JP2009171639A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の発熱を抑制して、発熱による損失を抑制するとともに、従来に比較して冷却機能の低い冷却手段を使用することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２スイッチング素子S1，S2の直列回路と、第３及び第４スイッチング素子S3，S4の直列回路とが並列に接続され、各スイッチング素子S1〜S4と逆並列にダイオードが接続されている。スイッチング素子S1，S2の接続点及びスイッチング素子S3，S4の接続点にそれぞれコイルを介し入力端子が接続されている。交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、スイッチング素子S1，S4を同時にスイッチングさせる期間Ｔ１と、スイッチング素子S2，S3を同時にスイッチングさせる期間Ｔ２とが交互になるように各スイッチング素子S1〜S4が制御装置により制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置に係り、詳しくは交流を直流に変換する機能を備えた電力変換装置に関する。

従来、無停電電源装置として、図７に示すように、外部の商用交流電源５１より交流が一次側に入力され、二次側に負荷５２と双方向インバータ５３とが接続された電源トランス５４を備え、双方向インバータ５３にバッテリ５５が接続された構成のものがある（例えば、特許文献１参照。）。電源トランス５４は、通常時は、商用交流を電源として負荷５２に交流を供給するとともに、双方向インバータ５３を介してバッテリ５５を充電する。停電時は、バッテリ５５から双方向インバータ５３を介して電源トランス５４に交流が供給され、負荷５２に電力が供給される。双方向インバータ５３は、高周波成分を遮断するローパスフィルタ５３ａと、４個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４からなるブリッジ回路とで構成されている。スイッチング素子としてＦＥＴが使用されている。双方向インバータ５３が充電器として動作する場合は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態に設定し、制御部５６でスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をスイッチングすることにより、図７に示す電流経路ａ，ｂに電流が流れてバッテリ５５を充電する。なお、図７の１点鎖線で示す電流経路ａは、電源トランス５４からの交流電圧の方向がプラスの場合を示し、図７の２点鎖線で示す電流経路ｂは、電源トランス５４からの交流電圧の方向がマイナスの場合を示している。

また、低燃費や排気ガス削減のため、始動時や低速域ではモータで駆動輪を駆動し、中高速域ではエンジンで駆動輪を駆動する所謂ハイブリッド車が実用化されている。しかし、近年、さらなる環境負荷低減のために、家庭用電源（系統電源）でバッテリを充電可能な所謂プラグイン・ハイブリッド車が考えられている。例えば、深夜電力でバッテリを充電してモータによる電気自動車モードで走行できる距離を長くした場合、ガソリン等に対して電気を用いる比率が高まるため、一般的なハイブリッド車に比べて二酸化炭素の排出量削減や大気汚染防止への効果が期待できる。また、系統電源は個々に発電するより発電コストが低く、料金の安い深夜電力を利用して充電すれば、燃料代も低減可能となる。この場合も、バッテリを充電するためと、バッテリに充電された電力を交流電流としてモータに供給するためとに双方向インバータを備えている。
特開２００３−１４３７７２号公報

従来の双方向インバータにおいては、交流入力を直流に変換する場合、インバータの上アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はオフ状態に保持され、下アームのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のみが動作する。そのため、４個のスイッチング素子のうちの２個に電流が流れる時間が多くなり、発熱が大きくなって損失が増える。そのため、冷却能力の高い冷却手段、例えば、空冷であれば大型のファンが必要になり、装置も大型化するという問題がある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は交流を直流に変換する機能を備えた電力変換装置において、スイッチング素子の発熱量を抑制して、発熱による損失を抑制するとともに、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却機能の低い冷却手段を使用することができる電力変換装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、交流電源に接続されて前記交流電源から入力される交流を直流に変換する変換部を備えた電力変換装置である。そして、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の直列回路と、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子と逆並列にダイオードがそれぞれ接続されたブリッジ回路を備えている。前記ブリッジ回路の前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点及び前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点にそれぞれコイルを介して接続された入力端子を備えている。また、前記ブリッジ回路の前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との接続点にアノードが前記接続点側となるダイオードを介して接続された第１の出力端子と、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点に接続された第２の出力端子とを備えている。さらに、前記交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、前記第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間と、前記第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間とが交互になるように前記各スイッチング素子を制御する制御手段を備えている。ここで、各スイッチング素子に逆並列に接続された各ダイオードは、独立した部品に限らず、スイッチング素子の寄生ダイオードであってもよい。

各スイッチング素子がスイッチングされる際にコイルに蓄えられたエネルギーが出力されることにより、ブリッジ回路は昇圧コンバータとして機能する。第１スイッチング素子及び第３スイッチング素子がオフ状態に保持されて、第２スイッチング素子と第４スイッチング素子とがスイッチングされる構成では、一つのスイッチング素子に電流が流れる状態でスイッチングを繰り返すことになり、スイッチング素子の発熱が大きくなる。そして、発熱を抑制するために大きな冷却能力を有する冷却手段が必要になり装置が大型化する。しかし、この発明では、第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子が同時にスイッチングする状態と、第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子が同時にスイッチングする状態とが繰り返される。そして、２つのスイッチング素子のオン状態における電流経路が分岐されて、一つのスイッチング素子に流れる電流の大きさが小さくなり、スイッチング素子の発熱が抑制される。したがって、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却能力の小さな冷却手段で冷却が可能となり、装置の小型化を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の出力端子に接続された前記ダイオードと逆並列に第５スイッチング素子が接続され、前記制御手段は、前記出力端子が直流電源に接続された状態で、前記変換部を構成する各スイッチング素子を前記直流電源から供給される直流を交流に変換して前記入力端子へ出力するように制御する。この発明では、電流変換装置を双方向インバータとして使用することができ、双方向インバータにおいて小型化を図ることができる。

本発明によれば、交流を直流に変換する機能を備えた電力変換装置において、スイッチング素子の発熱を抑制して、発熱による損失を抑制するとともに、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却機能の低い冷却手段を使用することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、電力変換装置１１は、交流電源１２に接続されて交流電源１２から入力される交流を直流に変換する変換部１３、即ちインバータを備えている。この実施形態では交流電源１２として、系統電源が使用される。変換部１３は、第１スイッチング素子Ｓ１及び第２スイッチング素子Ｓ２の直列回路と、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４の直列回路とが並列に接続されてブリッジ回路が構成されている。各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４にはダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ逆並列に接続されている。この実施形態では、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用され、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列に接続されている。

第１スイッチング素子Ｓ１のエミッタと第２スイッチング素子Ｓ２のコレクタとの接続点は、コイル１４ａを介して入力端子１５ａに接続されている。第３スイッチング素子Ｓ３のエミッタと第４スイッチング素子Ｓ４のコレクタとの接続点は、コイル１４ｂを介して入力端子１５ｂに接続されている。

第１スイッチング素子Ｓ１のコレクタと第３スイッチング素子Ｓ３のコレクタとの接続点は、ダイオードＤ５を介して第１の出力端子１６ａに接続されている。ダイオードＤ５は、アノードが第１スイッチング素子Ｓ１と第３スイッチング素子Ｓ３との接続点側となるように接続されている。第２スイッチング素子Ｓ２のエミッタと第４スイッチング素子のエミッタとの接続点は、第２の出力端子１６ｂに接続されている。両出力端子１６ａ，１６ｂは、バッテリＥを充電する充電器１７に接続されている。

各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を制御する制御手段としての制御装置１８は、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のゲートに制御信号を出力する。制御装置１８は、図示しないマイクロコンピュータ（マイコン）を備え、マイコンのメモリに記憶されたプログラムメモリに基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を制御する。制御装置１８は、バッテリＥの充電時、交流電流の位相を交流電圧の位相と同位相になるようにスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を制御する。

