JP6598749B2 - 電力変換装置及びその初期充電方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置及びその初期充電方法に関する。

複数の変換器が直列に接続された多段構成の電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。各変換器は、フルブリッジ接続又はハーフブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、各スイッチング素子に並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。

電力変換装置は、交流電源から供給された交流電力を直流電力又は別の交流電力に変換して負荷に供給する。多段構成の電力変換装置では、例えば、各スイッチング素子の耐圧を抑えつつ、装置の大容量化や高電圧化を実現することができる。また、例えば、各スイッチング素子のオン・オフにより、出力電圧の安定化を図ることができる。

電力変換装置では、動作の開始時などに、各変換器の電荷蓄積素子の初期充電を行う必要がある。初期充電は、例えば、各変換器のそれぞれに設けられた初期充電回路によって行われる。このため、多段構成の電力変換装置では、段数の増加とともに初期充電回路の数も増やす必要があり、構成が複雑になってしまう。例えば、装置が大型になり、製造コストも嵩んでしまう。

例えば、交流電源側に１つの初期充電回路を設け、各変換器の電荷蓄積素子を１つの初期充電回路で充電する初期充電方法も提案されている。しかしながら、交流電源側に設けた１つの初期充電回路で充電する方法では、各変換器のそれぞれに整流回路を設け、各変換器のそれぞれを交流電源側に接続する必要がある。従って、初期充電回路の場合と同様に、各整流回路によって装置の大型化や高コスト化を招いてしまう。

このように、多段構成の電力変換装置では、各電荷蓄積素子の初期充電の方法に関して、検討の余地があった。電力変換装置では、簡単な構成で各電荷蓄積素子の初期充電を行えるようにすることが望まれている。

特開２０１０−２２０３３２号公報

本発明の実施形態は、複数の変換器の電荷蓄積素子の初期充電を簡単な構成で行うことができる電力変換装置及びその初期充電方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、主回路と、制御回路と、を備えた電力変換装置が提供される。前記主回路は、一対の出力端子と、複数の変換器と、整流回路と、初期充電回路と、を有する。前記複数の変換器は、前記一対の出力端子の間に直列に接続される。前記整流回路は、前記複数の変換器のいずれか１つに接続されるとともに、第１開閉器を介して交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を整流して前記いずれか１つの変換器に供給する。前記初期充電回路は、第２開閉器を介して前記一対の出力端子の間に接続される。前記制御回路は、前記主回路の動作を制御する。前記複数の変換器のそれぞれは、フルブリッジ接続又はハーフブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された電荷蓄積素子と、有する。前記整流回路は、前記第１開閉器が投入された状態において、前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子を充電する。前記初期充電回路は、前記第２開閉器が投入された状態において、前記一対の出力端子側から前記複数の変換器の前記電荷蓄積素子の充電を可能とする。前記制御回路は、前記第１開閉器を投入し、前記第２開閉器を開放することにより、前記整流回路に接続された前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子を前記整流回路によって初期充電し、前記第１開閉器を開放し、前記第２開閉器を投入するとともに、前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子をバイパスし、前記整流回路に接続されていない残りの前記変換器の前記電荷蓄積素子を前記初期充電回路に対して直列に接続するように、前記複数のスイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、前記残りの変換器の前記電荷蓄積素子を前記初期充電回路によって初期充電する。

複数の変換器の電荷蓄積素子の初期充電を簡単な構成で行うことができる電力変換装置及びその初期充電方法が提供される。

第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る電力変換装置の動作の一部を模式的に表すフローチャートである。 第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る電力変換装置の動作の一部を模式的に表すフローチャートである。 変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、主回路１２と、制御回路１４と、を備える。主回路１２は、一対の出力端子２１、２２と、複数の変換器２４ａ〜２４ｄと、整流回路２６ａ、２６ｂと、初期充電回路２８と、を有する。

主回路１２は、交流電源２に接続されている。主回路１２の各出力端子２１、２２は、負荷４に接続されている。交流電源２は、例えば、商用電源の交流電力系統や交流発電機などである。この例において、交流電源２の供給する交流電力は、単相交流電力である。交流電源２の交流電力は、三相交流電力などでもよい。負荷４は、例えば、直流負荷である。主回路１２は、交流電源２から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷４に供給する。負荷４は、交流負荷でもよい。この場合、主回路１２は、交流電源２から供給された交流電力を別の交流電力に変換して負荷４に供給する。

