JP2018148595A

JP2018148595A - マルチレベル電力変換装置およびその制御方法

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Publication number: JP2018148595A
Application number: JP2017037905A
Authority: JP
Inventors: 正太漆畑; Shota Urushibata; 鎮教濱田; Shizunori Hamada
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電／放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で２レベル以上の電圧変化が生じることを防止する。
【解決手段】フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流極性を制御するスイッチ群の切り替えを行う必要があるとき、フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相の電位を、その電位と１レベル差のフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位に変更する。このとき、電位変更するすべての相において、電位を変更する極性を同じとする。次に、フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。最後に、各相の電位を元の電位に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、フライングキャパシタ方式のマルチレベル変換装置に係り、特に、フライングキャパシタの充放電制御に伴うスイッチの制御に関する。

電圧型の直流／交流電力変換器（インバータ）において、その交流出力の高電圧化・大容量化・高品質化・低損失化・装置の小型化などを目的として、その出力電圧レベルを３レベル以上に増加させるマルチレベルインバータ回路が種々公開されている。

特許文献１は、直流電圧源に対し、コンデンサ及びそのコンデンサの両端に接続されるスイッチングデバイスによって構成される回路が開示されている。直流電圧源と交流出力端子との間の電流経路のスイッチングデバイスをオンオフすることにより、直流電圧源に対しコンデンサを直列接続したり、切り離したり、コンデンサの接続向きを切り替える。

これにより、直流電圧源の両端電位に加えて、その複数のコンデンサによる電圧を、任意の数だけ加算・減算した電位を交流出力端子に出力することが可能となる。一般的に、このコンデンサはフライングキャパシタと呼ばれ、このような電力変換装置はフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置などと呼ばれる。

特許文献２には、フライングキャパシタを複数の交流出力相において共有する構成のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置が開示されている。特許文献１では、交流出力相毎に独立したフライングキャパシタが設けられている。例えば、三相のフライングキャパシタ式３レベル電力変換回路の場合、一つの直流電圧源に対して、フライングキャパシタは３つ必要となる。

特許文献２では、フライングキャパシタは複数の出力相において共同で利用できる構成となっている。例えば、３レベル電力変換回路の場合、１つの直流電圧源に対して、出力相数がいくつであってもフライングキャパシタは１つでよい。５レベル電力変換回路の場合、直流電圧源が２つ（２分圧される）に対して、出力相数がいくつであってもフライングキャパシタは２つで良い。

これにより、マルチレベル電力変換回路を構成するために必要なフライングキャパシタの数・容量を減らすことができる。

フライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置におけるフライングキャパシタの両端電圧は、所望の電圧出力をパルス幅変調（ＰＷＭ）によって実現するため、規定の電圧に維持されることを前提としている。例えば、直流リンク電圧の１／２，１／４などに維持される。

また、フライングキャパシタの両端電圧は，通常外部からの電力供給・消費によって制御されるのではなく、そのフライングキャパシタを利用することによって流れる電流によって充電・放電され変動する。従って、フライングキャパシタの両端電圧を規定電圧に維持するためには、そのフライングキャパシタに流れる電流を任意に制御する事によって規定電圧に制御する必要がある。

図１９は、特許文献１における３レベルマルチレベル電力変換回路の例である。直流電圧源の電圧Ｖ_DCの大きさをＥとした場合，フライングキャパシタＣ_FCの電圧をＥ／２に制御することで、３レベルの電圧が出力可能である。ここで、出力電圧Ｖ_OUTはＥ／２，０，−Ｅ／２となる。なお、図１９では、基準電位を決める便宜上、直流電圧源を構成するコンデンサをＣ_DC1とＣ_DC2に分割し、同時に電圧ＥをＥ／２に分圧している。また、Ｃ_DC1とＣ_DC2との共通接続点を基準電位点とする。

フライングキャパシタＣ_FCに電流が流れるスイッチングパターンは、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオンで第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフの時と、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオンで、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオフの時がある。

フライングキャパシタＣ_FCの電圧がＥ／２であるとすると、この両者の場合に交流出力端子に出力される出力電圧Ｖ_OUTはいずれも０となる。従って、０の電圧を出力するためのスイッチングパターンには２通り存在することになる。

交流出力電流Ｉ_OUTが、図１９に示すように直流側から交流端子側の方向に流れている場合、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフのスイッチングパターンを選択すると、フライングキャパシタＣ_FCが充電する方向に電流が流れる。一方、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオフのスイッチングパターンを選択すると、フライングキャパシタＣ_FCが放電する方向に電流が流れることになる。

よって、出力電圧に０を出力する期間において、この２つのスイッチングパターンを適切な割合で選択することにより、フライングキャパシタＣ_FCの充電・放電を制御する事ができる。例えば、出力電流Ｉ_OUTの方向が検出できる場合、スイッチング制御によって、適切なスイッチングパターンを選択することにより、フライングキャパシタＣ_FCの充放電を任意に制御する事ができる。

以上のフライングキャパシタ回路特性，およびその電圧制御の基本的な方法は、特許文献２で開示された複数の出力相でフライングキャパシタＣ_FCを共有する回路方式についても同様である。図２０に、特許文献２の実施形態１４〜１７で開示されているマルチレベル電力変換装置が備える基本回路を示し、それに含まれるフライングキャパシタＣ_FCの電圧制御について説明する。

図１９と同様、直流電圧源に対して、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄と、フライングキャパシタＣ_FCで構成されるフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路が並列に接続される。直流電圧源の電圧Ｖ_DCをＥとしたとき、フライングキャパシタＣ_FCの電圧Ｖ_FCをＥ／２と制御する事で、端子Ｐ₂に０の電圧を出力することができる。

図１９の場合と異なり、第２，第３スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₃の中間点から出力される端子Ｐ₂の電位は、常に０に制御される。従って、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄は、第１，第２スイッチングデバイスＳ₁とＳ₂，第３，第４スイッチングデバイスＳ₃とＳ₄が同時にオンすることはなく、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフのパターン、又は、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオフのパターンのみを選択する。

各相の出力は、直流電圧源の正極端Ｐ₁の電位Ｖ₁＝＋Ｅ／２，直流電圧源の負極端Ｐ₃の電位Ｖ₃＝−Ｅ／２，端子Ｐ₂の電位Ｖ₂＝０の３つの電位を入力し、それら３つの電位から一つの電位を電圧選択回路１，２によって選択することによって、マルチレベル（３レベル）電圧を出力する。

図２０では出力が２相ある場合の例を示しており、電圧選択回路１によって出力電位Ｖ_OUT1，電圧選択回路２によって出力電位Ｖ_OUT2の二つの出力が得られる。

以下の説明は出力が３相以上の場合においても、同様の原理となるが、簡単化のため、図２０のとおり２相で説明する。

フライングキャパシタＣ_FCの電圧は、図１９の場合と同じく、フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流によって変動する。フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流Ｉ_FCは、端子Ｐ₂に流れる電流と、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のスイッチングパターンによって決まり、端子Ｐ₂に流れる電流は、端子Ｐ₂の電位を選択した出力相の出力電流の合計によって決まる。

フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流Ｉ_FCおよび出力電流Ｉ_OUT1，Ｉ_OUT2の極性を、図２０の矢印方向が正とする。その時、例えば、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフで、電圧選択回路１が端子Ｐ₂，電圧選択回路２が端子Ｐ₂以外を選択していた場合，Ｉ_FC＝Ｉ_OUT1となる。

第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオフで，電圧選択回路１，２が上記と同じ状況の場合、Ｉ_FC＝−Ｉ_OUT1となる。さらに、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフで、電圧選択回路１，電圧選択回路２の両方が端子Ｐ₂を選択していた場合，Ｉ_FC＝Ｉ_OUT1＋Ｉ_OUT2となる。

電圧選択回路１，２の両方が端子Ｐ₂以外を選択していた場合は、当然Ｉ_FC＝０となり、電圧変動も発生しない。以上から、端子Ｐ₂に流れる電流（極性）と、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のパターンによって、フライングキャパシタＣ_FCが充電するか放電するかが決定される。

