一種直流母線電容均壓裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種直流母線電容均壓裝置，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。本實(shí)用新型的直流母線電容均壓裝置，所述直流母線電容包括串聯(lián)后并聯(lián)于直流母線正、負(fù)極之間的第一電容、第二電容，第一電容和第二電容的電容大小相等，第一電容的一端與直流母線正極連接，第二電容的一端與直流母線的負(fù)極連接，所述均壓裝置包括分別與第一電容、第二電容并聯(lián)的第一支路、第二支路；所述均壓裝置還包括取樣調(diào)整電路，該取樣調(diào)整電路可根據(jù)所述第一電容與第二電容的中點(diǎn)電壓以及母線電壓，對(duì)第二支路的電阻進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得第一電容兩端電壓和第二電容兩端電壓相等。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型技術(shù)方案具有功率損耗低，均壓效果顯著，成本低且體積小的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種直流母線電容均壓裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種直流母線電容均壓裝置，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、煤炭等資源的不斷減少，以及全球氣候變暖的嚴(yán)峻形勢(shì)，節(jié)能、環(huán)保已經(jīng)成為目前社會(huì)一個(gè)重要的課題，為了這個(gè)目的，越來(lái)越多的電力電子設(shè)備用于人們的生產(chǎn)生活中。大容量電容在電力電子設(shè)備中一般會(huì)出現(xiàn)在直流母線上作為濾波電容，出于母線電壓高或設(shè)備采用三電平拓?fù)涞仍?，很多產(chǎn)品會(huì)把額定電壓較低的電容串聯(lián)后接到母線上，從而滿足高母線電壓的要求或是為三電平拓?fù)涮峁┲悬c(diǎn)電壓。由于電容自身都存在一定的漏電流，等效于有一個(gè)電阻與電容并聯(lián)，該電阻我們稱為絕緣電阻，如果不做處理直接把電容串聯(lián)后接到母線上，由于每個(gè)電容的絕緣電阻都有一定的差異，會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)的電容兩端電壓出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，特別是當(dāng)使用時(shí)間長(zhǎng)或者環(huán)境改變后，絕緣電阻會(huì)變得更加不對(duì)稱，從而可能出現(xiàn)更嚴(yán)重的不平衡電壓，而導(dǎo)致其中一個(gè)電容承受的電壓過(guò)高而損壞。
[0003]如圖1所示，電容Cl、C2串聯(lián)后并聯(lián)于母線上，電容Cl、C2 一般為相同型號(hào)的電容，Rp、Rq分別為兩個(gè)電容的絕緣電阻(為了方便理解電容Cl、C2的絕緣電阻Rp、Rq，本申請(qǐng)的說(shuō)明書附圖中均將絕緣電阻Rp、Rq如圖1 一樣表示了出來(lái)，實(shí)際的電路圖中是不存在的，其絕緣電阻Rp、Rq為電容Cl、C2內(nèi)部電阻)，如果不加任何措施，那么電容Cl、C2的兩端電壓 Ul、U2 的值取決于絕緣電阻 Rp、RqJP Ul= Rp / (Rp+Rq)，U2= Rq / (Rp+Rq)，雖然Cl、C2為相同型號(hào)電容，但是無(wú)論哪種電容其不同個(gè)體絕緣電阻都會(huì)存在一定的差異，即Rp ^ Rq,導(dǎo)致Ul ^ U2,從公式中可知，Rp、Rq差異較大，就會(huì)造成Ul、U2的電壓差較大，那就必須選擇耐壓較高的電容，這樣就失去了串聯(lián)的意義，現(xiàn)有技術(shù)一般在Cl、C2兩端各自并聯(lián)一個(gè)電阻Rl、R2，電阻Rl、R2的阻值根據(jù)所使用的電容等效電阻的最小估算值選擇其1/5或更小，從而使U1、U2的值取決于R1、R2，從而達(dá)到均壓的目的，這種方式有時(shí)需要選擇阻值較小Rl、R2，在母線電壓較高的時(shí)候，在Rl、R2上就會(huì)產(chǎn)生不小的功耗，并且均壓效果也需取決于所選Rl、R2電阻的精度。當(dāng)應(yīng)用到如光伏逆變器中時(shí)，其母線電壓一般都很高，有的可達(dá)到1000V，這樣在均壓電阻上會(huì)產(chǎn)生較大的功率損耗，降低效率，而且由于較大的功率損耗不得不選擇功率很大的電阻，增大了體積和成本，且由于功率電阻的誤差(大功率電阻精度一般較差)，均壓效果不一定理想。
[0004]為了解決上述問題，一份中國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?201310271104.1，