制御回路１４は、図示を省略した配線などを介して主回路１２の各部と接続され、主回路１２の各部の動作を制御する。制御回路１４は、例えば、主回路１２による電力の変換を制御する。

各変換器２４ａ〜２４ｄは、各出力端子２１、２２の間に直列に接続されている。変換器２４ａは、フルブリッジ接続された複数のスイッチング素子４０ａ〜４０ｄと、各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子４２ａ〜４２ｄと、各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのそれぞれに並列に接続された電荷蓄積素子４４と、を有する。

各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのそれぞれは、一対の主端子と、制御端子と、を有する。各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄは、制御端子に入力される信号（電圧）により、各主端子間に流れる電流を制御する。すなわち、各主端子間に電流が流れるオン状態と、各主端子間に実質的に電流が流れないオフ状態と、を切り替える。制御端子は、いわゆるゲート端子である。各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの制御端子は、制御回路１４に接続されている。各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのオン・オフは、制御回路１４によって制御される。

各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄには、例えば、自己消弧型のスイッチング素子が用いられる。各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄは、他の自己消弧型のスイッチング素子でもよい。

各整流素子４２ａ〜４２ｄには、例えば、ダイオードが用いられる。各整流素子４２ａ〜４２ｄは、いわゆる還流ダイオードである。

変換器２４ａでは、スイッチング素子４０ｂの主端子が、スイッチング素子４０ａの主端子に直列に接続され、スイッチング素子４０ｄの主端子が、スイッチング素子４０ｃの主端子に直列に接続され、スイッチング４０ｃ、４０ｄが、スイッチング素子４０ａ、４０ｂに並列に接続されている。スイッチング素子４０ａ、４０ｃは、いわゆるハイサイドスイッチであり、スイッチング素子４０ｂ、４０ｄは、いわゆるローサイドスイッチである。

変換器２４ａでは、スイッチング素子４０ａ、４０ｃの接続点、及びスイッチング素子４０ｂ、４０ｄの接続点が、それぞれ入力端子ＩＮ１、ＩＮ２となる。そして、スイッチング素子４０ａ、４０ｂの接続点、及びスイッチング素子４０ｃ、４０ｄの接続点が、それぞれ出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２となる。

電荷蓄積素子４４は、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に接続されている。これにより、電荷蓄積素子４４は、各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのそれぞれに並列に接続される。

各変換器２４ｂ〜２４ｄの構成は、変換器２４ａの構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は、省略する。

各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には、リアクトル３０ａ〜３０ｈが接続されている。変換器２４ａの出力端子ＯＵＴ１は、リアクトル３０ａを介して出力端子２１に接続されている。変換器２４ａの出力端子ＯＵＴ２は、リアクトル３０ｂ、３０ｃを介して変換器２４ｂの出力端子ＯＵＴ１に接続されている。変換器２４ｂの出力端子ＯＵＴ２は、リアクトル３０ｄ、３０ｅを介して変換器２４ｃの出力端子ＯＵＴ１に接続されている。変換器２４ｃの出力端子ＯＵＴ２は、リアクトル３０ｆ、３０ｇを介して変換器２４ｄの出力端子ＯＵＴ１に接続されている。変換器２４ｄの出力端子ＯＵＴ２は、リアクトル３０ｈを介して出力端子２２に接続されている。これにより、各変換器２４ａ〜２４ｄの出力側が、各出力端子２１、２２の間に直列に接続される。

各変換器２４ａ〜２４ｄは、各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのオン・オフにより、各出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間のバイパス、電荷蓄積素子４４に蓄積された電荷の各出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２への出力、及び、各出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に出力する電荷蓄積素子４４の電荷の極性の向きを切り替える。これにより、負荷４に所望の直流電力又は交流電力を供給することができる。

各整流回路２６ａ、２６ｂは、各変換器２４ａ〜２４ｄのいずれか１つに接続される。この例において、整流回路２６ａは、変換器２４ｂに接続されている。整流回路２６ｂは、変換器２４ｃに接続されている。