従って、検出や推定などによって得られる出力電流情報や電圧選択回路１，２の選択状況と、フライングキャパシタＣ_FCの電圧情報を元に、端子Ｐ２に流れる電流を推定することによって、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のスイッチングパターンを決定し、フライングキャパシタＣ_FCの電圧制御を行うことができる。

特許３３０１７６１号特開２０１５−４７０５６号公報

フライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置は、フライングキャパシタに付属するスイッチングデバイスのうち、フライングキャパシタを介して電流を流す２つのスイッチングパターンを制御する事によって、フライングキャパシタの充電・放電の状態を切り替えて、その電圧を任意の大きさになるように制御する。

この２つのスイッチングパターンは、フライングキャパシタの電圧が規定値にあるとすると、どちらを選択しても同じ出力電位となる。図１９において、フライングキャパシタＣ_FCの電位が＋Ｅ／２ならば、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフのパターンと、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオフのパターンのいずれを選択しても出力電位Ｖ_OUTは０になる。

特許文献１に見られるような一般的なフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置における充放電の切り替え時の問題について考える。図１９において、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオフとし、フライングキャパシタＣ_FCに電流が流れるスイッチングパターンを選択しているとする。

この状態から、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオフとするもう一つのフライングキャパシタＣ_FCに電流が流れるスイッチングパターンに切り替える場合、直流電圧源およびフライングキャパシタの短絡を防ぐために、一時的にすべての第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄スイッチをオフする必要がある。

その際、出力電流の経路は、フライングキャパシタＣ_FCに流れる経路から、第１，第２スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₂または第３，第４スイッチングデバイスＳ₃，Ｓ₄のスイッチ（ＩＧＢＴなど）に逆並列に接続されたダイオードを介して流れる経路に切り替わる。

従って、出力電位Ｖ_OUTは、出力電流Ｉ_OUTの方向に従って、＋Ｅ／２または−Ｅ／２となる。このような意図しない出力電位の変化により、指令値に対する出力電位Ｖ_OUTの誤差や転流によるスイッチング損失の発生が生じる。

また、複数相でインバータを構成（例えば単相（２相）や３相など）している場合においては、別の相のＰＷＭなどによる電位変化と、この意図しない電位変化のタイミングが重なることによって、その２相間の線間電圧出力に、同時もしくはごく短時間で２レベル分の変化が発生する可能性がある。

線間電圧の電位変化が通常の２倍になると、電位の変化速度も倍となり、その電位変化率や、大きなサージ電圧によって、その負荷に通常よりも大きな負担がかかり、負荷の種類によっては様々な悪影響が発生する可能性がある。

例えば、負荷がモータの場合、モータ端子やモータ巻線間に通常よりも大きな電圧が加わることで絶縁が低下する可能性があり、結果として寿命低下の要因となる。また、電圧変化に伴うノイズの増加や、損失が増加するなどの問題も発生する。

このような意図しない電位変化を防止するため、充放電パターン間を直接切り替える制御は禁止し、パルス幅変調などによって一旦別の電位に変化した後に、再度フライングキャパシタＣ_FCを介して出力する電位に切り替わるタイミングで切り替える手法が一般的に用いられている。

図２１に例を示す。同位相でオフセットの異なる２つのキャリア信号（キャリア信号ｃａｒｒｙ１，キャリア信号ｃａｒｒｙ２）と、電圧指令とを比較して３レベルの電圧出力指令を生成するＰＷＭ制御である。これを図１９の回路に適用することを考える。電圧指令とキャリア信号ｃａｒｒｙ１，ｃａｒｒｙ２の関係により、以下のように出力電位を制御する。
電圧指令≧ｃａｒｒｙ１：Ｖ_OUT＝＋Ｅ／２
ｃａｒｒｙ１＞電圧指令≧ｃａｒｒｙ２：Ｖ_OUT＝０
ｃａｒｒｙ２＞電圧指令：Ｖ_OUT＝−Ｅ／２
出力電位Ｖ_OUT＝０の時、フライングキャパシタＣ_FCを利用して出力を行うことになるが、このときのスイッチングパターンは既に述べたとおり２通りある。図２１に示すように、ＰＷＭ制御を行いながら、出力電位Ｖ_OUT＝０になるたびに、この２通りのパターンを交互に切り替える。

または、フライングキャパシタＣ_FCの電圧および出力電流の極性などを見ながら、フライングキャパシタＣ_FCの電圧が最適値になるように、出力電位Ｖ_OUT＝０になるタイミングで、この２パターンを選択する。

このようにすることで、出力電位Ｖ_OUT＝０を出力中、すなわちフライングキャパシタＣ_FCを利用した出力中に充放電パターンを切り替えることなく、フライングキャパシタＣ_FCの電圧を制御することができる。

一方、特許文献２（特に、実施形態１４〜１７）のような複数の相でフライングキャパシタを共有するマルチレベル電力変換装置でも同様の問題が発生する。図２２にフライングキャパシタ共通方式の回路例を示す。

図２２は、図２０における一つ目の相をＸ相，二つ目の相をＹ相とし、また電圧選択回路１，２は、３つのスイッチを用いたＴ型３レベル回路で構成している。そして、端子Ｐ₂への接続を制御する電圧選択回路１，２内の第３スイッチＳ_X3，Ｓ_Y3はそれぞれ二つの第３スイッチＳ_X3A，Ｓ_X3B，および第３Ｓ_Y3A，Ｓ_Y3Bを逆直列に接続することによって構成した逆阻止スイッチとする。また、負荷は例として誘導性負荷とする。

図２３に、フライングキャパシタＣ_FCを利用した電位出力中の、フライングキャパシタの充放電パターン切り替えの様子を示す。また、図２４に、そのときの各スイッチングデバイス、各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号およびＸ相，Ｙ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}，Ｖ_{OUT_Y}，Ｘ相−Ｙ相間の線間電圧Ｖ_{OUT_XY}を示す。図２３において、丸で囲まれているスイッチングデバイス，スイッチはオン状態，点線のスイッチングデバイス，スイッチはオフ状態を示している。

初期状態ｔ₀において、フライングキャパシタＣ_FCの充放電特性を決める（フライングキャパシタＣ_FCの充放電電流極性を制御する）第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄の状態（充放電パターン）は、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフの状態である。

また、電圧選択回路１，２は，Ｘ相は第１，第２スイッチＳ_X1，Ｓ_X2がオフ，第３スイッチＳ_X3（Ｓ_X3A，Ｓ_X3B）がオン，Ｙ相はスイッチ第１，第２Ｓ_Y1，Ｓ_Y2がオフ，第３スイッチＳ_Y3（Ｓ_Y3A，Ｓ_Y3B）がオンの状態である。これはＸ相，Ｙ相いずれも端子Ｐ₂の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタＣ_FCを利用して電圧を出力している状態である。

Ｘ相の出力電流は直流側から交流側に流れており（Ｉ_{OUT_X}＞０），Ｙ相の出力電流は交流側から直流側へ流れている（Ｉ_{OUT_Y}＜０）とする。フライングキャパシタＣ_FCの充放電特性を切り替えるため、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオンからオフ，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオフからオンに切り替える場合、直流電圧源およびフライングキャパシタＣ_FCの短絡を防止するため、一時的に第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のすべてをオフにする（時刻ｔ₁）。

このとき、フライングキャパシタＣ_FCを流れていたＸ相の出力電流Ｉ_{OUT_X}は、その先のフライングキャパシタＣ_FCないし直流電圧源までの経路が遮断されるために、直流電圧源の負極端Ｐ₃から、第２スイッチＳ_X2のダイオードを介して流れる経路に転流する。従って、Ｘ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}は０から−Ｅ／２へ変化する。