【公開日】為2013-10-2)公開了一種低損耗串聯(lián)電容均壓裝置，將兩MOS管Ql和Q2與電容器組Cl和C2并聯(lián)，再將一電阻Rl與電容器組Cl和C2的中點(diǎn)電連接，從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電容均壓設(shè)置。但該技術(shù)方案由于MOS管的開通閥值的存在，必然導(dǎo)致中點(diǎn)不可能完全平衡，存在一定凈差。另外由于MOS管驅(qū)動(dòng)需要有一定的驅(qū)動(dòng)功率，該技術(shù)方案的MOS管驅(qū)動(dòng)源為高阻抗，會(huì)影響其響應(yīng)速度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種直流母線電容均壓方法及裝置，其具有功率損耗低，均壓效果顯著，成本低且體積小的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種直流母線電容均壓方法，所述直流母線電容包括串聯(lián)后并聯(lián)于直流母線正、負(fù)
[0008]極之間的第一電容、第二電容，第一電容和第二電容的電容大小相等，第一電容的一端與直流母線正極連接，第二電容的一端與直流母線的負(fù)極連接，設(shè)置分別與第一電容、第二電容并聯(lián)的第一支路、第二支路，根據(jù)所述第一電容與第二電容的中點(diǎn)電壓以及母線電壓，對(duì)第二支路的電阻進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得第一電容兩端電壓和第二電容兩端電壓相等。
[0009]上述技術(shù)方案中，對(duì)第二支路的電阻調(diào)整可利用現(xiàn)有的膜式、線繞式等可變電阻器實(shí)現(xiàn)，為了能使中點(diǎn)電壓達(dá)到完全平衡，進(jìn)一步地，本實(shí)用新型通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)對(duì)第二支路的電阻進(jìn)行調(diào)整:在第二支路中設(shè)置一個(gè)三極管或一個(gè)MOS管，所述三極管/MOS管的集電極/漏極連接第一電容與第二電容的中點(diǎn)，所述三極管/MOS管的發(fā)射極/源極連接直流母線的負(fù)極，通過(guò)對(duì)所述三極管/MOS管的發(fā)射極/源極輸入不同的驅(qū)動(dòng)電壓，使得所述三極管/MOS管的電阻改變，進(jìn)而改變第二支路的電阻。
[0010]為了降低成本，避免使用微處理器、單片機(jī)等昂貴的元器件，更進(jìn)一步地，本實(shí)用新型對(duì)所述三極管/MOS管的發(fā)射極/源極輸入不同的驅(qū)動(dòng)電壓，通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):分別以采樣得到的第一電容與第二電容的中點(diǎn)電壓信號(hào)、母線電壓信號(hào)作為一運(yùn)算放大器的反相輸入、同相輸入，以所述運(yùn)算放大器的輸出信號(hào)作為所述三極管/MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)。
[0011 ] 一種直流母線電容均壓裝置，所述直流母線電容包括串聯(lián)后并聯(lián)于直流母線正、負(fù)
[0012]極之間的第一電容、第二電容，第一電容和第二電容的電容大小相等，第一電容的一端與直流母線正極連接，第二電容的一端與直流母線的負(fù)極連接，所述均壓裝置包括分別與第一電容、第二電容并聯(lián)的第一支路、第二支路；所述均壓裝置還包括取樣調(diào)整電路，該取樣調(diào)整電路可根據(jù)所述第一電容與第二電容的中點(diǎn)電壓以及母線電壓，對(duì)第二支路的電阻進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得第一電容兩端電壓和第二電容兩端電壓相等。
[0013]優(yōu)選地，所述第一支路包括第一電阻，所述第二支路包括一個(gè)三極管或一個(gè)MOS管，所述三極管/MOS管的集電極/漏極連接第一電容與第二電容的中點(diǎn)，所述三極管/MOS管的發(fā)射極/源極連接直流母線的負(fù)極，所述三極管/MOS管的基極/門極連接所述取樣調(diào)整電路的輸出端。
[0014]進(jìn)一步地，所述取樣調(diào)整電路包括第三?第六電阻、運(yùn)算放大器，第三、第四電阻串聯(lián)后連接于直流母線正極、負(fù)極之間，第五、第六電阻串聯(lián)后連接于第一電容與第二電容的中點(diǎn)和直流母線負(fù)極之間，第三和第四電阻的中點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第五和第六電阻的中點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述三極管/MOS管的基極/門極連接；所述第一電阻的電阻值小于第一電容的絕緣電阻和第二電容的絕緣電阻中的較小值，且所述第三?第六電阻的電阻值R3?R6滿足以下公式:
[0015]2*R4/ (R3+R4) =R6/ (R5+R6)。
[0016]優(yōu)選地，所述第二支路還包括電阻值小于第一電阻的第二電阻，第二電阻連接于三極管/MOS管的集電極/漏極和第一電容與第二電容的中點(diǎn)之間。
