一种超级电容串联均压电路制造技术

本发明专利技术公开了一种超级电容串联均压电路。包括：包括全桥逆变器、电压乘法器和变压器，全桥逆变器的输入和电压乘法器的输出相连接，全桥逆变器包括第一～第四全控型器件，四个电容、四个二极管，第一～第四全控型器件构成四个桥臂，每个全控型器件分别并联一个二极管和一个电容，第一全控型器件的源极与第五电容的1端相连，第五电容的2端串联一个第一电感后与变压器1端相连，变压器2端与第四全控型器件的漏极相连，变压器1端和2端之间并联一个第二电感，变压器3端和4端与电压乘法器相连。全控型器件为N沟道PMOSFET或IGBT。全桥逆变器采用移相全桥控制方式，本发明专利技术具有结构简单、低损耗的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种超级电容串联均压电路。包括：包括全桥逆变器、电压乘法器和变压器，全桥逆变器的输入和电压乘法器的输出相连接，全桥逆变器包括第一～第四全控型器件，四个电容、四个二极管，第一～第四全控型器件构成四个桥臂，每个全控型器件分别并联一个二极管和一个电容，第一全控型器件的源极与第五电容的1端相连，第五电容的2端串联一个第一电感后与变压器1端相连，变压器2端与第四全控型器件的漏极相连，变压器1端和2端之间并联一个第二电感，变压器3端和4端与电压乘法器相连。全控型器件为N沟道PMOSFET或IGBT。全桥逆变器采用移相全桥控制方式，本专利技术具有结构简单、低损耗的优点。【专利说明】
本专利技术属于一种均压电路，尤其涉及超级电容储能装置中的一种超级电容串联均 压电路。 一种超级电容串联均压电路
技术介绍
在船舶电力推进系统中，船舶制动时所产生的能量是巨大的。超级电容作为一种 先进的高能量储存元件，具有充放电速度快、效率高、寿命长、功率密度大、串并联组合方便 以及对环境无污染等特点，它能提供和吸收瞬间大功率，因此可将超级电容进行串并联作 为储能设备将船舶制动时所产生的能量存储起来用于提供船舶起动时所需的瞬时巨大的 能量。但由于材料和制造工艺水平的限制，超级电容的内部参数具有离散性，它会使超级电 容串联工作时的电压不均衡，从而影响了电容器的寿命和整个系统的可靠性，同时也影响 电容器组的充电容量，使容量不能充分利用，存在浪费。 目前超级电容电压均衡技术主要分为两大类：①能量消耗型，如并联电阻法、稳压 管法和开关电阻法。能量消耗型均压电路将端电压较高的电容器组能量以发热的形式消耗 在电阻或稳压管上，以达到均压目的。它的结构简单、成本低廉，但该方法会造成能量浪费， 而且发热严重，不适合应用于对效率要求高的场合。②能量转移型，如飞渡电容法、DC/DC变 换器法。能量转移型均压电路通过储能元件电感、电容或反激式变压器将能量从端电压较 高的超级电容器单元转移至端电压较低的超级电容器单元，以实现均压。它的均压速度快， 在电压均衡的过程中只消耗少量的能量，但是这种方法不是需要复杂的实时检测电路及控 制电路，就是需要较多的开关器件或磁性元件，导致电路的结构庞大而复杂，成本也随之增 力口，可靠性降低。因此，拓扑简洁、控制容易的超级电容均压电路是一个重要的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供结构简单、低损耗的一种超级电容串联均压电路。 本专利技术是通过以下技术方案实现的： -种超级电容串联均压电路，包括全桥逆变器、电压乘法器和变压器，全桥逆变器 的输入和电压乘法器的输出相连接，全桥逆变器包括第一?第四全控型器件Q1?Q4,四个 电容C1?C4、四个二极管DQ1?DQ4,第一?第四全控型器件Q1?Q4构成全桥逆变器的 四个桥臂，每个全控型器件分别并联一个二极管和一个电容，第一全控型器件Q1的源极与 第五电容Cbk的1端相连，第五电容Cbk的2端串联一个第一电感LKg后与变压器初级绕 组的1端相连，变压器初级绕组的2端与第四全控型器件Q4的漏极相连，变压器初级绕组 的1端和2端之间并联一个第二电感Lmg，变压器次级绕组的3端和4端与电压乘法器相 连。 本专利技术一种超级电容串联均压电路还包括： 1、电压乘法器包括第一?