多电平电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及面向高压大容量的多电平电力变换装置。
【背景技术】
[0002] 电力变换装置由作为半导体元件（与IGBT等半导体开关元件逆并联地连接了二 极管的模块：以下相同）的主电路开关元件构成。作为该电力变换装置的高压化组件，有将 多个半导体元件串联地连接而成的电路结构。
[0003] 像这样，提出了在将半导体元件串联连接而成的电路结构中输出5个电平的电压 的多电平电力变换装置。另外，作为该多电平电力变换装置之一，提出了专利文献1那样的 电路结构。在专利文献1中，如图27所示，通过3相共用所使用的直流电压源DCCUDCC2、 快速充电电容器（flyingcapacitor)FC1、FC2,削减所使用的电容器的数量，实现了装置的 小型化。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特愿2012 - 209368号公报
【发明内容】
[0007] 但是，在图27所示的电路结构中，由于3相共用电容器以及一部分的半导体元件 S1~S4,所以具有存在无法输出的输出电压的组合这样的课题。具体而言，在想要从输出 端子U、V、W分别输出2E、0、一 2E的相电压时，由于使快速充电电容器FC1短路，所以无法 输出这些相电压的组合。
[0008] 根据图28，说明具体例。在此，图28示出U相输出2E、V相输出0、W相输出一2E 的电压的例子。另外，在图28中，〇标记表示导通的半导体元件。
[0009] 如图28所示，在想要从输出端子U、V、W分别同时输出2E、0、一 2E的电压时，快速 充电电容器FC1的两端的半导体元件Sl、S2同时导通，使快速充电电容器FC1短路。其结 果是，在DCC1 -S1 -FC1 -S2 -DCC1的短路环路中产生过电流。
[0010] 由于存在该问题，所以在图27所示的电路结构中，无法选择图28所示那样的导通 的半导体元件，无法同时输出2E、0、一 2E的电压。
[0011] 在图27所示的电路结构中，由于无法从输出端子U、V、W分别同时输出2E、0、一 2E 的电压，所以用其它输出电压的组合进行模拟来代替。例如，通过从输出端子U、V、W分别重 复输出2E、E、一 2E和2E、一E、一 2E的电压，平均地输出2E、0、一 2E的电压来代替。
[0012] 但是，需要使从输出端子U、V、W分别输出2E、E、一 2E和2E、一E、一 2E的时间始 终相等，并且始终进行时间管理。其结果是，产生控制复杂化这样的问题。该问题针对应用 图27而将输出相数增加到4相以上的电路结构也是同样的。
[0013] 另一方面，在图29(a)所示的专利文献1的[实施方式5]、图29(b)所示的[实施 方式6]中，在直流电压源DCCUDCC2的施加电压为2E、快速充电电容器CFCUCFC2的施加 电压为E的情况下，能够从输出端子OUT_U、OUT_V、OUT_W同时输出2E、0、一 2E的电压。但 是，在图29(a) (b)所示的电路结构中，产生以下（1) (2)的问题。
[0014] (1)在图29(a)、（b)的电路结构中，被施加到与输出端子0UT_U、0UT_V、0UT_W连 接的半导体元件SU5、SU6、SV5、SV6、SW5、SW6的稳态电压最大值成为3E。其结果是，存在 如下的问题：需要高耐压的半导体元件，在装置的小型化和成本方面变得不利。
[0015] (2)在图29(a)、（b)中，由于在用〇包围了的半导体元件S2. 1~S2. 3、SI. 1~ 51. 3中流过U相、V相、W相这3相量的电流，所以为了冷却这些半导体元件SI. 1~S1. 3、 52. 1~S2. 3,需要冷却效果好的大型的散热片。
[0016] 以上的问题（1)、（2)对于应用图29(a)、（b)而将输出相数增加到4相以上的电路 结构也是同样的。
