专利名称：集合式电容器、多电平逆变器及集合式电容器的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容器，具体涉及一种集合式电容器、包含该集合式电容器的逆变器及集合式电容器在逆变器中的应用。
背景技术：
电容具有储能和滤波等作用，在电工技术领域中有着广泛的应用，应用中经常需要将多个电容串联或者并联或者以串联和并联混合的方式连接，然后其中一些电容的端点再和别的元器件连接。在制作电路板时，通常分别将每个电容与接线端子相连，如图I所示，这种方法接线端子的数量多，占用面积大；或者将电容连接后，再将其公共端和非公共端与接线端子相连，如图2所示，这种方法接线复杂，安装难度大。
例如，在太阳能发电领域，多电平逆变器在体积、成本和谐波特性上明显优于传统的两电平逆变器。如图11所示，是三电平逆变器的电路图。将两个电容串联做Delink电容时，需要将串联电容的两个端点分别接直流母线的正母线端子和负母线端子以及开关管的正母线端子和负母线端子，两个电容的公共端接开关管的母线中点电位端子。接线时必须使用定制的压合母排来连接Delink电容，由于普通的圆柱状电容尺寸大，所以占用面积大；而且电容外露端子过多，环境防护能力差，安装维护工作量大。将两个电容串联做吸收电容时，需要将串联电容两端的端点接开关管的正母线端子和负母线端子，两个电容的公共端接开关管的母线中点电位端子。接线时，普通的吸收电容无法正常安装，需使用定制管脚的电容，或者把吸收电容的一只脚垫起来使用，还必须把电容面对面的安装，占用面积大。
发明内容
本发明的目的是提供一种占用面积小、接线简单、易于安装的集合式电容器、包含该集合式电容器的逆变器和集合式电容器在逆变器中的应用。为实现上述目的，本发明提供了一种集合式电容器，所述集合式电容器包括一个容器，所述容器内装设有多个电容，所述多个电容以串联或者并联或者串联和并联混合的方式连接，以上述方式组成的集合式电容的两端及部分电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚。由上述技术方案可知，各个电容之间的连接在容器内部完成，接线时只需将电容器的第一引脚和接线端子连接即可，接线简单、易于安装，两个电容连接有公共端的，通过公共端的第一引脚就可实现两个电容与接线端子的连接，可以减少接线端子的数量，进一步减少占用面积。本发明还提供了一种逆变器A，所述逆变器A包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，该逆变器A还包括本发明所述的集合式电容器，所述集合式电容器包括一个容器，所述容器内装设有多个电容，所述多个电容以下列两种方式中的一种连接设置
所述多个电容以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚。所述的多个电容以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚，该串联电容与另一部分电容组成的电容并联。上述串联电容中每个电容的参数相同。所述集合式电容器的第一引脚接到功率开关模块的功率管脚上，作为功率开关模块的吸收电容，如果所述逆变器A输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚，该至少N个第一引脚的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点
±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2] }，[N/2]表示对 N/2 取整数。采用上述集合式电容器用作逆变器的吸收电容，易于安装，占用面积小。本发明还提供了一种逆变器B，所述逆变器B包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，所述逆变器B还包括本发明所述的集合式电容器，所述集合式电容器包括一个容器，所述容器内装设有多个电容，所述多个电容以下列两种方式中的一种连接设置所述多个电容以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚。所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个
第二引脚。所述的多个电容以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚，该串联电容与另一部分电容组成的电容并联，所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个第二引脚。上述串联电容中每个电容的参数相同。所述集合式电容器的第二引脚分别与直流电压的正、负极相连，所述集合式电容器的第一引脚接到功率开关模块的功率管脚上，如果所述逆变器输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚，该至少N个第一引脚的部分或全部分别接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2] }，[N/2]表示对 N/2 取整数。采用上述集合式电容器用作逆变器的Delink电容，接线方便，占用面积小，且电容端子都位于容器内，环境防护能力好，易于安装维护。本发明还提供了本发明所述的集合式电容器在逆变器中的应用，其中所述逆变器包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，集合式电容器包括一个容器，所述容器内装设有多个电容，所述多个电容以下列两种方式中的一种连接设置所述多个电容以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚。所述的多个电容以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚，该串联电容与另一部分电容组成的电容并联。
