CN211606095U - 电位平衡电路和电子电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电位平衡电路和电子电路，用于在至少两个串联连接的电容器(C1，C2)中使直流电压负载对称的电位平衡电路(10)具有：具有至少两个电阻(R1，R2)的分压器(14)，所述分压器用于并联连接到所述至少两个串联连接的电容器上，所述分压器构成用于，针对所述至少两个串联连接的电容器的预设的连接部位(16)，提供电的比较电位；设有用于连接到所述连接部位上的连接部位端子，其中所述电位平衡电路构成用于，检测所述连接部位端子上的电的工作电位，将所述工作电位与所述比较电位比较，并且根据所述比较将补偿电流馈入到所述连接部位端子中，以使所述至少两个串联连接的电容器的直流电压负载对称。

Description

电位平衡电路和电子电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于在至少两个串联连接的电容器中使直流电压负载对称的电位平衡电路，其具有用于并联连接到至少两个串联连接的电容器上的分压器，所述分压器具有至少两个电阻，所述分压器构成用于，为所述至少两个串联连接的电容器的预设的连接部位提供比较电位。此外，本实用新型还涉及一种电子电路，所述电子电路具有至少两个串联连接的电容器，所述电容器在常规的运行中被加载有直流电压。

背景技术

基本上在电子技术中广泛使用串联连接的电容器，使得对此不需要单独的文献证明。电容器出于各种各样的原因被串联连接，例如为了能够实现预设的耐压强度、能够通过串联连接的电容器实现预设的电容值等。尤其是，当串联连接的电容器被加载有大于串联连接的电容器中的单个电容器的额定电压的电压时，会出现如下问题：所述电压不均匀地分布到串联连接的电容器上和从而会出现串联连接的电容器中的被加载有较大份额的所施加的电压的电容器过载。

串联连接的电容器的不均匀的电压加载尤其会通过如下方式产生：串联连接的电容器具有不同的电容值、提供不同的漏电流、由于公差而存在串联连接的电容器的不利的组合等。除此之外，其它效应，例如老化、环境温度等也会影响串联连接的电容器的均匀的电压加载。

这在使用电解电容器时证实是特别关键的，所述电解电容器通常不仅具有大的公差而且尤其也具有大的漏电流。特别是，这些问题在电解电容器串联连接时表现出来，所述电解电容器用于使施加到由电解电容器构成的串联电路上的直流电压稳定。

为了减少上述问题，在现有技术中已知的是，将由电阻构成的串联电路与串联连接的电容器并联连接并且将串联连接的电容器的连接部位连接到串联连接的电阻的中间抽头上。由此，在适当地设计电阻的情况下能够改进针对串联连接的电容器的直流电压负载的对称化。即使该设计方案改善了串联连接的电容器在直流电压方面的改进的负载，但是仍存在缺点。因此，一方面需要将串联电路的电阻设计为，使得穿过串联电路的电流明显大于串联连接的电容器的可能的漏电流。特别在例如大于60V的直流电压的情况下，会需要将穿过分压器的电流选择得大到使得在电阻上产生显著的损耗功率。随着施加到串联连接的电容器上的直流电压的大小增大，这些电阻的相应的损耗功率也大致二次方地增加。

现今，许多应用设计为：在大约400V至大约800V的范围中的直流电压必须借助于串联连接的电容器来稳定。通常，这些电容器构成为电解电容器。因此，由于使直流电压加载对称的上述方法产生所不期望高的损耗功率，所述损耗功率尤其因电阻的串联电路引起。

恰好在设置用于稳定例如功率电子的中间回路等中的经整流的电网电压的电解电容器中，通常针对电解电容器设置大约400V至大约450V 的额定电压。如果例如整流三相交流电网的交流电压如所述三相交流电网通常在低压的范围中具有400V那样，那么在此会出现在通常大约565V 至最大甚至750V的范围中的直流电压。为了能够稳定这种电压，因此上述类型的两个电解电容器通常串联连接。在两个电解电容器串联连接时，构成分压器，所述分压器尤其通过电解电容器的漏电流确定。但是因为漏电流大程度地与样本、老化和温度相关，所以需要附加的措施，以便能实现直流电压负载对串联连接的电解电容器中的每个单独的电解电容器的充分的对称化。