主回路１２は、変圧器３２と、開閉器３４（第１開閉器）と、をさらに有する。各整流回路２６ａ、２６ｂは、変圧器３２及び開閉器３４を介して交流電源２に接続されている。整流回路２６ａは、交流電源２から供給された交流電力を整流して変換器２４ｂに供給する。整流回路２６ｂは、交流電源２から供給された交流電力を整流して変換器２４ｃに供給する。

変圧器３２は、一次巻線３２ａと、２つの二次巻線３２ｂ、３２ｃと、を有する。一次巻線３２ａは、開閉器３４を介して交流電源２に接続されている。各二次巻線３２ｂ、３２ｃは、一次巻線３２ａと磁気的に結合している。二次巻線３２ｂは、整流回路２６ａに接続されている。二次巻線３２ｃは、整流回路２６ｂに接続されている。これにより、開閉器３４を投入した状態において、交流電源２の交流電力が、変圧器３２及び開閉器３４を介して各整流回路２６ａ、２６ｂに供給される。開閉器３４は、制御回路１４に接続されている。開閉器３４の投入・開放は、制御回路１４によって制御される。開閉器３４は、例えば、電磁開閉器である。

整流回路２６ａは、フルブリッジ接続された複数のスイッチング素子５０ａ〜５０ｄと、各スイッチング素子５０ａ〜５０ｄのそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子５２ａ〜５２ｄと、を有する。整流回路２６ａは、いわゆる単相ブリッジ整流回路である。整流回路２６ａの交流入力端子は、変圧器３２の二次巻線３２ｂに接続されている。整流回路２６ａの直流出力端子は、変換器２４ｂの入力端子ＩＮ１、ＩＮ２に接続されている。換言すれば、整流回路２６ａの直流出力端子は、変換器２４ｂの電荷蓄積素子４４に接続されている。これにより、整流回路２６ａは、開閉器３４が投入された状態において、変換器２４ｂの電荷蓄積素子４４を充電する。

整流回路２６ｂの構成は、整流回路２６ａの構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は、省略する。整流回路２６ｂは、開閉器３４が投入された状態において、変換器２４ｃの電荷蓄積素子４４を充電する。

各スイッチング素子５０ａ〜５０ｄには、例えば、各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄと同様のスイッチング素子を用いることができる。各スイッチング素子５０ａ〜５０ｄの制御端子は、制御回路１４に接続されている。各スイッチング素子５０ａ〜５０ｄのオン・オフは、制御回路１４によって制御される。

各スイッチング素子５０ａ〜５０ｄは、必要に応じて設けられ、省略可能である。各整流回路２６ａ、２６ｂは、例えば、ダイオード整流回路でもよい。また、この例では、交流電源２の単相交流電力に合わせて、各整流回路２６ａ、２６ｂを単相ブリッジ整流回路としている。例えば、交流電源２の交流電力が三相交流電力である場合には、各整流回路２６ａ、２６ｂを三相ブリッジ整流回路とすればよい。

このように、主回路１２では、整流回路２６ａ、２６ｂを介して交流電源２側に接続された変換器２４ｂ、２４ｃと、交流電源２側に接続されていない変換器２４ａ、２４ｄと、を有する。このような主回路１２の構成は、例えば、フローティングキャパシタ方式と呼ばれる。フローティングキャパシタ方式の主回路１２では、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれに整流回路を設ける場合に比べて、整流回路の数を抑えることができる。従って、主回路１２の構成を簡単にし、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。

主回路１２に設けられる変換器の数は、４つに限ることなく、２つ又は３つでもよいし、５つ以上でもよい。整流回路の数は、１つでもよいし、３つ以上でもよい。複数の変換器において、交流電源２側に接続される変換器の数と、交流電源２側に接続されない変換器の数と、の比率は、任意でよい。例えば、複数の変換器のそれぞれに整流回路を設けてもよい。すなわち、主回路１２は、必ずしもフローティングキャパシタ方式の構成でなくてもよい。