上述串联电容中每个电容的参数相同。所述集合式电容器的第一引脚接到功率开关模块的功率管脚上，作为功率开关模块的吸收电容，如果所述逆变器输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚，该至少N个第一引脚的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2] }，[N/2]表示对 N/2 取整数。本发明还提供了本发明所述的集合式电容器在逆变器中的另一应用，其中所述逆变器包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，所述逆变器还包括本发明所述的集合式电容器，所述集合式电容器包括一个容器，所述容器内装设有多个电容，所述多个电容以下列两种方式中的一种连接设置所述多个电容以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚。所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个·第二引脚。所述的多个电容以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚，该串联电容与另一部分电容组成的电容并联，所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个第二引脚。上述串联电容中每个电容的参数相同。所述集合式电容器的第二引脚分别与直流电压的正、负极相连，所述集合式电容器的第一引脚接到功率开关模块的功率管脚上，如果所述逆变器输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚，该至少N个第一引脚的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点±卜(1-2& /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N/2 取整数。
图I是现有技术中电容的接线示意图；图2是现有技术中电容的接线示意图；图3是本发明一个实施例的接线示意图；图4是本发明一个实施例的接线示意图；图5是本发明一个实施例的接线示意图；图6是本发明一个实施例的接线示意图；图7是本发明一个实施例的接线示意图；图8是本发明一个实施例的接线示意图；图9是本发明逆变器的一个实施例的电路图；图10是本发明逆变器的一个实施例的电路图；图11是本发明逆变器的一个实施例的电路图；图12是本发明一个实施例的应用电路图。
具体实施方式
如图3、4、5、6、7所示，本发明包括一个容器1，所述容器I内装设有多个电容2，所述多个电容2以串联或者并联或者串联和并联混合的方式连接，以上述方式组成的集合式电容的两端及部分电容2的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3。所述电容2可以以串联的方式连接，如图3、4、6所示，所述电容2还可以以并联的方式连接，所述电容2也可以以并联和串联混合的方式连接，如图5、7所示，这主要取决于电容所在系统的需要。所述集合式电容的两端及部分电容2的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3，哪些端点需要向外引出第一引脚3，也主要取决于系统的连接需要。例如图3所示，串联电容的两端和其公共端都要与其他元器件相连，则从串联电容的两端和其公共端均引出第一引脚3。还比如图5，只从串联电容的两个端点和串联电容中相邻两个电容间的节点向外引出第一引脚3。而各个电容2之间的连接在容器内部完成，接线时只需将电容器的第一引脚3和接线端子连接即可，接线简单、易于安装。两个电容连接有公共端的，通过公共端的第一引脚就可实现两个电容与接线端子的连接，可以减少接线端子的数量，进一步减少占用面积。
进一步的，如图3、4所示，所述多个电容2以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容2的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3。每个端点引出第一引脚3的个数主要取决于每个端点需要与哪些模块相连。每个端点引出3个第一引脚3的接线方式见图8。如图5所示，所述的多个电容2也可以以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容2以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容2的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3，该串联电容与另一部分电容2组成的电容并联。另一部分电容的个数可以为I个或多个。串联电容的两端和相邻两个电容2的公共端中，每个端点引出第一引脚3的个数主要取决于每个端点需要与哪些模块相连。每个端点引出3个第一引脚3的接线方式见图8。进一步的，如图6、7所示，当所述集合式电容器有其他输入的场合，所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个第二引脚4。所述串联电容的两端还一般各自向外引出I个第二引脚4，当所述集合式电容器所接入的电流比较大时，也可向外引出2个或多个第二引脚4。具体接线方式见图8所示。进一步的，上述包括串联电容的所有方案或者方案的组合方案中，所述的串联电容中每个电容的参数相同。上述所说的电容2并不局限于单个的电容，还可以指由多个电容串联或者并联组成的组合电容。作为本发明的优选方案之一，所述集合式电容器包括一个容器1，所述容器I内装设有多个电容2，所述多个电容2以下列两种方式中的一种连接设置所述多个电容2以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容2的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3。所述的多个电容2以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容2以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚，该串联电容与另一部分电容2组成的电容并联。另一部分电容的个数可以为I个或多个。
