[0034]在单相3电平转换器50中的电流路径中的一条包括开关器件5a、开关器件5b、二极管8a，以及二极管8b。开关器件5a、5b串联连接。开关器件5a连接在电容段150的正电位和交流输入/输出点42a (连接到第二连接点42的连接点)之间。开关器件5b连接在电容段150的负电位和交流输入/输出点42a之间。二极管8a与开关器件5a反向并联连接，二极管8b与开关器件5b反向并联连接。
[0035]单相3电平转换器50的电流路径的第二条包括开关器件5c、开关器件5d、二极管8c和二极管8d。开关器件5c、5d串联连接。开关器件5c连接在电容段150的正电位和交流输入/输出点42b(经由无源元件2连接到交流电源的第二连接点)之间。交流输入/输出点42b还连接到双向开关器件7。开关器件5d连接在电容段150的负电位和交流输入/输出点42b之间。二极管Sc与开关器件5c反向并联连接，二极管8d与开关器件5d反向并联连接。
[0036]正如所述，双向开关器件7连接到交流输入/输出点42b。双向开关器件7包括开关器件5e、5f，开关器件5e、5f以相反的极性彼此连接(例如，发射极端子到发射极端子)，二极管8e、8f以相反的极性彼此串联连接(例如，阳极到阳极)。二极管Se与开关器件5e反向并联连接，二极管8f与开关器件5f反向并联连接。双向开关器件7连接到电容段150。
[0037]电容段150包括电容器15a、电容器15b、电阻器15c以及电阻器15d。电容器15a和电容器15b彼此串联连接。正电位线1a连接到电容器15a的正侧，中性点9连接到电容器15a的负侧。中性点9连接到电容器15b的正侧，负电位线1b连接到电容器15b的负侧。电阻器15c与电容器15a并联连接，电阻器15d与电容器15b并联连接。在根据第一实施例的单相3电平转换器50中，电阻器与每个电容器并联连接。电容段150在电容器15、15b之间的点处与过电压抑制电路130连接。换句话说，如图1所描绘，在电容器15a、15b之间的一个点通过过电压抑制电路130连接到中性点9。
[0038]过电压抑制电路130包括电阻器33a、二极管32a、开关器件31a、二极管32b、开关器件31b以及电阻器33b。电阻器33a连接到正电位线10a，电阻器33a、开关器件31a以及二极管32a彼此连接。开关器件31a以及二极管32a连接到中性点9。在这里，二极管32a与开关器件31a反向并联连接。中性点9、开关器件31b和二极管32b相互连接。开关器件31b和二极管32b连接到电阻器33b。电阻器33b连接到负电位导电线10b。二极管32b与开关器件31b反向并联连接。过电压抑制电路130连接到电操作机器3。
[0039]过电压抑制电路130防止电容器15a、15b中的过电压。
[0040]由于这样的电路构成，即使当设置了过电压抑制电路130时，在单相3电平转换器50中使用的开关器件的数量是8 (开关器件5a至5f、开关器件31a、开关器件31b)，并且在单相3电平转换器50中使用的电容器的数量变成2 (电容器15a、电容器15b)。因此，为了达到输出电压电平的数量所需的部件的数量可以减少。
[0041]如先前所述，根据该实施例的单相2电平转换器40由表现出小开关损耗的碳化硅(SiC)器件等构成，单相3电平转换器50由具有高电击穿强度的硅器件等构成。因此，单相2电平转换器40的开关损耗能够小于单相3电平转换器50的开关损耗。另一方面，与单相2电平转换器40相比，单相3电平转换器50具有更高的击穿性质。
[0042]在该实施例中，单相3电平转换器50经由正电位线1a和负电位线1b连接到电操作机器(其可以包括逆变器等)3，因此，由于供应了过电压控制电路130，单相3电平转换器50的可靠性增加。另一方面，单相2电平转换器40的可靠性没有必要与单相3电平转换器50的可靠性一样高。因此，在单相2电平转换器40上，设置了双向旁路开关120而不是包括过电压抑制电阻器的保护电路。因此，当在电容器15a、15b、14a中的任何一个中产生过电压时，可以通过对双向旁路开关120进行操作来使电流绕开单相2电平转换器40以防止电流流过单相2电平转换器40。例如，当在电容器14a中产生过电压时，双向旁路开关120允许电流绕开单相2电平转换器40，使得电流不流过单相2电平转换器40，此后，电容器14a通过电阻器14c放电，从而，可以减少电容器14a的电压。
