CN207994905U

CN207994905U - 一种Bus电容的均压电路

Info

Publication number: CN207994905U
Application number: CN201820387640.6U
Authority: CN
Inventors: 曾祥幼; 胡舜涛; 张�杰
Original assignee: Shanghai Lu Core Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Lu Core Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2018-10-19
Anticipated expiration: 2028-03-21

Abstract

本实用新型公开了一种Bus电容的均压电路。本实用新型的Bus电容的均压电路，包括：均压电路包括第一晶体管、第二晶体管、第一电阻组、第二电阻组、第三电阻组、第四电阻组、第五电阻组和第六电阻组，用于对串联连接的第一电容和第二电容进行均压。本实用新型的Bus电容的均压电路，用于对Bus电容内串联连接的两个电容进行均压，能够提高均压效果，并且具有较高的可靠性。

Description

一种Bus电容的均压电路

技术领域

本实用新型涉及电源设备技术领域，尤其涉及一种Bus电容的均压电路。

背景技术

在新能源领域中，最关键的技术环节是对电源的能量转换，而在能量转换技术中，Bus电容则是能量转换的支撑器件。Bus电容的容值决定了能量转换的稳定性和能量转换效率，即Bus电容的容值越大，能量转换的前后端电压越稳定，输出谐波越小，电容上的纹波也越小，因此，Bus电容器件寿命也越长。

然而，Bus电容在使用时，其容值和耐压值需要保持平衡。目前工业电源和设备类行业中应用的Bus电容通常需要600V～700V电压，而常规电解电容的耐压值仅为500V，因此，需要按实际功率需求将多个电容通过串联和并联组合的方式构成Bus电容，以增加Bus电容的容值，并且保证每个电容的耐压值。

但是，由于每个电容的等效串联阻抗(英文名称：Equivalent SeriesResistance，英文缩写：ESR)参数是不同的，在电容串联使用时，若不对其进行均压处理，会出现ESR值较大的电容承受较高的电压。一旦ESR值的偏差较大时，有可能导致该电容承受的电压值高于其耐压值，出现过压炸毁的风险。

现有的对Bus电容的常规均压方式是将串联使用的电容各并联一个阻值相同的大阻值电阻，从而使得串联的电容的电压值基本相同。但这种方式存在两个方面的问题：1.每个电阻的实际阻值一般有1％～5％的误差，导致串联使用的电容仍有不均压现象。2.这种方式对于需要将串联点引出作为N线中点参与后续的能量转换是不可行的，因为该点电压需要几乎稳定。

因此，针对现有的Bus电容的均压效果不良的问题，需要提供一种均压效果好、可靠性高的Bus电容的均压电路。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种Bus电容的均压电路，用于对Bus电容内串联连接的两个电容进行均压，能够提高均压效果，并且具有较高的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种Bus电容的均压电路，Bus电容包括第一电容和第二电容，第一电容的第一端和第二电容的第一端连接，均压电路包括第一晶体管和第二晶体管；

第一晶体管的集电极串联第一电阻组后与第一电容的第二端连接，第一晶体管的基极与第二晶体管的基极连接，第一晶体管的发射极与第二晶体管的发射极连接后与第一电容和第二电容的连接点连接，第二晶体管的集电极串联第二电阻组后与第二电容的第二端连接；

第一晶体管的集电极和发射极之间连接有第三电阻组，第二晶体管的集电极和发射极之间连接有第四电阻组；第一电容的第二端和第二电容的第二端之间连接有第五电阻组和第六电阻组，第一晶体管和第二晶体管的基极分别连接于第五电阻组和第六电阻组的连接点上。

进一步地，第一晶体管为NPN型晶体管，第二晶体管为PNP型晶体管。

进一步地，第一电阻组、第二电阻组、第三电阻组和第四电阻组的阻值相同。

进一步地，第五电阻组和第六电阻组的阻值相同。

进一步地，第一电阻组、第二电阻组、第三电阻组、第四电阻组、第五电阻组和第六电阻组分别包括一个或多个电阻；当电阻为多个时，多个电阻通过串联和/或并联连接为电阻组。

本实用新型的Bus电容的均压电路，能够用于对Bus电容内串联连接的第一电容和第二电容进行均压，使得第一电容和第二电容之间的电压差值小于0.8V，并且将第一电容和第二电容的连接点的电压稳定于Bus电容电压的一半，尤其适用于需要将该连接点引出作为N线中点参与后续的能量转换的设备。

