[发明专利]有源平衡模块电路

说明书

本申请是2005年1月28日递交的、申请号为200580005046.1、发明名称为“有源平衡模块电路”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于电容器的有源平衡电路及其制造方法。更具体而言，本发明涉及一种用于串联叠加设置的电容器的基于模块的有源平衡电路。

背景技术

电容器一般设计具有最大操作额定电压，其中在这个最大操作额定电压以上的操作通常导致产生过多的泄漏电流，随后产生气体，并最终导致电容器的故障。等值和等额定的电容器被串联叠加来构建用于更高电压应用场合的电容。在充电期间以及在对电容器充电之后，只要每个电容器的电容值保持相同，则总电压在叠加的每个电容器上平均分配。一旦充电即将完成，并且达到了叠加的平衡条件，则只要每个电容器的泄漏电流相等，电压就继续在每个电容器上平均分配。总之，在这种串联叠加的电容器上具有不等电压有两个原因：1)不等的电容值；2)不等的平衡泄漏电流。

传统上已经采取了各种方法来试图控制由于不等的电容值或者不等的平衡泄漏电流导致的电压的不平衡。在其中一个方法中，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平衡叠加的电容器之间的电压。通常，这包括将等值电阻器与电容器并联连接。尽管无源平衡开始可以工作，但是无源平衡的缺点是，它不能调节由于电容值或随时间产生的泄漏电流的改变而导致的电压不平衡。

在另一种方法中，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平衡电容器之间的电压。尽管该技术可以用来随着时间调节电压的不平衡，但是这些有源装置的传统的实施方式是复杂的并且是昂贵的。

因此，需要提供一种改进的装置和相应的方法，该方法更容易并且可以更低成本地实现，还能够控制串联叠加的电容器之间的电压的不平衡，从而延长电容器的平均寿命并且改进电性能。

发明内容

为了实现前述的目的，本发明提供一种有源平衡模块及其制造方法，该有源模块控制串联叠加的电容器之间的电压/泄漏电流的不平衡。这些模块结构简单并且制造成本低，而且是通用的。它们可以单独使用也可以组合在一起来形成用于多个串联叠加的电容器的多模块有源平衡电路。

一方面，本发明提供一种模块，该模块具有用于控制一对串联连接的电容器之间的电压不平衡的无电感器的电路。该模块包括被设定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子；设定成连接到第一电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及集成到第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内的有源元件。该有源元件适于充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡。该有源元件还具有连接到第一和第三端子的电源连接。

在一个实施例中，有源元件是一个运算放大器。该运算放大器具有输入、输出以及反馈回路，其中输入连接到两个分电压电阻器上。此外，输出可以通过可选的限流电阻器连接到第二端子上。通常，反馈回路包括反馈电阻器。

在另一个实施例中，有源元件是一种开关电压转换器。通常，开关电压转换器与快速电容器结合。

然而在另一个实施例中，至少一个端子还被进一步设定成连接到第二模块，该第二模块具有用于控制串联连接的第二对电容器之间的电压不平衡的无电感器电路。通常，第一和第二模块的无电感器电路基本上相同。而且，第一和第二模块的电路可以重叠在到第二模块的连接之上。在一些情况中，第一和第二模块的电路在一个端子上重叠。在其他情况中，第一和第二模块的电路在两对电容器共用的公共电容器上重叠。

在另一个方面，本发明提供一种电容器装置组件，该组件包括多个串联电连接的电容器；以及具有用于控制串联连接的一对电容器之间的电压不平衡的无电感器电路的模块。该模块包括被设定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子；设定成连接到第一电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及集成在第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内的有源元件。该有源元件适于充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡。该有源元件还具有连接到第一和第三端子的电源连接。

在一个实施例中，多个电容器安装在具有用于相互连接多个电容器、模块以及外部连接的电连接的母板上。另外，该模块可以安装在子板上，该子板安装在母板上。

在另一个实施例中，多个电容器被连接到柔性电路结构中的外部引线。该模块被横跨外部引线地安装，并也具有柔性电路结构。