[发明专利]低损耗串联电容均压装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种低损耗串联电容均压装置。

背景技术

电容器的耐压受材料及结构的限制是有限的，尤其是大量使用的铝电解电容，通常最高耐压为450V。在很多应用中，直流母线电压会超过600V或更高，这时就必须将电容串联使用，以保证单个电容器承受电压不超过最高耐压值。但由于电子器件必然存在离散差异性，导致串联后两组电容器的电压不一定相等。如果电容数量增加，或使用不同批次的电容，这种差异将愈发明显。并且这种差异是动态的，无法通过器件筛选来保证系统寿命期间电容特性始终保持不变。如果直接串联，则电容器可能会承受超过其耐受的电压，产生不可恢复的损害，导致整个系统失效。因此必须用一种装置来保持电容器组的电压基本相等。传统的方法是在每一个电容器组的两端并联大小相等的电阻器，该电阻器的阻值由电容组的特性决定，流过电阻器的电流必须远大于电容器组的漏电流，否则无法起到均压作用。使用这种方法，均压电阻始终承受直流母线的高电压，会产生很大的功耗和热量。这不仅影响系统效率，也使整体可靠性降低。在已公开的专利中也有一些相关技术方案，但或结构复杂，成本高可靠性差；或无法实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构简单、可靠性高、成本低的低损耗串联电容均压装置。

本发明所采用的技术方案是：低损耗串联电容均压装置，其特征在于：它包括串联于直流母线正负极之间的电容器组C1和C2，以及分别与电容器组C1和C2并联的开关管Q1和Q2；所述开关管Q1为N沟道MOS管，其漏极接直流母线的正极，源极电连接有用于限制放电电流的电阻R1，该电阻R1另一端与电容器组C1和C2的串联中点电连接，栅极与源极之间电连接有电阻R2；所述开关管Q2为P沟道MOS管，其漏极接直流母线的负极，源极与开关管Q1的源极电连接，栅极与漏极之间电连接有电阻R3；所述开关管Q1的栅极与开关管Q2的栅极电连接，且电阻R2和R3的阻值相同。

所述均压装置还包括一双向电压控制装置1，其一端直接与开关管Q1和Q2的栅极电连接，另一端直接与开关管Q1和Q2的源极电连接，并且其阈值电压小于开关管Q1和Q2的栅极最高允许电压。

所述双向电压控制装置1为双向TVS管。

本发明的有益效果是：1、本装置可以使用在任意类型、任意容量的电容器组中，电容器的容量不影响开关管的选型，且开关管不需要承受大电流，从而降低了成本。2、放电限流电阻R1只在开关管导通时才承受电压，工作时间很短，功耗极小，不需要使用大功率电阻。3、相比于传统的电阻均压方式，本发明功耗得到了显著降低，且不增加成本。4、相比于已公开的其他专利，本发明不需要使用比较器、微处理器或变压器等复杂器件，不需要外部电源，结构极为简单，可靠性和实用性更高。

附图说明

图1是本发明的电路示意图。

图2是本发明电容器组C1电压偏高，执行均压时的等效电路图。

图3是本发明电容器组C2电压偏高，执行均压时的等效电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括串联于直流母线正负极之间的电容器组C1和C2，以及分别与电容器组C1和C2并联的开关管Q1和Q2（负责释放较高电压的电容器组的能量）；所述电容器组C1的正极与直流母线正极电连接，电容器组C2的正极与电容器组C1的负极电连接，负极与直流母线的负极电连接；所述开关管Q1为N沟道MOS管，其漏极接直流母线的正极，源极电连接有电阻R1，该电阻R1另一端与电容器组C1和C2的串联中点电连接，用于将电容器组C1 和C2放电时的电流限制在开关管Q1和Q2的安全范围之内，栅极与源极之间电连接有电阻R2；所述开关管Q2为P沟道MOS管，其漏极接直流母线的负极，源极与开关管Q1的源极电连接，栅极与漏极之间电连接有电阻R3；所述开关管Q1的栅极与开关管Q2的栅极电连接，且电阻R2和R3的阻值相同，用以保证两个开关管Q1和Q2的栅极电压等于二分之一的直流母线电压。

所述均压装置还包括一双向电压控制装置1，作为开关管Q1和Q2的保护器件，将开关管Q1和Q2驱动端（栅极）的电压限制在安全范围内。本例中，该双向电压控制装置采用双向TVS管（瞬态电压抑制器，开通的相应时间短至微秒级），其一端直接与开关管Q1和Q2的栅极电连接，另一端直接与开关管Q1和Q2的源极电连接，并且其阈值电压小于开关管Q1和Q2的栅极最高允许电压。

本实施例的工作原理如下：