附图说明

图1为本实用新型的Bus电容均压电路的电路结构示意图；

图2为图1处于一种工作状态下的等效电路图；

图3为图2处于另一种工作状态下的等效电路图；

图4为本实用新型一个实施例的Bus电容均压电路的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的Bus电容的均压电路，其应用于一种Bus电容，该Bus电容包括第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1的第一端和第二电容C2的第一端连接，形成第一电容C1和第二电容C2的连接点N。均压电路主要包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，其中，第一晶体管Q1可以为NPN型晶体管，第二晶体管Q2看可以为PNP型晶体管。在本实用新型实施例中，第一晶体管Q1的集电极串联第一电阻组RD1后与第一电容C1的第二端连接，形成连接点E。第一晶体管Q1的基极与第二晶体管Q2的基极连接，第一晶体管Q1的发射极与第二晶体管Q2的发射极连接后形成连接点N，连接点M与第一电容和第二电容的连接点N连接，第二晶体管Q2的集电极串联第二电阻组RD4后与第二电容C2的第二端连接，形成连接点F。第一晶体管Q1的集电极和发射极之间连接有第三电阻组RD2，第二晶体管Q2的集电极和发射极之间连接有第四电阻组RD3。第一电容C1的第二端和第二电容C2的第二端之间连接有第五电阻组RB1和第六电阻组RB2，第五电阻组RB1和第六电阻组RB2串联后形成连接点A。第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的基极分别连接于第五电阻组RB1和第六电阻组RB2的连接点A上。

需要说明的是，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2还可以被替换为型号不同的MOS管或者IGBT器件。

在本实用新型实施例中，第一电阻组RD1、第二电阻组RD4、第三电阻组RD2和第四电阻组RD3的阻值相同。第五电阻组RB1和第六电阻组RB2的阻值相同。其中，由于电阻参数的不完全一致性，电阻组的阻值可以存在1％的误差。

在本实用新型实施例中，Bus电容的电压可以设置为U_EF＝600V。当第一电容C1和第二电容C2的参数不一致时，会有两种情况：情况1：U_C1＞U_C2；情况2：U_C1＜U_C2。下面，分别针对上述两种情况，说明本实用新型的工作原理。

情况1：由于第一电容C1和第二电容C2的参数不一致，导致第一电容C1两端的电压U_C1＝U_EN＝310V，第二电容C1两端的电压U_C2＝U_NF＝290V。可知，U_EM＝310V，U_A≈300V，U_M≈290V。

根据图1可计算得到：

I_O2＝U_EF/(RD1+RD2+RD3+RD4)。

U_M2＝(RD3+RD4)*I_O1＝(RD3+RD4)*U_EF/(RD1+RD2+RD3+RD4)≈1/2*U_EF

因此，对于第一晶体管Q1而言：

U_{Q1_BE}＝U_A-U_M＝10V>V_th

其中，V_th为第一晶体管Q1开启阈值电压，一般V_th≈0.8V。

此时，第一晶体管Q1的集电极和发射极导通。

而对于第二晶体管Q2而言：

U_{Q2_EB}＝U_M-U_A＝-10V<Vth

此时，第二晶体管Q2的集电极和发射极截止。

根据上述计算，可以得到图1在该情况下的等效电路如图2所示。

根据图2可计算得到：

I_O3＝U_EF/(RD1+RD3+RD4)。

U_M3＝(RD3+RD4)*I_O1＝(RD3+RD4)*U_EF/(RD1+RD3+RD4)≈2/3*U_EF

根据计算结果可知，IO3>IO2且UM3>UM2，因此，图2中的连接点M处的电压增大，当U_M逐渐增大到300V左右时，对于第一晶体管Q1而言：

U_{Q1_BE}＝U_A-U_M≈0<Vth

此时，第一晶体管Q1的集电极和发射极断开，U_M＝U_A＝300V，对于第一电容C1和第二电容C2均压完成。

情况2：由于第一电容C1和第二电容C2的参数不一致，导致第一电容C1两端的电压U_C1＝U_EN＝290V，第二电容C1两端的电压U_C2＝U_NF＝310V。可知，U_EM＝290V，U_A≈300V，U_M≈310V。

