and a connection point between the upper capacitor CU and the lower capacitor CL. This tap may be a center tap located at the midpoint of the conductor forming the WU phase primary winding 18wu.
  • the power converter 10 includes an ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ , a ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ , a ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ , a capacitor C0, an a-phase secondary winding 20a, a b-phase secondary winding 20b, a c-phase secondary winding 20c, and a positive terminal. 30p and a negative terminal 30n.
  • the ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ includes switching elements S7 and S8 connected in series.
  • the ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ includes switching elements S9 and S10 connected in series, and the ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ includes switching elements S11 and S12 connected in series.
  • the U-phase switching arm 12U, the V-phase switching arm 12V, and the W-phase switching arm 12W may be referred to as switching arms 12U, 12V, and 12W, respectively.
  • the ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ , the ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ , and the ⁇ -phase switching arm 22 ⁇ may be referred to as switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ , and 22 ⁇ , respectively.
  • the switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ and 22 ⁇ are connected in parallel.
  • a capacitor C0 is connected in parallel to the switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ and 22 ⁇ . That is, a capacitor C0 is connected between two parallel connection points of switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ , and 22 ⁇ .
  • the upper parallel connection point of the switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ , 22 ⁇ and the capacitor C0 is connected to the positive terminal 30p, and the lower parallel connection point of the switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ , 22 ⁇ and the capacitor C0 is connected to the negative terminal 30n. .
  • An a-phase secondary winding 22a is connected between the connection point between switching elements S7 and S8 and the connection point between switching elements S9 and S10.
  • a b-phase secondary winding 22b is connected between the connection point between switching elements S9 and S10 and the connection point between switching elements S11 and S12.
  • a c-phase secondary winding 22c is connected between a connection point between switching elements S11 and S12 and a connection point between switching elements S7 and S8.
  • the a-phase secondary winding 20a is coupled to the UV-phase primary winding 18uv, and forms a transformer Ta together with the UV-phase primary winding 18.
  • the b-phase secondary winding 20b is coupled to the VW-phase primary winding 18vw, and forms a transformer Tb together with the VW-phase primary winding 18vw.
  • the c-phase secondary winding 20c is coupled to the WU-phase primary winding 18wu, and forms a transformer Tc together with the WU-phase primary winding 18wu.
  • the two switching elements provided in each of the switching arms 12U, 12V, 12W, 22 ⁇ , 22 ⁇ , and 22 ⁇ are alternately turned on and off.
  • the switching element S1 included in the switching arm 12U is switched from on to off
  • the switching element S2 is switched from off to on.
  • the switching element S1 is switched from off to on
  • the switching element S2 is switched from on to off.
  • the other switching arms 12V, 12W, 22 ⁇ , 22 ⁇ and 22 ⁇ That is, in FIG. 1, the switching elements drawn on the upper side and the switching elements drawn on the lower side of one switching arm are alternately turned on and off.
  • the capacitor split type power conversion device 10 and the power conversion device 40 are electrically isolated by transformers Ta, Tb, and Tc. As a result, when one of the capacitor split type power converter 10 and the power converter 40 is installed in a device operated by a user, the insulation design of the device becomes easy.
  • FIG. 2 shows the relationship between the state of each switching element and the voltage appearing across each secondary winding.
  • the switching states of the upper switching elements S7, S9, and S11 included in the power converter 40 are shown as on or off.
  • the code "1" shown in FIG. 2 means that the switching element is turned on, and the code "0" means that the switching element is turned off.
  • a switching state is repeated in which one cycle includes periods t1 to t6.
  • the lengths of periods t1, t3 and t5 may be the same. Further, the lengths of periods t2, t4, and t6 may be the same.
  • the switching element S1 turns on, on, on, off, off, and off in the period t1 to t6 in this order.
  • the switching element S3 turns off, off, on, on, on, and off in this order during the period t1 to t6.
  • the switching element S5 turns on, off, off, off, on, and on in the period t1 to t6 in this order.
  • the switching phase of switching element S3 lags behind switching element S1 by one-third period.
  • the switching phase of switching element S5 is delayed by one-third period with respect to switching element S3, and the switching phase of switching element S1 is delayed by one-third period with respect to switching element S5.
  • Switching elements S7, S9 and S11 perform switching in synchronization with switching elements S1, S3 and S5, respectively, and are in the same switching state.
  • the three columns on the right side of FIG. 2 show the voltage vta appearing across the a-phase secondary winding 20a, the voltage vtb appearing across the b-phase secondary winding 20b, and the voltage vtb appearing across the c-phase secondary winding 20c for the period t1 to t6. It is shown whether the voltage vtc appearing at is positive, 0, or negative. The code “0" indicates that the voltage is zero. The signs "+” and "-" indicate that the voltage is positive and negative, respectively. Voltage vtb lags voltage vta by one-third period. Voltage vtc lags voltage vtb by one-third period, and voltage vta lags voltage vtc by one-third period.
  • the voltage vta becomes positive, positive, 0, negative, negative, and 0 in the period t1 to t6 in this order.
  • the voltage vtb becomes negative, 0, positive, positive, 0, and negative in order from period t1 to t6.
  • the voltage vtc becomes 0, negative, negative, 0, positive, and positive in the period t1 to t6 in this order.
  • the voltage applied to the a-phase secondary winding 20a changes in the order of positive, positive, 0, negative, negative, 0, and the voltage applied to the b-phase secondary winding 20b changes from negative to 0.
  • the voltage applied to the c-phase secondary winding 20c changes in the order of 0, negative, negative, 0, positive, positive.
  • the switching state of the element changes as follows.
  • the on/off state of switching element S1, the on/off state of switching element S3, and the on/off state of switching element S5 change in the order of (101), (100), (110), (010), (011), and (001). do.
  • the on/off state of switching element S1, the on/off state of switching element S3, and the on/off state of switching element S5 are (on, off, on), (on, off, off), (on, on, off), ( Changes in the order of (off, on, off), (off, on, on), (off, off, on).
  • FIGS. 3A to 3D show the current flowing through the a-phase secondary winding 20a and the UV-phase primary winding 18uv in each period.
  • a circle surrounding a switching element indicates that the switching element is on.
  • a power supply circuit 34 is connected to the positive terminal 30p and the negative terminal 30n of the power converter 40.
  • a load circuit 32 is connected to the positive terminals 16p and 16n of the capacitor split type power converter 10.
  • FIG. 3A shows the a-phase input current Ia flowing to the a-phase secondary winding 20a and the UV-phase output current Iuv flowing to the UV-phase primary winding 18uv during periods t1 and t2.
  • A-phase input current Ia flows in from positive terminal 30p, sequentially passes through switching element S7, a-phase secondary winding 20a, and switching element S10, and flows out from negative terminal 30n.
  • the UV phase output current Iuv flows in from the negative terminal 16n, sequentially passes through the switching element S4, the UV phase primary winding 18uv, and the switching element S1, and flows out from the positive terminal 16p.
  • the DC power input from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n is output from the positive terminal 16p and the negative terminal 16n.
  • FIG. 3B shows the a-phase zero period current Ia0 and the UV phase zero period current Iuv0 in period t3.
  • the a-phase zero period current Ia0 flows from the a-phase secondary winding 20a into the switching element S9, flows through a loop from the switching element S9, passes through the switching element S7, and returns to the a-phase secondary winding 20a.
  • the UV phase zero period current Iuv0 flows into the switching element S1 from the UV phase primary winding 18uv, flows through a loop from the switching element S1 through the switching element S3, and returns to the UV phase primary winding 18uv.
  • FIG. 3C shows the a-phase input current Ia and the UV-phase output current Iuv during periods t4 and t5.
  • A-phase input current Ia flows in from positive terminal 30p, sequentially passes through switching element S9, a-phase secondary winding 20a, and switching element S8, and flows out from negative terminal 30n.
  • the UV phase output current Iuv flows in from the negative terminal 16n, sequentially passes through the switching element S2, the UV phase primary winding 18uv, and the switching element S3, and flows out from the positive terminal 16p.
  • the DC power input from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n is output from the positive terminal 16p and the negative terminal 16n.
  • FIG. 3D shows the a-phase zero period current Ia0 and the UV phase zero period current Iuv0 in period t6.
  • the a-phase zero period current Ia0 flows from the a-phase secondary winding 20a into the switching element S8, flows through a loop from the switching element S8, passes through the switching element S10, and returns to the a-phase secondary winding 20a.
  • the UV phase zero period current Iuv0 flows into the switching element S4 from the UV phase primary winding 18uv, flows through a loop from the switching element S4 through the switching element S2, and returns to the UV phase primary winding 18uv.
  • DC power input from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n is transferred to the positive terminal 16p and the negative terminal via the transformer Ta. It is output from the terminal 16n.
  • the positive terminal 30p and the negative terminal Due to the three-phase symmetry of the structure and the three-phase symmetry on the time axis of the switching method, the positive terminal 30p and the negative terminal
  • the DC power input from 30n is output from positive terminal 16p and negative terminal 16n via transformer Tb.
  • the DC power input from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n is output from the positive terminal 16p and the negative terminal 16n via the transformer Tc.
  • the a-phase zero-period current Ia0 flowing to the a-phase secondary winding 20a during periods t3 and t6 and the UV-phase zero-period current Iuv0 flowing to the UV-phase primary winding 18uv flow from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n to the positive terminal 16p and It does not contribute to the power transmitted to the negative terminal 16n.
  • the influence of the a-phase zero period current Ia0 and the UV phase zero period current Iuv0 on such transmission power is minute.
  • switching elements S9 and S11 are both turned on, and switching elements S10 and S12 are both turned on, so that a b-phase zero period current Ib0 flows to the b-phase secondary winding 20b.
  • the VW phase zero period current Ivw0 due to switching elements S3 and S5 being both turned on and switching elements S4 and S6 flowing into the VW phase primary winding 18vw.
  • switching elements S7 and S11 are both turned on, and switching elements S8 and S12 are both turned on, so that a c-phase zero period current Ic0 flows to the c-phase secondary winding 20c.
  • the WU phase zero period current Iwu0 which is caused by both switching elements S1 and S5 being turned on and switching elements S2 and S6, flows through the WU phase primary winding 18wu.
  • Each zero period current does not contribute to the power transmitted from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n to the positive terminal 16p and the negative terminal 16n. Alternatively, each zero period current has a small influence on such transmitted power.
  • the zero period current generates an induced electromotive force in each phase reactor.
  • the voltage across the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is maintained by the induced electromotive force generated in each phase reactor and the voltage appearing in each phase primary winding.
  • the current that contributes to the power transmitted from the positive terminal 30p and the negative terminal 30n to the positive terminal 16p and the negative terminal 16n does not flow to the a-phase reactor La, the b-phase reactor Lb, and the c-phase reactor Lc. Therefore, the influence of the a-phase reactor La, the b-phase reactor Lb, and the c-phase reactor Lc on the transmitted power is small.
  • FIGS. 4A and 4B show the load current IL flowing in the load circuit 32, the first capacitor current Ic1 flowing in the upper capacitor Cu, and the second capacitor current Ic2 flowing in the lower capacitor Cd during periods t1 and t2.
  • these figures focus on the first capacitor current Ic1 and the second capacitor current Ic2 flowing through the UV phase primary winding 18uv, the U phase switching arm 12U, and the V phase switching arm 12V.
  • FIG. 4A shows the load current IL, first capacitor current Ic1, and second capacitor current Ic2 during periods t1 and t2.
  • a positive voltage appears on the UV phase primary winding 18uv.
  • the switching element S1 From the U-phase switching arm 12U side (upper UV-phase primary winding) than the tap of the UV-phase primary winding 18uv, it passes through the switching element S1, the upper capacitor Cu, and the a-phase reactor La in order, and reaches the tap of the UV-phase primary winding 18uv.
  • the returning first capacitor current Ic1 flows.
  • FIG. 4B shows the load current IL, first capacitor current Ic1, and second capacitor current Ic2 during periods t4 and t5.
  • a negative voltage appears on the UV phase primary winding 18uv.
  • a first capacitor current Ic1 flows from the lower UV phase primary winding, passes through the switching element S3, the upper capacitor Cu, and the a-phase reactor La in order, and returns to the tap of the UV phase primary winding 18uv.
  • a second capacitor current Ic2 flows from the tap of the UV phase primary winding 18uv, passes through the a phase reactor La, the lower capacitor Cd, and the switching element S2, and returns to the upper UV phase primary winding.
  • the load current IL flows due to the discharge of the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd, and the upper capacitor Cu is charged by the first capacitor current Ic1 by the amount of charge lost due to the discharge.
  • the lower capacitor Cd is charged by the second capacitor current Ic2.
  • the first capacitor current Ic1 and the second capacitor current Ic2 flowing through the a-phase reactor La are currents in opposite directions. Therefore, the current flowing through the a-phase reactor La to contribute to charging or discharging the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is very small or zero. Therefore, even if the current flowing through the load circuit 32 is large and the charging/discharging current of each of the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is large, the inductance of the a-phase reactor La does not necessarily need to be increased.
  • the VW-phase primary winding 12vw, the V-phase switching arm 12V, and the W-phase switching arm 12W have , a first capacitor current Ic1 and a second capacitor current Ic2 similar to those in FIG. 4 flow with a one-third cycle delay. Further, the first capacitor current Ic1 and the second capacitor current Ic2 similar to those in FIG. 4 flow through the WU-phase primary winding 18wu, the W-phase switching arm 12W, and the U-phase switching arm 12U with a two-third period delay.
  • the current flowing through each of the a-phase reactor La, the b-phase reactor Lb, and the c-phase reactor Lc is small or zero. Therefore, the inductances of the a-phase reactor La, the b-phase reactor Lb, and the c-phase reactor Lc may be made small regardless of the power input and output at the positive terminal 16p and the negative terminal 16n. As a result, the a-phase reactor La, the b-phase reactor Lb, and the c-phase reactor Lc are downsized, and the capacitor split type power converter 10 is downsized.
  • the power conversion system 100 there may be no phase difference between the switching of the capacitor split type power conversion device 10 and the switching of the power conversion device 40. This reduces power loss occurring in transformers Ta, Tb and Tc.
  • Charts (t1) to (t3) in FIG. 5A show the load current IL, first capacitor current (IU + , IV + ), and second capacitor current (IV ⁇ , IW ⁇ ) for periods t1 to t3, respectively. It is shown.
  • Charts (t4) to (t6) in FIG. 5B show the load current IL, first capacitor current (IV + , IW + ), and second capacitor current (IU ⁇ , IV ⁇ ) for periods t4 to t6, respectively. It is shown. However, these figures focus on the current flowing through the upper UV phase primary winding, the upper VW phase primary winding, and the upper WU phase primary winding among the first capacitor current and the second capacitor current.
  • the first capacitor current and second capacitor current shown in these figures are currents that contribute to power transmission to the load circuit 32. These figures show in detail the currents flowing through the positive terminal 16p and the negative terminal 16n shown in FIGS. 3A to 3D, including the currents that charge and discharge the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd.
  • the U-phase first capacitor current IU + flows from the upper UV-phase primary winding through the switching element S1, the upper capacitor Cu, and the A-phase reactor La in order, and returns to the tap of the UV-phase primary winding 18uv. .
  • the V-phase first capacitor current IV + flows from the upper VW-phase primary winding through the switching element S3, the upper capacitor Cu, and the b-phase reactor Lb, and returns to the tap of the VW-phase primary winding 18vw. .
  • the W-phase first capacitor current IW + flows from the upper WU-phase primary winding through the switching element S5, the upper capacitor Cu, and the c-phase reactor Lc, and returns to the tap of the WU-phase primary winding 18wu. .
  • the W-phase second capacitor current IW - flows from the tap of the WU-phase primary winding 18wu through the c-phase reactor Lc, the lower capacitor Cd, and the switching element S6 in order, and returns to the upper WU-phase primary winding.
  • the U-phase second capacitor current IU - flows from the tap of the UV-phase primary winding 18uv, sequentially through the a-phase reactor La, the lower capacitor Cd, and the switching element S2, and returns to the upper UV-phase primary winding.
  • the V-phase second capacitor current IV - flows from the tap of the VW-phase primary winding 18vw through the b-phase reactor Lb, the lower capacitor Cd, and the switching element S4 in order, and returns to the upper VW-phase primary winding.
  • the voltage at both ends is 0.
  • the first capacitor current and the second capacitor current do not flow through the winding where the voltage across both ends is 0.
  • a zero-period current such as the a-phase zero-period current Ia0 shown in FIGS. 3B and 3D flows through a winding whose both ends have a voltage of 0.
  • the zero period current generates an induced electromotive force in each phase reactor.
  • the voltage across the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is maintained by the induced electromotive force generated in each phase reactor and the voltage appearing in each phase primary winding.
  • Load current IL flows due to discharge of upper capacitor Cu and lower capacitor Cd.
  • the upper capacitor Cu is charged by the first capacitor current
  • the lower capacitor Cd is charged by the second capacitor current by the amount of charge lost due to discharge. That is, in period t1, the upper capacitor Cu is charged by the U-phase first capacitor current IU + , and the lower capacitor Cd is charged by the V-phase second capacitor current IV - .
  • the upper capacitor Cu is charged by the U-phase first capacitor current IU +
  • the lower capacitor Cd is charged by the W-phase second capacitor current IW - .
  • the V-phase first capacitor current IV + charges the upper capacitor Cu
  • the W-phase second capacitor current IW - charges the lower capacitor Cd.
  • the V-phase first capacitor current IV + charges the upper capacitor Cu
  • the U-phase second capacitor current IU - charges the lower capacitor Cd.
  • the upper capacitor Cu is charged by the W-phase first capacitor current IW +
  • the lower capacitor Cd is charged by the U-phase second capacitor current IU - .
  • the W-phase first capacitor current IW + charges the upper capacitor Cu
  • the V-phase second capacitor current IV - charges the lower capacitor Cd.
  • a power supply circuit 34 that supplies power to the capacitor split type power converter 10 may be connected to the positive terminal 16p and the negative terminal 16n.
  • the load circuit 32 is connected to the positive terminals 30p and 30n.
  • the power output from the power supply circuit 34 charges the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd.
  • the upper capacitor Cu is discharged by the first capacitor current and the lower capacitor Cd is discharged by the second capacitor current by the amount of the charged charge, and the voltage between the positive terminal 16p and the negative terminal 16n is maintained.
  • the capacitor split type power converter 10 includes a plurality of primary windings 18uv, 18vw, and 18wu provided corresponding to a plurality of secondary windings 20a, 20b, and 20c.
  • the plurality of primary windings 18uv, 18vw and 18wu are coupled to the plurality of secondary windings 20a, 20b and 20c, respectively, to form transformers Ta, Tb and Tc.
  • each primary winding (18uv, 18vw, 18wu) is connected to the switching circuit 12 configured by the U-phase switching arm 12U, the V-phase switching arm 12V, and the W-phase switching arm 12W.
  • a load/power supply circuit is connected to a positive terminal 16p and a negative terminal 16n as a pair of terminals of the switching circuit 12.
  • the load/power supply circuit refers to the load circuit 32, the power supply circuit 34, or a circuit that operates as the load circuit 32 or the power supply circuit 34 depending on the operating situation. Examples of circuits that operate as the load circuit 32 or the power supply circuit 34 depending on operating conditions include a circuit that includes a motor generator.
  • the switching circuit 12 performs switching according to the voltage applied to each secondary winding (20a, 20b, 20c), converts the AC voltage appearing in each primary winding into a DC voltage, and outputs it to the load/power supply circuit.
  • the capacitor split type power converter 10 includes a capacitor arm 14C having both ends connected to a positive terminal 16p and a negative terminal 16n.
  • the capacitor arm 14C includes an upper capacitor Cu and a lower capacitor Cd as a first capacitor and a second capacitor connected in series.
  • the capacitor split type power converter 10 includes an a-phase reactor La, a b-phase reactor Lb, and a c-phase reactor Lc as three reactors corresponding to primary windings 18uv, 18vw, and 18wu.
  • Each reactor (La, Lb, Lc) is connected between the tap of the corresponding primary winding and the connection point of the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd.
  • FIG. 6A shows the first capacitor current Ic1 and the second capacitor current Ic2 during periods t1 and t2.
  • the winding passes from the tap of the UV phase primary winding 18uv, through the upper UV phase primary winding, passes through the switching element S1, the upper capacitor Cu, and the a-phase reactor La in order, and returns to the tap of the UV phase primary winding 18uv.
  • a first capacitor current Ic1 flows.
  • the second capacitor passes from the tap of the UV phase primary winding 18uv to the lower UV phase primary winding, passes through the switching element S4, the lower capacitor Cd and the a-phase reactor La in order, and returns to the tap of the UV phase primary winding 18uv.
  • Current Ic2 flows.
  • the upper capacitor Cu is charged and the lower capacitor Cd is discharged.
  • FIG. 6B shows the first capacitor current Ic1 (zero period current) in period t3.
  • the direction of flow is reversed. That is, the first capacitor current Ic1 returns from the tap of the UV phase primary winding 18uv to the tap of the UV phase primary winding 18uv through the a-phase reactor La, the upper capacitor Cu, the switching element S1, and the upper UV phase primary winding in this order. flows.
  • the first capacitor current returns from the tap of the UV phase primary winding 18uv to the tap of the UV phase primary winding 18uv, passing through the a-phase reactor La, the upper capacitor Cu, the switching element S3, and the lower UV phase primary winding in this order.
  • Ic1 flows.
  • the second capacitor current Ic2 becomes 0, and the upper capacitor Cu changes from a charged state to a discharged state.
  • the voltage across the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is determined by the induced electromotive force generated in the a-phase reactor La and the voltage appearing in the UV-phase primary winding 18uv.
  • FIG. 6C shows the first capacitor current Ic1 and the second capacitor current Ic2 during periods t4 and t5.
  • the first capacitor current Ic1 flows from the tap of the UV phase primary winding 18uv, passing through the a-phase reactor La, the upper capacitor Cu, the switching element S3, and the lower UV phase primary winding in this order.
  • a second capacitor current Ic2 flows from the tap of the UV phase primary winding 18uv, passing through the a phase reactor La, the lower capacitor Cd, the switching element S2, and the upper UV phase primary winding in this order.
  • the upper capacitor Cu is discharged and the lower capacitor Cd is charged.
  • FIG. 6D shows the second capacitor current Ic2 (zero period current) in period t6.
  • the direction of flow is reversed. That is, the second capacitor current Ic2 flows from the lower UV phase primary winding, passes through the switching element S4, the lower capacitor Cd, and the a-phase reactor La in order and returns to the tap of the UV phase primary winding 18uv. Further, a second capacitor current Ic2 flows from the upper UV phase primary winding, passes through the switching element S2, the lower capacitor Cd, and the a-phase reactor La in order and returns to the tap of the UV phase primary winding 18uv.
  • the first capacitor current Ic1 becomes 0, and the lower capacitor Cd changes from a charged state to a discharged state.
  • the voltage across the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is determined by the induced electromotive force generated in the a-phase reactor La and the voltage appearing in the UV-phase primary winding 18uv.
  • FIG. 7 shows the time waveform (a) of the voltage Vuv across the UV phase primary winding 18uv, the time waveform (b) of the current ILa flowing through the a-phase reactor La, the first capacitor current Ic1, and the second capacitor current.
  • the time waveform (c) of Ic2 is shown.
  • the horizontal axis shows time, and the vertical axis shows voltage or current.
  • the voltage across the UV-phase primary winding 18uv becomes positive, positive, 0, negative, negative, and 0 in this order during periods t1 to t6.
  • the current ILa flowing through the a-phase reactor La is positive during periods t1 and t2, decreases from positive to 0 during period t3, and increases from 0 in a negative direction.
  • the current ILa flowing through the a-phase reactor La is negative during periods t4 and t5, increases from negative to 0 during period t6, and increases from 0 in the positive direction.
  • the first capacitor current Ic1 increases with a positive value in periods t1 and t2, decreases from positive to 0 in period t3, and increases from 0 in a negative direction.
  • the first capacitor current Ic1 increases in the positive direction with a negative value during periods t4 and t5, and becomes 0 during period t6.
  • the second capacitor current Ic2 decreases with a positive value to 0 during periods t1 and t2, and becomes 0 during period t3.
  • the second capacitor current Ic2 increases in the negative direction with a negative value during periods t4 and t5, increases from negative to 0 in period t6, and increases from 0 in the positive direction.
  • the first capacitor current Ic1 When the first capacitor current Ic1 is positive, the upper capacitor Cu is charged, and when the first capacitor current Ic1 is negative, the upper capacitor Cu is discharged.
  • the second capacitor current Ic2 When the second capacitor current Ic2 is positive, the lower capacitor Cd is charged, and when the second capacitor current Ic2 is negative, the lower capacitor Cd is discharged.
  • FIG. 8 the six columns to the right of the columns labeled t1, t2, ... t6 show upper switching elements S1, S3 and The switching states of S5 and upper switching elements S7, S9, and S11 included in the power conversion device 40 are shown. The switching states shown in these six columns are the same as in FIG.
  • the voltage vLa becomes 0, 0, negative, 0, 0, and positive in order from period t1 to t6.
  • the voltage vLb becomes 0, positive, 0, 0, negative, and 0 in order from period t1 to t6.
  • the voltage vLc becomes negative, 0, 0, positive, 0, 0 in order from period t1 to t6.
  • FIG. 9 shows simulation results for the power conversion system 100.
  • Chart (a) in FIG. 9 shows the time waveform of the current Icc flowing from the connection point with the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd toward the a-phase reactor La, the b-phase reactor Lb, and the c-phase reactor Lc.
  • Chart (b) in FIG. 9 shows time waveforms of current ILa flowing through a-phase reactor La, current ILb flowing through b-phase reactor Lb, and current ILc flowing through c-phase reactor Lc.
  • the time waveform of current ILa is similar to the time waveform (b) shown in FIG.
  • Current ILb lags current ILa by one-third period.
  • Current ILc lags current ILb by 1/3 cycle, and current ILa lags current ILc by 1/3 cycle.
  • the current Icc shown in the chart (a) of FIG. 9 is the sum of the currents ILa, ILb, and ILc shown in the chart (b) of FIG.
  • currents ILa and ILb decrease each other, and current Icc becomes equal to current ILc.
  • currents iLa and ILc decrease each other, and current Icc becomes equal to current ILb.
  • currents iLb and ILc decrease each other, and current Icc becomes equal to current ILa.
  • Chart (c) in FIG. 9 shows the time waveforms of the voltage vLa appearing across the a-phase reactor La, the voltage vLb appearing across the b-phase reactor Lb, and the voltage vLc appearing across the c-phase reactor Lc.
  • the voltage vLa becomes 0, 0, negative, 0, 0, and positive in order from period t1 to t6.
  • Voltage vLb lags voltage vLa by one-third period.
  • Voltage vLc lags voltage vLb by one-third period, and voltage vLa lags voltage vLc by one-third period.
  • Chart (d) in FIG. 9 shows the time waveforms of the voltage vcu across the upper capacitor Cu and the voltage vcd across the lower capacitor Cd.
  • the voltages vcu and vcd repeat increases and decreases at a cycle of one-third of the time from period t1 to t6.
  • voltage vcu is greater than or equal to the average value
  • voltage vcd is less than or equal to the average value
  • voltage vcd is greater than or equal to the average value.
  • the frequency of the current Icc flowing out from the connection point of the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is three times the switching frequency of the switching element provided in each switching arm.
  • the frequency of the charging current and discharging current flowing through each of the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd is three times the switching frequency of the switching element provided in each switching arm. . Therefore, capacitors with small capacitances may be used for the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd. Further, the induced electromotive force generated in each phase reactor to charge the upper capacitor Cu and the lower Cd may be small, and the inductance of each phase reactor may be small, so that each phase reactance is reduced in size. This allows the capacitor split type power converter 10 to be miniaturized.
  • FIG. 10 shows the states of the upper capacitor Cu, the lower capacitor Cd, the current Icc, the current ILa, the current ILb, and the current ILc in each of the periods t1 to t6.
  • the “Vcc” column associated with the periods t1 to t6 indicates the alternating current component of the voltage vcd across the lower capacitor Cd.
  • the "Cu” column and the “Cd” column indicate whether the upper capacitor Cu and the lower capacitor Cd change from a charging state to a discharging state (charge/discharge) or change from a discharging state to a charging state in each period t1 to t6. Naruka (ho, full) is shown.
  • the “Icc” column indicates which of current ILa, current ILb, and current ILc corresponds to current Icc in each of periods t1 to t6.
  • the "iLa”, “iLb” and “iLc” columns indicate whether the currents iLa, iLb and iLc are positive, decreasing, negative, or increasing, respectively. ing.
  • the UV phase primary winding 18uv, the VW phase primary winding 18vw, and the WU phase primary winding 18wu are delta-connected to the switching arms 12U, 12V, and 12W. That is, a connection point between switching elements S1 and S2, a connection point between switching elements S3 and S4, and a connection point between switching elements S5 and S6 constitute a delta connection port DP for a multi-phase (three-phase) AC voltage.
  • An embodiment is shown in which a UV phase primary winding 18uv, a VW phase primary winding 18vw, and a WU phase primary winding 18wu are connected to this delta connection port DP.
  • the UV phase primary winding 18uv, the VW phase primary winding 18vw, and the WU phase primary winding 18wu may be Y-connected to the switching arms 12U, 12V, and 12W. That is, the connection points of the two switching elements in each of switching arms 12U, 12V, and 12W may constitute a delta connection port or a Y connection port YP.
  • FIG. 11 shows the configuration of a power conversion system 102 in which each primary winding of the capacitor split type power conversion device 11 is Y-connected to each switching arm.
  • a connection point between switching elements S1 and S2, a connection point between switching elements S3 and S4, and a connection point between switching elements S5 and S6 constitute a Y-connection port.
  • One end of the UV phase primary winding 18uv is connected to the connection point between the switching elements S1 and S2.
  • One end of the VW phase primary winding 18vw is connected to the connection point of the switching elements S3 and S4.
  • One end of the WU phase primary winding 18wu is connected to the connection point between the switching elements S5 and S6.
  • each switching element of power conversion system 102 is similar to the operation of each switching element of power conversion system 100 shown in FIG. 1.
  • connection points of the two switching elements in each of the switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ , and 22 ⁇ may constitute a delta connection port or a Y connection port.
  • FIG. 12 shows the configuration of a 1-port/2-port power conversion system 104 according to a second embodiment of the present invention.
  • the 1-port/2-port power conversion system 104 includes a capacitor split type power conversion device 10 and an additional port type power conversion device 60.
  • the additional port type power converter 60 includes switching arms 62A to 62C, secondary windings 28a to 28c, a phase reactor LLa, b phase reactor LLb, c phase reactor LLc, capacitors C3 and C4, positive terminals 66p and 68p, and negative terminals. 66n and 68n.
  • the switching arm 62A includes switching elements Sap and San connected in series.
  • Switching arm 62B includes switching elements Sbp and Sbn connected in series
  • switching arm 62C includes switching elements Scp and Scn connected in series.
  • the switching arms 62A to 62C and the capacitor C3 are connected in parallel.
  • the upper parallel connection point of switching arms 62A to 62C and capacitor C3 is connected to positive terminal 66p, and the lower parallel connection point of switching arms 62A to 62C and capacitor C3 is connected to negative electrode terminal 66n.
  • a secondary winding 28a is connected between a connection point between switching elements Sap and San and a connection point between switching elements Sbp and Sbn.
  • a secondary winding 28b is connected between a connection point between switching elements Sbp and Sbn and a connection point between switching elements Scp and Scn.
  • a secondary winding 28c is connected between a connection point between switching elements Scp and Scn and a connection point between switching elements Sap and San.
  • One end of the a-phase reactor LLa is connected to the tap of the secondary winding 28a.
  • One end of a b-phase reactor LLb and one end of a c-phase reactor LLc are connected to the tap of the secondary winding 28b and the tap of the secondary winding 28c, respectively.
  • the other end of each phase reactor LLa to LLc is connected to a positive terminal 68p.
  • the lower parallel connection points of the switching arms 62A to 62C and the capacitor C3 are connected not only to the negative terminal 66n but also to the negative terminal 68n.
  • a capacitor C4 is connected between the positive terminal 68p and the negative terminal 68n.
  • FIG. 12 shows an example in which the secondary windings 28a, 28b, and 28c are delta-connected to the switching arms 62A to 62C, the secondary windings 28a, 28b, and 28c are It may be wired.
  • the switching arms 62A, 62B and 62C perform the same switching as the switching arms 22 ⁇ , 22 ⁇ and 22 ⁇ shown in FIG. 1, respectively. That is, switching elements Sap and San perform switching similar to switching elements S7 and S8, respectively. Switching elements Sbp and Sbn perform switching similar to switching elements S9 and S10, respectively, and switching elements Scp and Scn perform switching similar to switching elements S11 and S12, respectively.
  • the positive terminal 16p and the negative terminal 16n constitute a first port.
  • the positive terminal 66p and the negative terminal 66n constitute a second port, and the positive terminal 68p and the negative terminal 68n constitute a third port. Direct current power is mutually transferred between the first port, second port, and third port.
  • the ratio of the voltage between the positive terminal 68p and the negative terminal 68n to the voltage between the positive terminal 66p and the negative terminal 66n is the ratio of the length of the period t1 to the length of the period t4, and the ratio of the length of the period t1 to the length of the period t2. It is determined by the ratio of the length of period t5 and the ratio of the length of period t3 to the length of period t6.
