专利名称：有源平衡模块电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电容器的有源平衡电路及其制造方法。 更具体而言，本发明涉及一种用于串联叠加设置的电容器的基于 模块的有源平衡电路。
背景技术：
电容器一般设计具有最大操作额定电压，其中在这个最大操 作额定电压以上的操作通常导致产生过多的泄漏电流，随后产生 气体，并最终导致电容器的故障。等值和等额定的电容器被串联 叠加来构建用于更高电压应用场合的电容。在充电期间以及在对 电容器充电之后，只要每个电容器的电容值保持相同，则总电压 在叠加的每个电容器上平均分配。 一旦充电即将完成，并且达到 了叠加的平衡条件，则只要每个电容器的泄漏电流相等，电压就 继续在每个电容器上平均分配。总之，在这种串联叠加的电容器 上具有不等电压有两个原因l)不等的电容值；2)不等的平衡泄漏 电流。
传统上已经采取了各种方法来试图控制由于不等的电容值或 者不等的平衡泄漏电流导致的电压的不平衡。在其中一个方法中， 使用 一种被称为无源平衡的技术。无源平衡包括使用无源元件来 平衡叠加的电容器之间的电压。通常，这包括将等值电阻器与电 容器并联连接。尽管无源平衡开始可以工作，但是无源平衡的缺 点是，它不能调节由于电容值或随时间产生的泄漏电流的改变而导致的电压不平衡。
在另一种方法中，使用一种被称为有源平衡的技术。有源平衡包括使用有源元件来平衡电容器之间的电压。尽管该技术可以用来随着时间调节电压的不平衡，但是这些有源装置的传统的实施方式是复杂的并且是昂贵的。
因此，需要提供一种改进的装置和相应的方法，该方法更容易并且可以更低成本地实现，还能够控制串联叠加的电容器之间的电压的不平衡，从而延长电容器的平均寿命并且改进电性能。
发明内容
为了实现前述的目的，本发明提供一种有源平衡模块及其制造方法，该有源模块控制串联叠加的电容器之间的电压/泄漏电流的不平衡，这些模块结构简单并且制造成本低，而且是通用的。它们可以单独4吏用也可以组合在 一 起来形成用于多个串联叠加的电容器的多模块有源平衡电路。
一方面，本发明提供一种模块，该模块具有用于控制一对串联连接的电容器之间的电压不平衡的无电感器的电路。该模块包
括被设定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子；设定成连接到第 一 电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及集成到第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内的有源元件。该有源元件适于充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡。该有源元件还具有连接到第一和第三端子的电源连接。
在一个实施例中，有源元件是一个运算放大器。该运算放大器具有输入、输出以及反馈回路，其中输入连接到两个分电压电阻器上。此外，输出可以通过可选的限流电阻器连接到第二端子上。通常，反馈回路包括反馈电阻器。
在另一个实施例中，有源元件是一种开关电压转换器。通常，开关电压转换器与快速电容器结合。
然而在另一个实施例中，至少一个端子还被进一步设定成连接到第二模块，该第二模块具有用于控制串联连接的第二对电容器之间的电压不平衡的无电感器电路。通常，第一和第二模块的无电感器电路基本上相同。而且，第一和第二模块的电路可以重叠在到第二模块的连接之上。在一些情况中，第一和第二模块的电路在一个端子上重叠。在其他情况中，第一和第二模块的电路在两对电容器共用的公共电容器上重叠。
在另一个方面，本发明提供一种电容器装置组件，该组件包括多个串联电连接的电容器；以及具有用于控制串联连接的一对
电容器之间的电压不平衡的无电感器电路的模块。该模块包括被
设定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子；设定成连接到第一电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及集成在第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内的有源元件。该有源元件适于充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡。该有源元件还具有连接到第一和第三端子的电源连接。