串联连接的电解电容器的电压通常在现有技术中通过与电解电容器并联连接的对称电阻设定，所述对称电阻构成串联电路。从借助于并联连接的电阻和电解电容器的漏电流的公差计算中，能够求出电解电容器的最小所需要的额定电压。在最大的电压加载为大约750V的情况下，能够借助于在典型的公差极限中的这种计算产生用于单个电解电容器的大约 450V的额定电压。然而，这些电解电容器的体积与类似的、其额定电压在电容相同时仅为400V的电解电容器相比更大且更昂贵。也就是说，出于设计安全性的原因，在现有技术中因此整体上容忍如下缺点：接受较高的成本和较大的结构体积。

实用新型内容

本实用新型基于如下目的，改进在至少两个串联连接的电容器中直流电压负载的对称。

作为解决方案，借助于本实用新型提出一种电路装置和一种电子电路。

有利的改进形式通过实施例的特征产生。

在这种类型的电位平衡电路方面尤其提出，该电位平衡电路具有用于连接到连接部位上的连接部位端子，其中电位平衡电路构成用于：检测连接部位端子处的工作电位；将所述工作电位与比较电位进行比较；并且根据所述比较将补偿电流馈入到连接部位端子中，以使至少两个串联连接的电容器的直流电压负载对称。

在这种类型的电子电路方面尤其提出，该电子电路具有根据本实用新型的电位平衡电路。

本实用新型基于如下基本思想，能够通过如下方式改进至少两个串联连接的电容器的直流电压负载的对称化：设有主动的调节，这允许：在常规运行期间也使至少两个串联连接的电容器中的各个电容器的直流电压负载对称。在此，证实为有利的是，在现有技术中由于由至少两个电阻构成的串联电路的设计方案所需的电流以及由此产生的损耗功率能够借助于在本实用新型中所需要的分压器显著降低。也就是说，通过主动的调节可行的是，仅从施加到至少两个串联连接的电容器上的直流电压中提取如能够实现至少两个串联连接的电容器中的各个电容器的对称的电压加载所需的那样多的能量。由此，本实用新型自然不仅适合于在电压较大时例如在高伏特范围的使用，而且尤其也适合于在多于两个的电容器串联连接时的使用。

在本公开内容的意义下，术语“高伏特”是指优选例如大于60V，尤其大于75V的电直流电压。优选地，术语“高伏特”与准则ECE R 100 一致。

术语“低压”在此尤其是指根据欧洲议会和理事会于2014年2月26 日的准则2014/35/EU的电压，所述准则用于关于在市场上提供用于使用在特定的电压极限内的电运行机构方面协调成员国的法规。

本实用新型为了主动地调节至少两个串联连接的电容器中的各个电容器的相应的直流电压负载而使用电位平衡电路。该电位平衡电路使用分压器，而不是在现有技术中使用的由电阻构成的串联电路。即，不同于现有技术，该分压器并不设置用于，本身承担对称化功能，而是仅提供比较电位，电位平衡电路能够使用所述比较电位，以便使至少两个串联连接的电容器的直流电压负载对称。分压器由此提供比较电位，所述调节能够使用所述比较电位。

出于该目的提出，分压器为至少两个串联连接的电容器的预设的连接部位提供比较电位。连接部位在两个电容器串联连接的情况下自然是如下连接部位，在所述连接部位处，这两个串联连接的电容器彼此电连接。在直流电压负载对称时，这两个串联连接的电容器中的每一个在常规运行中例如都应被加载相同的直流电压。

根据这两个串联连接的电容器在不受干扰的最优情况中均匀的电压加载，借助于分压器提供相应的比较电位作为期望值。该比较电位供电位平衡电路使用，因为该电位平衡电路相应地连接到分压器上。

此外，电位平衡电路具有连接部位端子，所述连接部位端子是可连接的或者已连接的，以便连接到连接部位上，即至少两个串联连接的电容器的预设的连接部位上。由此，至少两个串联连接的电容器的在常规的运行中的工作电位同时也供电位平衡电路使用。

