专利名称：无极性电解电容器控制模块的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子器件，具体为一种可将普通电解电容器用于交流电路中工 作的无极性电解电容器控制模块。
背景技术：
用于交流电路的电力电容器都是采用双层铝箔中间加电介质构成，由于不可 能将电介质层作得很薄，极板面积制作得很大，导致电容器的电容值小、体积很大、 消耗材料多、成本高，对其广泛应用造成一定限制，尤其给电力系统提高功率因数 的推广应用造成困难。电解电容器用阔金属作为正极，用负极板和电解液作为负极。 首先在负极板和正极板工作面上进行正极腐蚀以增大极板表面积，再在正极表面用 电化学方法生成氧化膜层作为电容器的电介质。由于两极板间的距离短，且氧化膜 介电常数高，因此电解电容器的电容值要比同体积普通的电力电容器的电容值大 很多，单位体积存储的电力的能量是普通电容器的几十倍，具有体积小、自愈性好、 容量大、成本低等优点。但是电解电容器只适合在直流电路中工作，即使可以将所 谓的无极性电解电容器应用于交流电路中，然而由于电容器损耗大，也只能短时间 或间歇性工作；且这种无极性电解电容器实际使用的电容值是两只相同参数的电容 器电容值和的四分之一，降低了电容器的利用率。发明内容为了解决上述问题，本发明提供一种无极性电解电容器控制模块，利用已有电 解电容器体积小、容量大、成本低及节约材料等优点，通过四个同步驱动控制电路 分别驱动四只半导体功率控制元件，以完成电源正和负半周期的开启与关断，进而 控制电解电容器对电源放电，制成一种可将普通电解电容器用于交流电路的无极性 电解电容器控制模块。这种无极性电解电容器控制模块提高了电解电容器的利用 率，可使无极性电解电容器的实际使用电容值和单只电容器的电容值相等，相比于 己有交流电解电容器，容量增大了四倍；且不存在串联电解电容器的串联电压分压 的缺点，在模块容量和电解电容器耐压值允许的范围内，容量不等的多只电解电容 器可以任意并联。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种无极性电解电容器控制模 块，由四只相同参数的功率控制元件、四只相同参数的半导体二极管、四个相同参 数的同步驱动控制电路组成。四只功率控制元件与四只半导体二极管分别反极性连 接，四个同步驱动控制电路分别驱动四只功率控制元件构成全桥变换电路。所述的 功率控制元件可采用半导体三极管、IGBT或VMOSFET、可控硅或门极关断可控 硅。所述的驱动电路的电源供给方式有两种利用主电路供给和单独供给。无极性电解电容器控制模块的集成封装模式有两种四引出线封装模式和六引出线封装模 式。图l和图3是一种利用主电路供给驱动电路电源的四引出线封装模式；图2和图4是一种单独供给驱动电路电源的六引出线封装模式，Ea和Eb是单独供电时无 极性电解电容器控制模块内部同步驱动控制电路的电源内部连线。无极性电解电容 器控制模块可以是集成封装成模块，也可以由分立元件用导线连接而成。所述的无极性电解电容器控制模块的工作原理是以单相交流电工作为例，见图5，当交流电源E为正半周期工作时，电流由半导体二极管(9)的正极至负极经电解电容器 C的正极至负极到半导体二极管(16)再回到电源E构成回路，对电解电容器C 进行充电；此时电源E的同步驱动控制电路(5)和(12)分别驱动功率控制元件 (7)和(14)导通，当电源E的电压低于电解电容器C的电压时，电解电容器C 经功率控制元件(7)和(14)向电源E放电。对电解电容器C进行充电时，半导体二极 管一方面起到整流作用，另一方面将电解电容器反向工作电压箝位在半导体二极管 正向导通电压即管压降值范围内，起到保护电解电容器反向电压击穿电极板的作 用。当电源E的负半周工作时，电流经半导体二极管(10)、电解电容器C、半导 体二极管(15)对电解电容器C进行充电，两个同步驱动控制电路(6)和(11) 分别驱动功率控制元件(8)和(13)导通，当电源E的电压低于电解电容器C的 电压时，电解电容器C经功率控制元件(8)和(13)向电源E进行放电；进而完成了电 解电容器C的正负半周的充放电过程，实现了电解电容器在交流电路中工作。