上述串联电容中每个电容2的参数相同。上述方案可以应用在逆变器的场合，一个逆变器A，包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，该逆变器A还包括上述的集合式电容器，所述集合式电容器的第一引脚3接到功率开关模块的功率管脚上，作为功率开关模块的吸收电容·，如果所述逆变器A输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚3，该至少N个第一引脚3的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点±卜(1-2& /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N/2 取整数。所述集合式电容器有N个第一引脚3适用于逆变器输出单相电的场合，有2N个第一引脚3适用于逆变器输出单相电且集合式电容器还需要与平衡电路或充放电电路相连的场合，有3N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电的场合，有4N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电且集合式电容器还需要与平衡电路或充放电电路相连的场合，有6N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电且集合式电容器还需要与背靠背整流模块相连的场合，有7N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电且集合式电容器还需要与背靠背整流模块和平衡电路或充放电电路相连的场合，等等。总之，集合式电容器的串联电容的每个端点引出第一引脚3的个数主要取决于每个端点需要与哪些模块相连接。集合式电容器中电容2可以以串联的方式连接也可以以串联和并联混合的方式连接，串、并混合连接方式中并联的电容起储能和滤波的作用，可以更好的吸收功率开关模块上的母线尖峰电压。逆变器可以为三电平逆变器，此时N = 3，N' = 1，则如图7所示，集合式电容器的3个第一引脚3分别接到功率开关模块的+V、-V和中点电位功率管脚上。当为五电平逆变器时，此时N = 5，N' = 2，则如图8所示，集合式电容器的5个第一引脚3分别接到功率开关模块的+V、+1/2V、-1/2V、-V，和母线中点电位功率管脚上。其他逆变器的场合可以按上述方法推导。本发明还保护了上述优选方案一在逆变器中的应用，具体连接方式同上。本发明的上述优选方案除了应用于多电平逆变器中之外，还可以应用于两电平基本单元串联的场合，电路连接如图12所示。还可以应用于传统两电平的场合，此时功率开关模块包括两个串联的开关管，串联开关管的两端接母线电压的正、负极，其中点作为输出引出，则串联电容的两端与串联开关管的两端相连，串联电容的中点与串联开关管的中点相连。总之，只要是存在多电容串联且需要与串联电容的中间点相连的场合，都可以应用本发明的上述优选方案。该集合式电容器接线简单、易于安装、占用面积小，可以减小逆变器的功率开关模块管脚处的尖峰电压，减小引线电感，使电容吸收纹波电流的能力更强。作为本发明的优选方案之二，所述集合式电容器包括一个容器1，所述容器I内装设有多个电容2，所述多个电容2以下列两种方式中的一种连接设置所述多个电容2以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容2的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3。所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个第二引脚4。所述的多个电容2以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容2以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚3，该串联电容与另一部分电容组成的电容并联，所述串联电容的两端还各自向外引出至少一个第二引脚4。上述串联电容中每个电容的参数相同。上述方案可以应用在逆变器的场合，一个逆变器B，包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，所述逆变器B还包括上述优选方案二所述的集合式电容器，所述集合式电容器的第二引脚4与直流电压的正、负极相连，所述集合式电容器的第一引脚3接到功率开关模块的功率管脚上，如果所述逆变器B输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚3，该至少N个第一引脚的全部或部分接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点±卜(1-2& /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N/2 取整数 。所述集合式电容器有N个第一引脚3适用于逆变器输出单相电的场合，有2N个第一引脚3适用于逆变器输出单相电且集合式电容器还需要与平衡电路或充放电电路相连的场合，有3N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电的场合，有4N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电且集合式电容器还需要与平衡电路或充放电电路相连的场合，有6N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电且集合式电容器还需要与背靠背整流模块相连的场合，有7N个第一引脚3适用于逆变器输出三相电且集合式电容器还需要与背靠背整流模块和平衡电路或充放电电路相连的场合等等。总之，集合式电容器的串联电容的每个端点引出第一引脚3的个数主要取决于每个端点需要与哪些模块相连接。所述集合式电容器一般有两个第二引脚4，接在直流电压的正、负极，当直流电流较大时，所述集合式电容器可以设置4个第二引脚4分别接在直流电压的正、负极，如图8所示。集合式电容器中电容2可以以串联的方式连接也可以以串联和并联混合的方式连接，串、并混合连接方式中并联的电容起储能和滤波的作用，可以更好的改善总母线的滤波效果。逆变器可以为三电平逆变器，此时N = 3，N' = 1，则如图7所示，集合式电容器的3个第一引脚3分别接到功率开关模块的+V、-V和中点电位功率管脚上。