在一个实施例中，多个电容器安装在具有用于相互连接多个电容器、模块以及外部连接的电连接的母板上。另外，该模块可以安装在子板上，该子板安装在母板上。
在另一个实施例中，多个电容器被连接到柔性电路结构中的外部引线。该模块被横跨外部引线地安装，并也具有柔性电路结构。
在某些情况中，基底位于模块、多个电容器以及母板上方。而且，基底、母板、模块以及多个电容器的一部分可以封装在模制材料中。
在另一方面，本发明提供一种用于控制串联连接的一对电容器之间的电压不平衡的方法。该方法包括(l)形成i殳定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子；(2)形成设定成连接到第一电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；(3)形成设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及(4)将有源元件集成到第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内，从而使得有源元件充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡，该有源元件具有连接到第一和第三端子的电源连接。
下面将参考附图来描述本发明的这些和其他特征和优点。
图1A示出根据本发明的不同实施例的包括多个耦合到一个有源平衡模块的电容器的有源平衡系统。
图1B示出根据本发明的不同实施例的包括多个耦合到一个
有源平衡模块的电容器的有源平衡系统。
图2示出根据本发明的不同实施例的包括多个耦合到多个有源平衡模块的电容器的有源平衡系统。
图3示出根据本发明的不同实施例的包括多个耦合到多个有
源平衡模块的电容器的有源平衡系统。
图4A示出本发明的第一实施例的电容器装置组件的侧视图。
图4B示出图4A中的电容器装置组件的俯^L图。
图5 A示出本发明的第二实施例的电容器装置组件的侧视图，
图5B示出图5A中的电容器装置组件的仰视图。
图6A示出本发明的第三实施例的电容器装置组件的側视图。
图6B示出图6A中的电容器装置组件的俯视图。图6C示出封装在模制材料中的图6A中的电容器装置组件的側#见图。
具体实施例方式
现在将详细说明本发明的优选实施例。在附图中示出了优选实施例的例子。虽然本发明将结合这些优选实施例进行描述，但是应当理解，本发明并不限于这些优选实施例。相反，而是将覆盖由附属权利要求所限定的本发明的精神和范围内可能包括的替代方案、变型和等效方案。在下面的描述中，将描述大量的具体细节，以便于彻底的理解的本发明。本发明可以在没有其中一些或所有这些具体细节的情况下实施。在其他例子中，为了避免对本发明产生不必要的混淆而没有详细描述公知的操作过程。
本发明提供有源平衡模块及其制造方法，该模块包含有源平衡电路来控制串联叠加的电容器之间的电压不平衡。这些模块简单制造成本较低，并且是通用的。它们可以单独使用或者也可以结合起来形成用于多个串联叠加的电容器的多模块有源平衡电路。该模块还可以以并排拓朴结构或者重叠拓朴结构排列。
引言
如之前所述，在串联连接的电容器间的不等电压通常有两个原因l)不等电容值；2)不等的平衡泄漏电流。不等的电容值可以由制造偏差或者随着时间使用电容器产生老化而导致。不等的电容值可以导致较低电容值的电容器在它们的最大操作电压以外操作，这将反过来促使产生过多的泄漏电流。
但是，即使当电容值很好的匹配，在充分充电的状态中的平衡期间，泄漏电流的不匹配也仍然会在叠加的电容器上产生过电压。泄漏电流大于其相邻的平均值的电容器可以对它的相邻电容器充电到超出它们的最大操作电压，从而导致受影响的电容器最终失效。这是因为，在平衡状态中，泄漏电流趋于平衡自身。因此，低泄漏电容器将将通过提高它们的电压以积累电荷。随后，受影响的电容器的泄漏电流增加，并最终与具有差异的电容器的泄漏电流平衡。
尽管多种电容器都会显示出电压不平衡，但是容易受到更多的影响的电容器是电解技术电容器。这是因为电解技术电容器通常与它们的大泄漏电流相关。而且，电解技术电容器通常具有较大的电容值，它们普遍被称为超级电容器或者超电容器。