无 极性电解电容器控制模块的工作过程图3是四引出线封装图，只需引出两条输入 引线(1)、 (2)和两条输出引线(3)、 (4)，在输出引线(3)标(+)极和输出引 线(4)标(-)极；考虑到功率元件的散热，封装壳(17)外部设有散热片(18)。 当功率控制元件采用VMOSFET和IGBT时，由于驱动电压高，为了提高模块的利 用率，降低电源损耗，应选用单独供给驱动电路电源方式，见图2。图中AD1和 AD2为AC/DC交流/直流转换电源，AC交流工作电压视工作环境而定，DC直流 工作电压为10-20V，该类元件具有压降小，放电效果好等优点。图4是六引出线 封装图，封装时，比图3多出两条引线A和B。功率控制元件采用可控硅和门极关 断可控硅，驱动控制电路必须按门极要求设计。该类元件具有成本低，容量大等优 点。在高电压、大电流情况下工作时，为避免烧毁无极性电解电容器，需要采用串 联电感Ll和L2来限制电流随时间的变化率，电容器Cl是为吸收高频冲击电压而设置的。当工作周期为几十千周时，应选用快速恢复型半导体二极管，以减少半导 体二极管开关时的工作损耗，有利于保护电解电容器。由于管压降0.7-L2V只是电 源电压220V和380V的0.2-0.5%左右，相比于提高功率因数20-30%其损耗可忽略不 计。每只电解电容器和每只半导体二极管都是半周期工作,将大大提高使用寿命。 该无极性电解电容器控制模块，也可制成三相桥式无极性电解电容器控制模块，还 可以制成六相、十二相等多相无极性电解电容器控制模块。本发明的有益效果是四只半导体二极管分别对电源正和负半周进行整流，对 电解电容器充电，利用四只半导体功率控制元件的导通，将存储电解电容器里的电 能释放回电源，实现了交流电充、放电过程和无极性电解电容器的工作过程。利用 半导体二极管反向截止的特性，截断了加在电解电容器两端的反向电压，并且另一 只半导体二极管导通时起到箝位作用，将电解电容器两端反向电压箝位在二极管管 压降范围内，克服了电解电容器不能承受反向电压的缺点，实现了可直接控制电解 电容器在交流电路中工作。不存在交流串联电解电容器的串联电路分压的缺点，在 模块容量和耐压值允许的范围内，容量不等的多只电解电容器可任意并联，增大了 电解电容器的容量，极大地提高了电解电容器的有效利用率，且成本低,只有同容 量普通电容器的百分之一。该发明可为电力系统功率因数补偿提供更为实用的产 品，电容器具有吸收浪涌电流大的优点，将会减少电网冲击电压对设备造成的损坏， 可提高电网品质。如将无极性电解电容器控制模块用在单相电容启动式交流电动机 中工作，完成电动机启动后电容器可继续工作，将大大的提高电动机输出功率和使 用效率，并且具有降低成本、减少故障率和提高使用寿命等优点。还可利用该无极 性电解电容器控制模块制成的无极性电解电容器替代变压器和电阻式降压，进行电 容器式降压，将具有縮小设备的体积、提高电网的功率因数和节约电能等优点。
图1四引出线无极性电解电容器控制模块电路原理图 图2六引出线无极性电解电容器控制模块电路原理图 图3四引出线封装图 图4六引出线封装5用典型功率控制元件半导体三极管工作原理图 图6用典型功率控制元件VMOSFET工作原理图 图7用典型功率控制元件可控硅工作原理图 图中标号1、 2输入引线 3、输出正极引线 4、输出负极引线 5、 6、 11、 12驱 动控制电路 7、 8、 13、 14功率控制元件 9、 10、 15、 16半导体二极管 17、模块外壳18、散热片具体实施方式