制御装置１８は、交流電源１２から入力される交流を直流に変換する際に、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４を同時にスイッチングさせる期間Ｔ１と、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３を同時にスイッチングさせる期間Ｔ２とが交互になるように各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を制御する。

次に前記のように構成された電力変換装置１１の作用を説明する。
交流電源１２である系統電源から入力される交流電圧をバッテリＥが充電可能な直流電圧に変換する場合、即ち、系統電源でバッテリＥを充電する場合は、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が、制御装置１８からの制御信号により、供給された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御され、変換された直流電圧が充電器１７に供給される。その際、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、２つのコイル１４ａ，１４ｂを昇圧回路のコイルとして機能するように制御されるとともに、供給された交流電流の位相が交流電圧の位相と同じになるように制御される。

具体的には、図２（ａ）に示すように、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３が同時にスイッチングされる期間Ｔ２と、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４が同時にスイッチングされる期間Ｔ１とが、所定周期（系統電源の周波数に対応した周期）で繰り返されるように制御される。

交流電源１２から入力される電流の向きが、図３（ａ）に示すように、交流電源１２からコイル１４ｂを通って変換部１３に向かい、コイル１４ａを通って交流電源１２に戻る状態のときには、第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフ状態に維持され、第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が同時にスイッチングされる。そして、第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオンになると、交流電源１２から供給される電流は、コイル１４ｂ→第２スイッチング素子Ｓ２→ダイオードＤ４→コイル１４ａ→となる経路と、コイル１４ｂ→ダイオードＤ１→第３スイッチング素子Ｓ３→コイル１４ａ→となる経路とに流れ、コイル１４ａ，１４ｂに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフになると、コイル１４ａ，１４ｂに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図３（ｂ）に示すように、コイル１４ｂ→ダイオードＤ１→充電器１７→ダイオードＤ４→コイル１４ａ→となるように電流が流れる。

一方、従来技術のように第１、第３及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４がオフ状態に維持され、第２スイッチング素子Ｓ２のみスイッチングされる場合は、図３（ｃ）に示すように、電流経路は一つになる。即ち、第２スイッチング素子Ｓ２がオンになると、交流電源１２から供給される電流は、コイル１４ｂ→第２スイッチング素子Ｓ２→ダイオードＤ４→コイル１４ａ→となる経路で流れ、コイル１４ａ，１４ｂに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、第２スイッチング素子Ｓ２がオフになると、コイル１４ａ，１４ｂに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図３（ｄ）に示すように、コイル１４ｂ→ダイオードＤ１→充電器１７→ダイオードＤ４→コイル１４ａ→となるように電流が流れる。

また、交流電源１２から入力される電流の向きが、図４（ａ）に示すように、交流電源１２からコイル１４ａを通って変換部１３に向かい、コイル１４ｂを通って交流電源１２に戻る状態のときには、第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオフ状態に維持され、第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が同時にスイッチングされる。そして、第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオンになると、交流電源１２から供給される電流は、コイル１４ａ→ダイオードＤ３→第１スイッチング素子Ｓ１→コイル１４ｂ→となる経路と、コイル１４ａ→第４スイッチング素子Ｓ４→ダイオードＤ２→コイル１４ｂ→となる経路とに流れ、コイル１４ａ，１４ｂに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４がオフすると、コイル１４ａ，１４ｂに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図４（ｂ）に示すように、コイル１４ａ→ダイオードＤ３→充電器１７→ダイオードＤ２→コイル１４ｂ→となるように電流が流れる。

一方、従来技術のように第１、第２及び第３スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がオフ状態に維持され、第４スイッチング素子Ｓ４のみスイッチングされる場合は、図５（ａ）に示すように、電流経路は一つになる。即ち、第４スイッチング素子Ｓ４がオンになると、交流電源１２から供給される電流は、コイル１４ａ→第４スイッチング素子Ｓ４→ダイオードＤ２→コイル１４ｂ→となる経路で流れ、コイル１４ａ，１４ｂに電気エネルギーが蓄積される。その状態から、スイッチング素子Ｓ４がオフになると、コイル１４ａ，１４ｂに蓄積されたエネルギーが加えられた状態で、図５（ｂ）に示すように、コイル１４ａ→ダイオードＤ３→充電器１７→ダイオードＤ２→コイル１４ｂ→となるように電流が流れる。