[0017]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的各技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0018]本實(shí)用新型的低阻驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度快，中點(diǎn)電壓完全平衡，基本無(wú)凈差，均壓效果顯著，并能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，精度高，耐壓性能高，可靠性高，功率損耗低，且本實(shí)用新型的成本較低。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為現(xiàn)有直流母線電容均壓技術(shù)的原理示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型直流母線電容均壓裝置的原理示意圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型直流母線電容均壓裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使公眾能充分了解本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果， 申請(qǐng)人:將在下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】詳細(xì)描述，但 申請(qǐng)人:對(duì)實(shí)施例的描述不是對(duì)技術(shù)方案的限制，任何依據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思作形式而非實(shí)質(zhì)的變化都應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0023]本實(shí)用新型的思路是為要均壓的兩個(gè)串聯(lián)電容分別設(shè)置并聯(lián)的兩個(gè)支路，并根據(jù)兩電容的中點(diǎn)電壓以及母線電壓，利用取樣調(diào)整電路對(duì)其中一個(gè)或兩個(gè)支路的電阻進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得兩個(gè)串聯(lián)電容兩端電壓相等。其原理如圖2所示。
[0024]要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案，最簡(jiǎn)單的方式是在至少一個(gè)支路中設(shè)置可變電阻器，并采用傳統(tǒng)的反饋控制電路對(duì)兩電容的中點(diǎn)電壓以及母線電壓進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣結(jié)果控制可變電阻器的電阻大小。然而，此方法成本高、電路復(fù)雜。
[0025]為此，本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案是利用三極管(或者M(jìn)OSFET)本身可作為可變電阻的特性，通過(guò)運(yùn)算放大器在負(fù)反饋工作下驅(qū)動(dòng)三極管(或者M(jìn)OSFET)，從而使兩串聯(lián)電容兩端的電壓趨于平衡。下面對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]本優(yōu)選實(shí)施例中，直流母線電容均壓裝置的電路如圖3所示。電容Cl、C2串聯(lián)后并聯(lián)在母線上，其均壓裝置如圖所示，電阻Rl構(gòu)成的的并聯(lián)支路I與電容Cl并聯(lián)，由電阻R2與晶體管Q組成的并聯(lián)支路2與電容C2并聯(lián)，一取樣調(diào)整電路連接母線和電容C1、C2的中點(diǎn)分別取樣母線電壓和電容中點(diǎn)電壓，并控制并聯(lián)支路2的電阻。
[0027]所述晶體管Q可為三極管或MOSFET管。
[0028]取樣調(diào)整電路由電阻R3、R4、R5、R6以及運(yùn)算放大器U組成。電阻R2的一端與電阻Rl相連，電阻R2的另一端與三極管(或者M(jìn)OSFET管)Q的集電極(或者M(jìn)OSFET管的漏極)相連，三極管(或者M(jìn)OSFET管)Q的發(fā)射極(或者M(jìn)OSFET管的源極)接母線負(fù)端。電阻R3的一端與電阻Rl的一端相連后連接于母線正端，電阻R3的另一端與電阻R4的一端相連后與運(yùn)算放大器U反相輸入端相連，電阻R5的一端與電阻Rl的另一端相連后連接于母線電容C1、C2中點(diǎn)，電阻R5的另一端與電阻R6的一端連接后接運(yùn)算放大器正相輸入端(或稱同相輸入端)，電阻R4另一端與電阻R6的另一端共同接母線負(fù)端，運(yùn)算放大器U的輸出端與三極管(或者M(jìn)OSFET管)Q的基極(或者M(jìn)OSFET管的門極)相連。
[0029]由于三極管(或者M(jìn)0SFET)的等效電阻由基極(或門極)的驅(qū)動(dòng)電流(或電壓)決定，在本例中三極管(或者M(jìn)OSFET )采用NPN型(或者N型MOSFET )，運(yùn)算放大器的輸出驅(qū)動(dòng)需要正電壓才能使其工作，母線上電開始就應(yīng)該使運(yùn)算放大器的正相輸入端電壓大于反向輸入端電壓，所以Rl的阻值應(yīng)比根據(jù)實(shí)際電容估算的最小絕緣電阻阻值略小，R3、R4、R5、R6的取值由公式2*R4/ (R3+R4)=R6/ (R5+R6)確定。并且最好令R3、R5的阻值遠(yuǎn)大于Rl的阻值，從而使得取樣電路對(duì)Cl、C2并聯(lián)支路的電阻幾乎無(wú)影響。R2的取值應(yīng)小于Rl，一般可取其1/2左右，這樣C2的并聯(lián)支路的電阻調(diào)整范圍比較寬，可以達(dá)到R1/2、0°。
