用于平衡电容器电压的电路和方法技术

本发明专利技术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。

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.

【技术实现步骤摘要】
用于平衡电容器电压的电路和方法
本专利技术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。
技术介绍
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。EP2584686A1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。然而，这种类型的平衡仅运行用于具有至少两个在直流电压回路处的电容器构成的串联电路的电容器库。该解决方案在技术上也设计得花费较大，因为为PWM要设置至少一个具有处理器的调节单元，并且不能够设计为没有用于PWM的处理器的平衡电路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出用于对在直流电压回路处的电势之间串联布置的电容器的电容器电压进行平衡的电路和方法，其设计用于，能自主地控制，产生小的损失功率，并且因此在技术上和经济上能有高效率地使用。该目的通过本专利技术的电路实现。该目的还通过本专利技术的方法实现。本专利技术的认知在于，在直流电压回路处的串联电路的电容器中出现不同大小的漏电流，其导致经过各个电容器的电容器电压对于直流电压回路上施加的直流电压的分配不均匀。在此应当根据需要为引导相应更大的漏电流的电容器充电，直到近似建立电容器电压的平衡为止，而不出现不必要的电损失或者对此必要的工艺上高花费的解决方案。因此为了实现该目的，提出一种用于平衡直流电压回路中的电容器处的电容器电压的电路，其具有：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；带有串联地连接在电势之间的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，其中，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，其中，第一平衡元件和第二平衡元件布置在第一能开关的半导体和第二能开关的半导体之间，并且其中，在第一平衡元件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。特别有利地，该提出的电路允许第一电路路径的该电容器根据需求的充电，该电容器具有电容器的相应最小的电容器电压。在此，借助于平衡电阻和能开关的半导体能产生对于相应的电容器的根据需求的充电来说必要的电流。对于具有最小的电容器电压的电容器的根据需求的充电来说不必要的、相应的能开关的半导体是电断开的或保持电断开。当由于近似相同的电容器电压而不需要平衡的时候，两个能开关的半导体进行如下的驱控，即其是电断开的或保持电断开。因此，避免了在用于平衡电容器电压的电路中的持续的或者不必要的电损失。只要至少两个电容器串联布置在第一电路路径中，那么第一电路路径中的电容器的数量对用于平衡电容器电压的电路的功能和效率没有影响。在该电路的一个有利的设计方式中，第一能开关的半导体的第一栅极端和第二能开关的半导体的另外的栅极端分别能取决于第一电容器处的第一漏电流或第二电容器处的第二漏电流地进行驱控，使得借助于第一能开关的半导体和第一平衡元件能将第一电容器充电电流注入到第二电容器中以用于补偿第二漏电流，并且借助于第二能开关的半导体和第二平衡元件能将第二电容器充电电流注入到第一电容器中以用于补偿第一漏电流。具有相应最大漏电流的电容器相对于剩余的电容器或者第一电路路径中的剩余的电容器来说具有最小的电容器电压。该电路设计为，具有相应最小的电容器电压的电容器借助于相应的电容器充电电流进行充电，直到电容器电压相互近似平衡地分配直流电压回路处的直流电压为止。开关行程上的能开关的半导体能够部分地影响内阻，以使得能开关的半导体在线性范围中工作。应当引导相应的电容器充电电流用于根据需要为具有最小的电容器电压的电容器充电的能开关的半导体能够因此占据运行点，在其中能开关的半导体的开关行程不完全断开或者闭合。这影响了电容器充电电流的大小，其需要用于根据需求对相应的电容器充电。在此，平衡元件也用于电流负反馈。如果能开关的半导体在线性范围中继续断开，那么流过相应的能开关的半导体的电容器充电电流就升高。越来越多的电压经过相应的平衡元件下降。由此，经过能开关的半导体的相应的栅极端和相应的源极端的栅源电压也减小，这又减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对直流电压回路(2)中的电容器(C