根据图1可计算得到：

I_O2＝U_EF/(RD1+RD2+RD3+RD4)。

U_M2＝(RD3+RD4)*I_O1＝(RD3+RD4)*U_EF/(RD1+RD2+RD3+RD4)≈1/2*U_EF

因此，对于第一晶体管Q1而言：

U_{Q1_BE}＝U_A-U_M＝-10V<V_th

此时，第一晶体管Q1的集电极和发射极截止。

而对于第二晶体管Q2而言：

U_{Q2_EB}＝U_M-U_A＝10V>V_th

此时，第二晶体管Q2的集电极和发射极导通。

据上述计算，可以得到图1在该情况下的等效电路如图3所示。

根据图3可计算得到：

I_O4＝U_EF/(RD1+RD2+RD4)。

U_M4＝RD4*IO1＝RD4*U_EF/(RD1+RD2+RD4)≈1/3*U_EF

根据计算结果可知，IO4>IO2且UM4<UM2，因此，图3中的连接点M处的电压减小，当U_M逐渐减小到300V左右时，对于第二晶体管Q2而言：

U_{Q2_EB}＝U_M-U_A≈0<V_th

此时，第二晶体管Q2的集电极和发射极断开，U_M＝U_A＝300V，对于第一电容C1和第二电容C2均压完成。

综合以上两种假设情况，当出现U_BUS＝U_C1+U_C2，且U_C1≠U_C2时，本实用新型的Bus电容的均压电路，能够简单有效的将第一电容C1和第二电容C2两端的电压均压，使得第一电容C1和第二电容C2两端的电压差小于V_th≈0.8V。

在实用新型实施例中，第一电阻组RD1、第二电阻组RD4、第三电阻组RD2、第四电阻组RD3、第五电阻组RB1和第六电阻组RB2可以如图1所示分别包括一个电阻，还可以如图4所示包括多个电阻。

如图4所示，当电阻为多个时，多个电阻可以通过串联、并联，以及串联和并联组合的方式连接为电阻组。

具体地，第一电阻组RD1可以包括电阻R7、R8、R11、R12，可以将串联连接的电阻R7、R8与串联连接的电阻R11、R12并联连接，然后形成第一电阻组RD1。

第二电阻组RD4可以包括电阻R9、R10、R17、R18，可以将串联连接的电阻R9、R10与串联连接的电阻R17、R18并联连接，然后形成第二电阻组RD4。

第三电阻组RD2可以包括电阻R13、R14，电阻R13、R14串联连接。

第四电阻组RD3可以包括电阻R15、R16，电阻R15、R16串联连接。

第五电阻组RB1可以包括电阻R1、R2、R3，电阻R1、R2、R3串联连接。

第六电阻组RB2可以包括电阻R4、R5、R6，电阻R4、R5、R6串联连接。

需要说明的是，每个电阻组内的数量和连接方式还可以与图4中不同，只要是能够满足第一电阻组RD1、第二电阻组RD4、第三电阻组RD2和第四电阻组RD3的阻值相同，第五电阻组RB1和第六电阻组RB2的阻值相同即可。

综上所述，本实用新型的Bus电容的均压电路，可以用于对工业电源和设备类中的Bus电容内串联连接的第一电容和第二电容进行均压，使得第一电容和第二电容之间的电压差值小于0.8V，并且将第一电容和第二电容的连接点的电压稳定于Bus电容电压的一半，尤其适用于需要将该连接点引出作为N线中点参与后续的能量转换的设备。另外，本实用新型的Bus电容的均压电路，还可以适用于电容的参数差异较大的情况，实现自动均压，无需软件和人工的参与。

以上，仅为本实用新型的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本实用新型的工作原理的基础上，可以对本实用新型作出多种改进，这均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种Bus电容的均压电路，所述Bus电容包括第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端和所述第二电容的第一端连接，其特征在于，所述均压电路包括第一晶体管和第二晶体管；

所述第一晶体管的集电极串联第一电阻组后与所述第一电容的第二端连接，所述第一晶体管的基极与所述第二晶体管的基极连接，所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的发射极连接后与所述第一电容和所述第二电容的连接点连接，所述第二晶体管的集电极串联第二电阻组后与所述第二电容的第二端连接；

所述第一晶体管的集电极和发射极之间连接有第三电阻组，所述第二晶体管的集电极和发射极之间连接有第四电阻组；所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端之间连接有第五电阻组和第六电阻组，所述第一晶体管和所述第二晶体管的基极分别连接于所述第五电阻组和所述第六电阻组的连接点上。

2.如权利要求1所述的Bus电容的均压电路，其特征在于，所述第一晶体管为NPN型晶体管，所述第二晶体管为PNP型晶体管。

3.如权利要求1所述的Bus电容的均压电路，其特征在于，所述第一电阻组、所述第二电阻组、所述第三电阻组和所述第四电阻组的阻值相同。

4.如权利要求1所述的Bus电容的均压电路，其特征在于，所述第五电阻组和所述第六电阻组的阻值相同。

5.如权利要求1所述的Bus电容的均压电路，其特征在于，所述第一电阻组、所述第二电阻组、所述第三电阻组、所述第四电阻组、所述第五电阻组和所述第六电阻组分别包括一个或多个电阻；当所述电阻为多个时，多个所述电阻通过串联和/或并联连接为电阻组。