专利名称：具有至少两个串联电容器的电路布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有至少两个电容器的电路布置，该至少两个电容器串联地连接到电压，其中布置与该至少两个电容器并联的分压器，该分压器将该电压分配在该至少两个电容器上.
背景技术：
根据现有技术，如果待施加电压大于单个电容器的容许电压，则将
这些电容器串联，例如可以获得具有高达大约500V額定电压大小的电解电容器(ELK0).因此，必须在如下应用的情况下将两个或者更多个ELKO串联所述应用提供在具有超过500V电压的ELKO中存储电能.
公知的是例如为逆变器使用多个输入电容器，借助于该多个输入电容器将来自交流电源的电能馈入电网.特别是在太阳能发电机的情况下，在逆变器的输入端出现高电压，所以一般设置多个ELKO的串联电路以用于输入側的能量緩冲.
为了使施加的输入电压均匀地分配在多个电容器上，根据现有技术设置与电容器并联的分压器，在最简单的情况下，该分压器由高欧姆电阻构成，其中每个电容器都并联一个电阻.
这种多个电容器的串联电路所具有的缺点在于，如果出现干扰，在该干扰的情况下电^:器被短路，则对于单个电容器所期望的电压限制失效.电容器短路必然导致输入电压只会更多地分配在剩余的、没有短路的电容器上.
,i^知地通过过度i殳计电容器电路的尺寸((jberdi迈ensionierung)来解决该问题.因此例如设置附加电容器，以补偿单个电容器的故陣或短路.在此的缺点是提高了部件费用并且需要设置示出电容器故陣的附加电路.
另一用于保护电容器的公知方法是在每一个电容器的电流路径上都设置熔融保险丝.在短路情况下，熔断的保险丝中断电流流动并且不会使剩余电容器继续充电.在重新启动之前，除了消除短路原因之外，还必须更换保险丝.
发明内容
本发明所基于的任务在于，为在开始时所述类型的电路布置提供相对于现有技术的改进方案.
根据本发明，通过具有至少两个电容器的电路布置来解决该任务，所述至少两个电容器串联地连接到电压，其中布置与所述至少两个电容器并联的分压器，所述分压器将电压分配在所迷至少两个电容器上，此外与每个
电容器并联地布置有以如下方式与串联电阻串联的保护二极管所述保护二极管的阈值电压小于与该保护二极管并联布置的电容器的容许电压，并且布置与串联电阻并联的保护电路.
该布置可以用简单的部件来实现. 一旦在其中一个电容器上的分电压超过与该电容器并联的保护二极管的阈值电压并由此在相应的串联电阻上施加有电压，则特地提供的与所述串联电阻并联布置的保护电路就保护所述电容器，为此目的，所述保护电路例如包括用于隔离所述电容器的装置，所述装置在最简单的情况下被构造为电容器电路输入端处的开关元件.在另一示例中，所述保护电路包括在需要时与剩余的电容器以串联方式接通的电容器.
有利的是,保护电路包括至少一个具有发射部分和接收部分的耦合元件，所述耦合元件将串联电阻与报警电路辆合，使得施加在串联电阻上的电压触发对所述报警电路的激活.因此，报警电路相对于电容器电路来说使用较低的电压电平，并且可以集成在包括该电容器电路的设备的控制电路中。此夕卜，至少 一个耦合元件的发射部分和接收部分之间的电分离提高了设备的安全性。
在简单的这种示例中，报警电路包括用于隔离所述至少两个电容器的装置，并且所述用于隔离的装置与至少一个耦合元件的接收部分串联地连接到辅助电压.因此在一个电容器短路的情况下，处于电压下的串联电阻与报警电路的耦合使得借助于所述至少 一个辆合元件的接收部分向用于隔离的装置施加该辅助电压。在此，辅助电压例如被用作用于隔离的开关元件的控制电压。
在电容器电路与报警电路之间布置多个耦合元件的情况下，这些辆合元件的接收部分并联，其中该并联电路与用于隔离的装置串联地连接到辅助电压*因此，每个辆合元件的信号传输都导致报警电路被激活.