初期充電回路２８は、開閉器６１〜６３と、変圧器６４と、充電抵抗６５と、を有する。変圧器６４の一次巻線は、開閉器６１を介して交流電源６に接続されている。交流電源６は、交流電源２と同じでも良いし、交流電源２とは別の系統の電源でもよい。充電抵抗６５の一端は、変圧器６４の二次巻線の一端に接続されている。充電抵抗６５の他端は、開閉器６２を介して出力端子２１に接続されている。また、変圧器６４の二次巻線の他端は、開閉器６３を介して出力端子２２に接続されている。

このように、初期充電回路２８は、開閉器６２、６３（第２開閉器）を介して各出力端子２１、２２の間に接続されている。初期充電回路２８は、各開閉器６１〜６３が投入された状態において、交流電源６の交流電力を各出力端子２１、２２間に供給することにより、各出力端子２１、２２の側から各変換器２４ａ〜２４ｄの電荷蓄積素子４４の充電を可能とする。

各開閉器６１〜６３は、制御回路１４に接続されている。各開閉器６１〜６３は、例えば、電磁開閉器であり、各開閉器６１〜６３の投入・開放は、制御回路１４によって制御される。

図２は、第１の実施形態に係る電力変換装置の動作の一部を模式的に表すフローチャートである。
電力変換装置１０では、例えば動作の開始時など、各変換器２４ａ〜２４ｄの電荷蓄積素子４４の蓄積電荷（電圧）が低い状態の時に、各電荷蓄積素子４４の初期充電を行う。図２は、電力変換装置１０による初期充電動作の一例を模式的に表す。

図２に表したように、電力変換装置１０の制御回路１４は、初期充電動作を開始すると、まず、開閉器３４を開放し、初期充電回路２８の各開閉器６１〜６３を投入する（図２のステップＳ１０１）。すなわち、制御回路１４は、主回路１２を交流電源２から切り離し、初期充電回路２８を交流電源６及び各出力端子２１、２２に接続する。

これとともに、制御回路１４は、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの電荷蓄積素子４４を初期充電回路２８に対して直列に接続するように、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのオン・オフを切り替える（図２のステップＳ１０２）。

制御回路１４は、例えば、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄをオフ状態にする。これにより、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの電荷蓄積素子４４が、各変換器２４ａ〜２４ｄの整流素子４２ａ、４２ｄを介して直列に接続される。

なお、各開閉器３４、６１〜６３の投入・開放を切り替える処理と、各電荷蓄積素子４４を直列に接続する処理とは、互いに順不同である。例えば、各電荷蓄積素子４４を直列に接続した後に、各開閉器３４、６１〜６３の切り替えを行ってもよいし、各処理を実質的に同時に行ってもよい。

制御回路１４は、各開閉器３４、６１〜６３の切り替え、及び各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの切り替えを行った後、初期充電回路２８から各変換器２４ａ〜２４ｄに電力を供給することにより、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの電荷蓄積素子４４を初期充電回路２８によって一括して初期充電する（図２のステップＳ１０３）。

制御回路１４は、各電荷蓄積素子４４の初期充電を行った後、各開閉器６１〜６３を開放して初期充電回路２８を各変換器２４ａ〜２４ｄから切り離し、開閉器３４を投入して主回路１２を交流電源２に接続する。この後、制御回路１４は、交流電源２の交流電力を変換して負荷４に供給する動作を開始する。

このように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、１つの初期充電回路２８によって各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの電荷蓄積素子４４の初期充電を行うことができる。従って、電力変換装置１０では、例えば、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれに初期充電回路２８を設ける場合に比べて、主回路１２の構成を簡単にすることができる。例えば、主回路１２の小型化や低コスト化を図ることができる。

また、電力変換装置１０では、各開閉器６２、６３を介して各出力端子２１、２２の間に初期充電回路２８を接続している。これにより、電力変換装置１０では、１つの初期充電回路２８で各電荷蓄積素子４４の初期充電を行う場合においても、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれを交流電源２側に接続する必要がない。換言すれば、１つの初期充電回路２８で各電荷蓄積素子４４の初期充電を行う場合においても、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれに整流回路を設ける必要がない。

すなわち、電力変換装置１０では、図１に表しているように、フローティングキャパシタ方式の主回路１２の構成を採用することもできる。そして、フローティングキャパシタ方式を採用した場合には、主回路１２の構成をより簡単にすることができる。例えば、主回路１２の大きさや製造コストをより抑えることができる。

