電力変換装置
【課題】電力変換部のスイッチング素子の動作電圧をスイッチ回路のスイッチング素子の動作電源から得ることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電源供給部Ｅｄは電源線ＬＬ側でスイッチング素子Ｔｙ２と接続される低電位側の一端を有し、スイッチング素子Ｔｙ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる。スイッチング素子Ｔｘ２は第１及び第２の電極を有し第２の電極から第１の電極へと向かう方向のみ電流を導通させる。ダイオードＤｘ２２はカソードを電源線ＬＨに向けてスイッチング素子Ｔｘ２と並列に接続される。コンデンサＣｂｘ２は、スイッチング素子Ｔｘ２の第１電極に接続された一端と、電源供給部の他端に接続される他端とを有し、スイッチング素子Ｔｘ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる。
【解決手段】電源供給部Ｅｄは電源線ＬＬ側でスイッチング素子Ｔｙ２と接続される低電位側の一端を有し、スイッチング素子Ｔｙ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる。スイッチング素子Ｔｘ２は第１及び第２の電極を有し第２の電極から第１の電極へと向かう方向のみ電流を導通させる。ダイオードＤｘ２２はカソードを電源線ＬＨに向けてスイッチング素子Ｔｘ２と並列に接続される。コンデンサＣｂｘ２は、スイッチング素子Ｔｘ２の第１電極に接続された一端と、電源供給部の他端に接続される他端とを有し、スイッチング素子Ｔｘ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特にスイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはインバータが記載されている。インバータは２つの直流電源線の間で相互に直列接続される上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子を有する。上側スイッチング素子にはスイッチ信号を与えるための第１内部制御回路が接続され、下側スイッチング素子にはスイッチ信号を与えるための第２内部制御回路が接続される。
【０００３】
第２内部制御回路には直流電源が動作電源として供給される。第１内部制御回路にはコンデンサの両端電圧が動作電源として供給される。コンデンサの高電位側の一端と、直流電源の高電位側の一端との間にはダイオードが接続されている。ダイオードはそのアノードを直流電源に向けて配置される。
【０００４】
かかる構成において、コンデンサは下側スイッチング素子の導通により直流電源を電源として充電される。
【０００５】
また本発明に関連する技術として、特許文献２，３が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５０４８５号公報
【特許文献２】特許第４１５８７１５号
【特許文献３】特開２００７−２９５６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１ではインバータのスイッチング素子以外のスイッチング素子の動作電源についての考察がない。
【０００８】
また特許文献１に記載のように電圧形インバータはエミッタ電極を低電位側の直流電源線に向けて設けられる。よって、下側スイッチング素子のエミッタ電極は低電位側の直流電源線に接続される。かかる直流電源線が下側スイッチング素子の共通電位として機能するので複数の下側スイッチング素子の動作電源として共通の直流電源を採用することができる。
【０００９】
一方、電流形コンバータはインバータと同様に上側および下側のスイッチング素子を有する。そこで、従来の技術思想を以って、インバータの下側スイッチング素子の動作電源たる直流電源を、電流形コンバータの下側スイッチング素子に接続することを試みる。
【００１０】
しかしながら、電圧形インバータで採用されるスイッチング素子はそのエミッタ電極を低電位側に向けて設けられるのに対し、電流形コンバータで採用されるスイッチング素子はそのエミッタ電極を高電位側の直流電源線に向けて設けられる。よって、上記の試みによっては、電流形コンバータの下側スイッチング素子へと適切に動作電圧を供給することができない。
【００１１】
そこで本発明は、コンバータたる電力変換装置のスイッチング素子の動作電圧をスイッチ回路のスイッチング素子の動作電源から得ることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる電力変換装置の第１の態様は、第１の電源線(LH)と、前記第１の電源線よりも低い電位が印加される第２の電源線(LL)と、前記第１及び前記第２の電源線の間に設けられたスイッチング素子(Ty2,S4)と、相互間で直流電圧が支持される両端を有し、前記両端のうち低電位側の一端が前記第２の電源線側で前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる電源供給部(Ed)とを有するスイッチ回路(2)と、第１電極と第２電極とを有し、前記第２電極から前記第１電極へと流れる電流のみを導通し、前記第１および前記第２の電源線の間で前記第１電極を前記第１の電源線側に向けて配置される片方向導通スイッチング素子（Tx2,Tx21）と、アノードを前記第１の電源線側に向けて前記片方向導通スイッチング素子と並列に接続されるダイオード(Dx22)と、前記第１電極に接続された一端と、前記電源供給部の他端と電気的に接続される他端とを有し、充電されて前記片方向導通スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となるコンデンサ（Cbx2）とを有する電力変換部(1)とを備える。
【００１３】
本発明にかかる電力変換装置の第２の態様は、第１の態様にかかる電力変換装置であって、前記コンデンサと前記電源供給部(Ed)の他端との間で、アノードを前記電源供給部に向けて配置される第２ダイオード(Dbx2)を更に備える。
【００１４】
本発明にかかる電力変換装置の第３の態様は、第１又は第２の態様にかかる電力変換装置であって、カソードを前記第１の電源線に向け、アノードが前記片方向導通スイッチング素子の前記第１電極と接続される第３ダイオード(Dx21)を備える。
【００１５】
本発明にかかる電力変換装置の第４の態様は、第３の態様にかかる電力変換装置であって、前記電力変換部(1)は、前記片方向導通スイッチング素子(Tx21)と直列に接続され、前記第３ダイオードと並列に接続される第２スイッチング素子(Tx22)を更に備え、前記コンデンサは前記第２スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する。
【００１６】
本発明にかかる電力変換装置の第５の態様は、第１乃至第４の何れか一つの態様にかかる電力変換装置であって、前記スイッチ回路(2)は、前記電源供給部(Ed)の電圧を降下して前記スイッチング素子(Ty2)の動作電圧を与える電圧調整部(VAy2)を更に備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる電力変換装置の第１の態様によれば、電源供給部からコンデンサへとダイオードを経由して電流が流れる。よって、スイッチ回路のスイッチング素子に対する動作電源を用いて、コンデンサを充電できる。換言すれば、片方向導通スイッチング素子の動作電圧をスイッチ回路のスイッチング素子の動作電源から得ることができる。
【００１８】
本発明にかかる電力変換装置の第２の態様によれば、通常運転において片方向導通スイッチング素子の第１電極の電位が第２の電源線の電位より高くなって、第２の電源線とコンデンサの他端（高電位側の一端）との間の電圧が電源供給部の電圧よりも高まったとしても、かかる電圧と電源供給部の高電位側の一端の電圧との差を第２ダイオードが支持する。よって、かかる電圧が電源供給部ひいてはスイッチング素子へと印加されることを防ぐ。
【００１９】
本発明にかかる電力変換装置の第３の態様によれば、片方向導通スイッチング素子とダイオードと第２ダイオードとして、低耐圧の素子を採用できる。
【００２０】
本発明にかかる電力変換装置の第４の態様によれば、片方向導通スイッチング素子と第２スイッチング素子と第１及び第３のダイオードが双方向スイッチを構成することができる。しかもコンデンサが片方向導通スイッチング素子のみならず第２スイッチング素子の動作電源としても機能するので、各々にコンデンサが設けられる場合に比して製造コストを低減できる。
【００２１】
本発明にかかる電力変換装置の第５の態様によれば、電源供給部の電圧とコンデンサの両端電圧との差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図３】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図４】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図５】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図６】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の実施の形態．
＜電力変換装置の一例＞
図１に例示するように本電力変換装置は、その構成要素としての電力変換部であるコンバータ１とその構成要素としてのスイッチ回路であるインバータ２とを備えている。
【００２４】
コンバータ１には入力端Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔが接続される。入力端Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔには例えば三相交流電源が接続されて三相交流電圧が供給される。コンバータ１は入力端Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔに印加される三相交流電圧を直流電圧に変換し、これを直流電源線ＬＨ，ＬＬに印加する。より具体的な構成について説明すると、コンバータ１は３つのｒ，ｓ，ｔ相についてのスイッチングレグを有している。ｒ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２とダイオードＤｒ１，Ｄｒ２１，Ｄｒ２２とを有している。ｓ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２とダイオードＤｓ１，Ｄｓ２１，Ｄｓ２２とを有している。ｔ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｔ１，Ｔｔ２とダイオードＤｔ１，Ｄｔ２１，Ｄｔ２２とを有している。この３つのスイッチングレグは直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に並列接続される。
【００２５】
スイッチング素子Ｔｘ１（但し、ｘはｒ，ｓ，ｔを代表する。）は第１ないし第３電極を有している。スイッチング素子Ｔｘ１は第１電極と第２電極との間を流れる電流を導通／非導通する。第３電極には、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の導通／非導通を制御するためのスイッチ信号（電圧信号や電流信号）が印加される。なお第１電極は上記スイッチ信号の基準（例えば電圧信号であれば基準電位）となる制御基準電極としても機能する。かかるスイッチング素子Ｔｘ１の例として絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタ等が挙げられる。絶縁ゲートバイポーラトランジスタであれば、第１ないし第３電極は例えばそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極、ゲート電極に相当する。電界効果トランジスタであれば、第１ないし第３電極は例えばそれぞれソース電極、ドレイン電極、ゲート電極に相当する。バイポーラトランジスタであれば第１ないし第３電極は例えばそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極、ベース電極に相当する。この点は後述するスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２にも適用される。
【００２６】
スイッチング素子Ｔｘ２（但し、ｘはｒ，ｓ，ｔを代表する。）は第１ないし第３電極を有している。スイッチング素子Ｔｘ２は第２電極から第１電極へと流れる電流を導通／非導通する。スイッチング素子Ｔｘ２では第２電極から第１電極へと向かう電流は導通しない。かかるスイッチング素子は片方向導通スイッチング素子と把握できる。第３電極には、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の導通／非導通を制御するためのスイッチ信号（電圧信号や電流信号）が印加される。なお第１電極は上記スイッチ信号の基準（例えば電圧信号であれば基準電位）となる制御基準電極としても機能する。かかるスイッチング素子Ｔｘ２の例として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等が挙げられる。絶縁ゲートバイポーラトランジスタにおいては、第１ないし第３電極は例えばそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極、ゲート電極に相当する。
【００２７】
以下においては、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２として絶縁ゲートバイポーラトランジスタを採用して説明する。
【００２８】
スイッチング素子Ｔｘ１とダイオードＤｘ１とは直流電源線ＬＨと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続される。スイッチング素子Ｔｘ１はそのエミッタ電極を直流電源線ＬＨ側に向けて配置され、ダイオードＤｘ１はそのアノードを入力端Ｐｘ側に向けて配置される。スイッチング素子Ｔｘ２とダイオードＤｘ２１とは直流電源線ＬＬと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続される。スイッチング素子Ｔｘ２はそのエミッタ電極を入力端Ｐｘ（直流電源線ＬＨ）側に向けて配置され、ダイオードＤｘ２１はそのアノードを直流電源線ＬＬ側に向けて配置される。ダイオードＤｘ２１はスイッチング素子Ｔｘ２に対して直流電源線ＬＨ側に配置される。ダイオードＤｘ２２はそのアノードを直流電源線ＬＨ側に向けてスイッチング素子Ｔｘ２と並列に接続される。