在本发明的一个有利示例中，至少两个电容器串联地连接到所述电压， 与每个电容器并联地布置有电阻，并且由保护二极管和串联电阻构成的串联 电路与每个电阻并联，此外与每个串联电阻并联地布置有耦合元件的发射部 分.利用该电路可以将任意多的电容器串联，而不会损害该电路的保护作用.
对于两个串联的电容器来说，下述电路是有利的与第一电容器并联地 布置有与笫一串联电阻串联的第一电阻，而与笫二电容器并联地布置有与笫 二串联电阻串联的第二电阻，并且与笫一电阻并联地布置有笫一保护二极管 而与第二电阻并联地布置有第二保护二极管，此外輛合元件的所述发射部分
与由串联电阻构成的串联电路并联地布置.因此，只需要一个耦合元件，借 助该耦合元件将两个串联电阻与报警电路辆合。
有利的是，与每个串联电阻并联地布置有齐纳二极管以用于保护所述至 少一个耦合元件的发射部分.在此，齐纳二极管的击穿电压低于所述至少一 个耦合元件的容许电压.
此外有利的是，在所述至少一个耦合元件的发射部分的前面连接有前置 电阻(Vorwiderstand)。利用该前置电阻可以在激活情况下限制通过所迷至 少一个辆合元件的发射部分的电流.
有利地将所述保护二极管实施为抑制二极管.所述抑制二极管具有限定 的击穿电压作为阈值电压以及非常高的放电功率(Ableitleistung)和快速 的响应特性.
对于辆合元件来说，被构造为光耦合器是有利的.光耦合器是经过证明 的、保证构造为发光二极管的发射部分与构造为光电晶体管的接收部分之间 的电分离的部件。
下面，参考附图以示例性方式阐释本发明.在示意性图示中 图1示出具有多个串联布置的电容器的电路布置， 困2示出具有两个串联布置的电容器和两个耦合元件的电路布置， 困3示出具有两个串联布置的电容器和一个耦合元件的电路布置， 困4示出根据困3、具有在笫一电容器短路情况下的电流流动的电 路布置，图5示出根据图3、具有在第二电容器短路情况下的电流流动的电 路布置.
具体实施例方式
图1示出具有多个串联布置的电容器C,...Cw的根据本发明电路 布置的示例，其中为了简化下述说明为每个电容都配有下标i-l到n. 在此，电容器C,...C,n)的数量n取决于施加的电压U、电容器d...Cw 的额定电压和各个电容器C,... C u)上的电压分配.
通过分压器来预先确定该电压分配.在最简单的情况下，如图l所 示，分压器由多个电阻R,...Rw形成，其中每个电容器d都并联有电阻 R,.电压U根据电阻值分配在各个电容器d上，在电阻值相同的情况下， 施加给每个电容器d相同的分电压U/n。
每个电阻Ri都并联有由保护二极管D,和串联电阻Rs,构成的串联电 路.在此，相应的保护二极管D,具有低于并联布置的电容器d的容许 电压的阈值电压.在此，保护二极管Di...Dn优选被构造为抑制二极管.
因此，在没有干扰的运行中，对于施加在电容器d...C(n)上的分 电压存在
Ud = UC2 = UCu-,) = UC") - Un /n
对于保护二极管Du..Du)上的电压存在
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在运行没有干扰的情况下，在串联电阻Rs,…Rs(n)上没有施加电压，
因为施加在保护二极管D"..Du)上的电压UD,…UDu)小于它们的阈值电 压。并联于串联电阻R"...R,u)布置有保护电路。
图1所示的保护电路包括n个优选构造为光輛合器的耦合元件
Od...OCn.在此，每个串联电阻Rs,都与耦合元件OCi的发射部分(例如
发光二极管)并联.此外，为了保护发射部分免受过电压，为每个串联 电阻Rs,并联有齐纳二极管DS1， 一旦施加在该发射部分上的电压达到容
许的最大值，该齐纳二极管就导通.借助于前置电阻Rv,…Rvn来保护发
射部分免受过电流.