当为五电平逆变器时，此时N = 5，N' = 2，则如图8所示，集合式电容器的5个第一引脚3分别接到功率开关模块的+V、+1/2V、-1/2V、-V，和母线中点电位功率管脚上。其他逆变器的场合可以按上述方法推导。本发明还保护了上述优选方案二在逆变器中的应用，具体连接方式同上。本发明的上述优选方案除了应用于多电平逆变器中之外，还可以应用于两电平基本单元串联的场合，电路连接如图12所示。还可以应用于传统两电平的场合，此时串联电容的两端与功率模块的正、负极连接，串联电容的中点与输入(或者输出)滤波电容的中点连接。总之，只要是存在多电容串联且需要与串联电容的中间点相连的场合，都可以应用本发明的上述优选方案。上述集合式电容器作为DClink电容，具有安装简洁、体积小、防护等级高、维护方便等优点。逆变器还可以同时包括上述集合式电容器的优选方案一和优选方案二，如图9所示，分别为三电平逆变器中DClink电容和吸收电容的 电路图。
权利要求
1.一种集合式电容器，其特征在于所述集合式电容器包括一个容器(I)，所述容器(I)内装设有多个电容(2)，所述多个电容(2)以串联或者并联或者串联和并联混合的方式连接，以上述方式组成的集合式电容的两端及部分电容(2)的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚(3)。
2.根据权利要求I所述的集合式电容器，其特征在于所述多个电容(2)以串联的方式连接，所述串联电容的两端和相邻两个电容(2)的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚⑶。
3.根据权利要求I所述的集合式电容器，其特征在于所述的多个电容(2)以串联和并联混合的方式连接，其中部分电容(2)以串联的方式连接，该串联电容的两端和相邻两个电容⑵的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚(3)，该串联电容与另一部分电容(2)组成的电容并联。
4.根据权利要求I或2或3所述的集合式电容器，其特征在于所述集合式电容的两端还各自向外引出至少一个第二引脚(4)。
5.根据权利要求2或3所述的集合式电容器，其特征在于所述的串联电容中每个电容的参数相同。
6.根据权利要求4所述的集合式电容器，其特征在于所述的串联电容中每个电容的参数相同。
7.一种逆变器A，包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连,其特征在于该逆变器A还包括根据权利要求5所述的集合式电容器，所述集合式电容器的第一引脚(3)接到功率开关模块的功率管脚上，作为功率开关模块的吸收电容，如果所述逆变器A输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚(3)，该至少N个第一引脚(3)的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点 ±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N/2 取整数。
8.一种逆变器B，包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连,其特征在于所述逆变器B还包括根据权利要求6所述的集合式电容器，所述集合式电容器的第二引脚(4)与直流电压的正、负极相连，所述集合式电容器的第一引脚(3)接到功率开关模块的功率管脚上，如果所述逆变器B输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚(3)，该至少N个第一引脚(3)的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点 ±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N/2 取整数。
9.根据权利要求5所述的集合式电容器在逆变器中的应用，其中所述逆变器包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，集合式电容器的第一引脚(3)接到功率开关模块的功率管脚上，作为功率开关模块的吸收电容，如果所述逆变器输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚(3)，该至少N个第一引脚(3)的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点 ±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N/2 取整数。
10.根据权利要求6所述的集合式电容器在逆变器中的应用，其中所述逆变器包括功率开关模块，所述功率开关模块与直流电压相连，所述集合式电容器的第二引脚(4)与直流电压的正、负极相连，所述集合式电容器的第一引脚(3)接到功率开关模块的功率管脚上，如果所述逆变器输出N个电平，直流电压正、负极电压分别为+V和-V，则集合式电容器有至少N个第一引脚(3)，该至少N个第一引脚(3)的部分或全部接到功率开关模块的功率管脚上，分别为如下电压点 ±|V(1-2N' /(N-I)) !,Ni = {0,1,…，[N/2]}，[N/2]表示对 N /2 取整数。
全文摘要
本发明具体涉及一种集合式电容器、包含该集合式电容器的逆变器及集合式电容器在逆变器中的应用，所述集合式电容器包括一个容器，所述容器内装设有多个电容，所述多个电容以串联或者并联或者串联和并联混合的方式连接，以上述方式组成的集合式电容的两端及部分电容的公共端中，每个端点向外引出至少一个第一引脚。各个电容之间的连接在容器内部完成，接线时只需将电容器的第一引脚和接线端子连接即可，接线简单、易于安装，两个电容连接有公共端的，通过公共端的第一引脚就可实现两个电容与接线端子的连接，可以减少接线端子的数量，进一步减少占用面积。
文档编号H02M7/483GK102983002SQ201110259858
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月3日 优先权日2011年9月3日
发明者余鸿, 方向军 申请人:阳光电源股份有限公司