有源平衡模块
为了控制串联叠加的电容器之间的电压不平衡，本发明提供一种有源平衡模块。有源平衡模块的目的是为了当电容器堆 被完全充满电时，保持串联叠加的电容器中的每个电容器的电压相等，这会发生在均衡的状态，在该状态中，在串联叠加的电容器上相对没有从连接的电源或者负载的充电或放电。根据下面将要讨论的，有源平衡模块可以应用于具有两个或以上的电容器的任意串联叠加的电容器堆。
首先，图1A和图1B根据本发明的不同实施例分别示出了有源平衡系统100和120,该有源平衡系统包括多个井禺合到有源平衡才莫块104的电容器102(例如，102a， 102b)。在三个端子106(例如，106a, 106b, 106c)处完成多个电容器102和有源平衡模块104之间的耦合。端子106a连接到电容器102a的阳极板。端子106b连接到电容器102a的阴极板并连接到电容器102b的阳极板。端子106c连接到电容器102b的阴极板。如图所示，电容器102a和102b以串联设置的方式连接/叠加，其中通过连4妄105a和105b施加电压。连接105a和105b可以连接到电源和/或负栽以用于供电。通常，有源平衡模块104包括有源元件。在一个实施例中， 如图1A所示，有源元件是运算放大器装置112。运算放大器装置 112包括一个作为电压跟随器的运算放大器113。也就是，使用电
压反馈的运算放大器电路，其中电路具有高输入阻抗、低输出阻 抗并且电压增益为1。同样的，如果运算放大器113的输出144连 接到倒相(-)输入116,则输出电压将找到任何必要的电平来平衡 倒相输入的电压与提供给非倒相(+ )输入118的电压。如杲反馈连 接是直接的，如同一条直的导线，则输出电压将充分"跟随"非 倒相输入的电压。
为了充分平衡电容器的电压，运算放大器113的输入连接到 一对分压电阻器108a和108b，其中每个电阻器都与相应的电容器 (例如，102a, 102b)并联。分压电阻器108a和108b的电阻值相等。 通过最佳算法选择电阻值，其中该最佳算法试图防止最差情况下 的泄漏值所引起的叠加的电容器的任何过电压，并且同时试图最 小化分压电阻器可能引入的额外的泄漏电流。
运算放大器113与分压电阻器108a和108b在成对的电容器 102a和102b的中间节点U9上运行。电流来源于该节点或者从该 节点吸收，从而强制每个电容器的电压分配按照由分压电阻器 108a和108b所限定的分配来分压'由于运算放大器的电源连接 V+和V-分别参考这些点，因此通过从电容器102a的顶部(阳极) 板或者电容器102b的底部(阴极)板牵曳适当的电荷而产生电流或 者吸收电流。
可选的是，限流电阻器108c可以被连接到如图1A所示的运 算放大器的输出。但是，有源元件可以已经包括电流限制短路保 护。例如，运算放大器U3可以集成电流限制短路保护。另一种 可选的电阻器是反馈电阻器108d。反馈电阻器108d可以用来平衡
li输入侧的输入补偿电流。通常，反馈电阻器108d的值为分压电阻 器108a和108b的并联值。
尽管根据定义的电压跟随器的电压增益为l，但是它的目的与 放大电压毫无关系，而与放大信号的电容来将电流发送到负栽(例 如，102a, 102b)有关。同样的，在峰值功率需求的放电/再充电期 间，有源平衡模块104的运算放大器产生并吸收大量的电流到电 容器或者从电容器产生并吸收大量的电流。另外，在完全充电的 稳定和平衡状态期间，可以实现相对于不匹配的泄漏电流的电荷 平衡。因此，导致电压不平衡的两个原因、电容的变化以及不匹 配的泄漏电流都可以得到有效的控制。
在图1B中示出有源平衡模块104的有源元件的另一个实施 例。如图所示，有源元件是快速电容器装置122。通常，快速电容 器装置122利用控制器123来控制开关124a和124b的同步转换， 因此，连接到快速电容器102c的连接可以在多个电容器102(例如， 102a和102b)之间摆动。特别是，开关124a和124b必须以先断后 通的方式操作并且相互同步。也就是，它们都必须在它们接通电 路之前首先断开。当滞后的一个开关还没有断开它的连接时，一 个开关不能超前另 一个开关并且接通电路。在快速电容器102和 多个电容器之间的连接将允许电荷在其间产生/吸收。随着时间的 流逝，可以实现在多个电容器之间的电压的平衡。