【００２９】
かかるスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２へとスイッチ信号が与えられて、コンバータ１は三相交流電圧を直流電圧に変換する。これにより、直流電源線ＬＨには直流電源線ＬＬよりも高い電位が印加される。なお、ダイオードＤｘ１，Ｄｘ２１はコンバータとしての逆阻止能力を発揮する。換言すれば、コンバータ１は電流形コンバータとして機能する。
【００３０】
インバータ２は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間の直流電圧を交流電圧に変換して負荷３（例えばモータ）へと印加する。なお、図１の例示では、負荷３が抵抗とリアクトルの直列体を有する誘導性負荷として描画されている。
【００３１】
インバータ３は３つのｕ，ｖ，ｗ相についてのスイッチングレグを有している。ｕ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｕ１，Ｔｕ２とダイオードＤｕ１，Ｄｕ２とを有している。ｖ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｖ１，Ｔｖ２とダイオードＤｖ１，Ｄｖ２とを有している。ｗ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｗ１，Ｔｗ２とダイオードＤｗ１，Ｄｗ２とを有している。この３つのスイッチングレグは直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に並列接続される。
【００３２】
スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２（但し、ｙはｕ，ｖ，ｗを代表する）は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に直列接続される。スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２のいずれもが、エミッタ電極を直流電源線ＬＬ側に向けて配置される。ダイオードＤｙ１，Ｄｙ２はそれぞれスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２に並列接続される。ダイオードＤｙ１，Ｄｙ２のいずれもが、アノードを直流電源線ＬＬ側に向けて配置される。
【００３３】
スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２の間に設けられた出力端Ｐｙは負荷３に接続される。
【００３４】
かかるスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２へとスイッチ信号が与えられて、インバータ３は直流電圧を交流電圧に変換する。ダイオードＤｙ１，Ｄｙ２はそれぞれスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２へと逆電流が流れることを防止し、またそれぞれスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２へと逆電圧が印加されることを防止する。
【００３５】
＜コンバータ１及びインバータ２のスイッチング素子の動作電源＞
次に、図２を参照して、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｔｙ１，Ｔｙ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源について説明する。なお、図２の例示では、代表的に、コンバータ１の一つのスイッチングレグのみとインバータ３の一つのスイッチングレグのみとを図示している。
【００３６】
コンバータ１はスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２をそれぞれ駆動するドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２を有し、インバータ３はスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２をそれぞれ駆動するドライブ回路Ｄｒｙ１，Ｄｒｙ２を有している。ドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２，Ｄｒｙ１，Ｄｒｙ２はそれぞれスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｔｙ１，Ｔｙ２のゲート電極に接続される。
【００３７】
図２の例示では、ドライブ回路Ｄｒｙ２は直流電源Ｅｄから動作電源が供給される。直流電源Ｅｄの低電位側の一端は、スイッチング素子Ｔｙ２のエミッタ電極と、ドライブ回路Ｄｒｙ２とに接続される。直流電源Ｅｄの高電位側の一端はドライブ回路Ｄｒｙ２に接続される。
【００３８】
ドライブ回路Ｄｒｘ２にはコンデンサＣｂｘ２の両端電圧が動作電源として供給される。コンデンサＣｂｘ２の一端はスイッチング素子Ｔｘ２のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ２に接続される。コンデンサＣｂｘ２の他端はドライブ回路Ｄｒｘ２に接続される。なお、この内容は、コンデンサＣｂｘ２が当該一端と当該他端との間で直流電圧を支持して、スイッチング素子Ｔｘ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する、と把握できる。この内容は他のコンデンサについても適用される。
【００３９】
ドライブ回路Ｄｒｘ２にはレベルシフト回路ＬＳｘ２が接続される。レベルシフト回路ＬＳｘ２は、例えば図示しない共通の制御回路により作成されたスイッチ信号の電位レベルをドライブ回路Ｄｒｘ２の電位に合わせて適切にシフトさせて、これをドライブ回路Ｄｒｘ２へと与える。他のレベルシフト回路についても同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【００４０】
コンデンサＣｂｘ２の他端はダイオードＤｂｘ２を介して直流電源Ｅｄの高電位側の一端へと接続されている。ダイオードＤｂｘ２はそのアノードを直流電源線Ｅｄに向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ２はコンデンサＣｂｘ２が直流電源Ｅｄへと放電することを防止する。
【００４１】
かかるコンデンサＣｂｘ２は本電力変換装置の通常運転に先立って充電される。具体的には、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２を介す経路に電流が流れる。よってコンデンサＣｂｘ２は直流電源Ｅｄを電源として充電される。図２では、かかる経路が経路Ａ１として示されている。
【００４２】
なお経路Ａ１上にはダイオードＤｘｂ２，Ｄｘ２２の両方が介在している。経路Ａ１においてコンデンサＣｂｘ２が直流電源Ｅｄ側へと放電することを防止するという観点では、ダイオードＤｘ２２が設けられていれば足りる。よって本願にかかる最上位の概念ではダイオードＤｂｘ２は必須要件ではない。ダイオードＤｂｘ２の更なる作用、効果については第２の実施の形態で述べる。
【００４３】
さて、図２の電力変換装置において、通常運転を行なう前には、コンバータ１がダイオードＤｘ２２を有していなくても、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２を導通させればコンデンサＣｂｘ２を充電することができる。これらの導通によって、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へと、ダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２１，Ｄｘ１とスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２を介す経路に電流が流れるからである。なお、図２の例示ではスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１はブートコンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｙ１の両端電圧が動作電源として与えられる。よって、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１を導通させるためには、ブートコンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｙ１は既に充電されている必要がある。これらの充電については後述する。なお、ブートコンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｙ１の替わりに直流電源が設けられてこの直流電源がスイッチング素子Ｔｒ１の動作電源として機能してもよい。
【００４４】
スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２を導通させてコンデンサＣｂｘ２を充電する場合には次の問題が生じる。即ち、コンデンサＣｂｘ２を充電する経路には３つのダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２１，Ｄｘ１と３つのスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２が介在する。これらのダイオードとスイッチング素子では電圧降下が生じるので、直流電源Ｅｄの電圧よりも比較的小さな電圧しかコンデンサＣｂｘ２に充電できない。
【００４５】
一方、本電力変換装置によれば、経路Ａ１には２つのダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２が介在しているだけなので、電圧降下を抑制してコンデンサＣｂｘ２を充電できる。よって、コンデンサＣｂｘ２へと比較的大きな電圧を充電できる。
【００４６】
またコンバータ１の通常運転においても以下に説明するようにコンデンサＣｂｘ２が充電されるので、コンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減できる。
【００４７】
通常運転においてスイッチング素子Ｔｘ２が導通するときには、負荷３側からスイッチング素子Ｔｙ２と直流電源線ＬＬとスイッチングＴｘ２とを通って入力端Ｐｘへと電流が流れる。かかる電流によって、スイッチング素子Ｔｘ２には順方向の電圧が印加される。換言すればダイオードＤｘ２２には逆電圧が印加される。したがって経路Ａ１には電流が流れない。
【００４８】
しかしながらこのとき、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２とスイッチング素子Ｔｘ２とを経由して電流が流れる。なお、スイッチング素子Ｔｘ２を流れる電流、即ち負荷３から流れる電流と、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２を経由して流れる電流との合計は、コレクタ電極からエミッタ電極へと順方向に流れる。以上のように直流電源Ｅｄからスイッチング素子Ｔｘ２を介してコンデンサＣｂｘ２へと電流が流れるので、コンデンサＣｂｘ２は充電される。
【００４９】
なおスイッチング素子Ｔｘ２が導通から非導通へと切り替わるときの過渡期などでは経路Ａ１を経由してコンデンサＣｂｘ２に電流が流れる可能性もある。
【００５０】
以上のように通常運転においてもコンデンサＣｂｘ２は充電される。したがってコンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減することができる。
【００５１】
なお、ダイオードＤｘ２２が設けられていない場合、通常運転時においてスイッチング素子Ｔｘ２が非導通のときにはブートコンデンサＣｂｘ２は充電されない。また、通常運転前にブートコンデンサＣｂｘ２は充電されることがないため、スイッチング素子Ｔｘ２を導通させることもできない。一方、上述したように、本実施の形態では、通常運転にも充電し得るし、また、通常運転でもダイオードＤｘ２２を介しても充電され得るので、ブートコンデンサＣｂｘ２が充電される機会が増え得る。よって、本電力変換装置に依れば、ダイオードＤｘ２２が設けられていない態様と比較して、ブートコンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減できる。
【００５２】
次に、スイッチング素子Ｔｙ１の動作電源の一例について説明する。ドライブ回路Ｄｒｙ１はブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧が動作電源として供給される。ブートコンデンサＣｂｙ１の一端はスイッチング素子Ｔｙ１のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｙ１に接続される。ブートコンデンサＣｂｙ１の他端はドライブ回路Ｄｒｙ１に接続される。
【００５３】
ドライブ回路Ｄｒｙ１にはレベルシフト回路ＬＳｙ１が接続される。レベルシフト回路ＬＳｙ１はスイッチ信号が入力され、かかるスイッチ信号を適切にレベルシフトしてドライブ回路Ｄｒｙ１へと出力する。
【００５４】
ブートコンデンサＣｂｙ１の他端はダイオードＤｂｙ１を介して直流電源Ｅｄの高電位側の一端へと接続されている。ダイオードＤｂｙ１はそのアノードを直流電源線Ｅｄに向けて設けられる。ダイオードＤｂｙ１はブートコンデンサＣｂｙ１が直流電源Ｅｄへと放電することを防止する。
【００５５】
かかる構成によれば、スイッチング素子Ｔｙ２を導通させることで、直流電源Ｅｄを用いてブートコンデンサＣｂｙ１を充電できる。直流電源ＥｄからブートコンデンサＣｂｙ１へとダイオードＤｂｙ１とスイッチング素子Ｔｙ１とを介す経路Ａ２に電流が流れるからである。
【００５６】
次に、スイッチング素子Ｔｘ１の動作電源の一例について説明する。ドライブ回路Ｄｒｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧が動作電源として供給される。ブートコンデンサＣｂｘ１の一端はスイッチング素子Ｔｘ１のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ１に接続される。ブートコンデンサＣｂｘ１の他端はドライブ回路Ｄｒｘ１に接続される。
【００５７】
ドライブ回路Ｄｒｘ１にはレベルシフト回路ＬＳｘ１が接続される。レベルシフト回路ＬＳｘ１はスイッチ信号が入力され、かかるスイッチ信号を適切にレベルシフトしてドライブ回路Ｄｒｘ１へと出力する。
【００５８】