同様にＹ相の出力電流Ｉ_{OUT_Y}は、直流電圧源の正極端Ｐ₁から第１スイッチＳ_Y1のダイオードを介して流れる電流経路に転流し、Ｙ相の出力電位Ｖ_{OUT_Y}は０から＋Ｅ／２へ変化する。このとき，線間電圧Ｖ_{OUT_XY}は０から−Ｅへ、２レベル分の電圧変化が発生する。

時刻ｔ₂において、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオンすると、フライングキャパシタＣ_FCへの電流経路が復帰するため、Ｘ相，Ｙ相いずれも元の電流経路に戻り、Ｘ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}＝０，Ｙ相の出力電位Ｖ_{OUT_Y}＝０となる。

このとき線間電圧Ｖ_{OUT_XY}は−Ｅから０へ戻り、再度２レベル分の電圧変化が発生する。以上のように、フライングキャパシタＣ_FCを複数の相で共有する回路において、フライングキャパシタＣ_FCを利用した電圧出力中に、フライングキャパシタＣ_FCの充電・放電の制御のためにその充放電パターンの切り替えを行うと、一般的なフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置と同様に、意図しない出力電位の変化が発生する。

加えて、複数の出力相がフライングキャパシタＣ_FCを利用した電圧出力を行っている場合には、出力相の電流極性によっては，線間電圧に２レベルの電圧変化が発生する。

この意図しない電位変化を防止するため、フライングキャパシタＣ_FCを共有しない従来のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置での一般的な解決手法を適用することを考える。

すなわち、フライングキャパシタＣ_FCを利用した電圧出力中は充放電パターンの切り替えを行わず、フライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位からフライングキャパシタＣ_FCを利用する電位に変化する際に，パターンの選択を行う手法を適用する事を検討する。

図２５は、図２２で示す２相でフライングキャパシタＣ_FCを共有するマルチレベル電力変換装置のＰＷＭパターンの例である。Ｘ相電圧指令，およびＹ相電圧指令と、２つのキャリア信号ｃａｒｒｙ１，ｃａｒｒｙ２とを比較し、それぞれの出力電位を決定する。その関係性は図２１の説明と同じである。

Ｘ相の電位がフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位（Ｖ_{OUT_X}＝＋Ｅ／２または−Ｅ／２）からフライングキャパシタＣ_FCを利用する電位（Ｖ_{OUT_X}＝０）に切り替わる際に、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のスイッチングパターン（充放電パターン）を選択・決定すると、例えば図２５のように時刻ｔ₁から時刻ｔ₄の期間では第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオフとし、時刻ｔ₅から時刻ｔ₈の期間では、第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオン，第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオンすることで、充放電のパターン切り替えを行うことができる。

しかし、ここで問題となるのはＹ相の出力電位である。Ｘ相がフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位を出力している時刻ｔ₄から時刻ｔ₅の期間において、Ｙ相はフライングキャパシタＣ_FCを利用して出力する期間（Ｖ_{OUT_Y}＝０）をとなっている。

時刻ｔ₅の瞬間、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄からなるスイッチングパターンの切り替えを行うと、Ｙ相出力は一時的にフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路が遮断され、Ｖ_{OUT_Y}＝０から，＋Ｅ／２または−Ｅ／２の電位に切り替わってしまう。すなわち、Ｘ相では電位変動は発生しないが、Ｙ相では図２３で説明した電位変動が発生する。その結果、この電位変動とＸ相の電位変動によって、Ｘ−Ｙ間線間電圧に２レベル分の電圧変動が発生する可能性がある。

また、３相以上のシステムの場合は、他相の通常ＰＷＭ制御と、このＹ相の意図しない電位変動によっても、その他相との線間電圧に２レベルの電圧変動が発生する可能性がある。

したがって、従来のフライングキャパシタが各相独立に存在するフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置における２レベル変化防止対策は、フライングキャパシタを各相（各電圧選択回路）で共通化するフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換装置には適用できない。

以上示したようなことから、フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電／放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で２レベル以上の電圧変化が生じることを防止することが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、電圧選択回路制御部が、第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する第１ステップと、充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に変更する第３ステップと、を有することを特徴とする。

また、他の態様として、各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、電圧選択回路制御部が、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第１ステップと、充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第３ステップと、有することを特徴とする。

また、その一態様として、前記マルチレベル電力変換装置は、前記共通モジュールをＮ（Ｎ＝２以上の整数）個備え、Ｋ（１〜Ｎ−１までの整数）番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端と、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続し、Ｋ番目の前記共通モジュールの第４スイッチングデバイスと、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの第１スイッチングデバイスと、を接続し、Ｋ番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端とＫ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする。

本発明によれば、フライングキャパシタを複数相で共有するマルチレベル電力変換装置において、そのフライングキャパシタの充電／放電を制御するためのスイッチ制御を行う際に、線間電圧で２レベル以上の電圧変化が生じることを防止することが可能となる。

実施形態１におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態１における制御構成を示す図。５レベル電力変換装置の一例を示す図。実施形態１におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態１における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態２におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態２におけるスイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。実施形態２における各制御ステップのスイッチングデバイス、スイッチのオンオフの状態および電流の状態を示す図。従来のマルチレベル電力変換装置の一例を示す図。従来のマルチレベル電力変換装置の他例を示す図。従来のＰＷＭ制御の一例を示すタイムチャート。フライングキャパシタ共通方式のマルチレベル電力変換装置を示す図。フライングキャパシタ共通方式のマルチレベル電力変換装置のスイッチングデバイス、スイッチのオンオフ状態および電流の状態を示す図。スイッチングパターンおよび出力電位、線間電圧を示すタイムチャート。従来のＰＷＭ制御の一例を示すタイムチャート。

［実施形態１］
本実施形態１は、図２２に示すマルチレベル電力変換装置を制御するものである。図２２に示すように、直流電圧源は、直列接続されたコンデンサＣ_DC1，Ｃ_DC2で構成されている。コンデンサＣ_DC1の正極端とコンデンサＣ_DC2の負極端との間には、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄が順次直列接続されている。第１，第２スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₂の共通接続点と第３，第４スイッチングデバイスＳ₃，Ｓ₄の共通接続点との間にはフライングキャパシタＣ_FCが接続されている。

ここで、直流電圧源（コンデンサＣ_DC1，Ｃ_DC2）と、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄と、フライングキャパシタＣ_FCと、で各相共通の共通モジュールを構成している。

コンデンサＣ_DC1の正極端と、第２，第３スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₃と、コンデンサＣ_DC2の負極端と、出力端子Ｘ，Ｙとの間にスイッチを有する電圧選択回路１，２が設けられる。

電圧選択回路１は、コンデンサＣ_DC1の正極端Ｐ₁とコンデンサＣ_DC2の負極端Ｐ₃との間に第１，第２スイッチＳ_X1，Ｓ_X2が順次直列接続される。第２，第３スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₃の共通接続点（端子Ｐ₂）と第１，第２スイッチＳ_X1，Ｓ_X2の共通接続点との間に第３スイッチＳ_X3が接続される。第３スイッチＳ_X3は、スイッチＳ_X3AとスイッチＳ_X3Bが逆直列接続されて構成されている。電圧選択回路２についても同様である。

本実施形態１では、フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流極性を制御するスイッチ群の切り替えを行う必要があるとき以下の手順でその切り替え動作を行う。
（１）フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相の電位を、その電位と１レベル差のフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位に同時に変更する。このとき、電位変更するすべての相において、電位を変更する極性を同じとする。
（２）フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。
（３）各相の電位を元の電位に戻す。

電位の切り替えは、ＰＷＭ制御などによる通常の電位変更と同じ手順で行う。例えば、スイッチの短絡を防止するためのデッドタイムの挿入などは通常通り行う。

また、出力線間電圧の変動が２レベル変化しないように、また、各スイッチングデバイス，スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作が確実に完了し、短絡などを発生させないように、各動作にはそれぞれ適切な待機時間を設定する。

逆に、上記２レベル変化や短絡が発生しないところでは、待機時間が不要である。これら待機時間は、回路の使用や回路構成・回路部品などから事前に設定でき、上記制御中にそれらの設定を逐次見直したりする必要はない。

制御の簡単化のため、フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在しない場合においても、上記手順（１）〜（３）を適用してよい。ただし、適用しない場合に対して、切り替えに要する時間がわずかに増加する可能性がある。

特許文献２の実施形態１４〜１７（例として図１０）にみられるような複数のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタＣ_FCをもつ多レベル回路の構成においては、以下のように制御する。複数のフライングキャパシタＣ_FCの充電・放電パターンを同時に切り替える場合、上記手順（１）〜（３）に従って、その充放電パターンを切り替える対象となるフライングキャパシタＣ_FCを利用しているすべての出力相の電位を一時的にフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位に変更する。その上で充放電パターンの切り替えを行って、その後元のフライングキャパシタＣ_FCを利用する電位に戻す動作を実行する。このとき、フライングキャパシタＣ_FCが一つの場合と同様に、一時的に変化させる電位極性を同じ極性とする。

本実施形態１の制御手順を、図２２の回路に適用したときの動作及びその作用について説明する。

図１は制御手順を適用したスイッチングパターン（各スイッチングデバイス，各スイッチのオンオフ信号）及びそのときのＸ相，Ｙ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}，Ｖ_{OUT_Y}およびＸ−Ｙ線間電圧Ｖ_{OUT_XY}を示している。また、図２〜図４は各制御ステップにおけるスイッチングデバイス，スイッチのオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。

初期状態ｔ₀は図２４と同じく、フライングキャパシタＣ_FCの充放電特性を決める（フライングキャパシタＣ_FCの充放電電流極性を制御する）第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄の状態（充放電パターン）は、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフの状態である。また、電圧選択回路１，２は、Ｘ相は第１，第２スイッチＳ_X1，Ｓ_X2がオフ，第３スイッチＳ_X3（Ｓ_X3A，Ｓ_X3B）がオン，Ｙ相は第１，第２スイッチＳ_Y1，Ｓ_Y2がオフ，第３スイッチＳ_Y3（Ｓ_Y3A，Ｓ_Y3B）がオンの状態である。

これはＸ相，Ｙ相いずれも端子Ｐ₂の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタＣ_FCを利用して電圧を出力している状態である。Ｘ相の出力電流は直流側から交流側に流れており（Ｉ_{OUT_X}＞０），Ｙ相の出力電流は交流側から直流側へ流れている（Ｉ_{OUT_Y}＜０）とする。

この状態から手順（１）を開始する。すなわち，Ｘ相，Ｙ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}，Ｖ_{OUT_Y}をフライングキャパシタを利用する電位から利用しない電位に変更する。Ｘ相，Ｙ相の出力電位はＶ_{OUT_X}＝Ｖ_{OUT_Y}＝０であるので，１レベル差のフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位は、＋Ｅ／２または−Ｅ／２となる。どちらか一方の電圧を選択すれば良く、この例では＋Ｅ／２を選択している。

まず、時刻ｔ_Aにおいて、各相の端子Ｐ₂側の第３スイッチＳ_X3A，Ｓ_Y3Aをオフする。これによりＹ相のフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路が遮断され、第１スイッチＳ_Y1の逆並列ダイオードに転流するため、Ｙ相の出力電圧Ｖ_{OUT_Y}＝＋Ｅ／２となる。

次に、時刻ｔ_Bにおいて、第１スイッチＳ_X1，Ｓ_Y1をオンする。これにより、直流電圧源の正極端とＸ相出力間の電流経路が解放され、電流がそちらへ転流する。そのため、Ｘ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}＝＋Ｅ／２となる。

その後、時刻ｔ_Cにおいて、各相の出力端子側の第３スイッチＳ_X3B，Ｓ_Y3Bをオフし、第３スイッチＳ_X3，_SY3が完全に遮断され、電位の変化（及び転流）が完了する。このときの線間電圧は、初期状態ｔ₀でＶ_{OUT_XY}＝０から、時刻ｔ_Aにおいて−Ｅ／２，時刻ｔ_Bにおいて再び０にもどるように変化する。線間電圧Ｖ_{OUT_XY}の変化は１レベルずつであり、また２レベルの電位変化は防止される。

時刻ｔ_Aから時刻ｔ_Bおよび時刻ｔ_Bから時刻ｔ_Cへの時間間隔は、通常の電位変化と同じく、インバータの直流電圧源の短絡を防止するデッドタイム相当でよい。

次に、手順（２）を開始する。時刻ｔ_Dにおいて、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオフし、フライングキャパシタＣ_FCを遮断する。次に、時刻ｔ_Eにおいて第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオンし、充放電パターンの切り替えを完了する。

時刻ｔ_Cから時刻ｔ_Dの間隔は、時刻ｔ_Cにおいて電流がフライングキャパシタＣ_FCを利用する経路（電位）から利用しない経路（電位）に切り替わる場合に想定される転流完了時間とするのが望ましい。

また、時刻ｔ_Dから時刻ｔ_Eの間隔は、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のスイッチ動作が確実に終了する時間だけ確保するのが望ましい。このフライングキャパシタＣ_FCの充放電パターンの切り替え動作中において、相の電位および線間の電圧変化は発生しない。そのため、従来発生していた２レベルの電位変化も発生しない。

最後に、手順（３）を開始する。手順（１）とは逆に、時刻ｔ_Fで各相の出力端子側の第３スイッチＳ_X3B，Ｓ_Y3Bをオンし、時刻ｔ_Gで第１スイッチＳ_X1，Ｓ_Y1をオフ、時刻ｔ_Hで各相の端子Ｐ₂側の第３スイッチＳ_X3A，Ｓ_X3Bをオンする。このとき、相電位の変化および線間電圧の変化には、手順（１）と同じ電圧で時系列的に逆の波形となる。従って、Ｘ−Ｙ相間の線間電圧Ｖ_{OUT_XY}の２レベル変化は発生しない。

図５は、図２２の回路構成において、本実施形態１を実現する制御構成（各スイッチングデバイス，各スイッチをオンオフさせるゲート信号を生成する構成）である。この制御構成は、充放電制御部３（第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のゲート信号の生成部）と、電圧選択回路制御部４（第１〜第３スイッチＳ_X1、Ｓ_X2、Ｓ_X3、Ｓ_Y1、Ｓ_Y2、Ｓ_Y3のゲート信号の生成部）とからなる。

さらに、電圧選択回路制御部４は、電圧指令／キャリア信号比較部５と、ゲート信号補正部６と、を有する。

電圧指令／キャリア信号比較部５では、表１，表２に従って補正前のゲート信号を生成して、ゲート信号補正部６へ出力する。

ゲート信号補正部６では、後述の充放電切換タイミング信号をトリガとして、入力された補正前のゲート信号に対して、図１の時刻ｔ_A~時刻ｔ_Hの期間の各スイッチのゲート信号の補正を行い、各スイッチに補正後のゲート信号を出力する。

また、電圧指令／キャリア信号比較部５は、各電圧指令とキャリア信号ｃａｒｒｙ１，ｃａｒｒｙ２に基づいて、充放電切換タイミング信号を充放電制御部３，ゲート信号補正部６に送信する。この信号は、図２５では、キャリア信号ｃａｒｒｙ１とＸ相電圧指令の差分が負から正へと切り替わる時刻ｔ₁、時刻ｔ₅のタイミングで送信される。

この信号を受信した充放電制御部３は、所定の遅延時間（図１では、時刻ｔ_A〜時刻ｔ_D、ｔ_Eの期間に相当する）を設けて、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のゲート信号を切り替えて、各スイッチングデバイスに出力する。

図１では、時刻ｔ_Dのタイミングで第１，第３スイッチングデバイスＳ₁、Ｓ₃をオン→オフに切り換える。また、時刻ｔ_Eでのタイミングで第２，第４スイッチングデバイスＳ₂、Ｓ₄をオフ→オンに切り換える。