  • the above power conversion systems 100, 102, and 104 may be used for power transmission equipment in V2G, V2H, etc. Moreover, the power conversion systems 100, 102, and 104 may be installed in an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • Capacitor split type power converter 12 Switching circuit, 12U U-phase switching arm, 12V V-phase switching arm, 12W W-phase switching arm, 14C Capacitor arm, 16p, 30p, 66p, 68p Positive terminal, 16n, 30n, 66n, 68n negative terminal, 18uv UV phase primary winding, 18vw VW phase primary winding, 18wu WU phase primary winding, 20a a phase secondary winding, 20b b phase secondary winding, 20c c phase secondary winding, 22 ⁇ ⁇ Phase switching arm, 22 ⁇ ⁇ -phase switching arm, 22 ⁇ ⁇ -phase switching arm, 28a to 28c secondary winding, 32 load circuit, 34 power supply circuit, 40, 60 power converter, 62A to 62C switching arm, S1 to S12, Sap, San, Sbp, Sbn, Scp, Scn switching element, Cu upper capacitor, Cd lower capacitor, La, LLa a-phase reactor, Lb, LLb b-phase reactor, Lc

Landscapes

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Abstract

本発明の目的は、電力変換装置を小型化することである。３つのスイッチングアーム（１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ）が構成するスイッチング回路には、各プライマリ巻線（１８ｕｖ，１８ｖｗ，１８ｗｕ）の両端のうち少なくとも一方が接続される。スイッチング回路の一対の端子としての正極端子（１６ｐ）および負極端子（１６ｎ）に負荷回路が接続される。各プライマリ巻線、スイッチング回路、上コンデンサ（Ｃｕ）および各リアクトル（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）を経て、各リアクトルに対応するプライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路にスイッチングによって電流が流れ、上コンデンサ（Ｃｕ）が充放電される。各プライマリ巻線、スイッチング回路、下コンデンサ（Ｃｄ）および各リアクトルを経て、各リアクトルに対応するプライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路にスイッチングによって電流が流れ、下コンデンサ（Ｃｄ）が充放電される。

Description

電力変換装置
　本発明は、電力変換装置に関し、特に、スイッチングによって電力伝送を行う装置に関する。
　ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が広く用いられている。近年では、電動車両に搭載されたバッテリから商用電源システム等の電力系統に電力を供給し、電力系統からバッテリに電力を供給するＶ２Ｇ（Vehicle to Grid）と呼ばれる技術につき研究が行われている。Ｖ２Ｇでは、バッテリから出力された電力を調整して電力系統に供給し、あるいは、電力系統から供給された電力を調整してバッテリに出力する電力変換装置が用いられる。また、電動車両に搭載されたバッテリから一般家庭、オフィス等で用いられる電気機器に電力を供給するＶ２Ｈ（Vehicle to Home）と呼ばれる技術についても研究が行われている。Ｖ２Ｈにおいても、バッテリと電気機器との間の電力経路に電力変換装置が用いられる。電力変換装置には、交流電力を直流電力に変換し、あるいは直流電力を交流電力に変換するＡＣ／ＤＣ電力変換装置や、直流電圧のレベルを変換するＤＣ／ＤＣ電力変換装置がある。
　電力変換装置として、特許文献１には、絶縁型の電力変換回路システムが記載されている。このシステムでは、スイッチングトランジスタを含む２つの変換回路（スイッチング回路）がトランスによって結合されており、トランスが昇圧または降圧用のリアクトルとして用いられている。すなわち、トランスの巻線に現れるインダクタンスが昇圧や降圧に用いられている。
　特許文献１に記載の変換回路には、２つのアーム、すなわち、並列に接続された右アームおよび左アームが用いられている。ここで、アームとは直列接続された２つのスイッチング素子を含む回路単位をいう。２つのアームのうちの一方における２つのスイッチング素子の接続点と、他方における２つのスイッチング素子の接続点との間にトランスの巻線が接続されている。
　特許文献１に記載されているような電力変換回路システム（電力変換装置）では、伝送電力を大きくした場合、各スイッチング素子に流れる電流や、各スイッチング素子に印加される電圧が大きくなる。そのため、各スイッチング素子の耐電圧や許容電流を大きくする必要が生じ、製造コストが大きくなってしまうことがある。また、各スイッチング素子で発生する損失が大きくなってしまうことがある。
　そこで、非特許文献１に記載されているように、並列接続されたアームを３つとしたものがある。各アームにおける２つのスイッチング素子の接続点は３相の交流端子を構成し、３相のトランス巻線が３相の交流端子に接続されている。
特開２０１７－６０２８５号公報
Design Methodology of a Three-Phase Dual Active Bridge Coverter for Low Voltage Direct Current Applications IEEE Transactions on Power Electronics PP(99):1-1 June 2019 DOI:10.1109/TPEL2019.2922299
　特許文献１や非特許文献１に示されている電力変換装置では、トランスの１次巻線に接続されているスイッチング回路のスイッチングと、２次巻線に接続されているスイッチング回路のスイッチングとの間に位相差を持たせることで１次側と２次側との双方向で電力伝送が行われる。このような電力変換装置では、伝送電力を増加させたときにトランスに流れる電流が増加し、トランスで発生する損失が増加して伝送効率が低下することがある。また、トランスで発生する損失を抑制する設計をした場合には、トランスが大型化してしまうことがある。
　本発明の目的は、電力変換装置を小型化することである。
　本発明は、複数のセカンダリ巻線に対応して設けられた複数のプライマリ巻線であって、対応する前記セカンダリ巻線にそれぞれが結合する複数のプライマリ巻線と、各前記プライマリ巻線の両端のうち少なくとも一方が接続されると共に、負荷／電源回路が一対の端子に接続されるスイッチング回路であって、各前記セカンダリ巻線に印加される電圧に応じてスイッチングを行い、各前記プライマリ巻線に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、前記負荷／電源回路に出力するスイッチング回路と、前記一対の端子に両端が接続されたコンデンサアームであって、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コンデンサアームと、複数の前記プライマリ巻線に対応して設けられた複数のリアクトルであって、各前記リアクトルが、対応する前記プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に接続された複数のリアクトルと、を備え、各前記プライマリ巻線、前記スイッチング回路、前記第１コンデンサおよび各前記リアクトルを経て、各前記プライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路に、前記スイッチングによって電流が流れ、前記第１コンデンサが充放電され、各前記プライマリ巻線のタップから、各前記プライマリ巻線に対応する前記リアクトル、前記第２コンデンサおよび前記スイッチング回路を経て、各前記プライマリ巻線に至る複数の電流経路に、前記スイッチングによって電流が流れ、前記第２コンデンサが充放電され、前記コンデンサアームの端子間の電圧、および前記負荷／電源回路に流れる電流が、前記スイッチングによって制御されることを特徴とする。
　望ましくは、前記スイッチング回路は、複数の前記プライマリ巻線に対応する複数のスイッチングアームであって、直列に接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える、複数のスイッチングアームを備え、複数の前記スイッチングアームのそれぞれにおける前記２つのスイッチング素子の接続点は、複数相の交流電圧に対するデルタ結線ポートを構成し、複数の前記プライマリ巻線は、前記デルタ結線ポートに接続されている。
　望ましくは、前記スイッチング回路は、複数の前記プライマリ巻線に対応する複数のスイッチングアームであって、直列に接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える、複数のスイッチングアームを備え、各前記スイッチングアームにおける前記２つのスイッチング素子の接続点には、各前記スイッチングアームに対応する前記プライマリ巻線の一端が接続され、各前記プライマリ巻線の他端が共通に接続されている。
　また、本発明は、直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、ａ相セカンダリ巻線に結合するＵＶ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点と、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点との間に設けられたＵＶ相プライマリ巻線と、ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶＷ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点と、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点との間に設けられたＶＷ相プライマリ巻線と、ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷＵ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点と、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点との間に設けられたＷＵ相プライマリ巻線と、直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、前記ＵＶ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、前記ＶＷ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、前記ＷＵ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、
　前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする。
　また、本発明は、直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、ａ相セカンダリ巻線に結合するＵ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＵ相プライマリ巻線と、ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＶＷ相プライマリ巻線と、ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＷ相プライマリ巻線と、直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、前記Ｕ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、前記Ｖ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、前記Ｗ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、前記Ｕ相プライマリ巻線、前記Ｖ相プライマリ巻線および前記Ｗ相プライマリ巻線のそれぞれの他端が共通に接続されており、前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームおよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする。
　望ましくは、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は交互にオンオフし、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は交互にオンオフし、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子は交互にオンオフし、前記ａ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で正、正、０、負、負、０の順で変化し、前記ｂ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で負、０、正、正、０、負の順で変化し、前記ｃ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で０、負、負、０、正、正の順で変化することに応じて、前記第１スイッチング素子のオンオフ状態、前記第３スイッチング素子のオンオフ状態、および前記第５スイッチング素子のオンオフ状態は、（オン、オフ、オン）、（オン、オフ、オフ）、（オン、オン、オフ）、（オフ、オン、オフ）、（オフ、オン、オン）、（オフ、オフ、オン）の順で変化する。
　本発明によれば、電力変換装置を小型化することができる。
第１実施形態に係る電力変換システムの構成を示す図である。 各スイッチング素子の状態と、各セカンダリ巻線の両端に現れる電圧との関係を示す図である。 ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。 ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。 ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。 ａ相セカンダリ巻線およびＵＶ相プライマリ巻線に流れる電流を示す図である。 負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。 負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。 負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。 負荷電流、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流を示す図である。 コンデンサの充放電に着目した動作を示す図である。 コンデンサの充放電に着目した動作を示す図である。 コンデンサの充放電に着目した動作を示す図である。 コンデンサの充放電に着目した動作を示す図である。 ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの両端の電圧Ｖｕｖ、ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａ、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２の各時間波形を示す図である。 各期間における各スイッチング素子の状態と、各相リアクトルに現れる電圧が正、０および負のいずれであるかを示す図である。 電力変換システムのシミュレーション結果を示す図である。 各期間における上コンデンサＣｕ、下コンデンサＣｄ、電流Ｉｃｃ、電流ＩＬａ、電流ＩＬｂ、および電流ＩＬｃの状態を示す図である。 コンデンサ分割型電力変換装置の各プライマリ巻線が各スイッチングアームにＹ結線された電力変換システムの構成を示す図である。 第２実施形態に係る１ポート／２ポート電力変換システムの構成を示す図である。
　各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示された同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。本明細書における上下左右等の方向を示す用語は、図面における方向を示す。方向を示すこれらの用語は各構成要素を配置する際の姿勢を限定するものではない。また、各素子の両端の電圧は、特に断らない限り、回路図における下側の端子を０電位とした電圧である。本明細書におけるプライマリ巻線およびセカンダリ巻線の用語は、説明の便宜上のものであり、プライマリ巻線に接続された回路と、セカンダリ巻線に接続された回路との間で伝送される電力の伝送方向を限定するものではない。