ブートコンデンサＣｂｘ１の他端はダイオードＤｂｘ１を介してブートコンデンサＣｂｙ１の高電位側の一端へと接続されている。ダイオードＤｂｘ１はそのアノードをブートコンデンサＣｂｙ１に向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１がブートコンデンサＣｂｘ１へと放電することを防止する。
【００５９】
かかる構成によれば、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ２を導通させることで、ブートコンデンサＣｂｙ１に蓄えられた電荷を用いてブートコンデンサＣｂｘ１を充電できる。ブートコンデンサＣｂｙ１からブートコンデンサＣｂｘ１へとダイオードＤｂｘ１，Ｄｘ１１とスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１とを介す経路Ａ３に電流が流れるからである。
【００６０】
変形例．
ブートコンデンサＣｂｘ２の両端電圧は、必ずしもインバータ２のスイッチング素子Ｔｙ２の動作電源として機能する直流電源Ｅｄから得る必要はない。要するに、直流電源線ＬＬに接続されるスイッチング素子の動作電源から得ればよい。例えば図３の電力変換装置であってもよい。図３では、コンバータ１においては１つのスイッチングレグのみが示され、インバータ２と負荷３とが省略されている。図３の電力変換装置は、図１の電力変換装置と比較して、コンバータ１とインバータ３との間にブレーキ回路４を備えている。なお、以下ではスイッチング素子Ｔｘ１の動作電源については上述した説明と同一であるので詳細な説明を省略する。
【００６１】
ブレーキ回路４は抵抗Ｒ４とスイッチング素子Ｓ４とを備えている。抵抗Ｒ４とスイッチング素子Ｓ４は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に直列に接続されている。スイッチング素子Ｓ４はスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２と同じスイッチング素子である。図３ではスイッチング素子Ｓ４は絶縁ゲートバイポーラトランジスタとして示されている。スイッチング素子Ｓ４はそのエミッタ電極を直流電源線ＬＬに向けて設けられる。
【００６２】
かかるブレーキ回路４において、例えば誘導性負荷たる負荷３へと電流の供給を停止したときに、スイッチング素子Ｓ４を導通させる。これにより、負荷３からの回生電流が抵抗Ｒ４を流れる。よって負荷３からの回生エネルギーを早期に消費させることができる。
【００６３】
スイッチング素子Ｓ４のエミッタ電極にはドライブ回路Ｄｒｓ４が接続される。ドライブ回路Ｄｒｓ４はスイッチング素子Ｓ４を駆動する。ドライブ回路Ｄｒｓ４は直流電源Ｅｄから動作電源が供給される。直流電源Ｅｄの低電位側の一端は、スイッチング素子Ｔｙ２のエミッタ電極と、ドライブ回路Ｄｒｓ４とに接続される。直流電源Ｅｄの高電位側の一端はドライブ回路Ｄｒｓ４に接続される。
【００６４】
ダイオードＤｂｘ２のアノードは直流電源Ｅｄの高電位側の一端に接続されている。
【００６５】
かかる電力変換装置においても、直流電源Ｅｄを電源としてブートコンデンサＣｂｘ２が充電される。よって、経路Ａ１を経由した充電に比べて大きな電圧をブートコンデンサＣｂｘ２に充電できる。また通常運転においても、図２を参照した説明と同様に、スイッチング素子Ｔｘ２或いはダイオードＤｘ２２を経由してブートコンデンサＣｂｘ２が充電される。よって、ブートコンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減できる。
【００６６】
なおかかる変形例は後述する他の実施の形態にも適用される。
【００６７】
第２の実施の形態．
第２の実施の形態においてはダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２の作用、効果について詳述する。まずダイオードＤｂｘ２が設けられていない場合について考慮する。本電力変換装置の通常運転においては、コンバータ１およびインバータ２がスイッチングされる。例えばかかるスイッチングに起因にしてサージ電圧が生じ、スイッチング素子Ｔｘ２のエミッタ電極の電位が想定以上に増大することが考えられる。即ち、直流電源線ＬＬとコンデンサＣｂｘ２の高電位側の一端との間の電圧が想定以上に増大する。かかる電圧は直流電源Ｅｄおよびドライブ回路Ｄｒｙ２に印加される。かかる電圧の印加によってスイッチング素子Ｔｙ２の動作の不安定を招く恐れがある。
【００６８】
ダイオードＤｂｘ２はかかる電位差（直流電源Ｅｄの高電位側の電位とコンデンサＣｂｘ２の高電位側の電位との差）を支持することができる。したがって、このような問題を防止することができる。
【００６９】
次にダイオードＤｘ２１の作用、効果について述べる。ダイオードＤｘ２１は入力端Ｐｘに印加される電位が変動した際の入力端Ｐｘと直流電源線ＬＬとの間の電圧を支持することができる。これにより、スイッチング素子Ｔｘ２とダイオードＤｘ２２とダイオードＤｂｘ２として安価な低耐圧の素子を採用できる。低耐圧なスイッチング素子であればそのコレクタ−エミッタの間の電圧が小さい傾向があり、また低耐圧なダイオードであればその順方向電圧が小さい傾向がある。よって特性のよい素子を採用できる。
【００７０】
第３の実施の形態．
第１の実施の形態では、各スイッチング素子の動作電源の電圧についてばらつきが生じ得る。例えば図２を参照して各経路Ａ１〜Ａ３の各構成要素で生じる電圧降下を考慮する。またここでは説明の簡単のため、各ダイオードの順方向電圧は相互に等しく電圧Ｖｆであって、各スイッチング素子のエミッタ−コレクタ間の電圧は相互に等しく電圧Ｖｃｅであると仮定する。
【００７１】
ブートコンデンサＣｂｙ１は直流電源Ｅｄを電源としてダイオードＤｂｙ１とスイッチング素子Ｔｙ２とを経由して充電される。なお、通常運転においてもブートコンデンサＣｂｙ１は上記経路で充電される。よって、ブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧Ｖｃｙ１は次式で表される。
【００７２】
Ｖｃｂｙ１＝Ｅｄ−Ｖｆ−Ｖｃｅ ・・・（１）
ブートコンデンサＣｂｘ１はブートコンデンサＣｂｙ１を電源としてダイオードＤｂｘ１，Ｄｘ１１とスイッチング素子Ｔｙ１を経由して充電される。なお、通常運転においてもブートコンデンサＣｂｘ１は上記経路で充電される。
【００７３】
またダイオードＤｘ１がスイッチング素子Ｔｘ１に対して入力端Ｐｘ側に位置している構成であれば、経路Ａ３上にダイオードＤｘ１が介在しない。よって、かかる構成であればダイオードＤｘ１の順方向電圧Ｖｆの電圧降下は無視すればよい。以下では、経路Ａ３上にダイオードＤｘ１が介在する場合について述べる。
【００７４】
ブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧Ｖｃｂｘ１は次式で表される。
【００７５】
Ｖｃｂｘ１＝Ｖｃｂｙ１−２Ｖｆ−Ｖｃｅ＝Ｅｄ−３Ｖｆ−２Ｖｃｅ ・・・（２）
通常運転に先立つ充電動作におけるコンデンサＣｂｘ２の充電経路は上述した経路Ａ１である。経路Ａ１においては、コンデンサＣｂｘ２は直流電源Ｅｄを電源としてダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２を経由して充電される。よって、このときのコンデンサＣｂｘ２の両端電圧Ｖｂｃｘ２＿ｄは次式で表される。
【００７６】
Ｖｂｃｘ２＿ｄ＝Ｅｄ−２Ｖｆ ・・・（３）
一方、通常運転におけるコンデンサＣｂｘ２の充電経路は第１の実施の形態で述べたように２つある。ただし、経路Ａ１による充電はスイッチング素子Ｔｘ２の非導通時で、かつＴｘ２の第１端子電位がダイオードＤｘ２２を導通させる電位となった場合のみに生じ得るものであって、主にはスイッチング素子Ｔｘ２を経由した充電が行われる。スイッチング素子Ｔｘ２を経由した経路では、コンデンサＣｂｘ２はスイッチング素子Ｔｘ２とダイオードＤｘ２２を経由して充電される。よって、このときのコンデンサＣｂｘ２の両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔは次式で表される。
【００７７】
Ｖｃｂｘ２＿ｔ＝Ｅｄ−Ｖｆ＋Ｖｃｅ ・・・（４）
かかる動作電源の電圧についてのばらつきを低減できれば例えば同じスイッチング素子を採用することができ、各スイッチング素子のスイッチング特性などのばらつきも小さくできる。そこで、第３の実施の形態では各スイッチング素子の動作電源の電圧のばらつきを低減する。
【００７８】
なおここでは、説明の簡単のために、電圧Ｖｆが電圧Ｖｃｅよりも大きいと仮定する。この仮定の下ではブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧Ｖｃｂｘ１がコンデンサＣｂｙ１，Ｃｂｘ２および直流電源Ｅｄの中で最も小さい。
【００７９】
上記の仮定の下で、本電力変換装置は図４に例示するように電圧調整回路ＶＡｙ１，ＶＡｙ２，ＶＡｘ２をさらに有している。なお、図４の例示では、代表的に、コンバータ１の一つのスイッチングレグとインバータ３の一つのスイッチングレグについてのみ図示している。
【００８０】
電圧調整回路ＶＡｙ２は直流電源Ｅｄの例えば高電位側の一端とドライブ回路Ｄｒｙ２との間に接続される。電圧調整回路ＶＡｙ２は例えば抵抗であって、直流電源Ｅｄの電圧を降圧して動作電圧としてドライブ回路Ｄｒｙ２に供給する。より具体的な一例として、直流電圧Ｅｄの電圧を、電圧Ｖｆの３倍と電圧Ｖｃｅの２倍との和の分だけ、降圧して動作電圧として供給する。これによりドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｙ２へ供給される動作電圧を互いに等しくできる（式（２）参照）。
【００８１】
電圧調整回路ＶＡｙ１はブートコンデンサＣｂｙ１の例えば高電位側の一端とドライブ回路Ｄｒｙ１との間に接続される。電圧調整回路ＶＡｙ１は例えば抵抗であって、ブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧を降圧して動作電源としてドライブ回路Ｄｒｙ１に供給する。より具体的には、ブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧を、電圧Ｖｆの２倍と電圧Ｖｃｅとの和の分だけ、降圧して動作電圧として供給する。これによりドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｙ１へ供給される動作電圧を互いに等しくできる（式（１）と式（２）とを参照）。
【００８２】
電圧調整回路ＶＡｘ２はコンデンサＣｂｘ２の例えば高電位側の一端とドライブ回路Ｄｒｙ２との間に接続される。電圧調整回路ＶＡｘ２は例えば抵抗であって、ブートコンデンサＣｂｘ２の両端電圧を降圧して動作電源としてドライブ回路Ｄｒｘ２に供給する。さて、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧はその充電経路の区別により２つの両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄ，Ｖｃｂｘ２＿ｔを採りえる。
【００８３】
ここでは一例として、両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄ，Ｖｃｂｘ２＿ｔのうちより小さい両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄを採用する。電圧調整回路ＶＡｘ２はコンデンサＣｂｘ２の両端電圧Ｖｃｘｂ２を、電圧Ｖｃｅの２倍と電圧Ｖｆとの和の分だけ、降圧して動作電源として供給する。これにより、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧が電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄであるときにドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２に供給される動作電圧を互いに等しくできる。またたとえコンデンサＣｂｘ２の電圧が両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔであったとしても、電圧調整部ＶＡｘ２はこれを降圧させるのでドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２に供給される動作電圧の差を低減することができる。
【００８４】
なお、通常運転においては主としてスイッチング素子Ｔｘ２を経由した経路でコンデンサＣｂｘ２が充電されることから、両端電圧Ｖｂｃｘ２＿ｔを採用してもよい。
【００８５】
また両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ，Ｖｃｂｘ２＿ｄに重み付け係数を乗じて、これを加算した値をコンデンサＣｂｘ２の両端電圧として把握してもよい。重み付け係数は例えば正の値であって、これらの和は１である。そして、電圧調整回路ＶＡｘ２は、かかる両端電圧と両端電圧Ｖｃｂｘ１との差の分だけ、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧を降圧させてもよい。
【００８６】
また、コンデンサＣｂｘ２に並列に電圧クランプ回路を接続し、両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ、Ｖｃｂｘ２＿ｄがいずれもクランプ電圧よりも高い値となるようにすれば、当該電圧クランプ回路は安定した電圧をドライブ回路Ｄｒｘ２に与えることができる。
【００８７】
なお、この電圧調整回路はここで提示した形態に限るものではない。例えばコンデンサの電圧を分圧する形態や、ツェナーダイオードにより一定電圧を得る形態であっても構わない。また、コンデンサの両端にレギュレータの入力を接続し、レギュレータの出力をドライブ回路に接続するような形態であっても構わない。
【００８８】
第４の実施の形態．
第１乃至第３の実施の形態においてはスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２は直流電源線ＬＬから直流電源線ＬＨへと向かう方向（順方向）の電流の導通／非導通を選択する。スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２は、直流電源線ＬＨから直流電源線ＬＬへと向かう方向（逆方向）の電流の導通／非導通は選択できない。なお例えばスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２が絶縁ゲートバイポーラトランジスタであれば、逆方向の電流は流れない。また例えばスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２がＭＯＳ電界効果トランジスタであれば、その寄生ダイオードによって逆方向の電流が流れる。いずれにせよ、コンバータ１においては、ダイオードＤｘ１，Ｄｘ２１によって、かかる逆方向の電流は阻止される。第４の実施の形態では、コンバータ１において双方向のスイッチングを実現する。以下具体的に説明する。
【００８９】
図５に例示される電力変換装置は、コンバータ１の構成という点で、図１に例示される電力変換装置と相違している。
【００９０】
ｒ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ２１，Ｔｒ２２とダイオードＤｒ１１，Ｄｒ１２，Ｄｒ２１，Ｄｒ２２とを有している。ｓ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｓ１１，Ｔｓ１２，Ｔｓ２１，Ｔｓ２２とダイオードＤｓ１１，Ｄｓ１２，Ｄｓ２１，Ｄｓ２２とを有している。ｔ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｔ１１，Ｔｔ１２，Ｔｔ２１，Ｔｔ２２とダイオードＤｔ１１，Ｄｔ１２，Ｄｔ２１，Ｄｔ２２とを有している。
【００９１】
スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２（但し、ｘはｒ，ｓ，ｔを代表する。）はスイッチング素子Ｔｘ１と同じスイッチング素子であって例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等である。以下では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを例に挙げて説明する。スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２は直流電源線ＬＨと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続され、エミッタ電極同士は互いに接続されている。ダイオードＤｘ１１のアノードはスイッチング素子Ｔｘ１１のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ１２のコレクタ電極と接続される。ダイオードＤｘ２１のアノードはスイッチング素子Ｔｘ２１のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ１１のコレクタ電極に接続される。
【００９２】
スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２はスイッチング素子Ｔｘ２と同じスイッチング素子であって例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等である。以下では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを例に挙げて説明する。スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２は直流電源線ＬＬと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続され、エミッタ電極同士は互いに接続されている。ダイオードＤｘ２１のアノードはスイッチング素子Ｔｘ２１のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ２２のコレクタ電極と接続される。ダイオードＤｘ２２のアノードはスイッチング素子Ｔｘ２２のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ２１のコレクタ電極に接続される。
【００９３】
かかるコンバータ１によれば、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２とダイオードＤｘ１１，Ｄｘ１２とが双方向スイッチを構成する。同じくスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２とダイオードＤｘ２１，Ｄｘ２２とが双方向スイッチを構成する。したがって負荷３が誘導性負荷であれば、かかる誘導性に起因して生じる回生電流を、コンバータ１を経由して電源側に流すことができる。
【００９４】
またこのコンバータ１によれば、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２のエミッタ電極同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２のエミッタ電極同士が互いに接続されている。したがって、図６に例示するように、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２の動作電源を共通化でき、またスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２の動作電源を共通化できる。よって、各々に動作電源を設ける場合に比べて製造コストを低減できる。以下、より詳細に説明する。
【００９５】
まずスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２の動作電源について説明する。スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２はドライブ回路Ｄｒｘ２によって駆動される。ドライブ回路Ｄｒｘ２はスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２のゲート電極に共通して接続される。ドライブ回路Ｄｒｘ２にはレベルシフト回路ＬＳｘ２が接続される。
【００９６】
ドライブ回路Ｄｒｘ２はコンデンサＣｂｘ２の両端電圧が動作電源として供給される。コンデンサＣｂｘ２の一端はスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ２とに接続される。コンデンサＣｂｘ２の他端はドライブ回路Ｄｒｘ２に接続される。
【００９７】
またコンデンサＣｂｘ２の他端はダイオードＤｂｘ２を介して直流電源Ｅｄの高電位側の一端に接続される。ダイオードＤｂｘ２はそのカソードをコンデンサＣｂｘ２へと向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ２はコンデンサＣｂｘ２が直流電源Ｅｄ側へと放電することを防止する。
【００９８】
かかるコンデンサＣｂｘ２は電力変換装置の通常運転に先立って充電される。具体的には、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２を介す経路Ａ４に電流が流れてコンデンサＣｂｘ２が充電される。
【００９９】
以上のように、スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２の動作電源を共通化でき、しかもかかる動作電源としてコンデンサＣｂｘ２を採用しているので直流電源の個数を低減できる。
【０１００】
また本電力変換装置の通常運転においてもコンデンサＣｂｘ２は充電される。以下、力行運転と回生運転に分けて説明する。力行運転とは電源から負荷３へと電流を流して負荷３を駆動する運転である。力行運転では、直流電源線ＬＨからインバータ２および負荷３を経由して直流電源線ＬＬへと電流を流す。回生運転とは、負荷３が誘導性負荷である場合に、かかる誘導性に起因して生じる回生電流を電源側へと回生する運転や、負荷３が慣性の大きなモータ負荷などである場合に、負荷の状態に起因して生じる回生電流を電源側へと回生する運転のことである。回生運転では、直流電源線ＬＨからコンバータ１と電源とを経由して直流電源線ＬＬへと電流を流す。
【０１０１】
力行運転では、スイッチング素子Ｔｘ２１の導通により、自身とダイオードＤｘ２１とを経由して直流電源線ＬＬから入力端Ｐｘへと電流が流れる。このとき第１の実施の形態と同様に直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２とスイッチング素子Ｔｘ２１とを経由して電流が流れる。これによって、コンデンサＣｂｘ２が充電される。
【０１０２】
回生運転では、スイッチング素子Ｔｘ２２の導通により、自身とダイオードＤｘ２２とを介して入力端Ｐｘから直流電源ＬＬへと電流が流れる。ダイオードＤｘ２２が導通するので経路Ａ４を電流が流れてコンデンサＣｂｘ２が充電される。
【０１０３】
以上のように、通常運転においてもコンデンサＣｂｘ２が充電されるので、コンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減することができる。
【０１０４】
次にスイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２の動作電源について説明する。スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２はドライブ回路Ｄｒｘ１によって駆動される。ドライブ回路Ｄｒｘ１はスイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２のゲート電極に共通して接続される。ドライブ回路Ｄｒｘ１にはレベルシフト回路ＬＳｘ１が接続される。
【０１０５】
ドライブ回路Ｄｒｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧が動作電源として供給される。ブートコンデンサＣｂｘ１の一端はスイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ１とに接続される。ブートコンデンサＣｂｘ１の他端はドライブ回路Ｄｒｘ１に接続される。
【０１０６】
またブートコンデンサＣｂｘ１の他端はダイオードＤｂｘ１を介してブートコンデンサＣｂｙ１の高電位側の一端に接続される。ダイオードＤｂｘ１はそのカソードをブートコンデンサＣｂｘ１へと向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１がブートコンデンサＣｂｙ１側へと放電することを防止する。
【０１０７】
このような構成であれば、スイッチング素子Ｔｙ１を導通させることで、ブートコンデンサＣｂｙ１に蓄えられた電荷を用いてブートコンデンサＣｂｘ１を充電できる。かかる導通によって、ブートコンデンサＣｂｙ１とダイオードＤｂｘ１とブートコンデンサＣｂｘ１とダイオードＤｘ１１とスイッチング素子Ｔｙ１とからなる経路Ａ５に電流が流れるからである。
【０１０８】
以上のように、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２の動作電源を共通化でき、しかもかかる動作電源としてブートコンデンサＣｂｘ１を採用しているので直流電源の個数を低減できる。
【０１０９】
なお、本電力変換装置に第３の実施の形態を適用してもよい。この場合、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧として両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ，Ｖｃｂｘ２＿ｄ（式３，４を参照）のいずれを採用するのかという観点が生じる。結論としては、いずれを採用しても構わない。いずれにせよスイッチング素子の動作電圧のばらつきを低減できるからである。また両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ，Ｖｃｂｘ２＿ｄのそれぞれに重み付け係数を乗じて、これらを加算した値を採用してもよい。この場合、負荷４の運転状況に鑑みて、回生時の期間が比較的大きければ両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔについての重み付け係数として高い値を採用してもよい。
【０１１０】
また、コンデンサＣｂｘ２に並列に電圧クランプ回路を接続し、両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ、Ｖｃｂｘ２＿ｄがいずれもクランプ電圧よりも高い値となるようにすれば、当該電圧クランプ回路は安定した電圧をドライブ回路Ｄｒｘ２に与えることができる。
【０１１１】
なお、コンデンサ（Ｃｂｘ２）は、スイッチング素子の動作電源として電荷を蓄えられるものであれば良いので、コンデンサの形態に限るものではない。またスイッチング素子とダイオードとの並列回路は、寄生ダイオードのあるＭＯＳＦＥＴや逆導通ＩＧＢＴ等の逆導通素子で構成してもよい。
【０１１２】
なお、コンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｘ２，Ｃｂｙ１の充電経路に抵抗等を挿入し、充電時電流を制限してもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
Ｃｂｘ１，Ｃｂｙ１ ブートコンデンサ
Ｃｂｘ２ コンデンサ
Ｄｘ２１，Ｄｂｘ２ ダイオード
Ｅｄ 直流電源
ＬＨ，ＬＬ 直流電源線
Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔ 入力端
Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ 出力端
ＶＡｘ１，ＶＡｘ２，ＶＡｙ１ 電圧調整部
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力変換装置に関し、特にスイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にはインバータが記載されている。インバータは２つの直流電源線の間で相互に直列接続される上側スイッチング素子及び下側スイッチング素子を有する。上側スイッチング素子にはスイッチ信号を与えるための第１内部制御回路が接続され、下側スイッチング素子にはスイッチ信号を与えるための第２内部制御回路が接続される。
【０００３】
第２内部制御回路には直流電源が動作電源として供給される。第１内部制御回路にはコンデンサの両端電圧が動作電源として供給される。コンデンサの高電位側の一端と、直流電源の高電位側の一端との間にはダイオードが接続されている。ダイオードはそのアノードを直流電源に向けて配置される。
【０００４】
かかる構成において、コンデンサは下側スイッチング素子の導通により直流電源を電源として充電される。
【０００５】
また本発明に関連する技術として、特許文献２，３が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５０４８５号公報
【特許文献２】特許第４１５８７１５号