従来技術では、電圧選択回路制御部４にゲート信号補正部６はなかった。電圧選択回路制御部４にゲート信号補正部６を設けたことが、本実施形態１の特徴である。

以上のように、フライングキャパシタＣ_FCを利用する電圧を、一時的にフライングキャパシタＣ_FCを利用しない電位に意図的に変更し、その後にフライングキャパシタＣ_FCの充放電パターンを切り替えることで、パターン切り替え中に出力電流の極性に伴った意図しない電位変動を防止することができる。

その結果、意図しない電位変動によって発生する線間電圧の２レベルの同時変化を防止できる。一時的に変動させる電位の極性を、関係する相全てで同じとすることにより、その電位変動によって発生する可能性のある線間電圧の２レベル変化を防止することができる。

例では出力相数が２相であるが、３相以上の場合においても、同様の制御により同様の効果が得られる。また、例では電圧選択回路１，２にＴ型の３レベル回路を適用しているが、スイッチとダイオードで構成されるＮＰＣ型など、別の回路構成においても同様の効果が得られる。

複数のフライングキャパシタ式マルチレベル電力変換回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタをもつ多レベル回路を構成した場合における動作および作用を例を用いて説明する。

このマルチレベル電力変換装置は、前記共通モジュールをＮ（Ｎ＝２以上の整数：最上段の共通モジュールを１，最下段の共通モジュールをＮとする）個備える。Ｋ（１〜Ｎ−１までの整数）番目共通モジュールの直流電圧源の負極端と、Ｋ＋１番目の共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続する。また、Ｋ番目の共通モジュールの第４スイッチングデバイスと、Ｋ＋１番目の共通モジュールの第１スイッチングデバイスと、を接続する。Ｋ番目の共通モジュールの直流電圧源の負極端とＫ＋１番目の共通モジュールの直流電圧源の正極端との電圧選択回路の接続を共通とする。

代表的な回路として図６に、特許文献２の実施形態１５を示す。フライングキャパシタと４つのスイッチングデバイスで構成された３レベルマルチレベル電力変換装置を２つを直列に接続し、５レベルの直流電圧源を構成している。

具体的には、直流電圧源はコンデンサＣ_DC1，Ｃ_DC2で構成されている。（Ｃ_DC1はＫ番目の共通モジュールのコンデンサに，Ｃ_DC2はＫ＋１番目の共通モジュールのコンデンサに相当する。）コンデンサＣ_DC1の正極端と負極端との間には第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄が直列接続されている。第１，第２スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₂の共通接続点と第３，第４スイッチングデバイスＳ₃，Ｓ₄の共通接続点との間には第１フライングキャパシタＣ_FC1が接続されている。

また、コンデンサＣ_DC2の正極端と負極端との間には第５〜第８スイッチングデバイスＳ₅〜Ｓ₈が直列接続されている。第５，第６スイッチングデバイスＳ₅，Ｓ₆の共通接続点と第７，第８スイッチングデバイスＳ₇，Ｓ₈の共通接続点との間には第２フライングキャパシタＣ_FC2が接続されている。

前記コンデンサＣ_DC1，Ｃ_DC2，第１〜第８スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₈，フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2により、各相共通の共通モジュールを構成している。

前記コンデンサＣ_DC1の正極端、第２，第３スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₃の共通接続点、コンデンサＣ_DC1，Ｃ_DC2の共通接続点、第６，第７スイッチングデバイスＳ₆，Ｓ₇の共通接続点、コンデンサＣ_DC2の負極端と出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗとの間には各相毎に電圧選択回路が設けられる。以下、Ｕ相を代表して電圧選択回路について説明する。

コンデンサＣ_DC1の正極端と第２，第３スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₃の共通接続点との間には第１，第２スイッチＳ_U1，Ｓ_U2が順次直列接続される。第６，第７スイッチングデバイスＳ₆，Ｓ₇の共通接続点とコンデンサＣ_DC2の負極端との間には第９，第１０スイッチングデバイスＳ_U9，Ｓ_U10が順次直列接続される。

第１，第２スイッチＳ_U1，Ｓ_U2の共通接続点と第９，第１０スイッチＳ_U9，Ｓ_U10の共通接続点との間には第３〜第８スイッチＳ_U3〜Ｓ_U8が順次直列接続される。第３，第４スイッチＳ_U3，Ｓ_U4の共通接続点と、第７，第８スイッチＳ_U7，Ｓ_U8の共通接続点との間には第１〜第４ダイオードＤ_U1〜Ｄ_U4が順次直列接続される。

第４，第５スイッチングデバイスＳ₄，Ｓ₅の共通接続点（すなわち、コンデンサＣ_DC1、Ｃ_DC2の共通接続点）と第２，第３ダイオードＤ_U2，Ｄ_U3の共通接続点が接続される。また、第５，第６スイッチＳ_U5，Ｓ_U6の共通接続点が出力端子Ｕとなる。Ｖ相，Ｗ相の電圧選択回路も同様に構成される。このように、５レベルの直流電圧源に電圧選択回路を３つ並列接続することにより、３相の電圧出力を実現している。

図７は制御ロジックを適用した第１〜第８スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₈のオン／オフ状態の遷移例，及びそのときのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の出力電位Ｖ_{OUT_U}，Ｖ_{OUT_V}，Ｖ_{OUT_W}およびＵ−Ｖ間，Ｖ−Ｗ間，Ｗ−Ｕ間の線間電圧Ｖ_{OUT_UV}，Ｖ_{OUT_VW}，Ｖ_{OUT_WU}を示している。ただし、各相の電圧選択回路のスイッチの状態については省略している。

また、図８〜図１０は各制御ステップにおける第１〜第８スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₈，第１〜第１０スイッチＳ_U1〜Ｓ_U10，Ｓ_V1〜Ｓ_V10，Ｓ_W1〜Ｓ_W10のオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。

初期状態ｔ₀における各相の出力電位は次の通りである。
Ｖ_{OUT_U}＝＋Ｅ／４
Ｖ_{OUT_V}＝＋Ｅ／４
Ｖ_{OUT_W}＝−Ｅ／４
Ｕ相，Ｖ相は第１フライングキャパシタＣ_FC1，Ｗ相は第２フライングキャパシタＣ_FC2を利用した電位を出力している。また、各相の出力電流の極性は、直流電圧源側から交流端子に向かう方向を正とすると以下の通りである。

Ｉ_{OUT_U}＞０
Ｉ_{OUT_V}＜０
Ｉ_{OUT_W}＞０
第１フライングキャパシタＣ_FC1の電流極性を制御する第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄は、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフの状態である。また、第２フライングキャパシタＣ_FC2の電流極性を制御する第５〜第８スイッチングデバイスＳ₅〜Ｓ₈は、第６，第８スイッチングデバイスＳ₆，Ｓ₈がオン，第５，第７スイッチングデバイスＳ₅，Ｓ₇がオフの状態である。

この初期状態ｔ₀から、第１フライングキャパシタＣ_FC1の電流極性を制御するスイッチングデバイス，第２フライングキャパシタＣ_FC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス両方のスイッチングパターンを切り替える場合の手順を以下に説明する。

まず、手順（１）（時刻ｔ₀→時刻ｔ_A→時刻ｔ_B）を開始する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相は、それぞれ第１フライングキャパシタＣ_FC1または第２フライングキャパシタＣ_FC2を利用した電位を出力しているため、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2を利用しない電位に変更する。

Ｕ相およびＶ相は、＋Ｅ／４を出力しているため、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2を利用しない電位で、かつ、１レベル分の変動で変更できる電位は、＋Ｅ／２もしくは０となる。この例では＋Ｅ／２を選択している。

Ｕ相とＶ相が異なる電位（例えばＵ相が＋Ｅ／２，Ｖ相が０）に変動しないことで、この二つの線間電圧Ｖ_{OUT_UV}において、２レベルの電圧変化の発生を防止できる。

Ｗ相は−Ｅ／４を出力しているため、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2を利用しない電位で、かつ、１レベル分の変動で変更できる電位は、０もしくは−Ｅ／２となる。Ｗ相の利用している第２フライングキャパシタＣ_FC2は、Ｕ相，Ｖ相の利用している第１フライングキャパシタＣ_FC1とは異なるが、Ｕ相，Ｖ相とＷ相の線間電圧において２レベルの電圧変化を防止するため、Ｗ相の出力電位Ｖ_{OUT_W}は、Ｕ相，Ｖ相の電位変化の極性（正方向）と同じである０としている。

結果として、図８に示すように、手順（１）（初期状態ｔ₀から時刻ｔ_Bまでの期間）において、線間電圧の２レベルの変化を防止できる。以上の解説を元に、第１〜第１０スイッチの切り替え手順を説明する。

時刻ｔ_Aにおいて第２，第８スイッチＳ_U2，Ｓ_V2，Ｓ_W8をオフする。これによりＶ相電位Ｖ_{OUT_V}が＋Ｅ／４から＋Ｅ／２に変わる。次に、時刻ｔ_Bにおいて、第１，第４，第５スイッチＳ_U1，Ｓ_V1，Ｓ_W4，Ｓ_W5をオンする。これによりＵ相電位Ｖ_{OUT_U}が＋Ｅ／４から＋Ｅ／２に、Ｗ相電位Ｖ_{OUT_W}が−Ｅ／４から０に変わる。

この相電位の変動では、２相以上が同時に電位変動することがあるが、電位の変動極性が同じなため、たとえ電位変動のタイミングに遅延やバラツキが発生したとしても、線間電圧に２レベルの電圧変化は発生しない。

また、これらは、通常の電位切り替えと同じ手順である。従って、各時間間隔は、通常の電位切り替え（インバータの直流電圧源短絡を防止するデッドタイム）と同じで良い。

次に、手順（２）を開始する。時刻ｔ_Cにおいて第１，第３，第６，第８スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃，Ｓ₆，Ｓ₈をオフする。次に、時刻ｔ_Dにおいて、第２，第４，第５，第７スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄，Ｓ₅，Ｓ₇をオンする。

手順（１）において、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2それぞれに流れる電流は遮断されているため、当然ながらこれらスイッチの変化が、各相電圧に影響を与えることはない。そのため、この動作によって、線間電圧の２レベル変化を防止できる。

時刻ｔ_Bから時刻ｔ_Cまでの間隔は、時刻ｔ_Bによる電位の変動及び電流の転流が完了する時間以上とするのが望ましい（例えばデッドタイム相当）。時刻ｔ_Cから時刻ｔ_Dまでの間隔は、電流が遮断されているため、確実にスイッチングデバイスの切り替えが終了する時間相当とすれば良い。

最後に、手順（３）を開始する。手順（１）と逆の操作により、各相の電位を、元の電位に復帰させる。時刻ｔ_Eにおいて、第１，第４，第５スイッチＳ_U1，Ｓ_V1，Ｓ_W4，Ｓ_W5をオフする。次に、時刻ｔ_Fにおいて、第２，第８スイッチＳ_U2，Ｓ_V2，Ｓ_W8をオンする。

時刻ｔ_Dから時刻ｔ_Eの時間間隔は、時刻ｔ_Cから時刻ｔ_Dまでと同様である。時刻ｔ_Eから時刻ｔ_Fの時間間隔は、通常の切り替え動作（デッドタイム）と同じでよい。

上記では、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2の両方の充放電パターンを切り替えているが、片方のみ切り替える場合は、その第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2に関係する出力相のみ電位を変動させれば良い。これはフライングキャパシタが３つ以上の場合でも同じである。

第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2の電流極性を制御するスイッチングデバイス群のパターン切り替え時に、事前、かつ、一時的に関係する相の電位を別の電位に変更し、また、その変更する電位の極性が一致するように制御する。その一時的な電位変更操作および、フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え操作によって発生する線間電圧の２レベルの電圧変動を防止できる。そのため、出力に接続される負荷（機器など）に対する電圧変化によるダメージ（絶縁破壊）を低減できる。

さらに、機器の絶縁に対する設計条件を緩和できることで低コスト化，小型化などが可能となる。

また、ダメージを抑制するために、インバータと負荷との間に挿入する出力フィルタなどの追加の機器の小型化・低コスト化や削減ができる。また、電圧変動によるノイズが低減し、ノイズ対策に伴う機器の追加などのコストやサイズの増大化を抑制できる。

［実施形態２］
本実施形態２は、フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相が二つ以上存在し、フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流極性を逆転させる必要があるとき、以下の手順でスイッチングデバイス、スイッチの切り替え動作を行う。
（１）フライングキャパシタＣ_FCを利用する電位を出力する相が複数存在するとき、それら各相のフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路を制御するスイッチを、相ごとに所定の時間以上の間隔をもって、かつ任意の相順でオフする。
（２）フライングキャパシタＣ_FCに流れる電流極性を逆転させる充放電パターンの切り替えを行う。
（３）（１）で遮断したフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路を制御するスイッチを、相ごとに所定の時間以上の間隔をもって、かつ、任意の相順でオンする。

手順（１）で示した相毎にフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路を制御するスイッチをオフする際の時間間隔は、それら操作による電位変動に伴って、出力線間電圧が負荷に悪い影響を与えない範囲で短くするのが望ましい。

オフした相の電位変化が完了する前に、次の相をオフしないように、すなわち、複数相の間で電位の変動状態が重なってしまわないように、各相の電位変動幅や電位の時間に対する変化量、および、それらと主回路の構成要素・成分などによって発生する影響（サージ電圧や振動的な電位変動）などを考慮して、時間間隔を決定する。

フライングキャパシタＣ_FCへの電流経路を制御するスイッチを相毎にオフする際の順番は、どのように選んでもよい。また、手順（３）でオンする際も同様である。手順（１）と手順（３）でその順番が異なっていても、一致していても、対称性をもって（１）と（３）で逆順となるようにしてもよい。

本実施形態２における制御手順を、図２２の回路に適用したときの動作及びその作用について、例として説明する。

図１１は制御手順を適用したスイッチングパターン（第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄，各スイッチＳ_X1〜Ｓ_X3，Ｓ_Y1〜Ｓ_Y3のオンオフ信号）及びそのときのＸ相，Ｙ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}，Ｖ_{OUT_Y}およびＸ−Ｙ線間電圧Ｖ_{OUT_XY}を示している。また、図１２〜図１４は各制御ステップにおける各スイッチングデバイス，スイッチのオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。

初期状態ｔ₀は図２４と同じく、フライングキャパシタＣ_FCの充放電特性を決める（フライングキャパシタＣ_FCの充放電電流極性を制御する）第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄の状態（充放電パターン）は、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフの状態である。

また、電圧選択回路１，２は、Ｘ相は第１，第２スイッチＳ_X1，Ｓ_X2がオフ，第３スイッチＳ_X3（Ｓ_X3A，Ｓ_X3B）がオン，Ｙ相は第１，第２スイッチＳ_Y1，Ｓ_Y2がオフ，第３スイッチＳ_Y3（Ｓ_Y3A，Ｓ_Y3B）がオンの状態である。これはＸ相，Ｙ相いずれも端子Ｐ２の電位を出力している状態、すなわち、フライングキャパシタＣ_FCを利用して電圧を出力している状態である。

Ｘ相の出力電流は直流側から交流側に流れており（Ｉ_{OUT_X}＞０），Ｙ相の出力電流は交流側から直流側へ流れている（Ｉ_{OUT_Y}＜０）とする。

この状態から手順（１）を開始する。すなわち、Ｘ相，Ｙ相のフライングキャパシタＣ_FCにつながる第３スイッチＳ_X3，Ｓ_Y3を順にオフする。まず、時刻ｔ_Aにおいて第３スイッチＳ_X3（Ｓ_X3A，Ｓ_X3B）をオフする。これによりＸ相のフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路が遮断され、第２スイッチＳ_X2の逆並列ダイオードに転流するため、Ｘ相の出力電位Ｖ_{OUT_X}＝−Ｅ／２となる。