　図１には本発明の第１実施形態に係る電力変換システム１００の構成が示されている。電力変換システム１００は、コンデンサ分割型電力変換装置１０および電力変換装置４０を備えている。コンデンサ分割型電力変換装置１０は、Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖ、Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗ、コンデンサアーム１４Ｃ、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗ、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕ、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂ、ｃ相リアクトルＬｃ、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎを備えている。
　Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１およびＳ２（第１スイッチング素子および第２スイッチング素子）を備えている。Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ３およびＳ４（第３スイッチング素子および第４スイッチング素子）を備えている。Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ５およびＳ６（第５スイッチング素子および第６スイッチング素子）を備えている。
　コンデンサアーム１４Ｃは、直列に接続された上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄ（第１コンデンサおよび第２コンデンサ）を備えている。Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖ、Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗおよびコンデンサアーム１４Ｃは並列接続されている。
　すなわち、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング素子Ｓ２とは反対側の端子（上側の端子）と、スイッチング素子Ｓ３のスイッチング素子Ｓ４とは反対側の端子（上側の端子）と、スイッチング素子Ｓ５のスイッチング素子Ｓ６とは反対側の端子（上側の端子）が接続されている。また、スイッチング素子Ｓ２のスイッチング素子Ｓ１とは反対側の端子（下側の端子）と、スイッチング素子Ｓ４のスイッチング素子Ｓ３とは反対側の端子（下側の端子）と、スイッチング素子Ｓ６のスイッチング素子Ｓ５とは反対側の端子（下側の端子）が接続されている。Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２Ｖ、Ｗ相スイッチングアーム１２Ｗおよびコンデンサアーム１４Ｃの上側の並列接続点および下側の並列接続点は、それぞれ、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに接続されている。
　各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられてよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、２つのＩＧＢＴが直列接続されるとは、一方のＩＧＢＴのエミッタ端子に他方のＩＧＢＴのコレクタ端子が接続されることをいう。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、２つのＭＯＳＦＥＴが直列接続されるとは、一方のＭＯＳＦＥＴのソース端子に他方のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が接続されることをいう。また、各スイッチング素子にはダイオードが含まれている。スイッチング素子にＩＧＢＴが用いられる場合、エミッタ端子にアノード端子が接続され、コレクタ端子にカソード端子が接続されている。スイッチング素子にＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ソース端子にアノード端子が接続され、ドレイン端子にカソード端子が接続されている。
　各スイッチング素子にＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられる点、各スイッチング素子がダイオードを含む点、スイッチング素子の直列接続の定義およびスイッチングアームの並列接続の定義については、以下に説明する他のスイッチング素子についても同様である。
　スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点との間には、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖが接続されている。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖを構成する導線の中途の点にあるタップと、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点との間には、ａ相リアクトルＬａが接続されている。このタップは、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖを構成する導線の中点にあるセンタータップであってよい。
　スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点との間には、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗが接続されている。ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗを構成する導線の中途の点にあるタップと、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点との間には、ｂ相リアクトルＬｂが接続されている。このタップは、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗを構成する導線の中点にあるセンタータップであってよい。
　スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点と、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点との間には、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕが接続されている。ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕを構成する導線の中途の点にあるタップと、上コンデンサＣＵおよび下コンデンサＣＬの接続点との間には、ｃ相リアクトルＬｃが接続されている。このタップは、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕを構成する導線の中点にあるセンタータップであってよい。
　電力変換装置１０は、α相スイッチングアーム２２α、β相スイッチングアーム２２β、γ相スイッチングアーム２２γ、コンデンサＣ０、ａ相セカンダリ巻線２０ａ、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂ、ｃ相セカンダリ巻線２０ｃ、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎを備えている。
　α相スイッチングアーム２２αは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ７およびＳ８を備えている。β相スイッチングアーム２２βは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ９およびＳ１０を備え、γ相スイッチングアーム２２γは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２を備えている。
　以下の説明では、Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗをそれぞれ、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２Ｗということがある。同様に、α相スイッチングアーム２２α、β相スイッチングアーム２２βおよびγ相スイッチングアーム２２γを、それぞれ、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γということがある。
　スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γは並列に接続されている。スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γには、コンデンサＣ０が並列に接続されている。すなわち、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γの２つの並列接続点の間には、コンデンサＣ０が接続されている。スイッチングアーム２２α、２２β、２２γおよびコンデンサＣ０の上側の並列接続点は正極端子３０ｐに接続され、スイッチングアーム２２α、２２β、２２γおよびコンデンサＣ０の下側の並列接続点は負極端子３０ｎに接続されている。
　スイッチング素子Ｓ７およびＳ８の接続点と、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の接続点との間には、ａ相セカンダリ巻線２２ａが接続されている。スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０の接続点と、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の接続点との間には、ｂ相セカンダリ巻線２２ｂが接続されている。スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２の接続点と、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８の接続点との間には、ｃ相セカンダリ巻線２２ｃが接続されている。
　ａ相セカンダリ巻線２０ａは、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに結合し、ＵＶ相プライマリ巻線１８と共にトランスＴａを構成する。ｂ相セカンダリ巻線２０ｂは、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗに結合し、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗと共にトランスＴｂを構成する。ｃ相セカンダリ巻線２０ｃは、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕに結合し、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕと共にトランスＴｃを構成する。
　スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗ、２２α、２２βおよび２２γのそれぞれが備える２つのスイッチング素子は、交互にオンオフする。例えば、スイッチングアーム１２Ｕが備えるスイッチング素子Ｓ１がオンからオフに切り替わったときは、スイッチング素子Ｓ２は、オフからオンに切り替わる。そして、スイッチング素子Ｓ１がオフからオンに切り替わったときは、スイッチング素子Ｓ２は、オンからオフに切り替わる。他のスイッチングアーム１２Ｖ、１２Ｗ、２２α、２２βおよび２２γについても同様である。すなわち、図１において１つのスイッチングアームの上側に描かれているスイッチング素子および下側に描かれているスイッチング素子は交互にオンオフする。
　電力変換システム１００では、トランスＴａ、ＴｂおよびＴｃによって、コンデンサ分割型電力変換装置１０と電力変換装置４０とが電気的に絶縁されている。これによって、コンデンサ分割型電力変換装置１０および電力変換装置４０のうち一方を、ユーザが操作する機器に搭載する場合には、その機器の絶縁設計が容易となる。
　図２には、各スイッチング素子の状態と、各セカンダリ巻線の両端に現れる電圧との関係が示されている。図２におけるｔ１、ｔ２、・・・・ｔ６と記載された列よりも右側の６列には、期間ｔ１～ｔ６について、コンデンサ分割型電力変換装置１０が備える上側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５と、電力変換装置４０が備える上側のスイッチング素子Ｓ７、Ｓ９およびＳ１１の各スイッチング状態が、オンまたはオフのいずれとなるかが示されている。図２に示された符号「１」は、スイッチング素子がオンになることを意味し、符号「０」は、スイッチング素子がオフになることを意味している。電力変換システム１００では、期間ｔ１～ｔ６を１周期としたスイッチング状態が繰り返される。期間ｔ１、ｔ３およびｔ５の長さは同一であってよい。また、期間ｔ２、ｔ４およびｔ６の長さは同一であってよい。
　スイッチング素子Ｓ１は期間ｔ１～ｔ６において、順に、オン、オン、オン、オフ、オフ、オフとなる。スイッチング素子Ｓ３は期間ｔ１～ｔ６において、順に、オフ、オフ、オン、オン、オン、オフとなる。スイッチング素子Ｓ５は期間ｔ１～ｔ６において、順に、オン、オフ、オフ、オフ、オン、オンとなる。このように、スイッチング素子Ｓ３のスイッチング位相は、スイッチング素子Ｓ１に対して３分の１周期だけ遅れている。スイッチング素子Ｓ５のスイッチング位相は、スイッチング素子Ｓ３に対して３分の１周期だけ遅れ、スイッチング素子Ｓ１のスイッチング位相は、スイッチング素子Ｓ５に対して３分の１周期だけ遅れている。スイッチング素子Ｓ７、Ｓ９およびＳ１１は、それぞれ、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５と同期したスイッチングをし、同一のスイッチング状態となる。
　図２の右側３列には、期間ｔ１～ｔ６について、ａ相セカンダリ巻線２０ａの両端に現れる電圧ｖｔａ、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂの両端に現れる電圧ｖｔｂ、およびｃ相セカンダリ巻線２０ｃの両端に現れる電圧ｖｔｃが、正、０および負のいずれになるかが示されている。符号「０」は、電圧が０となることを示す。符号「＋」および「－」は、それぞれ、電圧が正になること、および負になることを示す。電圧ｖｔｂは、電圧ｖｔａに対して３分の１周期だけ遅れている。電圧ｖｔｃは、電圧ｖｔｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電圧ｖｔａは、電圧ｖｔｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
　電圧ｖｔａは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、正、正、０、負、負、０となる。電圧ｖｔｂは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、負、０、正、正、０、負、となる。電圧ｖｔｃは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、負、負、０、正、正となる。
　このように、ａ相セカンダリ巻線２０ａに印加される電圧が、正、正、０、負、負、０の順で変化し、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂに印加される電圧が、負、０、正、正、０、負の順で変化し、ｃ相セカンダリ巻線２０ｃに印加される電圧が、０、負、負、０、正、正の順で変化することに応じて、各スイッチング素子のスイッチング状態は次のように変化する。スイッチング素子Ｓ１のオンオフ状態、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ状態、およびスイッチング素子Ｓ５のオンオフ状態は、（１０１）、（１００）、（１１０）、（０１０）、（０１１）、（００１）の順で変化する。すなわち、スイッチング素子Ｓ１のオンオフ状態、スイッチング素子Ｓ３のオンオフ状態、およびスイッチング素子Ｓ５のオンオフ状態は、（オン、オフ、オン）、（オン、オフ、オフ）、（オン、オン、オフ）、（オフ、オン、オフ）、（オフ、オン、オン）、（オフ、オフ、オン）の順で変化する。
　図３Ａ～図３Ｄには、各期間においてａ相セカンダリ巻線２０ａおよびＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに流れる電流が示されている。各図においてスイッチング素子を囲む丸印は、そのスイッチング素子がオンであることを示す。電力変換装置４０の正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎには電源回路３４が接続されている。コンデンサ分割型電力変換装置１０の正極端子１６ｐおよび１６ｎには負荷回路３２が接続されている。
　図３Ａには、期間ｔ１およびｔ２において、ａ相セカンダリ巻線２０ａに流れるａ相入力電流Ｉａと、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに流れるＵＶ相出力電流Ｉｕｖが示されている。ａ相入力電流Ｉａは正極端子３０ｐから流入し、スイッチング素子Ｓ７、ａ相セカンダリ巻線２０ａおよびスイッチング素子Ｓ１０を順に通って負極端子３０ｎから流出する。ＵＶ相出力電流Ｉｕｖは負極端子１６ｎから流入し、スイッチング素子Ｓ４、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖおよびスイッチング素子Ｓ１を順に通って正極端子１６ｐから流出する。これによって、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。
　図３Ｂには、期間ｔ３におけるａ相ゼロ期間電流Ｉａ０およびＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０が示されている。ａ相ゼロ期間電流Ｉａ０は、ａ相セカンダリ巻線２０ａからスイッチング素子Ｓ９に流入し、スイッチング素子Ｓ９からスイッチング素子Ｓ７を通ってａ相セカンダリ巻線２０ａに戻るループを流れる。ＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０は、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖからスイッチング素子Ｓ１に流入し、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ３を流れてＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに戻るループを流れる。