在不受干扰的情况中或者在最优情况中，形成实际值的工作电位能够对应于电位平衡电路。由此，电位平衡电路能够将所检测到的工作电位与比较电位进行比较。

根据所述比较，电位平衡电路提供补偿电流，所述补偿电流被馈入到连接部位端子中。通过补偿电流，工作电位能够被改变为，使得所述工作电位基本上能够对应于比较电位。也就是说，电位平衡电路提供调节功能，所述调节功能仅需要如对于建立至少两个串联连接的电容器的直流电压负载的对称化所需要的那样多的电能。

如果仅两个电容器串联连接，那么电位平衡电路能够针对其进行调整地构成。而如果多于两个的电容器串联连接，那么电位平衡电路能够被相应地调整。也能够提出，为此设置多个电位平衡电路，所述电位平衡电路与不同的、预设的连接部位相关联。

电位平衡电路能够具有适合的电子的硬件电路，借助于所述硬件电路可实现所期望的功能性。尤其是，电位平衡电路能够包括比较电路、补偿电流电路等。但是，除此之外电位平衡电路也能够包括计算机单元，借助于所述计算机单元能够提供所期望的功能性。特别有利地，电位平衡电路整体上能够构成为集成电路，所述集成电路除了两个用于并联连接到至少两个串联连接的电容器上的运行端子外还具有至少一个用于连接到可预设的连接部位上的连接部位端子。

也就是说，借助于本实用新型不仅能够避免在现有技术中所不期望的分压器的高损耗功率，而且除此之外也可行的是，明显更精确地实现至少两个串联连接的电容器的直流电压负载的对称化。这允许，在直流电压负载方面能够明显更好地使用串联连接的电容器。

此外，借助于本实用新型也能够补偿其它效应，例如公差、温度相关的效应等，而对此不需要附加的耗费。尤其是，为此不需要单独调整根据本实用新型的电位平衡电路的设计方案。除此之外，本实用新型即使在已经存在的电子电路中也可以简单的方式加装，例如替代于已经存在的电阻的串联电路。

优选地，电位平衡电路也包括分压器。也就是说，分压器在本实用新型中相对于现有技术的串联电路能够明显更高欧姆地构成，使得因分压器引起的损耗功率相对于现有技术明显降低。由此，本实用新型甚至也特别适合于高伏特范围，尤其在标准化的低压的范围中。

也就是说，通过本实用新型不仅能够节省结构空间和成本，因为能够相应更有利地选择串联连接的电容器，而且整体上也能够提高电路的效率并从而也能够降低热负载。这同样对串联连接的电容器起正面作用，因为这些电容器不再需要针对由于并联连接的串联电路引起的外部的热负载来设计。

优选地，电位平衡电路与分压器并联连接。由此存在如下可行性：电位平衡电路不仅能够有利地被供给电能，而且其除此之外所述电位平衡电路就其功能性而言还提供施加在至少两个串联连接的电容器上的直流电压的整个电压幅度。也就是说，不仅能够实现简单的构造而且能够实现好的、高度灵活的功能性。

此外提出，电位平衡电路包括放大器，所述放大器具有放大器输入端子和放大器输出端子，所述放大器输入端子连接到分压器上，所述放大器输出端子连接到连接部位端子上。由此能够实现调整功能，所述调整功能能够在通过分压器提供的比较值和经由连接部位端子提供的工作电位之间有电位差时实现。通过放大器的适合的设计方案，放大器同时也能够一起实现比较功能性。自然，也能够设置独立的比较电路，所述比较电路提供控制信号作为输出信号，所述控制信号能够用于以根据本实用新型的适合的方式控制放大器。

放大器优选构成用于，在B类运行模式中运行。该运行模式的特征在于，在常规的运行中，如果放大器不介入，那么不需要使横向电流或静态电流流动。放大器优选通过两个串联连接的晶体管形成，所述晶体管在其控制电极处被共同地控制。尤其提出，控制电极并联连接。

在双极性晶体管作为用于放大器的晶体管时，晶体管优选在集电极电路中运行。在场效应晶体管作为晶体管时，这优选是漏极电路。尤其当晶体管的控制电极并联连接时，所述控制电极形成放大器输入端子。在双极性晶体管的情况下发射极的连接端子或者在场效应晶体管的情况下漏极端子的连接端子于是优选形成放大器输出端子。通过这种电路结构，除了放大功能之外，同时也能够实现比较功能，使得在此对于电位平衡电路而言不需要其它功能单元。