[0017] 根据以上所示的情况，在多相的多电平电力变换装置中，从所有相输出任意的电 压、并且简化用于从所有相输出任意的电压电平的控制成为课题。
[0018] 本发明是鉴于上述现有的问题而提出的，其一方案是一种多电平电力变换装置， 生成从直流电压源以及快速充电电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在 于，具备：串联连接的N个（N多2)直流电压源；Μ相（M多3)的基本电路，该基本电路具有： 在Ν个直流电压源各自的正负极之间依次串联连接的第1~第4半导体元件；一端连接于 第1、第2半导体元件的共用连接点的第5半导体元件；以及一端连接于第3、第4半导体元 件的共用连接点的第6半导体元件；Μ相共用的快速充电电容器，被插入于所有相的第5半 导体元件的另一端与所有相的第6半导体元件的另一端之间；以及Μ相的电压选择电路，将 各基本电路的第2、第3半导体元件的共用连接点作为输入端子，在输入端子与输出端子之 间分别具有半导体元件，通过对该半导体元件选择性地进行接通、关断（ON、OFF)控制，从 输出端子输出上述输入端子中的某一个端子的电位。
[0019] 另外，作为其它方案，是一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源以及快速充 电电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备：串联连接的N个（N= 2以上的偶数）直流电压源；基本电路，具有：一端连接于串联连接的N个直流电压源中的 偶数级的直流电压源的正极端的、Μ相（M多3)共用的第1半导体元件，在上述偶数级的第 1半导体元件的另一端与上述偶数级的直流电压源的负极端之间依次串联连接的Μ相的第 2~第4半导体元件；一端连接于偶数级的第3、第4半导体元件的共用连接点的Μ相的第 6半导体元件；一端连接于奇数级的直流电压源的负极端的Μ相共用的第4半导体元件；在 上述奇数级的直流电压源的正极端与奇数级的第4半导体元件的另一端之间依次串联连 接的Μ相的第1~第3半导体元件；以及一端连接于奇数级的第1、第2半导体元件的共用 连接点的Μ相的第5半导体元件；Μ相共用的偶数级的快速充电电容器，被插入于偶数级中 的第1、第2半导体元件的共用连接点与偶数级中的所有相的第6半导体元件的另一端之 间；Μ相共用的奇数级的快速充电电容器，被插入于奇数级中的所有相的第5半导体元件的 另一端与奇数级中的第3、第4半导体元件的共用连接点之间；以及Μ相的电压选择电路， 将各基本电路的第2、第3半导体元件的共用连接点作为输入端子，在输入端子与输出端子 之间分别具有半导体元件，通过对该半导体元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端子 输出上述输入端子中的某一个端子的电位。
[0020] 另外，作为其它方案，是一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源以及快速充 电电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备：串联连接的N个（N= 2以上的偶数）直流电压源；基本电路，具有：一端连接于串联连接的N个直流电压源中的 偶数级的直流电压源的负极端的、Μ相（M多3)共用的第4半导体元件，在上述偶数级的直 流电压源的正极端与偶数级的第4半导体元件的另一端之间依次串联连接的Μ相的第1~ 第3半导体元件；一端连接于偶数级的第1、第2半导体元件的共用连接点的Μ相的第5半 导体元件；一端连接于奇数级的直流电压源的正极端的Μ相共用的第1半导体元件；在奇 数级的第1半导体元件的另一端与奇数级的直流电压源的负极端之间依次串联连接的Μ相 的第2~第4半导体元件；以及一端连接于奇数级的第3、第4半导体元件的共用连接点的 Μ相的第6半导体元件；Μ相共用的偶数级的快速充电电容器，被插入于偶数级中的所有第 5半导体元件与第3、第4半导体元件的共用连接点之间；Μ相共用的奇数级的快速充电电 容器，被插入于奇数级中的第1、2半导体元件的共用连接点与所有第6半导体元件之间； 以及Μ相的电压选择电路，将各基本电路的第2、第3半导体元件的共用连接点作为输入端 子，在输入端子与输出端子之间分别具有半导体元件，通过对该半导体元件选择性地进行 接通、关断控制，从输出端子输出上述输入端子中的某一个端子的电位。