[0043]双向旁路开关120包括开关器件21a、21b以及二极管22a、22b，因此，相比起设置有需要散热的电阻器的保护电路，双向旁路开关120可以允许减少器件的大小并且减少部件的数量。例如，电阻器33a以及电阻器32b可能需要散热，其一般需要较大的器件。
[0044]图2描绘了根据第一实施例的与传输给多电平转换器I的输出电压命令对应的各个转换器的命令值电压。在图2中，描绘了多电平转换器I的输出电压命令值Vref 201、单相3电平转换器50的命令值电压202、单相2电平转换器40的命令值电压203以及单相2电平转换器40的输出电压204。
[0045]也就是说，在根据该实施例的电力转换装置11中，多电平转换器I的输出电压命令值Vref 201是通过将单相3电平转换器50的命令值电压202与单相2电平转换器40的命令值电压203彼此组合来实现的。
[0046]然后，在根据该实施例的电力转换装置11中，将具有低的开关损耗的单相2电平转换器40的开关频率设置成高于单相3电平转换器50的开关频率，此后，对单相2电平转换器40进行控制，使得单相2电平转换器40遵循在输出电压命令值Vref 201中的精细变化。由于这样的控制，可以实现精细的电压控制以及开关损耗的减少。
[0047]一般地，具有小的开关损耗的元件例如碳化硅器件通常具有低的电击穿强度。鉴于上述情况，在该实施例中，为了允许具有高电击穿强度的单相3电平转换器50能在电压方面做出大的改变，具有阶梯状波形的控制被施加到单相3电平转换器50。
[0048]在该实施例中，相对于多电平转换器I的输出电压命令值Vref 201，设置了允许电容器15a、15b产生输出的阈值。例如，假设允许电容器15a、15b中的任一个产生输出的电压阈值为+-Vthrl。同样，假设允许电容器15a、15b都产生输出的电压阈值为+_Vthr2。控制模块180基于输出电压命令值Vref是否超过电压阈值+-Vthrl以及电压阈值+_Vthr2来控制在单相3电平转换器50中包含的开关器件5a至5f。
[0049]此外，控制模块180执行基于单相2电平转换器40的命令值电压203的控制，从而获得单相2电平转换器40的输出电压204。接下来，将对开关器件的具体控制进行说明。
[0050]图3示出了由在多电平转换器I中包含的开关器件5a_5f以及4a_4d执行的开关控制。在图3所示的实例中，示出了在单相3电平转换器50侧上的开关器件5a至5f的开关控制以及在单相2电平转换器40侧上的开关器件4a至4d的开关控制。
[0051]当满足Vthrl> = Vref> = -Vthrl的条件时(时间O至tl、t4至t5、t8或t8之后的时间)，控制模块180使在单相3电平转换器50中包含的开关器件5a和开关器件5c的组合或者在单相3电平转换器50中包含的开关器件5b和开关器件5d的组合中的任何一个组合进入ON状态。因此，电容器15a、15b的电压不在转换器50的输出电压上叠加，控制模块180通过将脉冲宽度调制(PWM)控制应用到单相2电平转换器40来输出整个转换器的输出电压命令值Vref。
[0052]图4示出了当满足Vthrl〉= Vref> = -Vthrl的条件时，多电平转换器I的单相3电平转换器50的电流路径。在图4所示的实例中，进行开关控制使得开关器件5a和开关器件5c的组合进入ON状态，并且使其他开关器件5b、5d至5f进入OFF状态。在这种情况下，电流流过由粗线401指示的路径，因此，电容器15a、15b的电压不可能被叠加在转换器50的转换器输出电压上。尽管图4示出了仅使开关器件5a和开关器件5c的组合进入ON状态时的实例，但是其还可以被用作仅使开关器件5b和开关器件5d的组合进入ON状态时的实例。
[0053]回到图3，当满足Vthr2> = Vref>Vthrl的条件时(时间tl至t2，t3至t4)，控制模块180执行控制，使得在单相3电平转换器50中包含的开关器件5a、5e、5f进入ON状态。由于这样的控制，电容器15a的电压被加到转换器50的转换器输出电压，因此，单相2电平转换器40根据由控制模块180执行的脉冲宽度调制控制来输出差分电压给转换器50，该差分电压通过从整个转换器的输出电压命令值Vref减去电容器15a的电压获得。
[0054]图5示出了当满足Vthr2> = Vref>Vthrl的条件时，单相3电平转换器50的...