注意到有源平衡模块104中没有使用相对昂贵的感应元件(例 如，电感器)是很重要的。而且，有源平衡模块104中的有源元件 (例如，112， 122)的供电可以通过当前在系统中和/或参考一对电 容器(例如，通过将运算放大器113/控制器123的V+连接到电容 器102a的阳极板；通过将运算放大器113/控制器123的V-连接到 电容器102b的阴极板)的静态电流实现。实际上，每个有源平衡
12模块104都可以是独立的或者如图2接下来所示的与另一个有源 平衡模块结合工作。
有源平衡模块可以单独使用或者它们也可以组合在一起来形 成用于串联叠加的多个电容器的多模块有源平衡电路。例如，图2 示出了一种有源平衡系统200，该系统包括根据本发明的不同实施 例的多个耦合到多重有源平衡模块204(例如，204a-e)的电容器 202(例如，Cl-C6)。这些电容器可以通过连接205a和205b连接到 电源和/或负载。有源平衡模块204可以是任意基于模块的用于串 联叠加的电容器的有源平衡电路(例如，104)。对于一对给定的电 容器，有源平衡模块204通常被限定为连接到顶部电容器的顶部 板、中间节点和底部电容器的底部板的三端装置。多有源平衡模 块204可以以图2所示的并排拓朴结构和/或重叠拓朴结构排列。
可以在多模块之间实现同步。但是，运算放大器装置和快速 电容器装置一般使同步可选。这是因为每个运算放大器装置都在 不同的中间节点上操作，然而每个快速电容器装置都允许快速电
容器顺续并联连接到用于电压平衡的任意个电容器。
通常，对于一对电容器需要一个有源平衡模块204。但是，在 重叠拓朴结构中，对于三个电容器需要两个有源平衡模块204,四 个电容器需要三个有源平衡模块204,依此类推。在一个实施例中， 重叠拓朴结构的每一个电容器都位于由两个有源平衡模块204操 作的最顶部的电容器和最底部的电容器之间。
重叠拓朴结构的优点在于强制整个电容器堆均匀的分配电 压。而且，可以在叠加的电容器之间实现传递关系。例如，考虑 两个模块重叠并且三个电容器A、 B和C串联叠加的情况。其中 一个模块可以强制A的电压等于B的电压。另 一个模块可以强制 B的电压等于C的电压。结果是，A的电压将等于C的电压。实例
为了进一步理解本发明的优点，下面的实例才艮据本发明的一 个实施例提供涉及具有有源平衡模块的有源平衡系统的详细描 述。应当理解，下面的描述仅仅是个代表，本发明并不限于这个 例子中所阐述的细节。
图3示出了包括耦合到多有源平衡模块304(例如，304a、304b) 的多个电容器302(例如，302a、 302b和302d)的有源平衡系统300。 图3示出了由系统120和系统200引入的概念。如图所示，有源 平衡模块304a和304b实现了快速电容器装置。对于有源平衡模 块304a，快速电容器装置包括与快速电容器302c连接的开关电压 转换器326a。另一方面，用于有源平衡模块304b的快速电容器装 置包括与快速电容器302e连接的开关电压转换器326b。
理论上讲，开关电压转换器326a主要将成对的电容器302a 和302b充电到相等的电压。在实现这个的过程中，快速电容器302c 转移电容器302a和302b之间的电荷，直到它们的电压相等。开 关电压转换器326b和它的相应的快速电容器302e在成对的电容 器302b和302d上执行相同的功能。随后，每个电容器两端的电 压将平衡在VV3。
为了实验目的，开关电压转换器ICl(即，326a)和IC2(即，326b) 是可购自Maxim Integrated Products, Sunnyvale, CA.的MAX660。 快速电容器C1(即，302c)和C2(即，302e)是具有25VDC的工作电 压额定值的IO微法的钽电容器。V+是通过限流和测量电流电阻器 Rl施加的7.8VDC。电容器C3、 C4和C5是额定在2.5VDC的22 法拉的B串联电容器。电阻器R2为220欧姆，并且被连接到叠加 的电容器之一的两端，来模拟一个严重泄漏电容器。
在实验中，测量VCl + , VC1-, VC2+和VC2-来确保开关电压转换器IC1和IC2正常的运行。还测量VC3、 VC4、 VC5和IR(R1 中的电流)。然后，随着时间监测电压以确定这种设计在多大程度 上达到电压平衡。