【特許文献３】特開２００７−２９５６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１ではインバータのスイッチング素子以外のスイッチング素子の動作電源についての考察がない。
【０００８】
また特許文献１に記載のように電圧形インバータはエミッタ電極を低電位側の直流電源線に向けて設けられる。よって、下側スイッチング素子のエミッタ電極は低電位側の直流電源線に接続される。かかる直流電源線が下側スイッチング素子の共通電位として機能するので複数の下側スイッチング素子の動作電源として共通の直流電源を採用することができる。
【０００９】
一方、電流形コンバータはインバータと同様に上側および下側のスイッチング素子を有する。そこで、従来の技術思想を以って、インバータの下側スイッチング素子の動作電源たる直流電源を、電流形コンバータの下側スイッチング素子に接続することを試みる。
【００１０】
しかしながら、電圧形インバータで採用されるスイッチング素子はそのエミッタ電極を低電位側に向けて設けられるのに対し、電流形コンバータで採用されるスイッチング素子はそのエミッタ電極を高電位側の直流電源線に向けて設けられる。よって、上記の試みによっては、電流形コンバータの下側スイッチング素子へと適切に動作電圧を供給することができない。
【００１１】
そこで本発明は、コンバータたる電力変換装置のスイッチング素子の動作電圧をスイッチ回路のスイッチング素子の動作電源から得ることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる電力変換装置の第１の態様は、第１の電源線(LH)と、前記第１の電源線よりも低い電位が印加される第２の電源線(LL)と、前記第１及び前記第２の電源線の間に設けられたスイッチング素子(Ty2,S4)と、相互間で直流電圧が支持される両端を有し、前記両端のうち低電位側の一端が前記第２の電源線側で前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる電源供給部(Ed)とを有するスイッチ回路(2)と、第１電極と第２電極とを有し、前記第２電極から前記第１電極へと流れる電流のみを導通し、前記第１および前記第２の電源線の間で前記第１電極を前記第１の電源線側に向けて配置される片方向導通スイッチング素子（Tx2,Tx21）と、アノードを前記第１の電源線側に向けて前記片方向導通スイッチング素子と並列に接続されるダイオード(Dx22)と、前記第１電極に接続された一端と、前記電源供給部の他端と電気的に接続される他端とを有し、充電されて前記片方向導通スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となるコンデンサ（Cbx2）とを有する電力変換部(1)とを備える。
【００１３】
本発明にかかる電力変換装置の第２の態様は、第１の態様にかかる電力変換装置であって、前記コンデンサと前記電源供給部(Ed)の他端との間で、アノードを前記電源供給部に向けて配置される第２ダイオード(Dbx2)を更に備える。
【００１４】
本発明にかかる電力変換装置の第３の態様は、第１又は第２の態様にかかる電力変換装置であって、カソードを前記第１の電源線に向け、アノードが前記片方向導通スイッチング素子の前記第１電極と接続される第３ダイオード(Dx21)を備える。
【００１５】
本発明にかかる電力変換装置の第４の態様は、第３の態様にかかる電力変換装置であって、前記電力変換部(1)は、前記片方向導通スイッチング素子(Tx21)と直列に接続され、前記第３ダイオードと並列に接続される第２スイッチング素子(Tx22)を更に備え、前記コンデンサは前記第２スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する。
【００１６】
本発明にかかる電力変換装置の第５の態様は、第１乃至第４の何れか一つの態様にかかる電力変換装置であって、前記スイッチ回路(2)は、前記電源供給部(Ed)の電圧を降下して前記スイッチング素子(Ty2)の動作電圧を与える電圧調整部(VAy2)を更に備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる電力変換装置の第１の態様によれば、電源供給部からコンデンサへとダイオードを経由して電流が流れる。よって、スイッチ回路のスイッチング素子に対する動作電源を用いて、コンデンサを充電できる。換言すれば、片方向導通スイッチング素子の動作電圧をスイッチ回路のスイッチング素子の動作電源から得ることができる。
【００１８】
本発明にかかる電力変換装置の第２の態様によれば、通常運転において片方向導通スイッチング素子の第１電極の電位が第２の電源線の電位より高くなって、第２の電源線とコンデンサの他端（高電位側の一端）との間の電圧が電源供給部の電圧よりも高まったとしても、かかる電圧と電源供給部の高電位側の一端の電圧との差を第２ダイオードが支持する。よって、かかる電圧が電源供給部ひいてはスイッチング素子へと印加されることを防ぐ。
【００１９】
本発明にかかる電力変換装置の第３の態様によれば、片方向導通スイッチング素子とダイオードと第２ダイオードとして、低耐圧の素子を採用できる。
【００２０】
本発明にかかる電力変換装置の第４の態様によれば、片方向導通スイッチング素子と第２スイッチング素子と第１及び第３のダイオードが双方向スイッチを構成することができる。しかもコンデンサが片方向導通スイッチング素子のみならず第２スイッチング素子の動作電源としても機能するので、各々にコンデンサが設けられる場合に比して製造コストを低減できる。
【００２１】
本発明にかかる電力変換装置の第５の態様によれば、電源供給部の電圧とコンデンサの両端電圧との差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図３】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図４】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図５】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【図６】電力変換装置の概念的な構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の実施の形態．
＜電力変換装置の一例＞
図１に例示するように本電力変換装置は、その構成要素としての電力変換部であるコンバータ１とその構成要素としてのスイッチ回路であるインバータ２とを備えている。
【００２４】
コンバータ１には入力端Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔが接続される。入力端Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔには例えば三相交流電源が接続されて三相交流電圧が供給される。コンバータ１は入力端Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔに印加される三相交流電圧を直流電圧に変換し、これを直流電源線ＬＨ，ＬＬに印加する。より具体的な構成について説明すると、コンバータ１は３つのｒ，ｓ，ｔ相についてのスイッチングレグを有している。ｒ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２とダイオードＤｒ１，Ｄｒ２１，Ｄｒ２２とを有している。ｓ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｓ１，Ｔｓ２とダイオードＤｓ１，Ｄｓ２１，Ｄｓ２２とを有している。ｔ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｔ１，Ｔｔ２とダイオードＤｔ１，Ｄｔ２１，Ｄｔ２２とを有している。この３つのスイッチングレグは直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に並列接続される。
【００２５】
スイッチング素子Ｔｘ１（但し、ｘはｒ，ｓ，ｔを代表する。）は第１ないし第３電極を有している。スイッチング素子Ｔｘ１は第１電極と第２電極との間を流れる電流を導通／非導通する。第３電極には、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の導通／非導通を制御するためのスイッチ信号（電圧信号や電流信号）が印加される。なお第１電極は上記スイッチ信号の基準（例えば電圧信号であれば基準電位）となる制御基準電極としても機能する。かかるスイッチング素子Ｔｘ１の例として絶縁ゲートバイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタ等が挙げられる。絶縁ゲートバイポーラトランジスタであれば、第１ないし第３電極は例えばそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極、ゲート電極に相当する。電界効果トランジスタであれば、第１ないし第３電極は例えばそれぞれソース電極、ドレイン電極、ゲート電極に相当する。バイポーラトランジスタであれば第１ないし第３電極は例えばそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極、ベース電極に相当する。この点は後述するスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２にも適用される。
【００２６】
スイッチング素子Ｔｘ２（但し、ｘはｒ，ｓ，ｔを代表する。）は第１ないし第３電極を有している。スイッチング素子Ｔｘ２は第２電極から第１電極へと流れる電流を導通／非導通する。スイッチング素子Ｔｘ２では第２電極から第１電極へと向かう電流は導通しない。かかるスイッチング素子は片方向導通スイッチング素子と把握できる。第３電極には、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２の導通／非導通を制御するためのスイッチ信号（電圧信号や電流信号）が印加される。なお第１電極は上記スイッチ信号の基準（例えば電圧信号であれば基準電位）となる制御基準電極としても機能する。かかるスイッチング素子Ｔｘ２の例として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ等が挙げられる。絶縁ゲートバイポーラトランジスタにおいては、第１ないし第３電極は例えばそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極、ゲート電極に相当する。
【００２７】
以下においては、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２として絶縁ゲートバイポーラトランジスタを採用して説明する。
【００２８】
スイッチング素子Ｔｘ１とダイオードＤｘ１とは直流電源線ＬＨと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続される。スイッチング素子Ｔｘ１はそのエミッタ電極を直流電源線ＬＨ側に向けて配置され、ダイオードＤｘ１はそのアノードを入力端Ｐｘ側に向けて配置される。スイッチング素子Ｔｘ２とダイオードＤｘ２１とは直流電源線ＬＬと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続される。スイッチング素子Ｔｘ２はそのエミッタ電極を入力端Ｐｘ（直流電源線ＬＨ）側に向けて配置され、ダイオードＤｘ２１はそのアノードを直流電源線ＬＬ側に向けて配置される。ダイオードＤｘ２１はスイッチング素子Ｔｘ２に対して直流電源線ＬＨ側に配置される。ダイオードＤｘ２２はそのアノードを直流電源線ＬＨ側に向けてスイッチング素子Ｔｘ２と並列に接続される。
【００２９】
かかるスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２へとスイッチ信号が与えられて、コンバータ１は三相交流電圧を直流電圧に変換する。これにより、直流電源線ＬＨには直流電源線ＬＬよりも高い電位が印加される。なお、ダイオードＤｘ１，Ｄｘ２１はコンバータとしての逆阻止能力を発揮する。換言すれば、コンバータ１は電流形コンバータとして機能する。
【００３０】
インバータ２は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間の直流電圧を交流電圧に変換して負荷３（例えばモータ）へと印加する。なお、図１の例示では、負荷３が抵抗とリアクトルの直列体を有する誘導性負荷として描画されている。
【００３１】
インバータ３は３つのｕ，ｖ，ｗ相についてのスイッチングレグを有している。ｕ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｕ１，Ｔｕ２とダイオードＤｕ１，Ｄｕ２とを有している。ｖ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｖ１，Ｔｖ２とダイオードＤｖ１，Ｄｖ２とを有している。ｗ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｗ１，Ｔｗ２とダイオードＤｗ１，Ｄｗ２とを有している。この３つのスイッチングレグは直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に並列接続される。
【００３２】
スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２（但し、ｙはｕ，ｖ，ｗを代表する）は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に直列接続される。スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２のいずれもが、エミッタ電極を直流電源線ＬＬ側に向けて配置される。ダイオードＤｙ１，Ｄｙ２はそれぞれスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２に並列接続される。ダイオードＤｙ１，Ｄｙ２のいずれもが、アノードを直流電源線ＬＬ側に向けて配置される。
【００３３】
スイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２の間に設けられた出力端Ｐｙは負荷３に接続される。
【００３４】
かかるスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２へとスイッチ信号が与えられて、インバータ３は直流電圧を交流電圧に変換する。ダイオードＤｙ１，Ｄｙ２はそれぞれスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２へと逆電流が流れることを防止し、またそれぞれスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２へと逆電圧が印加されることを防止する。