耦合元件Od...O"(例如光电晶体管)的接收部分以并联方式与辅 助电压Us和装置"警报(ALARM)"连接，该装置用于将电容器d...Cn 与开始时施加的电压U相隔离.在电容器c,被短路的干扰情况下，在开始时施加的电压u分配到剩
余的、没有被短路的电容器C"..Cu-u, C("n...Coo上.在此，与这些 电容器d…Cu-,)，Cn + n…Cw并联布置的保护二极管D,…Dn-,)，D,卜D…Dw 的阈值电压被超过.保护二极管D,...Du-,), Dn + ,)…Dw变得导通并且 在串联电阻Rsl..Rs(卜,)，Rs(1 + 1)…Rs(n)上形成电压，该电压通过耦合元
件oc,…oc"-山oCu+u…ocw使得用于隔离电容器c,...a的报警电路
被激活.
图2示出相同示例的只具有两个串联电容器C,， C2的电路布置。在 干扰情况下，也就是说在电容器d或Cz短路的情况下，开始时施加的 全部电压U都施加在没有短路的电容器G或C,上.在此，保护电路的 工作方式与在困1中所述的工作方式相对应.
如果只有两个电容器d， C2串联，则还有另一根据本发明的示例是
有用的.在困3中示出这种替换的电路布置.在该布置中，串联电阻Rs,，
R"是用于在两个电容器C,， C2上分配开始时施加的电压U的分压器的元
件.因此，分压器由第一串联电路和第二串联电路组成，该笫一串联电 路由第一电阻R，和笫一串联电阻R"构成，第二串联电路由第二电阻R2 和第二串联电阻Rs2构成.第一串联电路与第一电容器C,并联，而第二 串联电路与第二电容器C2并联.
在此，对于电阻R,, R2, RS1, Rm存在 (H) = (R2 + R")
因此，电压U在两个电容器d， C2上均匀分配，并联于每个串联电 阻R"， Rs2又分别布置有齐纳二极管DS1， Ds2以用于在保护电路中防止过 电压.在此，两个齐纳二极管DS1， Ds2形成串联电路，具有前置电阻IU 的耦合元件OC与该串联电路并联.
在图4和5中示出在电容器C,， C2之一短路情况下的电流流动.图 4所示的第一电容器1的短路使得电流从电压U的正极通过笫一电容器 C,流动，由此全部电压U都施加在笫二电容器Ca上.因此，全部电压U 也施加在由第二电阻R2和第二串联电阻Rs2构成的串联电路上。该串联
电路将电压U分配在第二保护二极管D2和第二齐纳二极管Ds2或与该第
二齐纳二极管Ds2并联布置的保护电路元件DS1, Rv， OC上，在此，笫二 保护二极管D2的阈值电压被超过，由此该第二保护二极管1)2变得导通. 因此，电流通过导通的第二保护二极管02流向开始时施加的电压U的负极.施加在第二串联电阻R"上的电压使得电流流过保护电路，也就是 通过第一齐纳二极管DS1，前置电阻Rv和耦合元件0C的发射部分.在此， 通过与第二串联电阻Rs2并联的笫二齐纳二极管Ds2来确定该电流流动.
一旦电流流过保护电路，就通过耦合元件0C激活报警电路并且借 助于用于隔离的装置"警报(ALARM)"将电容器d， C2与开始时施加的 电压U分开.这以如下方式进行借助于耦合元件0C的接收部分使装 置"警报(ALARM)"与辅助电压Us连接，
图5示出笫二电容器C2短路情况下的电流流动，在这种情况下，全 部电压U都是加在第一电容器C，上，这导致笫一保护二极管D，被击穿. 又有电流流过保护电路并且使得电容器被隔离，由此阻止电容器的损 坏.