测量测试电容器C3 、 C4和C5在1安培的恒定电流下的实际 电容值。在0.5伏和2.0伏之间的充电/放电期间逝去的时间被用 来计算电容值。在以下的表格中列出电容值。
法拉C3C4C5
充电17.617.618.5
放电18.218.018.6
平均值17.917.818.6
当从引脚8到引脚3的电压为2到2.5伏时，IC1和IC2可靠 地启动其内部振荡器。除非引脚6如图所示连接，否则振荡器有 时不启动。
第一个实验包括对叠加的电容器充电、观测平衡、在C3两端 连接R2，观测将达到平衡的不平衡、除去R2，并且最终观测平衡 的恢复。第二个实验包括在C4两端设置R2,观测不平衡，除去 R2,并且观测恢复过程。
以下表格显示了结果。其中时间表示从产生每次改变到数值 被测量之间经过的大致时间间隔。
时间10分钟1小时1小时1小时18小时1小时5分钟
VC32.63V2.61V2.53V2.61V2,61V2.61V2.60V
VC42.59V2.61V2.601V2.60V2.60V2.57V2.61V
VC52.54V2.59V2.638V2.60V2.60V2.60V2.60V
总V7.76V7.81V7.77V7.81V7.81V7.78V7.81V
IR1--4.67mA.45mA.13mA4.08mA.12mA对结果的检验表明该设计使平衡保持在大约0.02伏内。R2表 示严重泄漏的路径，泄漏超过10毫安。由此产生的最严重的不平 衡仅仅比"泄漏元件"两端的电压低0.07伏。在第二种情况中， 电压仅仅低0.03伏。但是，在两种情况中全部的泄漏低于5毫安。 明显的是，快速电容器操作将泄漏电荷送回到"泄漏元件，，的相 反的极板。通过这种方式，快速电容器技术比分路元件或用于有 源平衡的产生/吸收电压跟随器更有效。
有源平衡模块的封装
基于有源平衡模块的模块性，可以实现多种电容器装置组件。 这些组件说明了本发明的有源平衡模块的多功能性。例如，图4A 示出根据本发明的第一实施例的电容器装置组件400的侧视图。 另一方面，图4B示出电容器装置组件400的俯视图。
如图所示，电容器装置组件400包括一对沿着母板408顶部 上的子板404安装的电容器402。电容器402可以以能够适合于特 定应用场合的任意传统的方式封装。例如，电容器402可以是在 保护塑料罐内的缠绕(绕线)型电容器。在子板404上包括有有源平 衡电路406。子板404和母板408均在连接到母板410的底部的有 源平衡电路406、电容器402以及外部引线410(例如，105a, 105b, 205a， 205b)之间提供连接。外部引线410通常由例如铜的导电材
料制成，并且可以被电镀从而耐用。
通常，每个子板404都将仅仅包含一个有源平衡电路406。子
板和有源平衡模块的位置通常会接近于有源平衡模块施加有源平 衡的相应的成对电容器402(例如，在它们之间)。可以利用任意有 源平衡电路406来形成电容器装置组件400。 一般来说，有源平衡 电路406包含可能与有源平衡模块104、204或者304类似的电路。 同样的，子板404可以作为根据本发明的一种有源平衡模块。电容器装置组件400可以扩展到串联叠加的任意数量的电容 器402。为此，母板408和外部引线410可以扩展为容纳任意数量 的电容器402。例如，对于三个电容器串联的结构，具有重叠有源 平衡电路406的两个相应的子板404可以位于它们之间。也就是， 子板404将每个电容器402与邻近的电容器隔开。通常，每个子 板404(有源平衡模块)的结构和功能都是相同的。由于有源平衡模 块的模块性，因此，可以容易的将任意数量的额外的串联连接电 容器加到子板(有源平衡模块)上。
其他可选的电容器装置组件可以用于实现本发明。例如，图 5A示出根据本发明的第二实施例的电容器装置组件500的侧视 图，图5B示出电容器装置组件500的相应仰视图。
电容器装置组件500实现柔性电路结构并包括电容器502。当 需要获得薄的/低轮廓的电容器装置组件时，通常使用电容器502。
电容器502通常是折叠型电容器，其中电容器片折叠在柔性保护 壳内。但是，多个电容器可以集成在电容器502中。例如，电容 器502可以包括多个串联叠加的电容器。
电容器502连接到外部引线510。在这个实施例中，电容器 502和外部引线510的形状基本上是平的、矩形的，并且是柔性的。 外部引线510提供电连接给电容器装置组件500,并且可以利用任 意的导电材料形成。