【００３５】
＜コンバータ１及びインバータ２のスイッチング素子の動作電源＞
次に、図２を参照して、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｔｙ１，Ｔｙ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源について説明する。なお、図２の例示では、代表的に、コンバータ１の一つのスイッチングレグのみとインバータ３の一つのスイッチングレグのみとを図示している。
【００３６】
コンバータ１はスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２をそれぞれ駆動するドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２を有し、インバータ３はスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２をそれぞれ駆動するドライブ回路Ｄｒｙ１，Ｄｒｙ２を有している。ドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２，Ｄｒｙ１，Ｄｒｙ２はそれぞれスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２，Ｔｙ１，Ｔｙ２のゲート電極に接続される。
【００３７】
図２の例示では、ドライブ回路Ｄｒｙ２は直流電源Ｅｄから動作電源が供給される。直流電源Ｅｄの低電位側の一端は、スイッチング素子Ｔｙ２のエミッタ電極と、ドライブ回路Ｄｒｙ２とに接続される。直流電源Ｅｄの高電位側の一端はドライブ回路Ｄｒｙ２に接続される。
【００３８】
ドライブ回路Ｄｒｘ２にはコンデンサＣｂｘ２の両端電圧が動作電源として供給される。コンデンサＣｂｘ２の一端はスイッチング素子Ｔｘ２のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ２に接続される。コンデンサＣｂｘ２の他端はドライブ回路Ｄｒｘ２に接続される。なお、この内容は、コンデンサＣｂｘ２が当該一端と当該他端との間で直流電圧を支持して、スイッチング素子Ｔｘ２へとスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する、と把握できる。この内容は他のコンデンサについても適用される。
【００３９】
ドライブ回路Ｄｒｘ２にはレベルシフト回路ＬＳｘ２が接続される。レベルシフト回路ＬＳｘ２は、例えば図示しない共通の制御回路により作成されたスイッチ信号の電位レベルをドライブ回路Ｄｒｘ２の電位に合わせて適切にシフトさせて、これをドライブ回路Ｄｒｘ２へと与える。他のレベルシフト回路についても同様であるため、以下では詳細な説明は省略する。
【００４０】
コンデンサＣｂｘ２の他端はダイオードＤｂｘ２を介して直流電源Ｅｄの高電位側の一端へと接続されている。ダイオードＤｂｘ２はそのアノードを直流電源線Ｅｄに向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ２はコンデンサＣｂｘ２が直流電源Ｅｄへと放電することを防止する。
【００４１】
かかるコンデンサＣｂｘ２は本電力変換装置の通常運転に先立って充電される。具体的には、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２を介す経路に電流が流れる。よってコンデンサＣｂｘ２は直流電源Ｅｄを電源として充電される。図２では、かかる経路が経路Ａ１として示されている。
【００４２】
なお経路Ａ１上にはダイオードＤｘｂ２，Ｄｘ２２の両方が介在している。経路Ａ１においてコンデンサＣｂｘ２が直流電源Ｅｄ側へと放電することを防止するという観点では、ダイオードＤｘ２２が設けられていれば足りる。よって本願にかかる最上位の概念ではダイオードＤｂｘ２は必須要件ではない。ダイオードＤｂｘ２の更なる作用、効果については第２の実施の形態で述べる。
【００４３】
さて、図２の電力変換装置において、通常運転を行なう前には、コンバータ１がダイオードＤｘ２２を有していなくても、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２を導通させればコンデンサＣｂｘ２を充電することができる。これらの導通によって、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へと、ダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２１，Ｄｘ１とスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２を介す経路に電流が流れるからである。なお、図２の例示ではスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１はブートコンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｙ１の両端電圧が動作電源として与えられる。よって、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１を導通させるためには、ブートコンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｙ１は既に充電されている必要がある。これらの充電については後述する。なお、ブートコンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｙ１の替わりに直流電源が設けられてこの直流電源がスイッチング素子Ｔｒ１の動作電源として機能してもよい。
【００４４】
スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２を導通させてコンデンサＣｂｘ２を充電する場合には次の問題が生じる。即ち、コンデンサＣｂｘ２を充電する経路には３つのダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２１，Ｄｘ１と３つのスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１，Ｔｙ２が介在する。これらのダイオードとスイッチング素子では電圧降下が生じるので、直流電源Ｅｄの電圧よりも比較的小さな電圧しかコンデンサＣｂｘ２に充電できない。
【００４５】
一方、本電力変換装置によれば、経路Ａ１には２つのダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２が介在しているだけなので、電圧降下を抑制してコンデンサＣｂｘ２を充電できる。よって、コンデンサＣｂｘ２へと比較的大きな電圧を充電できる。
【００４６】
またコンバータ１の通常運転においても以下に説明するようにコンデンサＣｂｘ２が充電されるので、コンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減できる。
【００４７】
通常運転においてスイッチング素子Ｔｘ２が導通するときには、負荷３側からスイッチング素子Ｔｙ２と直流電源線ＬＬとスイッチングＴｘ２とを通って入力端Ｐｘへと電流が流れる。かかる電流によって、スイッチング素子Ｔｘ２には順方向の電圧が印加される。換言すればダイオードＤｘ２２には逆電圧が印加される。したがって経路Ａ１には電流が流れない。
【００４８】
しかしながらこのとき、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２とスイッチング素子Ｔｘ２とを経由して電流が流れる。なお、スイッチング素子Ｔｘ２を流れる電流、即ち負荷３から流れる電流と、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２を経由して流れる電流との合計は、コレクタ電極からエミッタ電極へと順方向に流れる。以上のように直流電源Ｅｄからスイッチング素子Ｔｘ２を介してコンデンサＣｂｘ２へと電流が流れるので、コンデンサＣｂｘ２は充電される。
【００４９】
なおスイッチング素子Ｔｘ２が導通から非導通へと切り替わるときの過渡期などでは経路Ａ１を経由してコンデンサＣｂｘ２に電流が流れる可能性もある。
【００５０】
以上のように通常運転においてもコンデンサＣｂｘ２は充電される。したがってコンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減することができる。
【００５１】
なお、ダイオードＤｘ２２が設けられていない場合、通常運転時においてスイッチング素子Ｔｘ２が非導通のときにはブートコンデンサＣｂｘ２は充電されない。また、通常運転前にブートコンデンサＣｂｘ２は充電されることがないため、スイッチング素子Ｔｘ２を導通させることもできない。一方、上述したように、本実施の形態では、通常運転にも充電し得るし、また、通常運転でもダイオードＤｘ２２を介しても充電され得るので、ブートコンデンサＣｂｘ２が充電される機会が増え得る。よって、本電力変換装置に依れば、ダイオードＤｘ２２が設けられていない態様と比較して、ブートコンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減できる。
【００５２】
次に、スイッチング素子Ｔｙ１の動作電源の一例について説明する。ドライブ回路Ｄｒｙ１はブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧が動作電源として供給される。ブートコンデンサＣｂｙ１の一端はスイッチング素子Ｔｙ１のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｙ１に接続される。ブートコンデンサＣｂｙ１の他端はドライブ回路Ｄｒｙ１に接続される。
【００５３】
ドライブ回路Ｄｒｙ１にはレベルシフト回路ＬＳｙ１が接続される。レベルシフト回路ＬＳｙ１はスイッチ信号が入力され、かかるスイッチ信号を適切にレベルシフトしてドライブ回路Ｄｒｙ１へと出力する。
【００５４】
ブートコンデンサＣｂｙ１の他端はダイオードＤｂｙ１を介して直流電源Ｅｄの高電位側の一端へと接続されている。ダイオードＤｂｙ１はそのアノードを直流電源線Ｅｄに向けて設けられる。ダイオードＤｂｙ１はブートコンデンサＣｂｙ１が直流電源Ｅｄへと放電することを防止する。
【００５５】
かかる構成によれば、スイッチング素子Ｔｙ２を導通させることで、直流電源Ｅｄを用いてブートコンデンサＣｂｙ１を充電できる。直流電源ＥｄからブートコンデンサＣｂｙ１へとダイオードＤｂｙ１とスイッチング素子Ｔｙ１とを介す経路Ａ２に電流が流れるからである。
【００５６】
次に、スイッチング素子Ｔｘ１の動作電源の一例について説明する。ドライブ回路Ｄｒｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧が動作電源として供給される。ブートコンデンサＣｂｘ１の一端はスイッチング素子Ｔｘ１のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ１に接続される。ブートコンデンサＣｂｘ１の他端はドライブ回路Ｄｒｘ１に接続される。
【００５７】
ドライブ回路Ｄｒｘ１にはレベルシフト回路ＬＳｘ１が接続される。レベルシフト回路ＬＳｘ１はスイッチ信号が入力され、かかるスイッチ信号を適切にレベルシフトしてドライブ回路Ｄｒｘ１へと出力する。
【００５８】
ブートコンデンサＣｂｘ１の他端はダイオードＤｂｘ１を介してブートコンデンサＣｂｙ１の高電位側の一端へと接続されている。ダイオードＤｂｘ１はそのアノードをブートコンデンサＣｂｙ１に向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１がブートコンデンサＣｂｘ１へと放電することを防止する。
【００５９】
かかる構成によれば、スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ２を導通させることで、ブートコンデンサＣｂｙ１に蓄えられた電荷を用いてブートコンデンサＣｂｘ１を充電できる。ブートコンデンサＣｂｙ１からブートコンデンサＣｂｘ１へとダイオードＤｂｘ１，Ｄｘ１１とスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｙ１とを介す経路Ａ３に電流が流れるからである。
【００６０】
変形例．
ブートコンデンサＣｂｘ２の両端電圧は、必ずしもインバータ２のスイッチング素子Ｔｙ２の動作電源として機能する直流電源Ｅｄから得る必要はない。要するに、直流電源線ＬＬに接続されるスイッチング素子の動作電源から得ればよい。例えば図３の電力変換装置であってもよい。図３では、コンバータ１においては１つのスイッチングレグのみが示され、インバータ２と負荷３とが省略されている。図３の電力変換装置は、図１の電力変換装置と比較して、コンバータ１とインバータ３との間にブレーキ回路４を備えている。なお、以下ではスイッチング素子Ｔｘ１の動作電源については上述した説明と同一であるので詳細な説明を省略する。
【００６１】
ブレーキ回路４は抵抗Ｒ４とスイッチング素子Ｓ４とを備えている。抵抗Ｒ４とスイッチング素子Ｓ４は直流電源線ＬＨ，ＬＬの間で相互に直列に接続されている。スイッチング素子Ｓ４はスイッチング素子Ｔｙ１，Ｔｙ２と同じスイッチング素子である。図３ではスイッチング素子Ｓ４は絶縁ゲートバイポーラトランジスタとして示されている。スイッチング素子Ｓ４はそのエミッタ電極を直流電源線ＬＬに向けて設けられる。
【００６２】
かかるブレーキ回路４において、例えば誘導性負荷たる負荷３へと電流の供給を停止したときに、スイッチング素子Ｓ４を導通させる。これにより、負荷３からの回生電流が抵抗Ｒ４を流れる。よって負荷３からの回生エネルギーを早期に消費させることができる。
【００６３】
スイッチング素子Ｓ４のエミッタ電極にはドライブ回路Ｄｒｓ４が接続される。ドライブ回路Ｄｒｓ４はスイッチング素子Ｓ４を駆動する。ドライブ回路Ｄｒｓ４は直流電源Ｅｄから動作電源が供給される。直流電源Ｅｄの低電位側の一端は、スイッチング素子Ｔｙ２のエミッタ電極と、ドライブ回路Ｄｒｓ４とに接続される。直流電源Ｅｄの高電位側の一端はドライブ回路Ｄｒｓ４に接続される。
【００６４】
ダイオードＤｂｘ２のアノードは直流電源Ｅｄの高電位側の一端に接続されている。
【００６５】