实施例l请参阅图1、图3、图5，无极性电解电容器控制模块是由四只相同参数的功 率控制元件、四只相同参数的半导体二极管、四个相同参数的同步驱动控制电路组 成。四只功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)与四只半导体二极管(9)、 (10)、 (15)、 (16) 分别反极性连接,四个驱动控制电路(5)、 (6)、 (11)、 (12)分别驱动四只功率控制元件 (7)、 (8)、 (13)、 (14);所述的功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)采用半导体三极管 构成的无极性电解电容器控制模块，具有控制简单等优点。无极性电解电容器控制 模块可以是集成封装而成，也可以由分立的元件用导线连接而成。实施例2请参阅图2、图4、图6，所述的功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)采用IGBT 或VMOSFET的无极性电解电容器控制模块，该类元件具有压降小、放电效果好等 优点。AD1和AD2同步驱动电路应采用单独10-20V直流电源供电。其余同实施 例l。实例3请参阅图3、图7，所述的功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)采用可控硅和门极 关断可控硅构成的无极性电解电容器控制模块，驱动控制电路必须按门极要求设 计。该类元件具有成本低，容量大等优点。其余同实施例1
权利要求
1、一种无极性电解电容器控制模块，其特征是该控制模块由四只相同参数的功率控制元件、四只相同参数的半导体二极管、四个相同参数的驱动控制电路构成的桥式变换电路组成。
2、 根据权利要求1所述的无极性电解电容器控制模块，其特征是四只功率控制、元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)与四只半导体二极管(9)、 (10)、 (15)、 (16)分别反极性 连接,四个驱动控制电路(5)、 (6)、 (11)、 (12)分别驱动四只功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)。
3、 根据权利要求1所述的无极性电解电容器控制模块，其特征是功率控制元件可采用半导体三极管、IGBT或VMOSFET、可控硅或门极关断可控硅；所述的驱动控制电路的电源供给方式有两种利用主电路供给和单独供给。
4、 根据权利要求1所述的无极性电解电容器控制模块，其特征是当功率控制元件采用VMOSFET或IGBT时，应选用单独供给驱动电路电源方式AD1和AD2。
5、 根据权利要求1所述的无极性电解电容器控制模块，其特征是考虑到功率元 件的散热，封装壳(17)外部设有散热片(18)。
6、 根据权利要求1所述的无极性电解电容器控制模块，其特征是无极性电解电容器控制模块的集成封装模式有两种四引出线封装模式和六弓I出线封装模式。
7、 根据权利要求6的四引出线封装模式，其特征是引出两条输入引线(1)、 (2) 和两条输出引线(3)、 (4)，输出引线(3)标(+)极，输出引线(4)标()极。
8、 根据权利要求6的六引出线封装模式，其特征是封装时采用六条引出线即在 四引出线封装模式基础上增加引线A和B。
全文摘要
本发明公开了一种无极性电解电容器控制模块，该控制模块由四只相同参数的功率控制元件、四只相同参数的半导体二极管、四个相同参数的驱动控制电路构成的桥式变换电路组成。四只功率控制元件与四只二极管分别反极性连接，四个驱动控制电路分别驱动四只功率控制元件；功率控制元件采用半导体三极管、IGBT或VMOSFET、可控硅或门极关断可控硅；功率控制元件可以集成封装成模块，也可以由分立元件用导线连接而成。该无极性电解电容器控制模块实现了普通电解电容器在交流电路中工作，可广泛应用于电力的功率因数补偿、电容降压设备上，具有提高电解电容器的有效利用率、缩小体积、节约电能等优点。
文档编号H02M3/07GK101594050SQ200910068399
公开日2009年12月2日 申请日期2009年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者卓 张, 炜 张, 李琦颖, 李香凤, 李香龙 申请人:河南大学