用于平衡電容器電壓的電路和方法技術

本發明專利技術涉及一種用于平衡直流電壓回路中的電容器的電容器電壓的電路和方法。該電路具有：帶有至少一個第一和第二電容器的第一電路路徑，這些電容器串聯地連接在直流電壓回路的第一和第二電勢之間，在第一和第二電容器之間設計有第一中間端口；帶有第一能開關的半導體、第一平衡元件、第二平衡元件和第二能開關的半導體的第二電路路徑，其串聯地連接在電勢之間，第一能開關的半導體布置在第一電勢處并且第二能開關的半導體布置在第二電勢處，第一和第二平衡元件布置在第一和第二能開關的半導體之間，在第一和第二平衡元件之間設計有第二中間端口；和在第一電路路徑中的第一中間端口與第二電路路徑中的第二中間端口之間的第一電連接。

Circuit and method for balancing capacitor voltage

The present invention relates to a circuit and method for balancing capacitor voltage in a capacitor in a DC voltage loop. The circuit comprises a first circuit path with at least one of the first and second capacitors, the capacitor is connected in series between the first and second voltage DC voltage loop, between the first and second capacitor design is the first intermediate port; with the first switch, the first semiconductor can balance the second circuit path of semiconductor element, second balance element and second switches, which are connected in series between the first semiconductor in the potential, can switch arranged in the first and second semiconductor arrangement potential can switch in the second potential, between the first and second semiconductor element balance layout can switch in the first and the second, between the first and second component balance design there are second middle port; second intermediate port and on the first circuit path in the first intermediate port and the second circuit in the path The first electrical connection between.

【技術實現步驟摘要】
用于平衡電容器電壓的電路和方法
本專利技術涉及一種用于對直流電壓回路中的電容器處的電容器電壓進行平衡的電路，具有：帶有至少一個第一電容器和第二電容器的第一電路路徑，這些電容器串聯地連接在直流電壓回路的第一電勢和第二電勢之間，其中，在第一電容器和第二電容器之間設計有第一中間端口，并且其中，第一中間端口經由第一電連接與第二電路路徑中的第二中間端口連接。
技術介紹
電組件對于其電部件的能量供應和能量分布來說通常具有各種電壓和電壓等級。例如，對于具有直流電壓回路或具有直流電壓中間回路的電變流器來說系統通常內在需要的是，借助于電能的中間存儲，根據直流電壓回路處的運行類型和運行點來安全地提供或安全地衰減直流電壓。特別地，電容器由于其已知的電特性而用作為用于直流電壓回路處的、通常動態的中間存儲和放電過程的能量中間存儲器。電變流器的多個應用以直流電壓回路處的高的直流電壓為條件，其能夠是直到800V和更高。因為合適的和從經濟的角度上提供的電容器的工作電壓是有限的，直流電壓回路處的兩個或更多電容器必須常常串聯地連接，因此它們能夠以直流電壓回路的直流電壓運行。特別地對于直流電壓回路處的正常運行來說，電容器具有的不期望的特性為，由于結構的和材料決定的布置和公差而在大多個別的時間段中自動地放電。在該過程中所謂的漏電流、又或者稱為剩余電流流過電容器的漏電阻，其中，電容器的載荷、亦即電容器上的電壓衰減。在該背景下，正常運行被理解為電組件、特別也是電變流器的運行狀態，其中，不激活由操作者或應用進程啟動的用于直流電壓回路的能量分布或者能量供應。因為電容器的漏電流由于已述的公差而通常能夠不同并且因此在串聯連接在直流電壓回路處的、具有較小或沒有漏電流的電容器上出現不允許的高的電容器電壓，所以應當防止這些電容器的損害和毀壞。用于平衡直流電壓回路處的電容器的已知的解決方案是在直流電壓回路處引入至少兩個電阻組成的另外的串聯電路，其與電容器的串聯電路并聯。在每個這種串聯電路中，分別在兩個電容器之間和兩個電阻之間形成中間端口，這些中間端口相互電連接。平衡電路的這種簡單方式現在進行正常運行中的電容器電壓的平衡。然而其也適用的是，在關斷電變流器以及中斷對直流電壓回路的能量供應之后，盡可能快并且安全地使電容器放電。該解決方案的主要缺點在于這樣的事實，即在正常運行期間均衡電流持續地在直流電壓回路處的另外的串聯電路的電阻中流動，即使有時候不需要電容器電壓的平衡時。因此部分地產生明顯的電損失，其減小了電變流器的整體效率。EP2584686A1公開了用于對在直流電壓回路處的、具有電容器之間的中間端口的串聯的電容器進行平衡的電路和方法，其特別地應當避免開頭所述的平衡電路的電損失。該目的基本上由此實現，即在由兩個開關元件、電容器構成的串聯電路所組成的直流電壓回路處并聯另外的串聯電路，以及電容器處的中間端口和在第一和第二開關元件之間的另外的中間端口經由電感連接。在第一或第二電容器上的電壓過高時能在第一或者第二開關元件上施加脈沖頻率，并且第一或第二電容器在相應的脈沖持續時間內能經由該電感和相應的開關元件部分地放電。簡單地說，借助于電感和開關元件“來回移動”電容器之間的剩余的能量。調節單元在此測定電容器上的電壓。根據電壓差別，借助于脈沖寬度調制(PWM)驅控相應的開關元件并且經由電感轉移剩余的能量。然而，這種類型的平衡僅運行用于具有至少兩個在直流電壓回路處的電容器構成的串聯電路的電容器庫。該解決方案在技術上也設計得花費較大，因為為PWM要設置至少一個具有處理器的調節單元，并且不能夠設計為沒有用于PWM的處理器的平衡電路。
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提出用于對在直流電壓回路處的電勢之間串聯布置的電容器的電容器電壓進行平衡的電路和方法，其設計用于，能自主地控制，產生小的損失功率，并且因此在技術上和經濟上能有高效率地使用。該目的通過本專利技術的電路實現。該目的還通過本專利技術的方法實現。本專利技術的認知在于，在直流電壓回路處的串聯電路的電容器中出現不同大小的漏電流，其導致經過各個電容器的電容器電壓對于直流電壓回路上施加的直流電壓的分配不均勻。在此應當根據需要為引導相應更大的漏電流的電容器充電，直到近似建立電容器電壓的平衡為止，而不出現不必要的電損失或者對此必要的工藝上高花費的解決方案。因此為了實現該目的，提出一種用于平衡直流電壓回路中的電容器處的電容器電壓的電路，其具有：帶有至少一個第一電容器和第二電容器的第一電路路徑，這些電容器串聯地連接在直流電壓回路的第一和第二電勢之間，其中，在第一電容器和第二電容器之間設計有第一中間端口；帶有串聯地連接在電勢之間的第一能開關的半導體、第一平衡元件、第二平衡元件和第二能開關的半導體的第二電路路徑，其中，第一能開關的半導體布置在第一電勢處并且第二能開關的半導體布置在第二電勢處，其中，第一平衡元件和第二平衡元件布置在第一能開關的半導體和第二能開關的半導體之間，并且其中，在第一平衡元件和第二平衡元件之間設計有第二中間端口；和在第一電路路徑中的第一中間端口與第二電路路徑中的第二中間端口之間的第一電連接。特別有利地，該提出的電路允許第一電路路徑的該電容器根據需求的充電，該電容器具有電容器的相應最小的電容器電壓。在此，借助于平衡電阻和能開關的半導體能產生對于相應的電容器的根據需求的充電來說必要的電流。對于具有最小的電容器電壓的電容器的根據需求的充電來說不必要的、相應的能開關的半導體是電斷開的或保持電斷開。當由于近似相同的電容器電壓而不需要平衡的時候，兩個能開關的半導體進行如下的驅控，即其是電斷開的或保持電斷開。因此，避免了在用于平衡電容器電壓的電路中的持續的或者不必要的電損失。只要至少兩個電容器串聯布置在第一電路路徑中，那么第一電路路徑中的電容器的數量對用于平衡電容器電壓的電路的功能和效率沒有影響。在該電路的一個有利的設計方式中，第一能開關的半導體的第一柵極端和第二能開關的半導體的另外的柵極端分別能取決于第一電容器處的第一漏電流或第二電容器處的第二漏電流地進行驅控，使得借助于第一能開關的半導體和第一平衡元件能將第一電容器充電電流注入到第二電容器中以用于補償第二漏電流，并且借助于第二能開關的半導體和第二平衡元件能將第二電容器充電電流注入到第一電容器中以用于補償第一漏電流。具有相應最大漏電流的電容器相對于剩余的電容器或者第一電路路徑中的剩余的電容器來說具有最小的電容器電壓。該電路設計為，具有相應最小的電容器電壓的電容器借助于相應的電容器充電電流進行充電，直到電容器電壓相互近似平衡地分配直流電壓回路處的直流電壓為止。開關行程上的能開關的半導體能夠部分地影響內阻，以使得能開關的半導體在線性范圍中工作。應當引導相應的電容器充電電流用于根據需要為具有最小的電容器電壓的電容器充電的能開關的半導體能夠因此占據運行點，在其中能開關的半導體的開關行程不完全斷開或者閉合。這影響了電容器充電電流的大小，其需要用于根據需求對相應的電容器充電。在此，平衡元件也用于電流負反饋。如果能開關的半導體在線性范圍中繼續斷開，那么流過相應的能開關的半導體的電容器充電電流就升高。越來越多的電壓經過相應的平衡元件下降。由此，經過能開關的半導體的相應的柵極端和相應的源極端的柵源電壓也減小，這又減小本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于對直流電壓回路(2)中的電容器(C

【技術特征摘要】
2015.09.30 EP 15187517.61.一種用于對直流電壓回路(2)中的電容器(C1，C2)處的電容器電壓(UC1，UC2)進行平衡(SY)的電路(1)，所述電路具有：帶有至少一個第一電容器(C1)和第二電容器(C2)的第一電路路徑(3)，所述第一電容器和所述第二電容器串聯地連接在所述直流電壓回路(2)的直流電壓(DC)的第一電勢(DC+)和第二電勢(DC-)之間，其中，在所述第一電容器(C1)和所述第二電容器(C2)之間設計有第一中間端口(4)；帶有串聯地連接在所述第一電勢(DC+)和所述第二電勢(DC-)之間的第一能開關的半導體(T1)、第一平衡元件(RS1)、第二平衡元件(RS2)和第二能開關的半導體(T2)的第二電路路徑(5)，其中，所述第一能開關的半導體(T1)布置在所述第一電勢(DC+)處并且所述第二能開關的半導體(T2)布置在所述第二電勢(DC-)處，其中，所述第一平衡元件(RS1)和所述第二平衡元件(RS2)布置在所述第一能開關的半導體(T1)和所述第二能開關的半導體(T2)之間，并且其中，在所述第一平衡元件(RS1)和所述第二平衡元件(RS2)之間設計有第二中間端口(6)；和在所述第一電路路徑(3)中的所述第一中間端口(4)與所述第二電路路徑(5)中的所述第二中間端口(6)之間的第一電連接(9)。2.根據權利要求1所述的電路(1)，其中，所述第一能開關的半導體(T1)的第一柵極端(G1)和所述第二能開關的半導體(T2)的另外的柵極端(G2)分別能取決于所述第一電容器(C1)處的第一漏電流(IL1)或所述第二電容器(C2)處的第二漏電流(IL2)地進行驅控，使得借助于所述第一能開關的半導體(T1)和所述第一平衡元件(RS1)能將第一電容器充電電流(I1)注入到所述第二電容器(C2)中以用于補償所述第二漏電流(IL2)，并且借助于所述第二能開關的半導體(T2)和所述第二平衡元件(RS2)能將第二電容器充電電流(I2)注入到所述第一電容器(C1)中以用于補償所述第一漏電流(IL1)。3.根據權利要求1或2所述的電路(1)，其中，在第三電路路徑(7)中，第一分壓器元件(R1)、穩壓器元件(8)和第二分壓器元件(R2)串聯地連接在所述第一電勢(DC+)和所述第二電勢(DC-)之間，所述第一分壓器元件(R1)布置在所述第一電勢(DC+)處，所述第二分壓器元件(R2)布置在所述第二電勢(DC-)處，并且所述穩壓器元件(8)布置在所述第一分壓器元件(R1)和所述第二分壓器元件(R2)之間，在所述第一分壓器元件(R1)和所述穩壓器元件(8)之間設計有第一端口(10)，以及在所述第二分壓器元件(R2)和所述穩壓器元件(8)之間設計有第二端口(11)，第二電連接(12)設置在所述第一能開關的半導體(T1)的所述第一柵極端(G1)和所述第一端口(10)之間，以及第三電連接(13)設置在所述第二能開關的半導體(T2)的所述另外的柵極端(G2)和所述第二端口(11)之間，并且在所述第一端口(10)和所述第二端口(11)之間的第四電連接(15)中的開關元件(S)與所述穩壓器元件(8)并聯地布置。4.根據權利要求3所述的電路(1)，其中，所述開關元件(S)是電子開關(ES)。5.根據權利要求4所述的電路(1)，其中，所述電子開關(ES)是光電耦合器(14)。6.根據權利要求3所述的電路(1)，其中，當所述開關元件(S)閉合時，能在正常運行(NB)中執行對所述直流電壓回路(2)的電容器(C1，C2)處的電容器電壓(UC1，UC2)的所述平衡(SY)；或者其中，當所述開關元件(S)斷開時，能為所述直流電壓回路(2)的關斷模式(AM)執行所述第一電容器(C1)的和所述第二電容器(C2)的主動對稱放電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梅拉妮·埃克特，馬庫斯·弗呂奧夫，彼得·耶尼克，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：德國,DE