かかる電力変換装置においても、直流電源Ｅｄを電源としてブートコンデンサＣｂｘ２が充電される。よって、経路Ａ１を経由した充電に比べて大きな電圧をブートコンデンサＣｂｘ２に充電できる。また通常運転においても、図２を参照した説明と同様に、スイッチング素子Ｔｘ２或いはダイオードＤｘ２２を経由してブートコンデンサＣｂｘ２が充電される。よって、ブートコンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減できる。
【００６６】
なおかかる変形例は後述する他の実施の形態にも適用される。
【００６７】
第２の実施の形態．
第２の実施の形態においてはダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２の作用、効果について詳述する。まずダイオードＤｂｘ２が設けられていない場合について考慮する。本電力変換装置の通常運転においては、コンバータ１およびインバータ２がスイッチングされる。例えばかかるスイッチングに起因にしてサージ電圧が生じ、スイッチング素子Ｔｘ２のエミッタ電極の電位が想定以上に増大することが考えられる。即ち、直流電源線ＬＬとコンデンサＣｂｘ２の高電位側の一端との間の電圧が想定以上に増大する。かかる電圧は直流電源Ｅｄおよびドライブ回路Ｄｒｙ２に印加される。かかる電圧の印加によってスイッチング素子Ｔｙ２の動作の不安定を招く恐れがある。
【００６８】
ダイオードＤｂｘ２はかかる電位差（直流電源Ｅｄの高電位側の電位とコンデンサＣｂｘ２の高電位側の電位との差）を支持することができる。したがって、このような問題を防止することができる。
【００６９】
次にダイオードＤｘ２１の作用、効果について述べる。ダイオードＤｘ２１は入力端Ｐｘに印加される電位が変動した際の入力端Ｐｘと直流電源線ＬＬとの間の電圧を支持することができる。これにより、スイッチング素子Ｔｘ２とダイオードＤｘ２２とダイオードＤｂｘ２として安価な低耐圧の素子を採用できる。低耐圧なスイッチング素子であればそのコレクタ−エミッタの間の電圧が小さい傾向があり、また低耐圧なダイオードであればその順方向電圧が小さい傾向がある。よって特性のよい素子を採用できる。
【００７０】
第３の実施の形態．
第１の実施の形態では、各スイッチング素子の動作電源の電圧についてばらつきが生じ得る。例えば図２を参照して各経路Ａ１〜Ａ３の各構成要素で生じる電圧降下を考慮する。またここでは説明の簡単のため、各ダイオードの順方向電圧は相互に等しく電圧Ｖｆであって、各スイッチング素子のエミッタ−コレクタ間の電圧は相互に等しく電圧Ｖｃｅであると仮定する。
【００７１】
ブートコンデンサＣｂｙ１は直流電源Ｅｄを電源としてダイオードＤｂｙ１とスイッチング素子Ｔｙ２とを経由して充電される。なお、通常運転においてもブートコンデンサＣｂｙ１は上記経路で充電される。よって、ブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧Ｖｃｙ１は次式で表される。
【００７２】
Ｖｃｂｙ１＝Ｅｄ−Ｖｆ−Ｖｃｅ ・・・（１）
ブートコンデンサＣｂｘ１はブートコンデンサＣｂｙ１を電源としてダイオードＤｂｘ１，Ｄｘ１１とスイッチング素子Ｔｙ１を経由して充電される。なお、通常運転においてもブートコンデンサＣｂｘ１は上記経路で充電される。
【００７３】
またダイオードＤｘ１がスイッチング素子Ｔｘ１に対して入力端Ｐｘ側に位置している構成であれば、経路Ａ３上にダイオードＤｘ１が介在しない。よって、かかる構成であればダイオードＤｘ１の順方向電圧Ｖｆの電圧降下は無視すればよい。以下では、経路Ａ３上にダイオードＤｘ１が介在する場合について述べる。
【００７４】
ブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧Ｖｃｂｘ１は次式で表される。
【００７５】
Ｖｃｂｘ１＝Ｖｃｂｙ１−２Ｖｆ−Ｖｃｅ＝Ｅｄ−３Ｖｆ−２Ｖｃｅ ・・・（２）
通常運転に先立つ充電動作におけるコンデンサＣｂｘ２の充電経路は上述した経路Ａ１である。経路Ａ１においては、コンデンサＣｂｘ２は直流電源Ｅｄを電源としてダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２を経由して充電される。よって、このときのコンデンサＣｂｘ２の両端電圧Ｖｂｃｘ２＿ｄは次式で表される。
【００７６】
Ｖｂｃｘ２＿ｄ＝Ｅｄ−２Ｖｆ ・・・（３）
一方、通常運転におけるコンデンサＣｂｘ２の充電経路は第１の実施の形態で述べたように２つある。ただし、経路Ａ１による充電はスイッチング素子Ｔｘ２の非導通時で、かつＴｘ２の第１端子電位がダイオードＤｘ２２を導通させる電位となった場合のみに生じ得るものであって、主にはスイッチング素子Ｔｘ２を経由した充電が行われる。スイッチング素子Ｔｘ２を経由した経路では、コンデンサＣｂｘ２はスイッチング素子Ｔｘ２とダイオードＤｘ２２を経由して充電される。よって、このときのコンデンサＣｂｘ２の両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔは次式で表される。
【００７７】
Ｖｃｂｘ２＿ｔ＝Ｅｄ−Ｖｆ＋Ｖｃｅ ・・・（４）
かかる動作電源の電圧についてのばらつきを低減できれば例えば同じスイッチング素子を採用することができ、各スイッチング素子のスイッチング特性などのばらつきも小さくできる。そこで、第３の実施の形態では各スイッチング素子の動作電源の電圧のばらつきを低減する。
【００７８】
なおここでは、説明の簡単のために、電圧Ｖｆが電圧Ｖｃｅよりも大きいと仮定する。この仮定の下ではブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧Ｖｃｂｘ１がコンデンサＣｂｙ１，Ｃｂｘ２および直流電源Ｅｄの中で最も小さい。
【００７９】
上記の仮定の下で、本電力変換装置は図４に例示するように電圧調整回路ＶＡｙ１，ＶＡｙ２，ＶＡｘ２をさらに有している。なお、図４の例示では、代表的に、コンバータ１の一つのスイッチングレグとインバータ３の一つのスイッチングレグについてのみ図示している。
【００８０】
電圧調整回路ＶＡｙ２は直流電源Ｅｄの例えば高電位側の一端とドライブ回路Ｄｒｙ２との間に接続される。電圧調整回路ＶＡｙ２は例えば抵抗であって、直流電源Ｅｄの電圧を降圧して動作電圧としてドライブ回路Ｄｒｙ２に供給する。より具体的な一例として、直流電圧Ｅｄの電圧を、電圧Ｖｆの３倍と電圧Ｖｃｅの２倍との和の分だけ、降圧して動作電圧として供給する。これによりドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｙ２へ供給される動作電圧を互いに等しくできる（式（２）参照）。
【００８１】
電圧調整回路ＶＡｙ１はブートコンデンサＣｂｙ１の例えば高電位側の一端とドライブ回路Ｄｒｙ１との間に接続される。電圧調整回路ＶＡｙ１は例えば抵抗であって、ブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧を降圧して動作電源としてドライブ回路Ｄｒｙ１に供給する。より具体的には、ブートコンデンサＣｂｙ１の両端電圧を、電圧Ｖｆの２倍と電圧Ｖｃｅとの和の分だけ、降圧して動作電圧として供給する。これによりドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｙ１へ供給される動作電圧を互いに等しくできる（式（１）と式（２）とを参照）。
【００８２】
電圧調整回路ＶＡｘ２はコンデンサＣｂｘ２の例えば高電位側の一端とドライブ回路Ｄｒｙ２との間に接続される。電圧調整回路ＶＡｘ２は例えば抵抗であって、ブートコンデンサＣｂｘ２の両端電圧を降圧して動作電源としてドライブ回路Ｄｒｘ２に供給する。さて、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧はその充電経路の区別により２つの両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄ，Ｖｃｂｘ２＿ｔを採りえる。
【００８３】
ここでは一例として、両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄ，Ｖｃｂｘ２＿ｔのうちより小さい両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄを採用する。電圧調整回路ＶＡｘ２はコンデンサＣｂｘ２の両端電圧Ｖｃｘｂ２を、電圧Ｖｃｅの２倍と電圧Ｖｆとの和の分だけ、降圧して動作電源として供給する。これにより、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧が電圧Ｖｃｂｘ２＿ｄであるときにドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２に供給される動作電圧を互いに等しくできる。またたとえコンデンサＣｂｘ２の電圧が両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔであったとしても、電圧調整部ＶＡｘ２はこれを降圧させるのでドライブ回路Ｄｒｘ１，Ｄｒｘ２に供給される動作電圧の差を低減することができる。
【００８４】
なお、通常運転においては主としてスイッチング素子Ｔｘ２を経由した経路でコンデンサＣｂｘ２が充電されることから、両端電圧Ｖｂｃｘ２＿ｔを採用してもよい。
【００８５】
また両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ，Ｖｃｂｘ２＿ｄに重み付け係数を乗じて、これを加算した値をコンデンサＣｂｘ２の両端電圧として把握してもよい。重み付け係数は例えば正の値であって、これらの和は１である。そして、電圧調整回路ＶＡｘ２は、かかる両端電圧と両端電圧Ｖｃｂｘ１との差の分だけ、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧を降圧させてもよい。
【００８６】
また、コンデンサＣｂｘ２に並列に電圧クランプ回路を接続し、両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ、Ｖｃｂｘ２＿ｄがいずれもクランプ電圧よりも高い値となるようにすれば、当該電圧クランプ回路は安定した電圧をドライブ回路Ｄｒｘ２に与えることができる。
【００８７】
なお、この電圧調整回路はここで提示した形態に限るものではない。例えばコンデンサの電圧を分圧する形態や、ツェナーダイオードにより一定電圧を得る形態であっても構わない。また、コンデンサの両端にレギュレータの入力を接続し、レギュレータの出力をドライブ回路に接続するような形態であっても構わない。
【００８８】
第４の実施の形態．
第１乃至第３の実施の形態においてはスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２は直流電源線ＬＬから直流電源線ＬＨへと向かう方向（順方向）の電流の導通／非導通を選択する。スイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２は、直流電源線ＬＨから直流電源線ＬＬへと向かう方向（逆方向）の電流の導通／非導通は選択できない。なお例えばスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２が絶縁ゲートバイポーラトランジスタであれば、逆方向の電流は流れない。また例えばスイッチング素子Ｔｘ１，Ｔｘ２がＭＯＳ電界効果トランジスタであれば、その寄生ダイオードによって逆方向の電流が流れる。いずれにせよ、コンバータ１においては、ダイオードＤｘ１，Ｄｘ２１によって、かかる逆方向の電流は阻止される。第４の実施の形態では、コンバータ１において双方向のスイッチングを実現する。以下具体的に説明する。
【００８９】
図５に例示される電力変換装置は、コンバータ１の構成という点で、図１に例示される電力変換装置と相違している。
【００９０】
ｒ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ２１，Ｔｒ２２とダイオードＤｒ１１，Ｄｒ１２，Ｄｒ２１，Ｄｒ２２とを有している。ｓ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｓ１１，Ｔｓ１２，Ｔｓ２１，Ｔｓ２２とダイオードＤｓ１１，Ｄｓ１２，Ｄｓ２１，Ｄｓ２２とを有している。ｔ相のスイッチングレグはスイッチング素子Ｔｔ１１，Ｔｔ１２，Ｔｔ２１，Ｔｔ２２とダイオードＤｔ１１，Ｄｔ１２，Ｄｔ２１，Ｄｔ２２とを有している。
【００９１】
スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２（但し、ｘはｒ，ｓ，ｔを代表する。）はスイッチング素子Ｔｘ１と同じスイッチング素子であって例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等である。以下では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを例に挙げて説明する。スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２は直流電源線ＬＨと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続され、エミッタ電極同士は互いに接続されている。ダイオードＤｘ１１のアノードはスイッチング素子Ｔｘ１１のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ１２のコレクタ電極と接続される。ダイオードＤｘ２１のアノードはスイッチング素子Ｔｘ２１のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ１１のコレクタ電極に接続される。
【００９２】
スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２はスイッチング素子Ｔｘ２と同じスイッチング素子であって例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等である。以下では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを例に挙げて説明する。スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２は直流電源線ＬＬと入力端Ｐｘとの間で互いに直列接続され、エミッタ電極同士は互いに接続されている。ダイオードＤｘ２１のアノードはスイッチング素子Ｔｘ２１のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ２２のコレクタ電極と接続される。ダイオードＤｘ２２のアノードはスイッチング素子Ｔｘ２２のエミッタ電極に接続され、そのカソードはスイッチング素子Ｔｘ２１のコレクタ電極に接続される。
【００９３】