【技术特征摘要】
2015.09.30 EP 15187517.61.一种用于对直流电压回路(2)中的电容器(C1，C2)处的电容器电压(UC1，UC2)进行平衡(SY)的电路(1)，所述电路具有：带有至少一个第一电容器(C1)和第二电容器(C2)的第一电路路径(3)，所述第一电容器和所述第二电容器串联地连接在所述直流电压回路(2)的直流电压(DC)的第一电势(DC+)和第二电势(DC-)之间，其中，在所述第一电容器(C1)和所述第二电容器(C2)之间设计有第一中间端口(4)；带有串联地连接在所述第一电势(DC+)和所述第二电势(DC-)之间的第一能开关的半导体(T1)、第一平衡元件(RS1)、第二平衡元件(RS2)和第二能开关的半导体(T2)的第二电路路径(5)，其中，所述第一能开关的半导体(T1)布置在所述第一电势(DC+)处并且所述第二能开关的半导体(T2)布置在所述第二电势(DC-)处，其中，所述第一平衡元件(RS1)和所述第二平衡元件(RS2)布置在所述第一能开关的半导体(T1)和所述第二能开关的半导体(T2)之间，并且其中，在所述第一平衡元件(RS1)和所述第二平衡元件(RS2)之间设计有第二中间端口(6)；和在所述第一电路路径(3)中的所述第一中间端口(4)与所述第二电路路径(5)中的所述第二中间端口(6)之间的第一电连接(9)。2.根据权利要求1所述的电路(1)，其中，所述第一能开关的半导体(T1)的第一栅极端(G1)和所述第二能开关的半导体(T2)的另外的栅极端(G2)分别能取决于所述第一电容器(C1)处的第一漏电流(IL1)或所述第二电容器(C2)处的第二漏电流(IL2)地进行驱控，使得借助于所述第一能开关的半导体(T1)和所述第一平衡元件(RS1)能将第一电容器充电电流(I1)注入到所述第二电容器(C2)中以用于补偿所述第二漏电流(IL2)，并且借助于所述第二能开关的半导体(T2)和所述第二平衡元件(RS2)能将第二电容器充电电流(I2)注入到所述第一电容器(C1)中以用于补偿所述第一漏电流(IL1)。3.根据权利要求1或2所述的电路(1)，其中，在第三电路路径(7)中，第一分压器元件(R1)、稳压器元件(8)和第二分压器元件(R2)串联地连接在所述第一电势(DC+)和所述第二电势(DC-)之间，所述第一分压器元件(R1)布置在所述第一电势(DC+)处，所述第二分压器元件(R2)布置在所述第二电势(DC-)处，并且所述稳压器元件(8)布置在所述第一分压器元件(R1)和所述第二分压器元件(R2)之间，在所述第一分压器元件(R1)和所述稳压器元件(8)之间设计有第一端口(10)，以及在所述第二分压器元件(R2)和所述稳压器元件(8)之间设计有第二端口(11)，第二电连接(12)设置在所述第一能开关的半导体(T1)的所述第一栅极端(G1)和所述第一端口(10)之间，以及第三电连接(13)设置在所述第二能开关的半导体(T2)的所述另外的栅极端(G2)和所述第二端口(11)之间，并且在所述第一端口(10)和所述第二端口(11)之间的第四电连接(15)中的开关元件(S)与所述稳压器元件(8)并联地布置。4.根据权利要求3所述的电路(1)，其中，所述开关元件(S)是电子开关(ES)。5.根据权利要求4所述的电路(1)，其中，所述电子开关(ES)是光电耦合器(14)。6.根据权利要求3所述的电路(1)，其中，当所述开关元件(S)闭合时，能在正常运行(NB)中执行对所述直流电压回路(2)的电容器(C1，C2)处的电容器电压(UC1，UC2)的所述平衡(SY)；或者其中，当所述开关元件(S)断开时，能为所述直流电压回路(2)的关断模式(AM)执行所述第一电容器(C1)的和所述第二电容器(C2)的主动对称放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅拉妮·埃克特，马库斯·弗吕奥夫，彼得·耶尼克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE