[发明专利]有源平衡电路模块、系统和电容器器件

说明书

相关申请的交叉引用：本申请是2004年2月17日递交的标题为“Active BalancingModular Circuits(有源平衡模块电路)”的美国申请No.10/781571的部分继续申请，所述美国申请的公开内容在本文中通过引用被整体包括进入本文。

技术领域

本发明总地涉及用于电容器的有源平衡电路以及它们的制造方法。更具体地，本发明涉及用于以串联的布置方式堆叠(stack)的电容器的基于模块的有源平衡电路。

背景技术

电容器一般被设计为具有最大工作额定电压，其中在此最大工作额定电压以上的操作通常会导致过多的(excessive)漏电流，随后气体生成，并且最后导致该电容器失效。为了构造用于更高电压应用的电容，具有等值和等额定的电容器以串联的布置方式被堆叠。在电容器的充电期间以及充电之后，只要每个电容器的电容值保持相同，则总电压在堆叠中的每个电容器两端(across)等分。一旦充电大部分完成，并且达到所述堆叠中的均衡(equilibrium)条件，则只要每个电容器的漏电流相等，电压仍旧在每个电容器两端等分。总之，在这样的串联布置中电容器两端不等电压通常有两个原因：1)不等电容值；2)不等的均衡漏电流。

常规地，已经应用了各种途径来试图控制由于不等电容值或不等的均衡漏电流而导致的电压不平衡。在一种途径中，使用一种被称为无源平衡的技术。无源平衡包括使用无源元件来均衡堆叠中的电容器之间的电压。典型地，这包括将等值的电阻器与所述电容器并联连接。尽管无源平衡初始时可能有效，但是无源平衡具有不能调节由于电容值或漏电流随时间改变而导致的电压不平衡的缺陷。

在另一种途径中，使用一种被称为有源平衡的技术。有源平衡包括使用有源元件来均衡电容器之间的电压。尽管此技术可以被用来随时间调节电压不平衡，但是这些有源器件的常规应用一般来说是复杂而昂贵的。

因此，需要提供改进的装置和对应的方法，所述装置和方法更容易且更低廉地被应用，并且可以控制以串联的布置方式堆叠的电容器之间的电压不平衡，由此提高电容器的寿命和电性能。

附图说明

图1A根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。

图1B根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。

图2根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。

图3根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统。

图4A根据本发明的第一实施方案图示电容器器件封装的侧视图。

图4B图示图4A中的电容器器件封装的顶视图。

图5A根据本发明的第二实施方案图示电容器器件封装的侧视图。

图5B图示图5A中的电容器器件封装的仰视图。

图6A根据本发明的第三实施方案图示电容器器件封装的侧视图。

图6B图示图6A中的电容器器件封装的顶视图。

图6C图示图6A中的电容器器件封装被装封到模制(molding)材料中的侧视图。

图7根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统的另一实施方案。

图8图示用于图7中所示的系统的有源平衡模块。

图9图示用于图7中所示的系统的另一有源平衡模块。

图10图示包括图9中所示的模块的有源平衡系统。

图11A和11B图示包括图8和9中所示的模块的组合的有源平衡系统。

图12根据本发明的各种实施方案图示包括耦合到多个有源平衡模块的多个电容器的有源平衡系统的另一实施方案。

图13图示用于图12中所示的系统的有源平衡模块。

图14图示用于图12中所示的系统的另一有源平衡模块。

图15图示包括图14中所示的模块的有源平衡系统。

图16图示包括图13和14中所示的模块的组合的有源平衡系统。

图17A和17B图示包括图8和13中所示的模块的组合的有源平衡系统。

图18A和18B图示包括图9和14中所示的模块的组合的有源平衡系统。

图19图示有源平衡模块的另一实施方案。

图20图示包括图19中所示的模块的有源平衡系统。

图21图示包括图8和9中所示的模块并联连接的有源平衡系统。

图22图示图21中所示的电容器保护系统的替换性系统。