かかるコンバータ１によれば、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２とダイオードＤｘ１１，Ｄｘ１２とが双方向スイッチを構成する。同じくスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２とダイオードＤｘ２１，Ｄｘ２２とが双方向スイッチを構成する。したがって負荷３が誘導性負荷であれば、かかる誘導性に起因して生じる回生電流を、コンバータ１を経由して電源側に流すことができる。
【００９４】
またこのコンバータ１によれば、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２のエミッタ電極同士が互いに接続され、スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２のエミッタ電極同士が互いに接続されている。したがって、図６に例示するように、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２の動作電源を共通化でき、またスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２の動作電源を共通化できる。よって、各々に動作電源を設ける場合に比べて製造コストを低減できる。以下、より詳細に説明する。
【００９５】
まずスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２の動作電源について説明する。スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２はドライブ回路Ｄｒｘ２によって駆動される。ドライブ回路Ｄｒｘ２はスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２のゲート電極に共通して接続される。ドライブ回路Ｄｒｘ２にはレベルシフト回路ＬＳｘ２が接続される。
【００９６】
ドライブ回路Ｄｒｘ２はコンデンサＣｂｘ２の両端電圧が動作電源として供給される。コンデンサＣｂｘ２の一端はスイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ２とに接続される。コンデンサＣｂｘ２の他端はドライブ回路Ｄｒｘ２に接続される。
【００９７】
またコンデンサＣｂｘ２の他端はダイオードＤｂｘ２を介して直流電源Ｅｄの高電位側の一端に接続される。ダイオードＤｂｘ２はそのカソードをコンデンサＣｂｘ２へと向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ２はコンデンサＣｂｘ２が直流電源Ｅｄ側へと放電することを防止する。
【００９８】
かかるコンデンサＣｂｘ２は電力変換装置の通常運転に先立って充電される。具体的には、直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２，Ｄｘ２２を介す経路Ａ４に電流が流れてコンデンサＣｂｘ２が充電される。
【００９９】
以上のように、スイッチング素子Ｔｘ２１，Ｔｘ２２の動作電源を共通化でき、しかもかかる動作電源としてコンデンサＣｂｘ２を採用しているので直流電源の個数を低減できる。
【０１００】
また本電力変換装置の通常運転においてもコンデンサＣｂｘ２は充電される。以下、力行運転と回生運転に分けて説明する。力行運転とは電源から負荷３へと電流を流して負荷３を駆動する運転である。力行運転では、直流電源線ＬＨからインバータ２および負荷３を経由して直流電源線ＬＬへと電流を流す。回生運転とは、負荷３が誘導性負荷である場合に、かかる誘導性に起因して生じる回生電流を電源側へと回生する運転や、負荷３が慣性の大きなモータ負荷などである場合に、負荷の状態に起因して生じる回生電流を電源側へと回生する運転のことである。回生運転では、直流電源線ＬＨからコンバータ１と電源とを経由して直流電源線ＬＬへと電流を流す。
【０１０１】
力行運転では、スイッチング素子Ｔｘ２１の導通により、自身とダイオードＤｘ２１とを経由して直流電源線ＬＬから入力端Ｐｘへと電流が流れる。このとき第１の実施の形態と同様に直流電源ＥｄからコンデンサＣｂｘ２へとダイオードＤｂｘ２とスイッチング素子Ｔｘ２１とを経由して電流が流れる。これによって、コンデンサＣｂｘ２が充電される。
【０１０２】
回生運転では、スイッチング素子Ｔｘ２２の導通により、自身とダイオードＤｘ２２とを介して入力端Ｐｘから直流電源ＬＬへと電流が流れる。ダイオードＤｘ２２が導通するので経路Ａ４を電流が流れてコンデンサＣｂｘ２が充電される。
【０１０３】
以上のように、通常運転においてもコンデンサＣｂｘ２が充電されるので、コンデンサＣｂｘ２が必要とする静電容量を低減することができる。
【０１０４】
次にスイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２の動作電源について説明する。スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２はドライブ回路Ｄｒｘ１によって駆動される。ドライブ回路Ｄｒｘ１はスイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２のゲート電極に共通して接続される。ドライブ回路Ｄｒｘ１にはレベルシフト回路ＬＳｘ１が接続される。
【０１０５】
ドライブ回路Ｄｒｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１の両端電圧が動作電源として供給される。ブートコンデンサＣｂｘ１の一端はスイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２のエミッタ電極とドライブ回路Ｄｒｘ１とに接続される。ブートコンデンサＣｂｘ１の他端はドライブ回路Ｄｒｘ１に接続される。
【０１０６】
またブートコンデンサＣｂｘ１の他端はダイオードＤｂｘ１を介してブートコンデンサＣｂｙ１の高電位側の一端に接続される。ダイオードＤｂｘ１はそのカソードをブートコンデンサＣｂｘ１へと向けて設けられる。ダイオードＤｂｘ１はブートコンデンサＣｂｘ１がブートコンデンサＣｂｙ１側へと放電することを防止する。
【０１０７】
このような構成であれば、スイッチング素子Ｔｙ１を導通させることで、ブートコンデンサＣｂｙ１に蓄えられた電荷を用いてブートコンデンサＣｂｘ１を充電できる。かかる導通によって、ブートコンデンサＣｂｙ１とダイオードＤｂｘ１とブートコンデンサＣｂｘ１とダイオードＤｘ１１とスイッチング素子Ｔｙ１とからなる経路Ａ５に電流が流れるからである。
【０１０８】
以上のように、スイッチング素子Ｔｘ１１，Ｔｘ１２の動作電源を共通化でき、しかもかかる動作電源としてブートコンデンサＣｂｘ１を採用しているので直流電源の個数を低減できる。
【０１０９】
なお、本電力変換装置に第３の実施の形態を適用してもよい。この場合、コンデンサＣｂｘ２の両端電圧として両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ，Ｖｃｂｘ２＿ｄ（式３，４を参照）のいずれを採用するのかという観点が生じる。結論としては、いずれを採用しても構わない。いずれにせよスイッチング素子の動作電圧のばらつきを低減できるからである。また両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ，Ｖｃｂｘ２＿ｄのそれぞれに重み付け係数を乗じて、これらを加算した値を採用してもよい。この場合、負荷４の運転状況に鑑みて、回生時の期間が比較的大きければ両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔについての重み付け係数として高い値を採用してもよい。
【０１１０】
また、コンデンサＣｂｘ２に並列に電圧クランプ回路を接続し、両端電圧Ｖｃｂｘ２＿ｔ、Ｖｃｂｘ２＿ｄがいずれもクランプ電圧よりも高い値となるようにすれば、当該電圧クランプ回路は安定した電圧をドライブ回路Ｄｒｘ２に与えることができる。
【０１１１】
なお、コンデンサ（Ｃｂｘ２）は、スイッチング素子の動作電源として電荷を蓄えられるものであれば良いので、コンデンサの形態に限るものではない。またスイッチング素子とダイオードとの並列回路は、寄生ダイオードのあるＭＯＳＦＥＴや逆導通ＩＧＢＴ等の逆導通素子で構成してもよい。
【０１１２】
なお、コンデンサＣｂｘ１，Ｃｂｘ２，Ｃｂｙ１の充電経路に抵抗等を挿入し、充電時電流を制限してもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
Ｃｂｘ１，Ｃｂｙ１ ブートコンデンサ
Ｃｂｘ２ コンデンサ
Ｄｘ２１，Ｄｂｘ２ ダイオード
Ｅｄ 直流電源
ＬＨ，ＬＬ 直流電源線
Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔ 入力端
Ｐｕ，Ｐｖ，Ｐｗ 出力端
ＶＡｘ１，ＶＡｘ２，ＶＡｙ１ 電圧調整部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源線(LH)と、
前記第１の電源線よりも低い電位が印加される第２の電源線(LL)と、
前記第１及び前記第２の電源線の間に設けられたスイッチング素子(Ty2,S4)と、相互間で直流電圧が支持される両端を有し、前記両端のうち低電位側の一端が前記第２の電源線側で前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる電源供給部(Ed)とを有するスイッチ回路(2)と、
第１電極と第２電極とを有し、前記第２電極から前記第１電極へと流れる電流のみを導通し、前記第１および前記第２の電源線の間で前記第１電極を前記第１の電源線側に向けて配置される片方向導通スイッチング素子（Tx2,Tx21）と、アノードを前記第１の電源線側に向けて前記片方向導通スイッチング素子と並列に接続されるダイオード(Dx22)と、前記第１電極に接続された一端と、前記電源供給部の他端と電気的に接続される他端とを有し、充電されて前記片方向導通スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となるコンデンサ（Cbx2）とを有する電力変換部(1)と
を備える、電力変換装置。
【請求項２】
前記コンデンサと前記電源供給部(Ed)の他端との間で、アノードを前記電源供給部に向けて配置される第２ダイオード(Dbx2)を更に備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
カソードを前記第１の電源線に向け、アノードが前記片方向導通スイッチング素子の前記第１電極と接続される第３ダイオード(Dx21)を備える、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換部(1)は、
前記片方向導通スイッチング素子(Tx21)と直列に接続され、前記第３ダイオード(Dx21)と並列に接続される第２スイッチング素子(Tx22)
を更に備え、
前記コンデンサは前記第２スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチ回路(2)は、前記電源供給部(Ed)の電圧を降下して前記スイッチング素子(Ty2)の動作電圧を与える電圧調整部(VAy2)を更に備える、請求項１乃至４の何れか一つに記載の電力変換装置。
【請求項１】
第１の電源線(LH)と、
前記第１の電源線よりも低い電位が印加される第２の電源線(LL)と、
前記第１及び前記第２の電源線の間に設けられたスイッチング素子(Ty2,S4)と、相互間で直流電圧が支持される両端を有し、前記両端のうち低電位側の一端が前記第２の電源線側で前記スイッチング素子に接続され、前記スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となる電源供給部(Ed)とを有するスイッチ回路(2)と、
第１電極と第２電極とを有し、前記第２電極から前記第１電極へと流れる電流のみを導通し、前記第１および前記第２の電源線の間で前記第１電極を前記第１の電源線側に向けて配置される片方向導通スイッチング素子（Tx2,Tx21）と、アノードを前記第１の電源線側に向けて前記片方向導通スイッチング素子と並列に接続されるダイオード(Dx22)と、前記第１電極に接続された一端と、前記電源供給部の他端と電気的に接続される他端とを有し、充電されて前記片方向導通スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源となるコンデンサ（Cbx2）とを有する電力変換部(1)と
を備える、電力変換装置。
【請求項２】
前記コンデンサと前記電源供給部(Ed)の他端との間で、アノードを前記電源供給部に向けて配置される第２ダイオード(Dbx2)を更に備える、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
カソードを前記第１の電源線に向け、アノードが前記片方向導通スイッチング素子の前記第１電極と接続される第３ダイオード(Dx21)を備える、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電力変換部(1)は、
前記片方向導通スイッチング素子(Tx21)と直列に接続され、前記第３ダイオード(Dx21)と並列に接続される第２スイッチング素子(Tx22)
を更に備え、
前記コンデンサは前記第２スイッチング素子へとスイッチ信号を出力するための動作電源として機能する、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチ回路(2)は、前記電源供給部(Ed)の電圧を降下して前記スイッチング素子(Ty2)の動作電圧を与える電圧調整部(VAy2)を更に備える、請求項１乃至４の何れか一つに記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５１８７２（Ｐ２０１１−１５１８７２Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７３９（Ｐ２０１０−８７３９）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【特許番号】特許第４７２０９４２号（Ｐ４７２０９４２）
【特許公報発行日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【特許番号】特許第４７２０９４２号（Ｐ４７２０９４２）
【特許公報発行日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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