　図３Ｃには、期間ｔ４およびｔ５におけるａ相入力電流ＩａおよびＵＶ相出力電流Ｉｕｖが示されている。ａ相入力電流Ｉａは正極端子３０ｐから流入し、スイッチング素子Ｓ９、ａ相セカンダリ巻線２０ａおよびスイッチング素子Ｓ８を順に通って負極端子３０ｎから流出する。ＵＶ相出力電流Ｉｕｖは負極端子１６ｎから流入し、スイッチング素子Ｓ２、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖおよびスイッチング素子Ｓ３を順に通って正極端子１６ｐから流出する。これによって、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。
　図３Ｄには、期間ｔ６におけるａ相ゼロ期間電流Ｉａ０およびＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０が示されている。ａ相ゼロ期間電流Ｉａ０は、ａ相セカンダリ巻線２０ａからスイッチング素子Ｓ８に流入し、スイッチング素子Ｓ８からスイッチング素子Ｓ１０を通ってａ相セカンダリ巻線２０ａに戻るループを流れる。ＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０は、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖからスイッチング素子Ｓ４に流入し、スイッチング素子Ｓ４からスイッチング素子Ｓ２を流れてＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに戻るループを流れる。
　図３Ａおよび図３Ｃに示されているように、期間ｔ１およびｔ２と、期間ｔ４およびｔ５において、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力は、トランスＴａを介して正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。図２に示されたスイッチング方法によれば、構造の３相対称性およびスイッチング方法の時間軸上における３相対称性から、期間ｔ３およびｔ４と、期間ｔ６およびｔ１において、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、トランスＴｂを介して正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。また、期間ｔ５およびｔ６と、期間ｔ２およびｔ３において、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから入力された直流電力が、トランスＴｃを介して正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎから出力される。
　期間ｔ３およびｔ６にａ相セカンダリ巻線２０ａに流れるａ相ゼロ期間電流Ｉａ０と、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに流れるＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０は、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに伝送される電力に寄与しない。あるいは、ａ相ゼロ期間電流Ｉａ０とＵＶ相ゼロ期間電流Ｉｕｖ０が、そのような伝送電力へ与える影響は微小である。
　同様に、期間ｔ５およびｔ２には、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１１が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ１０およびＳ１２が共にオンになることによるｂ相ゼロ期間電流Ｉｂ０が、ｂ相セカンダリ巻線２０ｂに流れる。また、期間ｔ５およびｔ２には、スイッチング素子Ｓ３およびＳ５が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ４およびＳ６になることによるＶＷ相ゼロ期間電流Ｉｖｗ０が、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗに流れる。
　同様に、期間ｔ１およびｔ４には、スイッチング素子Ｓ７およびＳ１１が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ８およびＳ１２が共にオンになることによるｃ相ゼロ期間電流Ｉｃ０が、ｃ相セカンダリ巻線２０ｃに流れる。また、期間ｔ１およびｔ４には、スイッチング素子Ｓ１およびＳ５が共にオンになること、スイッチング素子Ｓ２およびＳ６になることによるＷＵ相ゼロ期間電流Ｉｗｕ０が、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕに流れる。
　各ゼロ期間電流は、正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに伝送される電力に寄与しない。あるいは、各ゼロ期間電流が、そのような伝送電力へ与える影響は微小である。ゼロ期間電流は、各相リアクトルに誘導起電力を発生させる。各相リアクトルに発生した誘導起電力と各相プライマリ巻線に現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が維持される。
　正極端子３０ｐおよび負極端子３０ｎから正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎへと伝送される電力に寄与する電流は、理論的にはａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃに流れない。そのため、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃが、伝送電力に及ぼす影響は小さい。
　図４Ａおよび図４Ｂには、期間ｔ１およびｔ２において負荷回路３２に流れる負荷電流ＩＬ、上コンデンサＣｕに流れる第１コンデンサ電流Ｉｃ１および下コンデンサＣｄに流れる第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。ただし、これらの図は、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、Ｕ相スイッチングアーム１２ＵおよびＶ相スイッチングアーム１２Ｖに流れる第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２に着目したものである。
　図４Ａには、期間ｔ１およびｔ２における負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ１およびｔ２では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに正の電圧が現れている。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップよりもＵ相スイッチングアーム１２Ｕ側（上側ＵＶ相プライマリ巻線）からスイッチング素子Ｓ１、上コンデンサＣｕおよびａ相リアクトルＬａを順に通り、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップからａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄ、およびスイッチング素子Ｓ４を順に通って、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップよりもＶ相スイッチングアーム１２Ｖ側（下側ＵＶ相プライマリ巻線）に戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。さらに、下コンデンサＣｄ、上コンデンサＣｕおよび負荷回路３２を順に流れる負荷電流ＩＬが流れる。上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの放電によって負荷電流ＩＬが流れ、放電によって失われた電荷量だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流Ｉｃ１によって充電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流Ｉｃ２によって充電される。これによって、正極端子１６ｐと、負極端子１６ｎとの間の電圧が維持される。
　図４Ｂには、期間ｔ４およびｔ５における負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ４およびｔ５では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに負の電圧が現れている。下側ＵＶ相プライマリ巻線から、スイッチング素子Ｓ３、上コンデンサＣｕ、ａ相リアクトルＬａを順に通って、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ２を通って、上側ＵＶ相プライマリ巻線に戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ１およびｔ２と同様、期間ｔ４およびｔ５においても、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの放電によって負荷電流ＩＬが流れ、放電によって失われた電荷量だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流Ｉｃ１によって充電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流Ｉｃ２によって充電される。
　ａ相リアクトルＬａに流れる第１コンデンサ電流Ｉｃ１と第２コンデンサ電流Ｉｃ２は、逆向きの電流である。したがって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの充電または放電に寄与するためにａ相リアクトルＬａに流れる電流は微小であるか０である。そのため、負荷回路３２に流れる電流が大きく、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄのそれぞれの充放電電流が大きい場合であっても、ａ相リアクトルＬａのインダクタンスを必ずしも大きくしなくてもよい。
　Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗの動作の時間軸上における３相対称性から、ＶＷ相プライマリ巻線１２ｖｗ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗには、３分の１周期遅れで図４と同様の第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。さらに、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕ、Ｗ相スイッチングアーム１２ＷおよびＵ相スイッチングアーム１２Ｕには、３分の２周期遅れで図４と同様の第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。
　上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの充電または放電のために、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃのそれぞれに流れる電流は微小であるか０である。したがって、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎで入出力される電力によらず、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃのインダクタンスを小さくしてよい。これによって、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃが小型化され、コンデンサ分割型電力変換装置１０が小型化される。
　また、電力変換システム１００では、コンデンサ分割型電力変換装置１０のスイッチングと、電力変換装置４０のスイッチングとの間には位相差がなくてよい。これによって、トランスＴａ、ＴｂおよびＴｃで生じる電力損失が低減される。
　図５Ａのチャート（ｔ１）～（ｔ３）には、それぞれ、期間ｔ１～ｔ３について、負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流（ＩＵ＋，ＩＶ＋）および第２コンデンサ電流（ＩＶ－，ＩＷ－）が示されている。図５Ｂのチャート（ｔ４）～（ｔ６）には、それぞれ、期間ｔ４～ｔ６について、負荷電流ＩＬ、第１コンデンサ電流（ＩＶ＋，ＩＷ＋）および第２コンデンサ電流（ＩＵ－，ＩＶ－）が示されている。ただし、これらの図は、第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流のうち、上側ＵＶ相プライマリ巻線、上側ＶＷ相プライマリ巻線および上側ＷＵ相プライマリ巻線に流れる電流に着目したものである。
　これらの図に示された第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流は、負荷回路３２への電力伝送に寄与する電流である。これらの図は、図３Ａ～図３Ｄに示された正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに流れる電流を、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄを充放電する電流を含めて詳細に表したものである。
　第１コンデンサ電流について説明する。期間ｔ１およびｔ２では、上側ＵＶ相プライマリ巻線からスイッチング素子Ｓ１、上コンデンサＣｕおよびａ相リアクトルＬａを順に通って、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻るＵ相第１コンデンサ電流ＩＵ＋が流れる。期間ｔ３およびｔ４では、上側ＶＷ相プライマリ巻線からスイッチング素子Ｓ３、上コンデンサＣｕおよびｂ相リアクトルＬｂを順に通って、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗのタップに戻るＶ相第１コンデンサ電流ＩＶ＋が流れる。期間ｔ５およびｔ６では、上側ＷＵ相プライマリ巻線からスイッチング素子Ｓ５、上コンデンサＣｕおよびｃ相リアクトルＬｃを順に通って、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕのタップに戻るＷ相第１コンデンサ電流ＩＷ＋が流れる。
　第２コンデンサ電流について説明する。期間ｔ２およびｔ３では、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕのタップからｃ相リアクトルＬｃ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ６を順に流れ、上側ＷＵ相プライマリ巻線に戻るＷ相第２コンデンサ電流ＩＷ－が流れる。期間ｔ４およびｔ５では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップからａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ２を順に流れ、上側ＵＶ相プライマリ巻線に戻るＵ相第２コンデンサ電流ＩＵ－が流れる。期間ｔ６およびｔ１では、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗのタップからｂ相リアクトルＬｂ、下コンデンサＣｄおよびスイッチング素子Ｓ４を順に流れ、上側ＶＷ相プライマリ巻線に戻るＶ相第２コンデンサ電流ＩＶ－が流れる。
　期間ｔ１～ｔ６では、順に、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗ、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＷＵ相プライマリ巻線ｗｕ、ＶＷ相プライマリ巻線ｖｗ、ＵＶ相プライマリ巻線ｕｖの両端の電圧が０となっている。両端の電圧が０である巻線には第１コンデンサ電流および第２コンデンサ電流は流れない。図５Ａおよび図５Ｂには示されていないが、両端の電圧が０である巻線には、図３Ｂおよび図３Ｄに示されたａ相ゼロ期間電流Ｉａ０のようなゼロ期間電流が流れる。ゼロ期間電流は、各相リアクトルに誘導起電力を発生させる。各相リアクトルに発生した誘導起電力と各相プライマリ巻線に現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が維持される。
　上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの放電によって負荷電流ＩＬが流れる。放電によって失われた電荷の分だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流によって充電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流によって充電される。すなわち、期間ｔ１では、Ｕ相第１コンデンサ電流ＩＵ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｖ相第２コンデンサ電流ＩＶ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ２では、Ｕ相第１コンデンサ電流ＩＵ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｗ相第２コンデンサ電流ＩＷ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ３では、Ｖ相第１コンデンサ電流ＩＶ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｗ相第２コンデンサ電流ＩＷ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ４では、Ｖ相第１コンデンサ電流ＩＶ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｕ相第２コンデンサ電流ＩＵ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ５では、Ｗ相第１コンデンサ電流ＩＷ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｕ相第２コンデンサ電流ＩＵ－によって下コンデンサＣｄが充電される。期間ｔ６では、Ｗ相第１コンデンサ電流ＩＷ＋によって上コンデンサＣｕが充電され、Ｖ相第２コンデンサ電流ＩＶ－によって下コンデンサＣｄが充電される。
　上記では、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに負荷回路３２が接続された場合について説明した。正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎには、コンデンサ分割型電力変換装置１０に電力を供給する電源回路３４が接続されてもよい。正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに電源回路３４が接続された場合には、正極端子３０ｐおよび３０ｎに負荷回路３２が接続される。この場合、電源回路３４から出力される電力によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄが充電される。充電された電荷量だけ、上コンデンサＣｕは第１コンデンサ電流によって放電され、下コンデンサＣｄは第２コンデンサ電流によって放電され、正極端子１６ｐと負極端子１６ｎとの間の電圧が維持される。
　このように、コンデンサ分割型電力変換装置１０は、複数のセカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに対応して設けられた複数のプライマリ巻線１８ｕｖ、１８ｖｗおよび１８ｗｕを備えている。複数のプライマリ巻線１８ｕｖ、１８ｖｗおよび１８ｗｕは、それぞれ、複数のセカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃに結合し、トランスＴａ、ＴｂおよびＴｃが構成される。
　Ｕ相スイッチングアーム１２Ｕ、Ｖ相スイッチングアーム１２ＶおよびＷ相スイッチングアーム１２Ｗが構成するスイッチング回路１２には、各プライマリ巻線（１８ｕｖ、１８ｖｗ、１８ｗｕ）の両端のうち少なくとも一方が接続される。また、負荷／電源回路が、スイッチング回路１２の一対の端子としての正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに接続される。ここで、負荷／電源回路は、負荷回路３２、電源回路３４、または、動作状況に応じて負荷回路３２もしくは電源回路３４として動作する回路をいう。動作状況に応じて負荷回路３２もしくは電源回路３４として動作する回路には、例えば、モータジェネレータを含む回路がある。
　スイッチング回路１２は、各セカンダリ巻線（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に印加される電圧に応じてスイッチングを行い、各プライマリ巻線に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、負荷／電源回路に出力する。コンデンサ分割型電力変換装置１０は、正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎに両端が接続されたコンデンサアーム１４Ｃを備えている。コンデンサアーム１４Ｃは、直列接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサとして、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄを備えている。
　コンデンサ分割型電力変換装置１０は、プライマリ巻線１８ｕｖ、１８ｖｗおよび１８ｗｕに対応する３つのリアクトルとして、ａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃを備えている。各リアクトル（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）は、対応するプライマリ巻線のタップと、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点との間に接続されている。
　各プライマリ巻線、スイッチング回路１２、上コンデンサＣｕおよび各リアクトルを経て、各プライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路に、スイッチング回路１２のスイッチングによって電流が流れ、上コンデンサＣｕが充放電される。また、各プライマリ巻線のタップから、各プライマリ巻線に対応するリアクトル、下コンデンサＣｄおよびスイッチング回路１２を経て、各プライマリ巻線に至る複数の電流経路に、スイッチングによって電流が流れ、下コンデンサＣｄが充放電される。そして、コンデンサアーム１４Ｃの端子間の電圧、および負荷／電源回路に流れる電流が、スイッチング回路１２のスイッチングによって制御される。
　コンデンサの充放電に着目した動作について図６Ａ～図６Ｄを参照して説明する。図６Ａには期間ｔ１およびｔ２における第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ１およびｔ２では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから上側ＵＶ相プライマリ巻線を通り、スイッチング素子Ｓ１、上コンデンサＣｕおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから下側ＵＶ相プライマリ巻線を通り、スイッチング素子Ｓ４、下コンデンサＣｄおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ１およびｔ２において上コンデンサＣｕは充電され、下コンデンサＣｄは放電する。
　図６Ｂには、期間ｔ３における第１コンデンサ電流Ｉｃ１（ゼロ期間電流）が示されている。期間ｔ３では、図６Ａに示された第１コンデンサ電流Ｉｃ１が減少して０になった後に、流れる向きが逆になる。すなわち、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、上コンデンサＣｕ、スイッチング素子Ｓ１および上側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、上コンデンサＣｕ、スイッチング素子Ｓ３および下側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。期間ｔ３では第２コンデンサ電流Ｉｃ２は０となり、上コンデンサＣｕは充電されている状態から放電する状態となる。ａ相リアクトルＬａに発生した誘導起電力とＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が定まる。
　図６Ｃには、期間ｔ４およびｔ５における第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２が示されている。期間ｔ４およびｔ５では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、上コンデンサＣｕ、スイッチング素子Ｓ３および下側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通る第１コンデンサ電流Ｉｃ１が流れる。また、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップから、ａ相リアクトルＬａ、下コンデンサＣｄ、スイッチング素子Ｓ２および上側ＵＶ相プライマリ巻線を順に通る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ４およびｔ５では、上コンデンサＣｕは放電し、下コンデンサＣｄは充電される。
　図６Ｄには、期間ｔ６における第２コンデンサ電流Ｉｃ２（ゼロ期間電流）が示されている。期間ｔ６では、図６Ｃの第２コンデンサ電流Ｉｃ２が減少して０になった後に、流れる向きが逆になる。すなわち、下側ＵＶ相プライマリ巻線から、スイッチング素子Ｓ４、下コンデンサＣｄおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。また、上側ＵＶ相プライマリ巻線から、スイッチング素子Ｓ２、下コンデンサＣｄおよびａ相リアクトルＬａを順に通ってＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップに戻る第２コンデンサ電流Ｉｃ２が流れる。期間ｔ６では第１コンデンサ電流Ｉｃ１は０となり、下コンデンサＣｄは充電されている状態から放電する状態となる。ａ相リアクトルＬａに発生した誘導起電力とＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖに現れる電圧によって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧が定まる。
　図７には、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの両端の電圧Ｖｕｖの時間波形（ａ）と、ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａの時間波形（ｂ）と、第１コンデンサ電流Ｉｃ１および第２コンデンサ電流Ｉｃ２の時間波形（ｃ）が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は電圧または電流を示している。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの両端の電圧は、ａ相セカンダリ巻線２０ａの両端の電圧ｖｔａと同様、期間ｔ１～ｔ６において、順に、正、正、０、負、負、０となる。ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａは、期間ｔ１およびｔ２では正であり、期間ｔ３で正から０に減少して、０から負方向に増加する。ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａは、期間ｔ４およびｔ５では負であり、期間ｔ６で負から０に増加して、０から正方向に増加する。
　第１コンデンサ電流Ｉｃ１は、期間ｔ１およびｔ２では正の値で増加し、期間ｔ３で正から０に減少して、０から負方向に増加する。第１コンデンサ電流Ｉｃ１は、期間ｔ４およびｔ５で負の値で正方向に増加し、期間ｔ６で０となる。第２コンデンサ電流Ｉｃ２は、期間ｔ１およびｔ２で正の値で減少して０となり、期間ｔ３で０となる。第２コンデンサ電流Ｉｃ２は、期間ｔ４およびｔ５で負の値で負方向に増加し、期間ｔ６で負から０に増加し、０から正方向に増加する。第１コンデンサ電流Ｉｃ１が正であるときは、上コンデンサＣｕが充電され、第１コンデンサ電流Ｉｃ１が負であるときは、上コンデンサＣｕが放電する。第２コンデンサ電流Ｉｃ２が正であるときは、下コンデンサＣｄが充電され、第２コンデンサ電流Ｉｃ２が負であるときは、下コンデンサＣｄが放電する。
　図８における、ｔ１、ｔ２、・・・・ｔ６と記載された列よりも右側の６列には、期間ｔ１～ｔ６について、コンデンサ分割型電力変換装置１０が備える上側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ３およびＳ５と、電力変換装置４０が備える上側のスイッチング素子Ｓ７、Ｓ９およびＳ１１の各スイッチング状態が示されている。これら６列で示されるスイッチング状態は、図２と同様である。
　図８の右側３列には、期間ｔ１～ｔ６について、ａ相リアクトルＬａの両端に現れる電圧ｖＬａ、ｂ相リアクトルＬｂの両端に現れる電圧ｖＬｂ、およびｃ相リアクトルＬｃの両端に現れる電圧ｖＬｃが、正、０および負のいずれになるかが示されている。電圧ｖＬａ、ｖＬｂおよびｖＬｃは、それぞれ、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖのタップ側、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗのタップ側およびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕのタップ側を０電位とした電圧である。電圧ｖＬｂは、電圧ｖＬａに対して３分の１周期だけ遅れている。電圧ｖＬｃは、電圧ｖＬｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電圧ｖＬａは、電圧ｖＬｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
　電圧ｖＬａは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、０、負、０、０、正となる。電圧ｖＬｂは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、正、０、０、負、０となる。電圧ｖＬｃは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、負、０、０、正、０、０となる。
　図９には、電力変換システム１００のシミュレーション結果が示されている。図９のチャート（ａ）には、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄとの接続点からａ相リアクトルＬａ、ｂ相リアクトルＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃに向けて流出する電流Ｉｃｃの時間波形が示されている。図９のチャート（ｂ）には、ａ相リアクトルＬａに流れる電流ＩＬａ、ｂ相リアクトルＬｂに流れる電流ＩＬｂおよびｃ相リアクトルＬｃに流れる電流ＩＬｃの時間波形が示されている。
　電流ＩＬａの時間波形は、図７に示された時間波形（ｂ）と同様である。電流ＩＬｂは電流ＩＬａに対して３分の１周期だけ遅れている。電流ＩＬｃは、電流ＩＬｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電流ＩＬａは、電流ＩＬｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
　図９のチャート（ａ）に示された電流Ｉｃｃは、図９のチャート（ｂ）に示された電流ＩＬａ、ＩＬｂおよびＩＬｃを加算合計したものである。期間ｔ１およびｔ４では、電流ＩＬａおよびＩＬｂが減じ合い、電流Ｉｃｃは電流ＩＬｃに等しくなる。期間ｔ２およびｔ５では、電流ｉＬａおよびＩＬｃが減じ合い、電流Ｉｃｃは電流ＩＬｂに等しくなる。期間ｔ３およびｔ６では、電流ｉＬｂおよびＩＬｃが減じ合い、電流Ｉｃｃは電流ＩＬａに等しくなる。
　図９のチャート（ｃ）には、ａ相リアクトルＬａの両端に現れる電圧ｖＬａ、ｂ相リアクトルＬｂの両端に現れる電圧ｖＬｂ、およびｃ相リアクトルＬｃの両端に現れる電圧ｖＬｃの時間波形が示されている。電圧ｖＬａは、期間ｔ１～ｔ６において、順に、０、０、負、０、０、正となる。電圧ｖＬｂは、電圧ｖＬａに対して３分の１周期だけ遅れている。電圧ｖＬｃは、電圧ｖＬｂに対して３分の１周期だけ遅れ、電圧ｖＬａは電圧ｖＬｃに対して３分の１周期だけ遅れている。
　図９のチャート（ｄ）には、上コンデンサＣｕの両端の電圧ｖｃｕおよび下コンデンサＣｄの両端の電圧ｖｃｄの時間波形が示されている。電圧ｖｃｕおよびｖｃｄは、期間ｔ１からｔ６に至るまでの時間の３分の１の周期で増減を繰り返す。電圧ｖｃｕが平均値以上であるときは電圧ｖｃｄは平均値以下であり、電圧ｖｃｕが平均値未満であるときは電圧ｖｃｄは平均値以上である。
　図９のチャート（ａ）に示されているように、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄの接続点から流出する電流Ｉｃｃの周波数は、各スイッチングアームが備えるスイッチング素子のスイッチング周波数の３倍である。図９のチャート（ｄ）に示されているように、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄのそれぞれに流れる充電電流および放電電流の周波数は、各スイッチングアームが備えるスイッチング素子のスイッチング周波数の３倍である。したがって、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄには、容量が小さいコンデンサが用いられてよい。また、上コンデンサＣｕおよび下Ｃｄを充電するために各相リアクトルに発生させる誘導起電力が小さくてもよく、各相リアクトルのインダクタンスが小さくてもよいため、各相リアクタンスが小型化される。これによって、コンデンサ分割型電力変換装置１０が小型化される。
　図１０には、期間ｔ１～ｔ６のそれぞれにおける、上コンデンサＣｕ、下コンデンサＣｄ、電流Ｉｃｃ、電流ＩＬａ、電流ＩＬｂ、および電流ＩＬｃの状態が示されている。期間ｔ１～ｔ６に対応付けられた「Ｖｃｃ」の列は、下コンデンサＣｄの両端の電圧ｖｃｄの交流成分を示す。「Ｃｕ」の列および「Ｃｄ」の列には、期間ｔ１～ｔ６のそれぞれにおいて、上コンデンサＣｕおよび下コンデンサＣｄが充電状態から放電状態となるか（充・放）、放電状態から充電状態となるか（放・充）が示されている。「Ｉｃｃ」の列には、期間ｔ１～ｔ６のそれぞれにおいて、電流Ｉｃｃが電流ＩＬａ、電流ＩＬｂおよび電流ＩＬｃのうちいずれに相当するかが示されている。「ｉＬａ」、「ｉＬｂ」および「ｉＬｃ」の列には、それぞれ、電流ｉＬａ、ｉＬｂおよびｉＬｃが、正であるか、減少しているか、負であるか、あるいは、増加しているかが示されている。