即ち、従来技術では、図２（ｂ）に示すように、交流電源１２から入力される交流電流の１周期の半分の期間Ｔ２に第２スイッチング素子Ｓ２がオン、オフ制御され、残りの半分の期間Ｔ１に第４スイッチング素子Ｓ４がオン、オフ制御され、電流はそれぞれ一つのスイッチング素子のみを流れる。一方、この実施形態では、図２（ａ）に示すように、交流電源１２から入力される交流電流の１周期の半分の期間Ｔ２に第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が同時にオン、オフ制御され、残りの半分の期間Ｔ１に第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が同時にオン、オフ制御される。即ち、この実施形態では、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のスイッチング時間は同じでも、電流経路が２経路に分岐され、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に流れる電流が小さく（ほぼ半分に）なる。その結果、変換部１３全体としての発熱が抑制される。

また、第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３がオン時には、ダイオードＤ１とダイオードＤ４とが並列の状態で、充電器１７側からダイオードＤ５、ダイオードＤ１およびダイオードＤ４の寄生容量を充電するように電流が流れる。即ち、ダイオードＤ１とダイオードＤ５とが二直列の状態およびダイオードＤ４とダイオードＤ５とが二直列の状態でその寄生容量が充電されることになり、ダイオードＤ５が存在しない場合に比較して、充電時間が短縮されるとともに第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のオン損失が低減する。また、第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のオン時には、ダイオードＤ２とダイオードＤ３とが並列の状態で、充電器１７側からダイオードＤ５、ダイオードＤ２およびダイオードＤ３の寄生容量を充電するように電流が流れる。即ち、ダイオードＤ２とダイオードＤ５とが二直列の状態およびダイオードＤ３とダイオードＤ５とが二直列の状態でその寄生容量が充電されることになり、前記と同様にダイオードＤ５が存在しない場合に比較して、充電時間が短縮されるとともに第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のオン損失が低減する。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）電力変換装置１１は、第１スイッチング素子Ｓ１及び第２スイッチング素子Ｓ２の直列回路と、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４と逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ接続された変換部１３を備えている。そして、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２との接続点及び第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４との接続点に、入力端子１５ａ，１５ｂがコイル１４ａ，１４ｂを介してそれぞれ接続されている。交流電源１２から入力される交流を直流に変換する際に、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４を同時にスイッチングさせる期間Ｔ１と、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３を同時にスイッチングさせる期間Ｔ２とが交互になるように各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を制御する制御装置１８が設けられている。したがって、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオン状態において電流経路が２経路になり、オン状態の各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に流れる電流が小さくなって発熱が抑制され、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却能力の小さな冷却手段で冷却が可能となり、装置の小型化を図ることができる。また、特定のスイッチング素子のみがオン状態になる構成に比較して、オン状態になるスイッチング素子の寿命が長くなり、装置の寿命も長くなる。

（２）電力変換装置１１は、第１スイッチング素子Ｓ１と第３スイッチング素子Ｓ３との接続点にアノードが前記接続点側となるダイオードＤ５を介して第１の出力端子１６ａが接続され、第２スイッチング素子Ｓ２と第４スイッチング素子Ｓ４との接続点に第２の出力端子１６ｂが接続されている。そのため、第２及び第３スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３のオン時には、ダイオードＤ１とダイオードＤ５とが二直列の状態およびダイオードＤ４とダイオードＤ５とが二直列の状態で充電器１７側からダイオードＤ１，Ｄ４，Ｄ５の寄生容量を充電するように電流が流れる。また、第１及び第４スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のオン時には、ダイオードＤ２とダイオードＤ５とが二直列の状態およびダイオードＤ３とダイオードＤ５とが二直列の状態で充電器１７側からダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ５の寄生容量を充電するように電流が流れる。したがって、ダイオードＤ５が存在しない場合に比較して、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオン時に、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５の寄生容量の充電時間が短縮されてリカバリー時間が短縮され、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオン損失が低減する。