形成有与外部引线510交叉安装并且与其连接的、具有有源 平衡电路506的有源平衡模块5(M。通常，有源平衡电路504包含 可能与有源平衡模块104、 204或304类似的电路。可以使用任意 的材料来构造有源平衡模块504。优选的是，所使用的材料和设计 的应用场合一致。例如，可以使用容易适用于外部引线510的柔 性材料。通常，有源平衡模块504会在有源平衡电路506和电容器502之间提供连接。
最后，图6A示出根据本发明的第三实施例的电容器装置组件 600的侧4见图，图6B示出电容器装置组件600的俯#见图。
如图所示，电容器602与有源平衡模块606 —起安装在基底 604(例如，母板)的顶部表面上。基底604通常由非导电材料组成， 例如由陶瓷、塑料或者本领域的技术人员所公知的其它适合的材 料组成。基底604包括用于连接到位于它的相反的表面上的衬垫 的一对通孔610。基底604包括用于根据本发明将电容器602、有 源平衡神莫块606以及通孔610连接在一起的电轨迹线(未示出)。同 样的，电容器装置组件600可以容易的安装到任何电子设备中(例 如，移动电话)。
可选的是，电容器装置组件600还可以进一步被封装以得到 更好的保护。例如，图6C示出封装在模制材料中的电容器装置组 件600的侧视图。任何传统的模制材料(例如，塑料)均可以使用。 在进行封装来形成盖子614之前，可以增加基底612以覆盖电容 器装置组件600。如果这样，那么基底612会延伸并覆盖到模块 606、电容器602和/或基底604的任意部分的上方。同样地，如果 这样，那么模制材料可以封装模块606、电容器602和/或基底604 的任意部分。如同基底604 —样，基底612通常也由非导电材料 组成，例如由陶瓷、塑料或者本领域的技术人员所公知的其它适 合的材料组成。设置基底612的目的是给封装的电容器装置組件 600提供结构稳定性。
组件400、 500和600适用于备用电源的应用，而且利用本发
明的有源平衡模块作为元件构造容易并且便宜。用于实现本发明 的许多元件也是可以现货供应的低成本的元件。
本发明呈现了超越传统方法的许多优点，尤其是在超级电容器领域。由于超级电容器通常的最大操作电压在2.3伏到2.7伏的 范围，因此低静态电流有源元件(例如，运算放大器装置112)可以 用来使有源平衡系统中的泄漏电流消耗最小。有源平衡模块也可 以根据应用而升级。例如，根据系统的预期电流选择有源元件。 而且，三端模块的简单性和较少的元件数量使得与多个串联设置 的电容器组装集成更容易并且有较少的连接。
本发明的另一个优点是，有源元件(例如，运算放大器装置 112、快速电容器装置122)将不太可能甚至永远不会观察到V+和 V-基本上超过它们的相应电容器的合成额定电压，在一些情况中 为5伏(相应的电容器对的每个电容器为2.5伏)。这取决于参考的 有源元件的电源连接如何(例如，在两个电容器106a和106c之间)。 同样的，有源元件的额定值可以根据它们的相应电容器的合成额 定电压而单独选择。因此，对于大规模的叠加，其中在最顶部电 容器和最底部电容器之间的电压变大，而低成本和低电压的有源 元件可以继续在它们之间实现。
另外，本发明的另一个优点是能够在均衡状态(例如，在备用 状态)充分平衡泄漏电流。这点很重要，因为电容器的多数时间处 于备用状态等待提供一个负载。同样的，在这期间的任何电流的 不匹配将导致出现过电压的情况。因此，在均衡状态期间泄漏电 流持久的不匹配会明显的减少电容器的寿命。
尽管通过一些具体细节描述了前述的发明以便于清楚的理 解，但是很显然在所附的权利要求的范围内进行某些改变和变型 也是可以的。应当注意的是，有许多可选的方式来实现本发明的 过程和装置。因此，现有的实施例应被认为是说明性的而不是限 制性的，并且本发明并不限于这里给出的细节。
权利要求
1.一种具有用于控制串联连接的一对电容器之间的电压不平衡的无电感器电路的模块，其包括设定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子；设定成连接到第一电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；有源元件，其集成在第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内，并适于充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡，该有源元件具有连接到第一和第三端子的电源连接。