図２に表した初期充電方法では、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの電荷蓄積素子４４を初期充電回路２８に対して直列に接続することにより、４つの電荷蓄積素子４４を一度に充電している。これに限ることなく、例えば、１つの電荷蓄積素子４４のみを初期充電回路２８に接続することにより、４つの電荷蓄積素子４４を順番に充電するようにしてもよい。

例えば、変換器２４ｂ〜２４ｄのスイッチング素子４０ａ、４０ｃをオン状態にする、又はスイッチング素子４０ｂ、４０ｄをオン状態にすることにより、変換器２４ｂ〜２４ｄの各出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２間をバイパスする。これにより、変換器２４ａの電荷蓄積素子４４のみを充電することができる。

このように、複数の電荷蓄積素子４４を１つずつ順番に充電する充電方法では、例えば、複数の電荷蓄積素子４４を一度に充電する場合に比べて、初期充電回路２８の出力容量を抑えることができる。例えば、初期充電回路２８の小型化や低コスト化を図ることができる。一方、複数の電荷蓄積素子４４を一度に充電する充電方法では、例えば、複数の電荷蓄積素子４４を１つずつ順番に充電する場合に比べて、初期充電に必要となる時間を短くすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図３に表したように、本実施形態に係る電力変換装置１００では、主回路１２が、初期充電回路１１０をさらに有する。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。

初期充電回路１１０は、開閉器１１２と、充電抵抗１１４と、を有する。開閉器１１２の一端は、開閉器３４の一端に接続されている。開閉器１１２の他端は、充電抵抗１１４の一端に接続されている。充電抵抗１１４の他端は、開閉器３４の他端に接続されている。すなわち、初期充電回路１１０は、開閉器３４に並列に接続されている。

電力変換装置１００では、各整流回路２６ａ、２６ｂが、開閉器３４を介して交流電源２に接続されるとともに、初期充電回路１１０の開閉器１１２（第１開閉器）を介して交流電源２に接続される。

電力変換装置１００では、開閉器３４を投入し、開閉器１１２を開放することにより、交流電源２の交流電力を直接的に主回路１２に供給することができる。そして、開閉器３４を開放し、開閉器１１２を投入することにより、充電抵抗１１４によって電流を制限した状態で、交流電源２の交流電力を主回路１２に供給することができる。

開閉器１１２は、制御回路１４に接続されている。開閉器１１２は、例えば、電磁開閉器であり、開閉器１１２の投入・開放は、制御回路１４によって制御される。

図４は、第２の実施形態に係る電力変換装置の動作の一部を模式的に表すフローチャートである。
図４は、電力変換装置１００による初期充電動作の一例を模式的に表す。
図４に表したように、電力変換装置１００の制御回路１４は、初期充電動作を開始すると、まず、開閉器３４を開放し、初期充電回路１１０の開閉器１１２を投入し、初期充電回路２８の各開閉器６１〜６３を開放する（図４のステップＳ２０１）。すなわち、制御回路１４は、初期充電回路２８を各変換器２４ａ〜２４ｄから切り離し、主回路１２を初期充電回路１１０を介して交流電源２に接続する。

この後、制御回路１４は、整流回路２６ａ、２６ｂの各スイッチング素子５０ａ〜５０ｄのオン・オフを制御することにより、整流回路２６ａ、２６ｂに接続された変換器２４ｂ、２４ｃの電荷蓄積素子４４を、整流回路２６ａ、２６ｂによって初期充電する（図４のステップＳ２０２）。

制御回路１４は、変換器２４ｂ、２４ｃの電荷蓄積素子４４を充電した後、開閉器３４を開放し、初期充電回路１１０の開閉器１１２を開放し、初期充電回路２８の各開閉器６１〜６３を投入する（図４のステップＳ２０３）。すなわち、制御回路１４は、主回路１２を交流電源２から切り離し、初期充電回路２８を交流電源６及び各出力端子２１、２２に接続する。

これとともに、制御回路１４は、変換器２４ｂ、２４ｃの電荷蓄積素子４４をバイパスし、残りの変換器２４ａ、２４ｄの電荷蓄積素子４４を初期充電回路２８に対して直列に接続するように、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄのオン・オフを切り替える（図４のステップＳ２０４）。ステップＳ２０３とステップＳ２０４とは、互いに順不同である。

制御回路１４は、各開閉器３４、６１〜６３、１１２の切り替え、及び各スイッチング素子４０ａ〜４０ｄの切り替えを行った後、初期充電回路２８から変換器２４ａ、２４ｄに電力を供給することにより、変換器２４ａ、２４ｄの電荷蓄積素子４４を初期充電回路２８によって初期充電する（図４のステップＳ２０５）。これにより、各変換器２４ａ〜２４ｄのそれぞれの電荷蓄積素子４４の初期充電が完了する。

このように、本実施形態に係る電力変換装置１００では、整流回路２６ａ、２６ｂを介して交流電源２側に接続された変換器２４ｂ、２４ｃにおいては、整流回路２６ａ、２６ｂを用いて電荷蓄積素子４４の初期充電を行い、交流電源２側に接続されていない変換器２４ａ、２４ｄにおいては、初期充電回路２８を用いて電荷蓄積素子４４の初期充電を行う。

このように、初期充電回路２８によって出力端子２１、２２側から初期充電する変換器は、複数の変換器２４ａ〜２４ｄの一部でもよい。制御回路１４は、各変換器２４ａ〜２４ｄの少なくとも一部の電荷蓄積素子４４を初期充電回路２８で充電する。

整流回路２６ａ、２６ｂと初期充電回路２８とを併用する充電方法では、例えば、１つの初期充電回路２８で複数の電荷蓄積素子４４を一度に充電する場合に比べて、初期充電回路２８の出力容量を抑えることができる。この例では、４つの電荷蓄積素子４４を一度に充電する場合に比べて、初期充電回路２８の出力容量を半分にすることができる。

反面、整流回路２６ａ、２６ｂと初期充電回路２８とを併用する充電方法では、例えば、交流電源２側にも初期充電回路１１０が必要になる場合がある。複数の電荷蓄積素子４４を出力端子２１、２２側から一度に充電する充電方法では、例えば、交流電源２側の初期充電回路１１０を省略でき、初期充電回路の数をより抑えることができる。

図４では、整流回路２６ａ、２６ｂを用いて変換器２４ｂ、２４ｃの電荷蓄積素子４４を充電した後に、初期充電回路２８を用いて変換器２４ａ、２４ｄの電荷蓄積素子４４を充電している。これとは反対に、初期充電回路２８を用いて変換器２４ａ、２４ｄの電荷蓄積素子４４を充電した後に、整流回路２６ａ、２６ｂを用いて変換器２４ｂ、２４ｃの電荷蓄積素子４４を充電してもよい。

例えば、各電荷蓄積素子４４の初期充電動作において、整流回路２６ａ、２６ｂによる変換器２４ｂ、２４ｃの電荷蓄積素子４４の充電と、初期充電回路２８による変換器２４ａ、２４ｄの電荷蓄積素子４４の充電と、が同時に行われる期間があってもよい。整流回路２６ａ、２６ｂによる充電の期間の少なくとも一部が、初期充電回路２８による充電の期間の少なくとも一部に重なってもよい。

図５は、変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図５に表したように、この例において、変換器２４ａは、ハーフブリッジ接続された複数のスイッチング素子４０ａ、４０ｂと、各スイッチング素子４０ａ、４０ｂのそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子４２ａ、４２ｂと、各スイッチング素子４０ａ、４０ｂのそれぞれに並列に接続された電荷蓄積素子４４と、を有する。

この例では、スイッチング素子４０ｂの一方の主端子が、スイッチング素子４０ａの一方の主端子に直列に接続されている。そして、この例では、各スイッチング素子４０ａ、４０ｂのそれぞれの他方の主端子が、それぞれ入力端子ＩＮ１、ＩＮ２となる。また、スイッチング素子４０ａ、４０ｂの接続点が、出力端子ＯＵＴ１となり、スイッチング素子４０ｂの他方の主端子が、出力端子ＯＵＴ２となる。電荷蓄積素子４４は、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に接続されている。