（３）各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４として、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。したがって、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に流れる電流が大きな場合（例えば、１００Ａ以上）でも、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の耐久性が向上する。

（第２の実施形態）
次に本発明をプラグイン・ハイブリッド車の双方向インバータに具体化した実施形態を図６に従って説明する。なお、第１の実施形態と同じ部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

コイル１４ａと入力端子１５ａとの接続点及びコイル１４ｂと入力端子１５ｂとの接続点の間にはコンデンサ２０が接続されている。コイル１４ａ，１４ｂ及びコンデンサ２０により平滑フィルタが構成されている。コイル１４ａ，１４ｂは系統電源用接続部２１に接続されている。系統電源用接続部２１は、系統電源のコンセントに接続可能なプラグ２２及び家電製品のプラグを接続可能なアダプタとしてのコンセント２３を備えている。プラグ２２及びコンセント２３は、スイッチ２４，２５を介して入力端子１５ａ，１５ｂに接続されている。スイッチ２４，２５はそれぞれリレーのｃ接点で構成されており、リレーのオン状態でスイッチ２４，２５はプラグ２２を変換部１３と通電可能な状態に保持され、リレーのオフ状態でコンセント２３を変換部１３と通電可能な状態に保持されるように構成されている。

直流電源としてのバッテリＥと変換部１３との間に絶縁伝達部２６が接続されている。絶縁伝達部２６は、図示しないトランス及びトランスの一次側及び二次側に接続された図示しないＨブリッジ回路を備えている。そして、絶縁伝達部２６は、Ｈブリッジ回路の各スイッチング素子が制御装置１８によって制御され、バッテリＥの直流を家電製品の使用電圧の直流に変換して変換部１３に供給する機能と、系統電源から供給されて変換部１３で直流に変換された電流をバッテリＥに充電する機能を果たすようになっている。

ダイオードＤ５と逆並列に第５スイッチング素子Ｓ５が接続されている。第５スイッチング素子Ｓ５としてＩＧＢＴが使用されている。第５スイッチング素子Ｓ５は、制御装置１８により制御される。そして、変換部１３がバッテリＥから絶縁伝達部２６を介して供給される直流を交流に変換して、コンセント２３に出力する場合は、オン状態に保持され、変換部１３が系統電源から供給される交流を直流に変換して絶縁伝達部２６へ出力する場合は、オフ状態に保持されるように制御される。

この実施形態においては、プラグ２２から系統電源を変換部１３に供給してバッテリＥを充電する場合は、前記第１の実施形態と同様にして、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が制御される。

一方、バッテリＥを電源としてコンセント２３に接続された電気製品を駆動する場合は、バッテリＥを電源として変換部１３に出力端子１６ａ，１６ｂから直流が供給される。そして、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４は、出力端子１６ａ，１６ｂから変換部１３に供給される直流を交流に変換して、コンセント２３から所定電圧、所定周波数（例えば、１００Ｖ、６０Ｈｚ）の交流電圧が得られるように、制御装置１８からの制御信号によってスイッチング制御される。具体的には、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４とスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が交互にオン、オフ制御される。

したがって、この実施形態では、双方向インバータを備えた電力変換装置において、バッテリＥの充電時に各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４の発熱が抑制され、同じ電力を供給する際に、従来に比較して冷却能力の小さな冷却手段で冷却が可能となり、装置の小型化を図ることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 変換部１３を構成する各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及び第５スイッチング素子Ｓ５は、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＥＦＴやパワーバイポーラトランジスタを使用してもよい。ＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有するため、スイッチング素子として寄生ダイオードを有しないＩＧＢＴを使用した場合と異なり、ダイオードを接続する手間が不要になり、構成も簡単になる。

○ 交流電源１２は、系統電源に限らず、発電機で発電された交流を供給する構成であってもよい。例えば、ハイブリッド車では、走行用モータとしてモータジェネレータが使用され、モータジェネレータが発電機として機能した場合に発電された電力をバッテリＥに充電する構成になっている。したがって、ハイブリッド車の場合、変換部１３の入力端子１５ａ，１５ｂに対して、モータジェネレータを、スイッチを介して電気的に接続可能に構成してもよい。

○ 変換部１３が双方向インバータとして機能せず、交流を直流に変換する動作のみ行う場合、変換部１３は充電器１７に接続される構成に限らず、直流で動作する電気機器に直接接続される構成や、コネクタを介して接続される構成としてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記各スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが使用され、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードはＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードで構成されている。

（２）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記各スイッチング素子として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタが使用されている。
（３）第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の直列回路と、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子と逆並列にダイオードがそれぞれ接続されたブリッジ回路を備えた双方向インバータにおけるスイッチング素子の制御方法であって、
交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、直流出力の逆方向への流れがダイオードで抑制された状態で、前記第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間と、前記第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間とが交互になるように前記各スイッチング素子を制御するスイッチング素子の制御方法。

第１の実施形態における電力変換装置の回路図。 （ａ）はスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３及びスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４のオン、オフ状態と電流波形との関係を示す模式図、（ｂ）はスイッチング素子Ｓ２及びスイッチング素子Ｓ４のオン、オフ状態と電流波形との関係を示す模式図。 （ａ），（ｂ）はスイッチング素子Ｓ２，Ｓ３が同時にスイッチングされるときの動作を説明する回路図、（ｃ），（ｄ）はスイッチング素子Ｓ２のみがスイッチングされた場合の動作を説明する回路図。 （ａ），（ｂ）はスイッチング素子Ｓ１，Ｓ４が同時にスイッチングされるときの動作を説明する回路図。 （ａ），（ｂ）はスイッチング素子Ｓ４のみがスイッチングされた場合の動作を説明する回路図。 第２の実施形態の電力変換装置を示す回路図。 従来技術の双方向インバータの動作を説明する回路図。

符号の説明

Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５…ダイオード、Ｓ１…第１スイッチング素子、Ｓ２…第２スイッチング素子、Ｓ３…第３スイッチング素子、Ｓ４…第４スイッチング素子、Ｓ５…第５スイッチング素子、Ｔ１，Ｔ２…期間、１１…電力変換装置、１２…交流電源、１３…変換部、１４ａ，１４ｂ…コイル、１５ａ，１５ｂ…入力端子、１６ａ…第１の出力端子、１６ｂ…第２の出力端子、１８…制御手段としての制御装置。

Claims (2)

1. 交流電源に接続されて前記交流電源から入力される交流を直流に変換する変換部を備えた電力変換装置であって、
   第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子の直列回路と、第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子の直列回路とが並列に接続されるとともに、各スイッチング素子と逆並列にダイオードがそれぞれ接続されたブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路の前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点及び前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点にそれぞれコイルを介して接続された入力端子と、
   前記ブリッジ回路の前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子との接続点にアノードが前記接続点側となるダイオードを介して接続された第１の出力端子と、
   前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点に接続された第２の出力端子と、
   前記交流電源から入力される交流を直流に変換する際に、前記第１スイッチング素子及び第４スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間と、前記第２スイッチング素子及び第３スイッチング素子を同時にスイッチングさせる期間とが交互になるように前記各スイッチング素子を制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記第１の出力端子に接続された前記ダイオードと逆並列に第５スイッチング素子が接続され、前記制御手段は、前記出力端子が直流電源に接続された状態で、前記変換部を構成する各スイッチング素子を前記直流電源から供給される直流を交流に変換して前記入力端子へ出力するように制御する請求項１に記載の電力変換装置。

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