在排除导致电容器C，或C2短路的故陣之后，电路又可以投入运行。
权利要求
1.一种具有至少两个电容器(C1...C(n))的电路布置，所述至少两个电容器(C1...C(n))串联地连接到电压(U)，其中与所述至少两个电容器(C1...C(n))并联地布置有分压器，所述分压器将电压(U)分配在所述至少两个电容器(C1...C(n))上，其特征在于，与每个电容器(Ci)并联地布置有与串联电阻(RSi)串联的保护二极管(Di)，其中所述保护二极管(Di)的阈值电压小于与该保护二极管并联布置的电容器(Ci)的容许电压，此外布置与串联电阻(RS1..RS(n))并联的保护电路。
2. 根据权利要求1所述的电路布置，其特征在于，所迷保护电路包括至少一个具有发射部分和接收部分的耦合元件(OC或Od...OCu))，所述耦合元件(0C或OC,...OC<n>)将串联电阻(RS1...RS(n>)与报警电路耦合，施加在一个串联电阻Us,)上的电压触发对所述报警电路的激活。
3. 根据权利要求2所述的电路布置，其特征在于，所迷报警电路包括用于隔离所述至少两个电容器(C,…C(n,)的装置，并且所述用于隔离的装置与至少一个耦合元件(0C或Od...OC(n))的接收部分串联地连接到辅助电压(Us )。
4. 根据权利要求3所述的电路布置，其特征在于，设置多个耦合元件(0C,…0Cu,)，所述多个耦合元件(0C,…0C"))的接收部分并联，并且该并联电路与所述用于隔离的装置串联地连接到辅助电压(Us).
5. 根据权利要求2至4之一所述的电路布置，其特征在于，至少有两个电容器(C,…C(n))串联地连接到所述电压(U),与每个电容器(Ci)并联地布置有电阻(Ri)，并且由保护二极管(Di)和串联电阻Usi)构成的串联电路与每个电阻(R,)并联，此外与每个串联电阻(Rsi)并联地布置有耦合元件(0C,…0Cu))的发射部分.
6. 根据权利要求2至4之一所述的电路布置，其特征在于，第一电容器(d)与第二电容器(C2)串联地连接到所述电压(U),与笫一电容器(C,)并联地布置有与笫一串联电阻(R")串联的笫一电阻U,)，而与笫二电容器(C2)并联地布置有与第二串联电阻(RS2)串联的第二电阻(RJ，并且与第一电阻(R,)并联地布置有笫一保护二极管(D,)，与第二电阻U2)并联地布置有第二保护二极管(D2 )，此外耦合元件(0C )的所迷发射部分与由串联电阻(Rm RS2)构成的串联电珞并联地布置.
7.根据权利要求2至6之一所述的电路布置，其特征在于，与每个串联电阻Usi)并联地布置有齐纳二极管(I),以用于保护所述至少一个耦合元件(0C或0d…0Cw)的发射部分.
8，根据权利要求2至7之一所述的电路布置，其特征在于，在所述至少一个耦合元件(OC或OC,...OC(")的发射部分的前面连接有前置电阻(Rv或Rvi, - Rv(n))。
9. 根据权利要求1至8之一所述的电路布置，其特征在于，所述保护二极管(D,...DJ被构造为抑制二极管。
10. 根据权利要求2至9之一所述的电路布置，其特征在于，所述至少一个耦合元件(OC或OC,...OC"))被构造为光耦合器。
全文摘要
本发明涉及具有至少两个电容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)的电路布置，所述至少两个电容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)串联地连接到电压(U)，其中与所述至少两个电容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)并联地布置有分压器，所述分压器将电压(U)分配在所述至少两个电容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)上，并且与每个电容器(C<sub>i</sub>)并联地布置有与串联电阻(R<sub>Si</sub>)以如下方式串联的保护二极管(D<sub>i</sub>)所述保护二极管(D<sub>i</sub>)的阈值电压小于与该保护二极管并联布置的电容器(C<sub>i</sub>)的容许电压，并且与串联电阻(R<sub>Si</sub>...R<sub>S(n)</sub>)并联地布置有保护电路。
文档编号H02H7/16GK101682187SQ200880015452
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月15日 优先权日2007年5月10日
发明者H·克恩斯托克, J·哈拉克 申请人:奥地利西门子公司