　上記では、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗおよびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕが、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２Ｗにデルタ結線された実施形態が示された。すなわち、スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点が複数相（３相）の交流電圧に対するデルタ結線ポートＤＰを構成する。このデルタ結線ポートＤＰにＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗおよびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕが接続された実施形態が示された。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖ、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗおよびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕは、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２ＷにＹ結線されてもよい。すなわち、スイッチングアーム１２Ｕ、１２Ｖおよび１２Ｗのそれぞれにおける２つのスイッチング素子の接続点は、デルタ結線ポートを構成してもよいし、Ｙ結線ポートＹＰを構成してもよい。
　図１１には、コンデンサ分割型電力変換装置１１の各プライマリ巻線が各スイッチングアームにＹ結線された電力変換システム１０２の構成が示されている。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点と、スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点は、Ｙ結線ポートを構成している。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の接続点には、ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの一端が接続されている。スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の接続点には、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗの一端が接続されている。スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の接続点には、ＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕの一端が接続されている。ＵＶ相プライマリ巻線１８ｕｖの他端、ＶＷ相プライマリ巻線１８ｖｗの他端およびＷＵ相プライマリ巻線１８ｗｕの他端は、中性点Ｎに共通に接続されている。電力変換システム１０２の各スイッチング素子の動作は、図１に示された電力変換システム１００の各スイッチング素子の動作と同様である。
　図１および図１１には、セカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃが、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γにデルタ結線された例が示されているが、セカンダリ巻線２０ａ、２０ｂおよび２０ｃは、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γにＹ結線されてもよい。すなわち、スイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γのそれぞれにおける２つのスイッチング素子の接続点は、デルタ結線ポートを構成してもよいし、Ｙ結線ポートを構成してもよい。
　図１２には、本発明の第２実施形態に係る１ポート／２ポート電力変換システム１０４の構成が示されている。１ポート／２ポート電力変換システム１０４は、コンデンサ分割型電力変換装置１０と、追加ポート型電力変換装置６０とを備えている。
　追加ポート型電力変換装置６０は、スイッチングアーム６２Ａ～６２Ｃ、セカンダリ巻線２８ａ～２８ｃ、ａ相リアクトルＬＬａ、ｂ相リアクトルＬＬｂ、ｃ相リアクトルＬＬｃ、コンデンサＣ３，Ｃ４、正極端子６６ｐ，６８ｐ、負極端子６６ｎおよび６８ｎを備えている。スイッチングアーム６２Ａは、直列接続されたスイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎを備えている。スイッチングアーム６２Ｂは、直列接続されたスイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎを備えており、スイッチングアーム６２Ｃは、直列接続されたスイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎを備えている。
　スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３は並列接続されている。スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３の上側の並列接続点は、正極端子６６ｐに接続され、スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３の下側の並列接続点は、負極端子６６ｎに接続されている。スイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎの接続点と、スイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎの接続点との間には、セカンダリ巻線２８ａが接続されている。スイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎの接続点と、スイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎの接続点との間には、セカンダリ巻線２８ｂが接続されている。スイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎの接続点と、スイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎの接続点との間には、セカンダリ巻線２８ｃが接続されている。
　セカンダリ巻線２８ａのタップには、ａ相リアクトルＬＬａの一端が接続されている。セカンダリ巻線２８ｂのタップ、およびセカンダリ巻線２８ｃのタップには、それぞれ、ｂ相リアクトルＬＬｂの一端、およびｃ相リアクトルＬＬｃの一端が接続されている。各相リアクトルＬＬａ～ＬＬｃの他端は正極端子６８ｐに接続されている。スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣおよびコンデンサＣ３の下側の並列接続点は、負極端子６６ｎの他、負極端子６８ｎにも接続されている。正極端子６８ｐと負極端子６８ｎとの間には、コンデンサＣ４が接続されている。
　図１２には、セカンダリ巻線２８ａ、２８ｂおよび２８ｃが、スイッチングアーム６２Ａ～６２Ｃにデルタ結線された例が示されているが、セカンダリ巻線２８ａ、２８ｂおよび２８ｃは、スイッチングアーム６２Ａ～６２ＣにＹ結線されてもよい。
　スイッチングアーム６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃは、それぞれ、図１に示されたスイッチングアーム２２α、２２βおよび２２γと同様のスイッチングを行う。すなわち、スイッチング素子ＳａｐおよびＳａｎは、それぞれ、スイッチング素子Ｓ７およびＳ８と同様のスイッチングを行う。スイッチング素子ＳｂｐおよびＳｂｎは、それぞれ、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０と同様のスイッチングを行い、スイッチング素子ＳｃｐおよびＳｃｎは、それぞれ、スイッチング素子Ｓ１１およびＳ１２と同様のスイッチングを行う。
　正極端子１６ｐおよび負極端子１６ｎは第１ポートを構成する。正極端子６６ｐおよび負極端子６６ｎは第２ポートを構成し、正極端子６８ｐおよび負極端子６８ｎは第３ポートを構成する。第１ポート、第２ポートおよび第３ポートの間では、相互に直流電力の伝送が行われる。
　正極端子６６ｐと負極端子６６ｎとの間の電圧に対する、正極端子６８ｐと負極端子６８ｎとの間の電圧の比率は、期間ｔ４の長さに対する期間ｔ１の長さの比率、期間ｔ２の長さに対する期間ｔ５の長さの比率、および期間ｔ６の長さに対する期間ｔ３の長さの比率によって定まる。
　上記の電力変換システム１００、１０２および１０４は、Ｖ２Ｇ、Ｖ２Ｈ等における電力伝送設備に用いられてよい。また、電力変換システム１００、１０２および１０４は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されてもよい。
　１０，１１　コンデンサ分割型電力変換装置、１２　スイッチング回路、１２Ｕ　Ｕ相スイッチングアーム、１２Ｖ　Ｖ相スイッチングアーム、１２Ｗ　Ｗ相スイッチングアーム、１４Ｃ　コンデンサアーム、１６ｐ，３０ｐ，６６ｐ，６８ｐ　正極端子、１６ｎ，３０ｎ，６６ｎ，６８ｎ　負極端子、１８ｕｖ　ＵＶ相プライマリ巻線、１８ｖｗ　ＶＷ相プライマリ巻線、１８ｗｕ　ＷＵ相プライマリ巻線、２０ａ　ａ相セカンダリ巻線、２０ｂ　ｂ相セカンダリ巻線、２０ｃ　ｃ相セカンダリ巻線、２２α　α相スイッチングアーム、２２β　β相スイッチングアーム、２２γ　γ相スイッチングアーム、２８ａ～２８ｃ　セカンダリ巻線、３２　負荷回路、３４　電源回路、４０，６０　電力変換装置、６２Ａ～６２Ｃ　スイッチングアーム、Ｓ１～Ｓ１２，Ｓａｐ，Ｓａｎ，Ｓｂｐ，Ｓｂｎ,Ｓｃｐ，Ｓｃｎ　スイッチング素子、Ｃｕ　上コンデンサ、Ｃｄ　下コンデンサ、Ｌａ，ＬＬａ　ａ相リアクトル、Ｌｂ，ＬＬｂ　ｂ相リアクトル、Ｌｃ，ＬＬｃ　ｃ相リアクトル、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ　トランス、Ｃ０～Ｃ４　コンデンサ、ＤＰ　デルタ結線ポート、Ｎ　中性点。
 

Claims (6)

  1. 　複数のセカンダリ巻線に対応して設けられた複数のプライマリ巻線であって、対応する前記セカンダリ巻線にそれぞれが結合する複数のプライマリ巻線と、
    　各前記プライマリ巻線の両端のうち少なくとも一方が接続されると共に、負荷／電源回路が一対の端子に接続されるスイッチング回路であって、各前記セカンダリ巻線に印加される電圧に応じてスイッチングを行い、各前記プライマリ巻線に現れる交流電圧を直流電圧に変換し、前記負荷／電源回路に出力するスイッチング回路と、
    　前記一対の端子に両端が接続されたコンデンサアームであって、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コンデンサアームと、
    　複数の前記プライマリ巻線に対応して設けられた複数のリアクトルであって、各前記リアクトルが、対応する前記プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に接続された複数のリアクトルと、を備え、
    　各前記プライマリ巻線、前記スイッチング回路、前記第１コンデンサおよび各前記リアクトルを経て、各前記プライマリ巻線のタップに至る複数の電流経路に、前記スイッチングによって電流が流れ、前記第１コンデンサが充放電され、
    　各前記プライマリ巻線のタップから、各前記プライマリ巻線に対応する前記リアクトル、前記第２コンデンサおよび前記スイッチング回路を経て、各前記プライマリ巻線に至る複数の電流経路に、前記スイッチングによって電流が流れ、前記第２コンデンサが充放電され、
    　前記コンデンサアームの端子間の電圧、および前記負荷／電源回路に流れる電流が、前記スイッチングによって制御されることを特徴とする電力変換装置。
  2. 　請求項１に記載の電力変換装置において、
    　前記スイッチング回路は、
    　複数の前記プライマリ巻線に対応する複数のスイッチングアームであって、直列に接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える、複数のスイッチングアームを備え、
    　複数の前記スイッチングアームのそれぞれにおける前記２つのスイッチング素子の接続点は、複数相の交流電圧に対するデルタ結線ポートを構成し、複数の前記プライマリ巻線は、前記デルタ結線ポートに接続されていることを特徴とする電力変換装置。
  3. 　請求項１に記載の電力変換装置において、
    　前記スイッチング回路は、
    　複数の前記プライマリ巻線に対応する複数のスイッチングアームであって、直列に接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える、複数のスイッチングアームを備え、
    　各前記スイッチングアームにおける前記２つのスイッチング素子の接続点には、各前記スイッチングアームに対応する前記プライマリ巻線の一端が接続され、
    　各前記プライマリ巻線の他端が共通に接続されていることを特徴とする電力変換装置。
  4. 　直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、
    　直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、
    　直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、
    　ａ相セカンダリ巻線に結合するＵＶ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点と、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点との間に設けられたＵＶ相プライマリ巻線と、
    　ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶＷ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点と、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点との間に設けられたＶＷ相プライマリ巻線と、
    　ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷＵ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点と、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点との間に設けられたＷＵ相プライマリ巻線と、
    　直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、
    　前記ＵＶ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、
    　前記ＶＷ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、
    　前記ＷＵ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、
    　前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームおよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする電力変換装置。
  5. 　直列に接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備えるＵ相スイッチングアームと、
    　直列に接続された第３スイッチング素子および第４スイッチング素子を備えるＶ相スイッチングアームと、
    　直列に接続された第５スイッチング素子および第６スイッチング素子を備えるＷ相スイッチングアームと、
    　ａ相セカンダリ巻線に結合するＵ相プライマリ巻線であって、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＵ相プライマリ巻線と、
    　ｂ相セカンダリ巻線に結合するＶ相プライマリ巻線であって、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＶＷ相プライマリ巻線と、
    　ｃ相セカンダリ巻線に結合するＷ相プライマリ巻線であって、前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子の接続点に一端が接続されたＷ相プライマリ巻線と、
    　直列に接続された第１コンデンサおよび第２コンデンサを備えるコンデンサアームと、
    　前記Ｕ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたａ相リアクトルと、
    　前記Ｖ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｂ相リアクトルと、
    　前記Ｗ相プライマリ巻線のタップと、前記第１コンデンサおよび前記第２コンデンサの接続点との間に設けられたｃ相リアクトルと、を備え、
    　前記Ｕ相プライマリ巻線、前記Ｖ相プライマリ巻線および前記Ｗ相プライマリ巻線のそれぞれの他端が共通に接続されており、
    　前記Ｕ相スイッチングアーム、前記Ｖ相スイッチングアーム、Ｗ相スイッチングアームおよび前記コンデンサアームが並列接続されていることを特徴とする電力変換装置。
  6. 　請求項４または請求項５に記載の電力変換装置において、
    　前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は交互にオンオフし、
    　前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子は交互にオンオフし、
    　前記第５スイッチング素子および前記第６スイッチング素子は交互にオンオフし、
    　前記ａ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で正、正、０、負、負、０の順で変化し、
    　前記ｂ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で負、０、正、正、０、負の順で変化し、
    　前記ｃ相セカンダリ巻線に印加される電圧が、１周期で０、負、負、０、正、正の順で変化することに応じて、前記第１スイッチング素子のオンオフ状態、前記第３スイッチング素子のオンオフ状態、および前記第５スイッチング素子のオンオフ状態は、（オン、オフ、オン）、（オン、オフ、オフ）、（オン、オン、オフ）、（オフ、オン、オフ）、（オフ、オン、オン）、（オフ、オフ、オン）の順で変化することを特徴とする電力変換装置。
     
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