[0030]母線上電后，設(shè)母線電壓為Udc，由于剛開始三極管(或者M(jìn)OSFET)處于開路狀態(tài)，C2并聯(lián)支路的電阻為+ °°，由于Cl并聯(lián)支路有電阻Rl，取合適的Rl值，使Cl兩端電壓Ul小于C2兩端電壓U2，此時(shí)運(yùn)算放大器正相輸入端電壓U+=U2*R6/ (R5+R6)，U_=Udc*R4/(R3+R4)，由于 U1<U2, Ul+U2=Udc,則 U2>U/2，再由 2*R4/ (R3+R4) =R6/ (R5+R6)，可得到U+>U-，此時(shí)運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)三極管(或者M(jìn)0SFET)工作，使得C2并聯(lián)支路的電阻由+⑴逐漸變小，此時(shí)電壓U2也逐漸變小，直到U2=Udc/2，此時(shí)U+=U-，電路平衡，這樣就達(dá)到了均壓的目的，理論上理想運(yùn)算放大器能夠使Cl、C2兩端電壓完全相等，但是由于運(yùn)算放大器存在一定的偏置電壓和偏置電流，取樣電阻也有精度，所以U1、U2有一定偏差，但仍可能極大改善現(xiàn)有技術(shù)帶來(lái)的電壓偏差，并且電路的功耗較小。
[0031]此外，需要說(shuō)明的是，考慮到現(xiàn)有三極管(或者M(jìn)0SFET)的漏電流存在，等于在并聯(lián)支路2上并有一電阻，如果三極管(或者M(jìn)0SFET)的漏電流較大會(huì)導(dǎo)致中點(diǎn)電壓始終低于1/2母線電壓。為了保證中點(diǎn)電壓能大于1/2母線電壓，本實(shí)施例中在并聯(lián)支路2中設(shè)置有電阻R2。另外對(duì)于需要進(jìn)行中點(diǎn)控制的類似三電平拓樸，如果中點(diǎn)控制不好，導(dǎo)致三極管(或者M(jìn)0SFET)開通時(shí)流過(guò)較大電流，會(huì)使其損壞。因此也需要在并聯(lián)支路2中設(shè)置有電阻R2。實(shí)際上也可以在該支路中僅設(shè)置三極管(或者M(jìn)0SFET)，也可達(dá)到一定的均壓效果。
【權(quán)利要求】
1.一種直流母線電容均壓裝置，所述直流母線電容包括串聯(lián)后并聯(lián)于直流母線正、負(fù)極之間的第一電容、第二電容，第一電容和第二電容的電容大小相等，第一電容的一端與直流母線正極連接，第二電容的一端與直流母線的負(fù)極連接，所述均壓裝置包括分別與第一電容、第二電容并聯(lián)的第一支路、第二支路；其特征在于，所述均壓裝置還包括取樣調(diào)整電路，該取樣調(diào)整電路可根據(jù)所述第一電容與第二電容的中點(diǎn)電壓以及母線電壓，對(duì)第二支路的電阻進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使得第一電容兩端電壓和第二電容兩端電壓相等。
2.如權(quán)利要求1所述直流母線電容均壓裝置，其特征在于，所述第一支路包括第一電阻，所述第二支路包括一個(gè)三極管或一個(gè)MOS管，所述三極管/MOS管的集電極/漏極連接第一電容與第二電容的中點(diǎn)，所述三極管/MOS管的發(fā)射極/源極連接直流母線的負(fù)極，所述三極管/MOS管的基極/門極連接所述取樣調(diào)整電路的輸出端。
3.如權(quán)利要求2所述直流母線電容均壓裝置，其特征在于，所述第二支路還包括電阻值小于第一電阻的第二電阻，第二電阻連接于三極管/MOS管的集電極/漏極和第一電容與第二電容的中點(diǎn)之間。
4.如權(quán)利要求3所述直流母線電容均壓裝置，其特征在于，所述第二電阻的電阻值為第一電阻電阻值的一半。
5.如權(quán)利要求2所述直流母線電容均壓裝置，其特征在于，所述取樣調(diào)整電路包括第三?第六電阻、運(yùn)算放大器，第三、第四電阻串聯(lián)后連接于直流母線正極、負(fù)極之間，第五、第六電阻串聯(lián)后連接于第一電容與第二電容的中點(diǎn)和直流母線負(fù)極之間，第三和第四電阻的中點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，第五和第六電阻的中點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述三極管/MOS管的基極/門極連接；所述第一電阻的電阻值小于第一電容的絕緣電阻和第二電容的絕緣電阻中的較小值，且所述第三?第六電阻的電阻值R3?R6滿足以下公式:
2*R4/ (R3+R4) =R6/ (R5+R6)。
【文檔編號(hào)】G05F1/56GK204203829SQ201420707159
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】譚飛, 王劍國(guó), 王峰 申請(qǐng)人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠）