[发明专利]用于平衡电容器电压的电路和方法

说明书

本发明涉及一种用于平衡直流电压回路中的电容器的电容器电压的电路和方法。该电路具有：带有至少一个第一和第二电容器的第一电路路径，这些电容器串联地连接在直流电压回路的第一和第二电势之间，在第一和第二电容器之间设计有第一中间端口；带有第一能开关的半导体、第一平衡元件、第二平衡元件和第二能开关的半导体的第二电路路径，其串联地连接在电势之间，第一能开关的半导体布置在第一电势处并且第二能开关的半导体布置在第二电势处，第一和第二平衡元件布置在第一和第二能开关的半导体之间，在第一和第二平衡元件之间设计有第二中间端口；和在第一电路路径中的第一中间端口与第二电路路径中的第二中间端口之间的第一电连接。

技术领域

本发明涉及一种用于对直流电压回路中的电容器处的电容器电压进行平衡的电路，具有：带有至少一个第一电容器和第二电容器的第一电路路径，这些电容器串联地连接在直流电压回路的第一电势和第二电势之间，其中，在第一电容器和第二电容器之间设计有第一中间端口，并且其中，第一中间端口经由第一电连接与第二电路路径中的第二中间端口连接。

背景技术

电组件对于其电部件的能量供应和能量分布来说通常具有各种电压和电压等级。例如，对于具有直流电压回路或具有直流电压中间回路的电变流器来说系统通常内在需要的是，借助于电能的中间存储，根据直流电压回路处的运行类型和运行点来安全地提供或安全地衰减直流电压。

特别地，电容器由于其已知的电特性而用作为用于直流电压回路处的、通常动态的中间存储和放电过程的能量中间存储器。电变流器的多个应用以直流电压回路处的高的直流电压为条件，其能够是直到800V和更高。因为合适的和从经济的角度上提供的电容器的工作电压是有限的，直流电压回路处的两个或更多电容器必须常常串联地连接，因此它们能够以直流电压回路的直流电压运行。

特别地对于直流电压回路处的正常运行来说，电容器具有的不期望的特性为，由于结构的和材料决定的布置和公差而在大多个别的时间段中自动地放电。在该过程中所谓的漏电流、又或者称为剩余电流流过电容器的漏电阻，其中，电容器的载荷、亦即电容器上的电压衰减。

在该背景下，正常运行被理解为电组件、特别也是电变流器的运行状态，其中，不激活由操作者或应用进程启动的用于直流电压回路的能量分布或者能量供应。

因为电容器的漏电流由于已述的公差而通常能够不同并且因此在串联连接在直流电压回路处的、具有较小或没有漏电流的电容器上出现不允许的高的电容器电压，所以应当防止这些电容器的损害和毁坏。

用于平衡直流电压回路处的电容器的已知的解决方案是在直流电压回路处引入至少两个电阻组成的另外的串联电路，其与电容器的串联电路并联。在每个这种串联电路中，分别在两个电容器之间和两个电阻之间形成中间端口，这些中间端口相互电连接。

平衡电路的这种简单方式现在进行正常运行中的电容器电压的平衡。然而其也适用的是，在关断电变流器以及中断对直流电压回路的能量供应之后，尽可能快并且安全地使电容器放电。该解决方案的主要缺点在于这样的事实，即在正常运行期间均衡电流持续地在直流电压回路处的另外的串联电路的电阻中流动，即使有时候不需要电容器电压的平衡时。因此部分地产生明显的电损失，其减小了电变流器的整体效率。

EP 2 584 686 A1公开了用于对在直流电压回路处的、具有电容器之间的中间端口的串联的电容器进行平衡的电路和方法，其特别地应当避免开头所述的平衡电路的电损失。该目的基本上由此实现，即在由两个开关元件、电容器构成的串联电路所组成的直流电压回路处并联另外的串联电路，以及电容器处的中间端口和在第一和第二开关元件之间的另外的中间端口经由电感连接。在第一或第二电容器上的电压过高时能在第一或者第二开关元件上施加脉冲频率，并且第一或第二电容器在相应的脉冲持续时间内能经由该电感和相应的开关元件部分地放电。

简单地说，借助于电感和开关元件“来回移动”电容器之间的剩余的能量。调节单元在此测定电容器上的电压。根据电压差别，借助于脉冲宽度调制(PWM)驱控相应的开关元件并且经由电感转移剩余的能量。