次に、時刻ｔ_Bにおいて、第３スイッチＳ_Y3（Ｓ_Y3A，Ｓ_Y3B）をオフする。これによりＹ相のフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路が遮断され、電流が第１スイッチＳ_Y1の逆並列ダイオードに転流するため、Ｙ相の出力電圧Ｖ_{OUT_Y}＝＋Ｅ／２となる。

このときの線間電圧Ｖ_{OUT_XY}は、初期状態ｔ₀でＶ_{OUT_XY}＝０から、時刻ｔ_Aにおいて−Ｅ／２，時刻ｔ_Bにおいて−Ｅへと変化する。電位の変化は１レベルずつであり、２レベルの電位変化は防止される。

時刻ｔ_Aから時刻ｔ_Bへの時間間隔は、操作による電位変動に伴って、線間電圧Ｖ_{OUT_XY}が負荷に悪い影響を与えない範囲で短くする。時刻ｔ_AでＸ相のフライングキャパシタＣ_FCへの電流遮断を行うことで、Ｘ相の出力端子の電位が０から−Ｅ／２へと変動を開始するが、それには一定の時間がかかる。過渡的に電位変動中に、時刻ｔ_BによるＹ相の遮断動作を開始してしまうと、Ｘ―Ｙ相の線間電圧Ｖ_{OUT_XY}にとってはＸ相，Ｙ相の電位変動の影響が重なり、実質的に２レベルの同時変化と同様の電圧変動が発生する。

例えば、電圧変動の時間当たりの変化量は２レベル同時変動時と同じとなり、サージ電圧の増大など負荷に対する悪影響がある。また、Ｘ相のその変動にともなって、出力端子から負荷端子の間のインピーダンスなどによって、振動的な電位変動が発生・持続することがあるが、それが充分完了する前にＹ相の遮断動作を開始すると、この場合もそれぞれの影響が重なってしまう可能性がある。

従って、そのような影響を考慮した上で、可能な範囲で短い時間間隔にするのが望ましい。以上の操作により、フライングキャパシタＣ_FCに流れていた出力電流が遮断され、フライングキャパシタＣ_FCの電流極性を制御するスイッチ群の操作が、出力の相電位に影響を与えない状態が得られる。また、上記の操作中において、Ｘ−Ｙ間の線間電圧Ｖ_{OUT_XY}における２レベルの電位変動の発生を防止できる。

次に、手順（２）を開始する。時刻ｔ_Cにおいて、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃をオフする。次に、時刻ｔ_Dにおいて第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄をオンすることで、直流電圧源に接続されるフライングキャパシタＣ_FCの極性が反転し、充放電パターンの切り替えが完了する。

時刻ｔ_Bから時刻ｔ_Cの間隔は、時刻ｔ_Cにおいて電流がフライングキャパシタＣ_FCを利用する経路（電位）から利用しない経路（電位）に切り替わる場合に想定される転流完了時間とするのが望ましい。また、時刻ｔ_Cから時刻ｔ_Dの間隔は、第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄のスイッチ動作が確実に終了する時間だけ確保するのが望ましい。

このフライングキャパシタＣ_FCの充放電パターンの切り替え動作中において、相の電位および線間の電圧変化は発生しない。そのため、従来発生していた２レベルの電位変化も発生しない。

最後に、手順（３）を開始する。手順（１）とは逆に、時刻ｔ_Eで第３スイッチＳ_X3をオンし、時刻ｔ_Fで第３スイッチＳ_Y3をオンする。このとき、相電位の変化および線間電圧の変化には、手順（１）と同じ電圧で時系列的に逆の波形となる。従って、線間電圧の２レベル変化は発生しない。各切り替え時間間隔は、これまでと同様でよい。

以上のように、フライングキャパシタＣ_FCへの電流経路を相毎に一定の時間間隔をもって一時的に遮断し、その後にフライングキャパシタＣ_FCの充放電パターンを切り替えることで、その切り替え操作中に発生する線間電圧の２レベルの同時変化を防止できる。

また、一時的にフライングキャパシタＣ_FCへの電流経路を遮断及び復帰（再導通）させる操作において、複数相間で一定の時間間隔を持って行うことで、その電位変動によって発生する可能性のあるＸ−Ｙ間の線間電圧Ｖ_{OUT_XY}の２レベル変化を防止することができる。

例では、出力相数が２相であるが、３相以上の場合においても、同様の制御により同様の効果が得られる。ただし、相数の増加に伴い、フライングキャパシタＣ_FCへの電流経路の遮断・復帰操作の手順数が増加し、充放電切り替え操作の総時間が増加する。また、例では電圧選択回路１，２にＴ型の３レベル回路を適用しているが、スイッチとダイオードで構成されるＮＰＣ型など、別の回路構成においても同様の効果が得られる。

複数のフライングキャパシタ式マルチレベル回路を複数段直列に接続し、複数のフライングキャパシタを有する多レベル回路を構成した場合における動作および作用を，例を用いて説明する。

ここでは、実施形態１と同様に図６を用いて説明する。

図１５は制御ロジックを適用した第１〜第８スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₈のオン／オフ状態の遷移例，及びそのときのＵ相，Ｖ相，Ｗ相の出力電位Ｖ_{OUT_U}，Ｖ_{OUT_V}，Ｖ_{OUT_W}およびＵ−Ｖ間，Ｖ−Ｗ間，Ｗ−Ｕ間の線間電圧Ｖ_{OUT_UV}，Ｖ_{OUT_VW}，Ｖ_{OUT_WU}を示している。ただし、各相の電圧選択回路のスイッチの状態については省略している。

また、図１６〜図１８は各制御ステップにおける第１〜第８スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₈，第１〜第１０スイッチＳ_U1〜Ｓ_U10，Ｓ_V1〜Ｓ_V10，Ｓ_W1〜Ｓ_W10のオン／オフ状態および電流の状態を示した模式図である。初期状態ｔ₀における各相の出力電位は次の通りである。
Ｖ_{OUT_U}＝＋Ｅ／４
Ｖ_{OUT_V}＝＋Ｅ／４
Ｖ_{OUT_W}＝−Ｅ／４
Ｕ相，Ｖ相は第１フライングキャパシタＣ_FC1，Ｗ相は第２フライングキャパシタＣ_FC2を利用した電位を出力している。

また、各相の出力電流の極性は、直流電圧源側から交流端子に向かう方向を正とすると以下の通りである。
Ｉ_{OUT_U}＞０
Ｉ_{OUT_V}＜０
Ｉ_{OUT_W}＞０
第１フライングキャパシタＣ_FC1の電流極性を制御する第１〜第４スイッチングデバイスＳ₁〜Ｓ₄は、第１，第３スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃がオン，第２，第４スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄がオフの状態である。また、第２フライングキャパシタＣ_FC2の電流極性を制御する第５〜第８スイッチングデバイスＳ₅〜Ｓ₈は、第６，第８スイッチングデバイスＳ₆，Ｓ₈がオン，第５，第７スイッチングデバイスＳ₅，Ｓ₇がオフの状態である。

まず、手順（１）（時刻ｔ₀→時刻ｔ_A→時刻ｔ_B→時刻ｔ_C）を開始する。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2への電流経路となるスイッチを、特定の時間間隔をもってオフすることで、線間電圧における２レベルの電圧変化を防止する。

時刻ｔ_Aにおいて、第２，第３スイッチＳ_U2，Ｓ_U3をオフする。これにより、第１フライングキャパシタＣ_FC1を流れる電流経路が遮断され、第１，第２ダイオードＤ_U2，Ｄ_U1，第４，第５スイッチＳ_U4，Ｓ_U5を通る経路に転流するため、Ｕ相電位Ｖ_{OUT_U}は＋Ｅ／４から０へと変化する。