[0021] 另外，作为其它方案，是一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源以及快速充 电电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备：串联连接的Ν个（Ν= 2以上的偶数）直流电压源；Μ相（Μ多3)的基本电路，该基本电路具有：在串联连接的Ν个 直流电压源中的偶数级的直流电压源的正极端依次串联连接的第2、第3半导体元件；和在 串联连接的Ν个直流电压源中的奇数级的直流电压源的负极端依次串联连接的第3、第2半 导体元件；Μ相共用的快速充电电容器，与上述奇数级以及偶数级的第2、第3半导体元件分 别并联连接；以及Μ相的电压选择电路，将基本电路的第2、第3半导体元件的共用连接点 以及偶数级的直流电压源的负极端与奇数级的直流电压源的正极端的共用连接点作为输 入端子，在输入端子与输出端子之间具有半导体元件，通过对该半导体元件选择性地进行 接通、关断控制，从输出端子输出上述输入端子中的某一个端子的电位。
[0022] -种多电平电力变换装置，生成从直流电压源以及快速充电电容器的电压变换为 多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备：串联连接的Ν个（Ν= 2以上的偶数）直流电 压源；Μ相（Μ多3)的基本电路，该基本电路具有：在串联连接的Ν个直流电压源中的偶数 级的直流电压源的正负极之间依次串联连接的第2~第4半导体元件；一端连接于上述偶 数级的第3、第4半导体元件的共用连接点的第6半导体元件；在串联连接的Ν个直流电压 源中的奇数级的直流电压源的正负极之间依次串联连接的第1~第3半导体元件；以及一 端连接于上述奇数级的第1、第2半导体元件的共用连接点的第5半导体元件；Μ相共用的 偶数级的快速充电电容器，被插入于上述偶数级中的所有第6半导体元件的另一端、与偶 数级的直流电压源的正极端和第2半导体元件的共用连接点之间；Μ相共用的奇数级的快 速充电电容器，被插入于上述奇数级中的所有第5半导体元件的另一端、与奇数级的直流 电压源的负极端和第3半导体元件的共用连接点之间；以及Μ相的电压选择电路，将基本电 路的第2、第3半导体元件的共用连接点作为输入端子，在输入端子与输出端子之间分别具 有半导体元件，通过对该半导体元件选择性地进行接通、关断控制，从输出端子输出上述输 入端子中的某一个端子的电位。
[0023] 另外，作为其它方案，是一种多电平电力变换装置，生成从直流电压源以及快速充 电电容器的电压变换为多个电压电平的交流输出，其特征在于，具备：串联连接的N个（N=2以上的偶数）直流电压源；Μ相（Μ多3)的基本电路，该基本电路具有：在串联连接的 Ν个直流电压源中的偶数级的直流电压源的正负极之间依次串联连接的第1~第3半导体 元件；一端连接于上述偶数级的第1、第2半导体元件的共用连接点的第5半导体元件；在 串联连接的Ν个直流电压源中的奇数级的直流电压源的正负极之间依次串联连接的第2~ 第4半导体元件；以及一端连接于上述奇数级的第3、第4半导体元件的共用连接点的第6 半导体元件；Μ相共用的偶数级的快速充电电容器，被插入于上述偶数级中的所有第5半导 体元件的另一端、与偶数级的直流电压源的负极端和第3半导体元件的共用连接点之间；Μ 相共用的奇数级的快速充电电容器，被插入于上述奇数级中的所有第6半导体元件的另一 端、与奇数级的直流电压源的正极端和第2半导体元件的共用连接点之间；以及Μ相的电压 选择电路，将基本电路的第2、第3半