整体上，在效率高的情况下能够实现良好的调节特性。尤其是，所述调节能够是非常快的，使得也能够良好地调整关于串联连接的电容器的直流电压负载的所不期望的瞬态效应。由此能够整体上改进电子电路的可靠性。

对于双极性晶体管而言，关于电路技术例如参考H.-D.Kirschbaum的“

2”(Schaltungstechnik Teil 1，G.G.Teubner VerlagStuttgart，1976)。相应内容类似地适用于场效应晶体管。

一个改进形式提出，电位平衡电路构成用于，将至少两个串联连接的电容器放电。由此能够实现改进的安全性，尤其当电子电路例如出于维护等目的被禁用时如此。通过放电功能性能够实现：存储在至少两个串联连接的电容器中的电能减少，使得能够尽可能避免危险的状态，尤其关于电安全性方面。由此，本实用新型同样以简单的方式实现：确保电安全性，甚至改进电的安全性。

此外提出，电位平衡电路具有用于限制放大器的工作电压的电压限制单元。通过电压限制单元能够实现：放大器，尤其还有电位平衡电路，整体上得到保护免受不利的电压作用影响，例如在接通电子电路的情况下，在切断电子电路的情况下，在瞬态效应的情况下等。整体上，能够由此改进本实用新型的电路装置的可靠性。

此外提出，电路装置具有用于限制电位平衡电路的应力的负载限制单元。负载限制单元能够用于，降低电压负荷，所述电压负荷在常规的运行中会在电位平衡电路上出现。由此能够整体上更有利且更紧凑地设计电位平衡电路。负载限制单元例如能够通过一个或两个二极管形成，所述二极管连接在放大器上。

此外，还能够提出电压限制单元。电压限制单元例如能够具有一个或多个齐纳二极管，所述齐纳二极管至少部分地与电位平衡电路并联连接或者与放大器并联连接。

优选地，电路装置包括用于显示分压器处的工作电压的显示单元。该设计方案具有下述优点：能够在视觉上显示：电子电路在常规的运行中是激活的。由此能够进一步改进电安全性。

优选地，显示单元并联连接在放大器上。由此，显示单元能够构成为电位平衡电路的组成部分。整体上，由此能够实现电路装置的简化。

有利地，显示单元能够冗余地构成。由此能够实现：即使在可能有干扰的情况中也能够实现可靠的显示功能性。优选能够实现：显示单元也能够显示至少一个故障状态。由此能够进一步改进电安全性。

此外提出，电位平衡电路具有至少一个用于降低放大器的损耗功率的电阻。出于该目的，电阻能够与放大器的电压供给部串联连接。优选地，设有两个电阻，其中放大器关于其能量供给部连接在这两个电阻之间。由此，在电阻相同的情况下放大器能够关于其电位位置对称地设定。

在电子电路方面尤其提出，串联连接的电容器通过电解电容器形成。恰好在串联连接的电解电容器的情况下，根据本实用新型的电位平衡电路证实为是特别有利的，因为所述电位平衡电路能够非常有效、快速且可靠地实现使电解电容器对称地负荷直流电压。由于根据本实用新型的电位平衡电路相较于现有技术中常用的由电阻构成的串联电路产生明显更少的损耗功率，所以也能够降低电解电容器的热负载，所述热负载对于电解电容器的功能和可靠性而言是不利的。整体上，能够实现改进的电子的电路装置。

针对根据本实用新型的电位平衡电路所提出的优点和作用同样适用于根据本实用新型的电子电路，反之亦然。

附图说明

其它优点和特征从接下来参照附图对实施例的描述中得出。在附图中，相同的附图标记表示相同的特征和功能。

图1示出具有根据本实用新型的电位平衡电路的电子电路的示意性的电路图。

具体实施方式

图1以示意性的电路图示出电子电路12，所述电子电路具有两个串联连接的电容器C1，C2，所述电容器在常规的运行中被加载有直流电压。电容器C1和C2通过电解电容器形成。直流电压当前为大约565V的直流电压。电解电容器C1、C2针对大约400V的额定电压来设计。电解电容器C1、C2不仅具有相同的额定电压而且具有相同的电容。