次に、時刻ｔ_Bにおいて、第２，第３スイッチＳ_V2，Ｓ_V3をオフする。これにより第１フライングキャパシタＣ_FC1を流れる電流経路が遮断され、第１，第３，第４，第５スイッチＳ_V1，Ｓ_V3，Ｓ_V4，Ｓ_V5の逆並列ダイオードを通る経路に転流するため、Ｖ相電位Ｖ_{OUT_V}は＋Ｅ／４から＋Ｅ／２へと変化する。

さらに、時刻ｔ_Cにおいて、第８，第９スイッチＳ_W8，Ｓ_W9をオフする。これにより第２フライングキャパシタＣ_FC2を流れる電流経路が遮断され、第１０，第８，第７，第６スイッチＳ_W10，Ｓ_W8，Ｓ_W7，Ｓ_W6の逆並列ダイオードを通る経路に転流するため、Ｗ相電位Ｖ_{OUT_W}は−Ｅ／４から−Ｅ／２へと変化する。

これら相電位の変動は、２相以上が同時に電位変動することはない。従って、線間電圧Ｖ_{OUT_UV}，Ｖ_{OUT_VW}，Ｖ_{OUT_WU}に同時の２レベルの電圧変化は発生しない。加えて、各相のオフするタイミングを、各相の電位変動とそれによる電位の振動などの現象を考慮した時間だけずらすことによって、線間電圧Ｖ_{OUT_UV}，Ｖ_{OUT_VW}，Ｖ_{OUT_WU}に２レベルの電圧変化は発生しない。

例ではＵ相，Ｖ相，Ｗ相の順序としたが、どのような順序にしても上記の効果は得られるため，順序は任意で良い。

次に、手順（２）を開始する。時刻ｔ_Dにおいて第１，第３，第６，第８スイッチングデバイスＳ₁，Ｓ₃，Ｓ₆，Ｓ₈を遮断する。次に、時刻ｔ_Eにおいて、第２，第４，第５，第７スイッチングデバイスＳ₂，Ｓ₄，Ｓ₅，Ｓ₇をオンする。

手順（１）において、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2それぞれに流れる電流は遮断されているため、当然ながらこれらスイッチングデバイスの変化が、各相電圧に影響を与えることはない。そのため、この動作によって、線間電圧Ｖ_{OUT_UV}，Ｖ_{OUT_VW}，Ｖ_{OUT_WU}の２レベル変化を防止できる。

時刻ｔ_Cから時刻ｔ_Dまでの間隔は、時刻ｔ_Cによる電位の変動及び電流の転流が完了する時間以上とするのが望ましい（例えばデッドタイム相当）。時刻ｔ_Dから時刻ｔ_Eまでの間隔は、電流が遮断されているため、確実にスイッチの切り替えが終了する時間相当とすれば良い。

最後に、手順（３）を開始する。手順（１）で遮断した第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2への電流経路を再度復帰させ、各相電位を元の大きさに復帰させる。時刻ｔ_Fにおいて、第１，第２スイッチＳ_U2，Ｓ_U3をオンする。次に、時刻ｔ_Gにおいて、第２，第３スイッチＳ_V2，Ｓ_V3をオンする。最後に、時刻ｔ_Hにおいて第８，第９スイッチＳ_W8，Ｓ_W9をオンする。

時刻ｔ_Eから時刻ｔ_Fの時間間隔は、時刻ｔ_Dから時刻ｔ_Eまでと同様である。時刻ｔ_Fから時刻ｔ_G，時刻ｔ_Gから時刻ｔ_Hの時間間隔は、時刻ｔ_Aから時刻ｔ_B，時刻ｔ_Bから時刻ｔ_Cの時と同様に、各相の電位変動の影響が重ならない程度の時間間隔とするのが望ましい。

上記では、第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2の両方の充放電パターンを切り替えているが、片方のみ切り替える場合は、その第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2に関係する出力相のみ第１，第２フライングキャパシタＣ_FC1，Ｃ_FC2への電流経路となるスイッチをオン・オフ制御すれば良い。これはフライングキャパシタが３つ以上の場合でも同じである。

以上のように、フライングキャパシタが複数ある場合においても、同様の手法で線間電圧の２レベルの電圧変動を防止できる。

フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え時に、事前、かつ一時的に関係する相のフライングキャパシタへの電流経路を遮断する。また、その電流経路の遮断、および再導通を行う各相のタイミングをずらすことによって、その一時的なフライングキャパシタへの電流経路遮断操作および、フライングキャパシタの電流極性を制御するスイッチ群のパターン切り替え操作によって発生する線間電圧の２レベルの電圧変動を防止できる。そのため、出力に接続される負荷（機器など）に対する電圧変化によるダメージ（絶縁破壊）を低減できる。

さらに、機器の絶縁に対する設計条件を緩和できることで低コスト化，小型化などが可能となる。また、ダメージを抑制するために、インバータと負荷との間に挿入する出力フィルタなどの追加の機器の小型化・低コスト化や削減ができる。また、電圧変動によるノイズが低減し、ノイズ対策に伴う機器の追加などのコストやサイズの増大化を抑制できる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１，２…電圧選択回路
３…充放電制御部
４…電圧選択回路制御部
５…電圧指令／キャリア信号比較部
６…ゲート信号補正部

Claims

各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
電圧選択回路制御部が、第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する第１ステップと、
充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、
前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に変更する第３ステップと、を有することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
電圧選択回路制御部が、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第１ステップと、
充放電制御部が、前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う第２ステップと、
前記電圧選択回路制御部が、前記第２ステップ後に、前記第１ステップで前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端を選択した相の電圧選択回路を、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更する第３ステップと、有することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
前記マルチレベル電力変換装置は、
前記共通モジュールをＮ（Ｎ＝２以上の整数）個備え、
Ｋ（１〜Ｎ−１までの整数）番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端と、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端を接続し、
Ｋ番目の前記共通モジュールの第４スイッチングデバイスと、Ｋ＋１番目の前記共通モジュールの第１スイッチングデバイスと、を接続し、
Ｋ番目の前記共通モジュールの直流電圧源の負極端とＫ＋１番目の前記共通モジュールの直流電圧源の正極端との前記電圧選択回路の接続を共通とすることを特徴とする請求項１または２記載のマルチレベル電力変換装置の制御方法。
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移前に、
前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、すべて前記直流電圧源の正極端、または、すべて前記直流電圧源の負極端に変更する電圧選択回路制御部と、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスのオンの状態と、の間の状態遷移を行う充放電制御部と、を備え、
前記電圧選択回路制御部が、
前記状態遷移前に前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端に変更した相の電圧選択回路を、前記状態遷移後に、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に変更することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
各相共通の直流電圧源の正極端と負極端との間に順次直列接続された各相共通の第１〜第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された各相共通のフライングキャパシタと、を有する共通モジュールと、
前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端と出力端子との間にスイッチを有し、前記直流電圧源の正極端、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点、前記直流電圧源の負極端のうち何れかを選択して出力端子との間を接続状態とする各相の電圧選択回路と、を備えた、相数が２以上のマルチレベル電力変換装置であって、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスをオンの状態と、の間の状態遷移前に、
前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点を選択している相の電圧選択回路を、前記直流電圧源の正極端または前記直流電圧源の負極端に相毎に一定の時間間隔をもって変更する電圧選択回路制御部と、
前記第１，第３スイッチングデバイスをオン、前記第２，第４スイッチングデバイスをオフの状態と、前記第１，第３スイッチングデバイスをオフ、前記第２，第４スイッチングデバイスをオンの状態と、の間の状態遷移を行う充放電制御部と、を備え、
前記電圧選択回路制御部が、
前記状態遷移前に前記直流電圧源の正極端、または、前記直流電圧源の負極端に変更した相の電圧選択回路を、前記状態遷移後に、前記第２，第３スイッチングデバイスの共通接続点に相毎に一定の時間間隔をもって変更することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。