2. 如权利要求1所述的模块，其特征在于有源元件是运算放大 器，该运算放大器具有输入、输出以及反馈回路，该输入连接到 两个分压电阻器。
3. 如权利要求2所述的模块，其特征在于输出连接到第二端子。
4. 如权利要求3所述的模块，其特征在于输出通过限流电阻器 连接到第二端子。
5. 如权利要求2所述的模块，其特征在于反馈回路包括反馈电 阻器。
6. 如权利要求1所述的模块，其特征在于有源元件是开关电压 转换器。
7. 如权利要求6所述的模块，其特征在于开关电压转换器与快 速电容器结合。
8. 如权利要求1所述的模块，其特征在于至少一个端子还设定 成连接到第二模块，该第二模块具有用于控制第二对串联连接的电容器之间的电压不平衡的无电感器电路。
9. 如权利要求8所述的模块，其特征在于第一和第二模块的无 电感器电路实质上相同。
10. 如权利要求8所述的模块，其特征在于第一和第二模块的 电路重叠在到第二模块的连接之上。
11. 如权利要求10所述的模块，其特征在于第一和第二模块的 电路在一个端子上重叠。
12. 如权利要求10所述的模块，其特征在于第一和第二模块的 电路在两对电容器共用的公共电容器上重叠。
13. —种电容器装置组件，包括 多个串联电连接的电容器；以及具有用于控制串联连接中的一对电容器之间的电压不平衡的无电感器电路的模块，该模块包括设定成连接到第 一 电容器的阳极板的第 一 端子； 设定成连接到第 一电容器的阴极板并连接到第二电容器的阳极板的第二端子；设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及 有源元件，其集成在第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内，并适于充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡，该有源元件具有连接到第 一和第三端子的电源连接。
14. 如权利要求13所述的电容器装置组件，其特征在于多个电 容器安装在母板上，该母板具有用于相互连接多个电容器、模块 以及外部连接的电连接。
15. 如权利要求14所述的电容器装置组件，其特征在于所述模 块安装在子板上，子板安装在母板上。
16. 如权利要求13所述的电容器装置组件，其特征在于多个电容器连接到柔性电路结构中的外部引线。
17. 如权利要求16所述的电容器装置组件，其特征在于所述模 块安装在外部引线两端，该模块还具有柔性电路结构。
18. 如权利要求14所述的电容器装置组件，其特征在于基底位 于模块、多个电容器以及母板上方。
19. 如权利要求18所述的电容器装置组件，其特征在于所述基 底、母板、模块和多个电容器的一部分封装在模制材料中。
20. —种用于控制串联连接的一对电容器之间的电压不平衡的 方法，其包括形成设定成连接到第一电容器的阳极板的第一端子； 形成设定成连接到第一电容器的阴极板并连接到第二电容器 的阳极板的第二端子；形成设定成连接到第二电容器的阴极板的第三端子；以及 在第一、第二和第三端子之间的无电感器电路内集成有源元 件，使得该有源元件充分平衡成对的电容器之间的电压不平衡， 该有源元件具有连接到第 一和第三端子的电源连接。
全文摘要
本发明涉及有源平衡模块电路。具体地，提供一种有源平衡模块及其制造方法，该有源平衡模块能够控制串联叠加的电容器之间的电压不平衡。这些模块结构简单、成本低廉并且是通用的。它们可以单独使用也可以组合使用来形成用于串联叠加的多个电容器的多模块有源平衡电路。该模块还可以以并排拓扑结构或者重叠拓扑结构排列。
文档编号H02M1/10GK101656427SQ20091017006
公开日2010年2月24日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年2月17日
发明者亨迪·P·卡马特, 吉姆·斯特兰, 尼尔·舒尔茨, 弗兰克·A·多利加克 申请人:库帕技术公司