第四超级电容SCI?SC4,第一超级电容SCI的阳极分别 与第二超级电容SC2的阴极、第六二极管D2的阴极、第七二极管D3的阳极相连，第一超级 电容SCI的阴极分别与第五二极管D1的阳极、第四全控型器件Q4的源极连接；第二超级电 容SC2的阳极分别与第三超级电容SC3的阴极、第八二极管D4的阴极、第九二极管D5的阳 极相连；第三超级电容SC3的阳极分别与第十二极管D6的阴极、第十一二极管D7的阳极、 第四超级电容SC4的阴极相连；第四超级电容SC4的阳极分别与第十二二极管D8的阴极、 第二全控型器件Q2的漏极相连；第六电容C1的1端、第七电容C2的1端、第八电容C3的 1端、第九电容C4的1端均与变压器次级绕组的4端相连，变压器次级绕组的3端分别与 第八二极管D4的阴极、第九二极管D5的阳极、第二超级电容SC2的阳极相连，第六电容C1 的2端分别与第五二极管D1的阴极、第六二极管D2的阳极相连，第七电容C2的2端分别 与第七二极管D3的阴极、第八二极管D4的阳极相连，第八电容C3的2端分别与第九二极 管D5的阴极、第十二极管D6的阳极相连，第九电容C4的2端分别与第十一二极管D7的阴 极、第十二二极管D8的阳极相连。 2、全控型器件为N沟道PM0SFET或IGBT。 本专利技术的有益效果为： 通过引入电容CQ1、CQ2、CQ3、CQ4与变压器漏感1^产生谐振使开关器件实现零电 压开关，即实现了开关器件的软开关，降低了开关损耗，均压速度快，均压效果理想，同时所 需的开关器件和磁性元件少，所以电路结构和控制简单易行，减小了均压器的的体积。本发 明采用的时全桥逆变器，相对于半桥逆变器来说，本专利技术通过采用移相全桥控制，以及对电 路的电压乘法器部分中的电容参数进行设置，大幅度提高了超级电容串联均压电路的均压 速度，降低了开关器件的工作频率，软开关的加入降低开关损耗，提高了电路的工作频率。 【专利附图】【附图说明】 图1 (a)全控型器件为PM0SFET的新型超级电容串联均压电路图； 图1 (b)全控型器件为IGBT的新型超级电容串联均压电路图； 图2 (a)开关器件Q1和Q4运行波形图； 图2 (b)开关器件Q2和Q3运行波形图； 图2(c)变压器的初级电压、次级电压和漏感电流波形； 图2(d)电压乘法器中相关能量转移电容和二极管的电流波形； 图3新型超级电容串联均压电路的均压波形图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。 本专利技术可以分为两个功能块：全桥逆变器和电压乘法器。全桥逆变器的输入和电 压乘法器的输出相连接，使超级电容存储的能量进行循环流动，并且在能量循环的过程中 所有的超级电容电压都是自动均压的。如图1(a)和图1(b)所示。 全桥逆变器由四个全控型器件Ql、Q2、Q3、Q4、四个二极管DQ1、DQ2、DQ3、DQ4,五个 电容001、002、003、004、〇^和一个变比为4:1变压器组成，其中的全控型器件可以是常见 的N沟道PM0SFET或IGBT ;全控型器件Q1的漏极（或集电极）分别与二极管DQ1、DQ2的 阴极，电容CQ1、CQ2的1端以及开关器件Q2的漏极（或集电极）相连；全控型器件Q1的 源极（或发射极）分别与二极管DQ1的阳极、DQ3的阴极，电容CQ1的2端、CQ3和Cbk的1 端以及开关器件Q3的漏极（或集电极）相连；全控型器件Q2的源极（或发射极）分别与 二极管DQ2的阳极、DQ4的阴极，电容CQ2的2端、CQ4的1端，开关器件Q4的漏极（或集电 极）以及变压器初级绕组的非同名端相连；全控型器件Q3的源极（或发射极）分别与二极 管DQ3、DQ4的阳极，电容CQ3、CQ4的2端以及开关器件Q4的源极（或发射极）相连；电容 Cbk的2端与变压器初级绕组的同名端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容串联均压电路，包括全桥逆变器、电压乘法器和变压器，全桥逆变器的输入和电压乘法器的输出相连接，其特征在于：全桥逆变器包括第一～第四全控型器件(Q1～Q4)，四个电容(C1～C4)、四个二极管(DQ1～DQ4)，第一～第四全控型器件(Q1～Q4)构成全桥逆变器的四个桥臂，每个全控型器件分别并联一个二极管和一个电容，第一全控型器件(Q1)的源极与第五电容(Cbk)的1端相连，第五电容(Cbk)的2端串联一个第一电感(LKg)后与变压器初级绕组的1端相连，变压器初级绕组的2端与第四全控型器件(Q4)的漏极相连，变压器初级绕组的1端和2端之间并联一个第二电感(Lmg)，变压器次级绕组的3端和4端与电压乘法器相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯岐，齐志远，王宇超，傅荟璇，刘胜，张强，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23