为了使两个串联连接的电容器C1、C2的直流电压负载对称，电位平衡电路连接到串联连接的电容器C1、C2上。电位平衡电路10包括两个电阻R1、R2，所述电阻形成分压器14。分压器14并联连接到两个串联连接的电容器C1、C2上。分压器14构成用于，为预设的连接部位提供比较电位，所述连接部位这里通过这两个电解电容器C1、C2的电连接部位形成。电阻R1、R2具有相同的电阻值。

此外，电位平衡电路10包括连接部位端子18，所述连接部位端子这里连接到连接部位16上。

电位平衡电路10构成用于，检测连接部位端子18上的工作电位，将工作电位与比较电位比较并且为了使两个串联连接的电解电容器C1、C2 的直流电压负载对称，根据所述比较将补偿电流馈入到连接部位端子18 中。

出于该目的，电位平衡电路10具有放大器20，所述放大器具有放大器输入端子22，所述放大器输入端子连接到分压器14上。此外，放大器 20具有放大器输出端子24，所述放大器输出端子连接到连接部位端子18 上。放大器20与分压器14并联连接并且构成为B类放大器，也就是说，所述放大器在空闲状态中能够近似无电流地运行。

这里，放大器20包括两个双极性的晶体管TR1和TR2，其中晶体管 TR1通过NPN晶体管形成，而晶体管TR2通过PNP晶体管形成。这两个晶体管TR1和TR2在集电器电路中组成B放大器。

晶体管TR1、TR2的基极形成放大器输入端子22。晶体管TR1、TR2 的发射极经由相应的彼此电连接的电阻30、32提供放大器输出端子24。

晶体管TR1、TR2的集电极经由相应的电阻R3、R4并联连接到分压器14上。电阻R3、R4能够用于，在常规的运行中降低晶体管TR1、TR2 中的可能的损耗功率。然而，其对于本实用新型的常规的功能而言基本上不是强制性必需的。

通过上述接线，放大器20不仅反映比较功能而且同时也反映用于提供补偿电流的功能性。由此可行的是，在电解电容器C1、C2的直流电压加载不对称时，通过相应经由晶体管TR1、TR2中的相应的晶体管输送的补偿电流引起电位均衡，使得工作电位基本上对应于比较电位，所述比较电位通过分压器14提供。由此，电解电容器C1、C2于是大致加载有相同的直流电压。

为了保护放大器20免受所不期望地高的工作电压影响，这里设有电压限制单元，所述电压限制单元包括二极管D1、D2和D3。这些二极管这里是齐纳二极管并且串联连接。齐纳二极管D1、D2、D3直接连接到晶体管TR1、TR2的集电极上，使得齐纳电流同样流动穿过电阻R3、R4。由此能够实现所期望的电压限制功能。

此外，电位平衡电路10包括显示单元28，所述显示单元包括电阻 RV1、RV2、RV3和发光二极管LED1、LED2。每个发光二极管LED1、 LED2各与电阻RV1、RV3中的相应的电阻直接串联连接。相应的如此形成的串联电路与齐纳二极管D1、D3中的相应的齐纳二极管并联连接。此外，电阻RV2与齐纳二极管D2并联连接。通过这种设计方案，能够实现冗余的显示功能性。除此之外可行的是，在电位平衡电路10受干扰以及电子电路12也受干扰时，能够确保显示功能性。显示单元28因此也并联连接在放大器20上。

此外，放大器输出端子24经由负载限制单元26并联连接到齐纳二极管D2上。出于该目的，负载限制单元26包括两个串联连接的二极管34、 36，其连接端子连接到放大器输出端子24上。二极管34的阴极连接到齐纳二极管D2的阴极上，而二极管36的阳极连接到齐纳二极管D2的阳极上。由此能够实现：在电解电容器C1、C2有大的不对称电压负荷时，避免放大器20的过载，其中在所述电解电容器有大的不对称电压负荷时，连接部位16处的工作电位与参考电位偏差非常大。