すなわち、この例において、変換器２４ａは、いわゆるチョッパ回路である。このように、各変換器２４ａ〜２４ｄは、チョッパ回路でもよい。

上記各実施形態では、負荷４を直流負荷として説明を行っている。負荷４は、例えば、三相交流負荷でもよい。この場合には、例えば、直列に接続された各変換器２４ａ〜２４ｄを３セット用意する。そして、３セットの各変換器２４ａ〜２４ｄの３つの出力端子２１を互いに接続し、３つの出力端子２２を三相交流負荷に接続する。これにより、３セットの各変換器２４ａ〜２４ｄの動作を制御することで、三相交流負荷に三相交流電力を供給することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…交流電源、 ４…負荷、 ６…交流電源、 １０、１００…電力変換装置、 １２…主回路、 １４…制御回路、 ２１、２２…出力端子、 ２４ａ〜２４ｄ…変換器、 ２６ａ、２６ｂ…整流回路、 ２８…初期充電回路、 ３０ａ〜３０ｈ…リアクトル、 ３２…変圧器、 ３２ａ…一次巻線、 ３２ｂ、３２ｃ…二次巻線、 ３４…開閉器、 ４０ａ〜４０ｄ…スイッチング素子、 ４２ａ〜４２ｄ…整流素子、 ４４…電荷蓄積素子、 ５０ａ〜５０ｄ…スイッチング素子、 ５２ａ〜５２ｄ…整流素子、 ６１〜６３…開閉器、 ６４…変圧器、 ６５…充電抵抗、 １１０…初期充電回路、 １１２…開閉器、 １１４…充電抵抗

Claims (2)

1. 一対の出力端子と、
   前記一対の出力端子の間に直列に接続された複数の変換器と、
   前記複数の変換器のいずれか１つに接続されるとともに、第１開閉器を介して交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を整流して前記いずれか１つの変換器に供給する整流回路と、
   第２開閉器を介して前記一対の出力端子の間に接続された初期充電回路と、
   を有する主回路と、
   前記主回路の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記複数の変換器のそれぞれは、
   フルブリッジ接続又はハーフブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、
   前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、
   前記複数のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された電荷蓄積素子と、
   を有し、
   前記整流回路は、前記第１開閉器が投入された状態において、前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子を充電し、
   前記初期充電回路は、前記第２開閉器が投入された状態において、前記一対の出力端子側から前記複数の変換器の前記電荷蓄積素子の充電を可能とし、
   前記制御回路は、
   前記第１開閉器を投入し、前記第２開閉器を開放することにより、前記整流回路に接続された前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子を前記整流回路によって初期充電し、
   前記第１開閉器を開放し、前記第２開閉器を投入するとともに、前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子をバイパスし、前記整流回路に接続されていない残りの前記変換器の前記電荷蓄積素子を前記初期充電回路に対して直列に接続するように、前記複数のスイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、前記残りの変換器の前記電荷蓄積素子を前記初期充電回路によって初期充電する
   電力変換装置。
2. 一対の出力端子と、
   前記一対の出力端子の間に直列に接続された複数の変換器と、
   前記複数の変換器のいずれか１つに接続されるとともに、第１開閉器を介して交流電源に接続され、前記交流電源から供給された交流電力を整流して前記いずれか１つの変換器に供給する整流回路と、
   第２開閉器を介して前記一対の出力端子の間に接続された初期充電回路と、
   を有する主回路と、
   前記主回路の動作を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記複数の変換器のそれぞれは、
   フルブリッジ接続又はハーフブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、
   前記複数のスイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された複数の整流素子と、
   前記複数のスイッチング素子のそれぞれに並列に接続された電荷蓄積素子と、
   を有する電力変換装置の初期充電方法であって、
   前記第１開閉器を投入し、前記第２開閉器を開放することにより、前記整流回路に接続された前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子を前記整流回路によって初期充電し、
   前記第１開閉器を開放し、前記第２開閉器を投入するとともに、前記いずれか１つの変換器の前記電荷蓄積素子をバイパスし、前記整流回路に接続されていない残りの前記変換器の前記電荷蓄積素子を前記初期充電回路に対して直列に接続するように、前記複数のスイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、前記残りの変換器の前記電荷蓄積素子を前記初期充電回路によって初期充電する
   電力変換装置の初期充電方法。

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