除此之外，电位平衡电路10经由显示单元28提供电解电容器C1、C2的放电功能性。

电解电容器C1、C2的电压通过主动的调节对称地设定。在此，施加在相应的电解电容器C1、C2上的直流电压的对称化通过分压器14借助于电阻R1、R2确定。这些电阻仅用于测量而因此不需要如在串联电路的对称电阻的经典的设计方案中那样针对提高的要求，尤其关于最小电流来设计。由此，分压器14整体上能够通过低容错的电阻在构型小的情况下低成本地实现，以便能够提供比较电位。

如果工作电位偏离于比较电位，那么电位平衡电路10，尤其放大器 20开始通过连续地操控晶体管TR1或TR2主动地使例如因不对称的漏电流份额引起的电位偏移对称。

电阻R3和R4承担晶体管TR1或TR2上的电压降的一部分并从而承担损耗功率的一部分，所述损耗功率不再需要耗费地从晶体管TR1或TR2 导出。用于对称化的工作范围通过一方面根据齐纳二极管D1和D2的齐纳电压的总和与另一方面根据齐纳二极管D2和D3的齐纳电压的总和构成的齐纳电压来限界。

经由电阻R3和R4以及显示单元28，同时实现无源的放电路径，经由所述无源的放电路径能够使电解电容器C1、C2放电。

借助于发光二极管LED1、LED2同时也能够显示：直流电压施加在串联连接的电解电容器C1、C2上。如果电阻R3和R4通过相应的并联电路实现，那么可借助于其它电路实现显示功能性的冗余的实现。

通过本实用新型可行的是，实现针对所规定的使用具有更小的耐压强度的电解电容器。提出，电解电容器C1、C2的额定电压在该实施例中为大约400V。

所述实施例仅用于产生本实用新型而不应限制本实用新型。

Claims (14)

1.一种电位平衡电路(10)，用于在至少两个串联连接的电容器中使直流电压负载对称，所述电位平衡电路具有：

-用于并联连接到所述至少两个串联连接的电容器上的分压器(14)，所述分压器具有至少两个电阻，所述分压器构成用于，为所述至少两个串联连接的电容器的预设的连接部位(16)提供比较电位，

其特征在于，

-设有用于连接到所述连接部位(16)上的连接部位端子(18)，其中所述电位平衡电路(10)构成用于，检测所述连接部位端子(18)上的工作电位，将所述工作电位与所述比较电位比较，并且根据所述比较将补偿电流馈入到所述连接部位端子(18)中，以使所述至少两个串联连接的电容器的直流电压负载对称。

2.根据权利要求1所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述电位平衡电路(10)包括放大器(20)，所述放大器具有放大器输入端子(22)和放大器输出端子(24)，所述放大器输入端子连接到所述分压器(14)上，所述放大器输出端子连接到所述连接部位端子(18)上。

3.根据权利要求2所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述放大器(20)与所述分压器(14)并联连接。

4.根据权利要求2或3所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述放大器(20)构成用于，在B类运行模式中运行。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述电位平衡电路(10)构成用于，使所述至少两个串联连接的电容器放电。

6.根据权利要求2所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述电位平衡电路(10)具有用于限制用于所述放大器(20)的工作电压的电压限制单元。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的电位平衡电路，

其特征在于，

设有用于限制所述电位平衡电路(10)的负荷的负载限制单元(26)。

8.根据权利要求1所述的电位平衡电路，

其特征在于，

设有用于显示所述分压器(14)上的工作电压的显示单元(28)。

9.根据权利要求2或3所述的电位平衡电路，

其特征在于，

设有用于显示所述分压器(14)上的工作电压的显示单元(28)。

10.根据权利要求9所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述显示单元(28)并联连接在所述放大器(20)上。

11.根据权利要求8所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述显示单元(28)冗余地构成。

12.根据权利要求2或3所述的电位平衡电路，

其特征在于，

所述电位平衡电路(10)具有至少一个用于降低所述放大器(20)的损耗功率的电阻。

13.一种电子电路(12)，其具有至少两个串联连接的电容器，所述电容器在正常运行中被加载有直流电压，

其特征在于，

设有根据权利要求1至12中任一项所述的电位平衡电路(10)。

14.根据权利要求13所述的电子电路，

其特征在于，

所述至少两个串联连接的电容器通过电解电容器形成。

Images