一种有源均压电路及变频装置的制作方法

本实用新型属于均压电路领域，涉及一种均压电路，特别是涉及一种有源均压电路及变频装置。

背景技术：

在变频系统中，三相电压整流后的直流电压最高会到800v，而一般电解电容最高电压为450v，因此需要将电容进行串联，而为了使电容电压均衡，需要分别为串联的两组电容并联相同阻值的电阻，该电阻即为均压电阻。由于电容的漏电流有差异，且漏电流的差异部分会流过均压电阻，造成的电容上的电压不均衡，电阻值越大或者漏电流差异越大，均压效果越差。对于选定的电容，漏电流可以确定，因此均压电阻越小，均压效果越好。但电阻越小意味着损耗越大。

因此，如何提供一种减小电路损耗的同时可以提高电路效率的有源均压电路，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种有源均压电路，用于解决现有技术无法提供一种减小电路损耗的同时可以提高电路效率的有源均压电路的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型一方面提供一种有源均压电路，所述有源均压电路包括：至少两个电解电容单元；第一均压单元，所述第一均压单元跨接在直流母线两端；第二均压单元，所述第二均压单元的一端与所述第一均压单元连接；第三均压单元，所述第三均压单元的第一端与所述第二均压单元的另一端连接，另一端与所述第一均压单元的分压中点连接，第三端与所述电解电容单元的串联中点连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电解电容单元为单个电解电容或多个电解电容进行串联和并联之后的等效电容。

于本实用新型的一实施例中，所述第一均压单元包括第一均压电阻和第二均压电阻；所述第一均压电阻和第二均压电阻串联；所述第一均压电阻的一端与所述直流母线的一端连接，另一端与所述第二均压电阻的一端连接，所述第二均压电阻的另一端与所述直流母线的另一端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第一均压电阻和第二均压电阻为单个电阻或多个电阻进行串联和并联之后的等效电阻。

于本实用新型的一实施例中，所述第二均压单元包括回路电阻，所述回路电阻为单个电阻或多个电阻进行串联和并联之后的等效电阻。

于本实用新型的一实施例中，所述第三均压单元包括均压三极管、防反偏二极管和偏置电阻；所述均压三极管的集电极与所述第二均压单元的另一端连接，基极与所述防反偏二极管的阴极和偏置电阻的一端连接，发射极与所述防反偏二极管的阳极和偏置电阻的另一端连接；所述偏置电阻的一端与所述第一均压单元的分压中点连接，偏置电阻的另一端与所述电解电容单元的串联中点连接。

于本实用新型的一实施例中，在所述有源均压电路中，所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元至少两个，且所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元的数目相同。

本实用新型另一方面提供一种变频装置，所述变频装置包括有源均压电路；所述有源均压电路包括至少两个电解电容单元；第一均压单元，所述第一均压单元跨接在直流母线两端；第二均压单元，所述第二均压单元的一端与所述第一均压单元连接；第三均压单元，所述第三均压单元的第一端与所述第二均压单元的另一端连接，另一端与所述第一均压单元的分压中点连接，第三端与所述电解电容单元的串联中点连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第三均压单元包括均压三极管、防反偏二极管和偏置电阻；所述均压三极管的集电极与所述第二均压单元的另一端连接，基极与所述防反偏二极管的阴极和偏置电阻的一端连接，发射极与所述防反偏二极管的阳极和偏置电阻的另一端连接；所述偏置电阻的一端与所述第一均压单元的分压中点连接，偏置电阻的另一端与所述电解电容单元的串联中点连接。

于本实用新型的一实施例中，在所述有源均压电路中，所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元至少两个，且所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元的数目相同。

如上所述，本实用新型所述的有源均压电路，具有以下有益效果：

提供了一种有源均压电路，通过均压电阻为三极管提供基极偏置电压，使漏电流之差流过三极管的发射极，基极电流流过均压电阻，大大降低了流过均压电阻上的电流，因此通过增加均压电阻的阻值，减小电路损耗，提高电路效率。

附图说明

图1显示为现有均压电路的电路图。

图2显示为本实用新型的有源均压电路于一实施例中的电路连接示意图。

图3显示为本实用新型的有源均压电路于一实施例中的电路原理图。

图4显示为本实用新型的有源均压电路于一实施例中应用的电路图。

元件标号说明

1有源均压电路

11第一均压单元

12第二均压单元

13第三均压单元

14电解电容单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例提供的有源均压电路，通过均压电阻为三极管提供基极偏置电压，使漏电流之差流过三极管的发射极，基极电流流过均压电阻，这大大降低了流过均压电阻上的电流，因此可以增加均压电阻的阻值，减小电路损耗，提高电路效率。

请参阅图1，显示为现有均压电路的电路图。如图1所示，为普通电阻均压电路，v1三相交流电压整流后的直流电压源，c1和c2为两组串联的电容；r1和r2为均压电阻；若c2漏电流比c1大，用i1模拟该漏电流差异。

为便于说明，假设直流电压源v1为800v，c1＝c2＝10mf，漏电流之差i1＝10ma。若设计需求是c1和c2上的电压差不超过50v，即c1上的电压不大于425v，c2上的电压不小于375v，根据电压源和电流源的叠加原理，从而可以求出均压电阻最大值为r1＝r2＝5k。则均压电路的损耗为800v×800v/10k＝64w。该损耗会降低系统的效率。由此可知，电路损耗太大主要是由于均压电阻太小导致，均压电阻大小与而串联电容漏电流之差成反比。

请参阅图2，显示为本实用新型的有源均压电路于一实施例中的电路连接示意图。如图2所示，一种有源均压电路，其特征在于，所述有源均压电路1包括：第一均压单元11、第二均压单元12、第三均压单元13和至少两个电解电容单元14。

所述第一均压单元11跨接在直流母线两端。

在本实施例中，所述第一均压单元包括第一均压电阻和第二均压电阻；所述第一均压电阻和第二均压电阻串联。

所述第一均压电阻的一端与所述直流母线的一端连接，另一端与所述第二均压电阻的一端连接，所述第二均压电阻的另一端与所述直流母线的另一端连接。

进一步地，所述第一均压电阻和第二均压电阻为单个电阻或多个电阻进行串联和并联之后的等效电阻。

请参阅图3，显示为本实用新型的有源均压电路于一实施例中的电路原理图。如图3所示，r1和r2构成一组第一均压单元且为q2提供偏置电流，r3和r4构成另一组第一均压单元且为q1提供偏置电流，v1表示三相交流电压经过整流后的直流母线电源。

在第一组中，所述第一均压电阻r1的一端与所述直流母线的一端v1正极连接，另一端与所述第二均压电阻r2的一端连接，所述第二均压电阻r2的另一端与所述直流母线的另一端v1负极连接，且所述第一均压电阻r1的另一端为该组第一均压单元的分压中点。

在第二组中，所述第一均压电阻r3的一端与所述直流母线的一端v1正极连接，另一端与所述第二均压电阻r4的一端连接，所述第二均压电阻r4的另一端与所述直流母线的另一端v1负极连接，且所述第一均压电阻r3的另一端为该组第一均压单元的分压中点。

所述第二均压单元12的一端与所述第一均压单元连接。

在本实施例中，所述第二均压单元12包括回路电阻r7和r8，所述回路电阻为单个电阻或多个电阻进行串联和并联之后的等效电阻。r7，r8用于为电解电容漏电流提供回路并减小q1和q2上的压降，且r7＝r8<r1＝r2＝r3＝r4。

所述第三均压单元13的第一端与所述第二均压单元的另一端连接，另一端与所述第一均压单元的分压中点连接，第三端与所述电解电容单元的串联中点连接。

在本实施例中，所述第三均压单元包括均压三极管、防反偏二极管和偏置电阻。

所述均压三极管的集电极与所述第二均压单元的另一端连接，基极与所述防反偏二极管的阴极和偏置电阻的一端连接，发射极与所述防反偏二极管的阳极和偏置电阻的另一端连接。

所述偏置电阻的一端与所述第一均压单元的分压中点连接，偏置电阻的另一端与所述电解电容单元的串联中点连接。

请继续参阅图3，如图3所示，q1、d1和r5构成一组第三均压单元，q2、d2和r6构成另一组第三均压单元。r5，r6分别为q1，q2提供基极偏置电压，且r5＝r6；d1，d2分别保护q1，q2的基极不被反偏电压击穿。

在第一组中，所述均压三极管q1的集电极与所述第二均压单元r7的另一端连接，基极与所述防反偏二极管d1的阴极和偏置电阻r5的一端连接，发射极与所述防反偏二极管d1的阳极和偏置电阻r5的另一端连接。所述偏置电阻r5的一端与所述第一均压单元的分压中点n1连接，偏置电阻r5的另一端与所述电解电容单元的串联中点n连接。

在第二组中，所述均压三极管q2的集电极与所述第二均压单元r8的另一端连接，基极与所述防反偏二极管d2的阳极和偏置电阻r6的一端连接，发射极与所述防反偏二极管d2的阴极和偏置电阻r6的另一端连接。所述偏置电阻r6的一端与所述第一均压单元的分压中点n2连接，偏置电阻r6的另一端与所述电解电容单元的串联中点n连接。

所述电解电容单元14为单个电解电容或多个电解电容进行串联和并联之后的等效电容。

请继续参阅图3，如图3所示，所述电解电容单元14包括电解电容c1和电解电容c2。其中，c1和c2为单个电解电容或多个电解电容进行串联和并联之后的等效电容。i1为c1和c2的漏电流之差。

当c2漏电流大于c1漏电流，则i1方向为自上而下，一部分流过r1//r2，d2//r6(//表示并联)，该部分电流为ib2，一部分流过r3//r4，r5//q1基极，该部分电流为ib1，由于r1＝r2＝r3＝r4，r5＝r6，故ib1＝ib2。此时三极管q1导通，q2截至，i1的大部分会流过r7，q1。而流过均压电阻r1，r2，r3和r4的电流ib1和ib2大约为q1的基极电流。

同理，当c1漏电流大于c2漏电流，i1方向为自下而上，q2导通，q1截至。漏电流之差i1大部分流过q2和r8，流过均压电阻r1，r2，r3和r4的电流大约为q2的基极电流。

由上述分析可知，使用本实用新型的有源均压方案，电解电容漏电流之差只有一小部分流过均压电阻，因此可以增加均压电阻的阻值，从而减小电路损耗，提高电路效率。

所述有源均压电路的效果可通过定量计算得出。首先，设定针对现有均压方案与本实用新型提供的有源均压电路设定相同的均压条件：母线电压均为800v，两组串联电容容量均为10mf，漏电流之差均为10ma，串联电容实际承受电压电压之差小于50v。

如图1所示的现有的传统均压方案，电路损耗大约为800v×800v/10k＝64w，若按照本实用新型提供的有源均压方案，电路损耗计算如下：

为便于说明，忽略图3中防反偏二极管d1和d2的压降及均压三极管q1和q2的基极电压，如图3所示，假设c2的漏电流比c1大10ma，用电流源i1模拟该漏电流差异。根据基尔霍夫电流定律，将n点电流方程作为方程1，表示如下：

i1＝ie1+ib2＝10ma

其中，i1表示模拟漏电流差异的电流源的电流，ie1表示图3中所在支路电流或q1的发射极电流，ib2表示图3中所在支路电流或q2的基极电流。

若q1和q2的放大倍数为β，则q1和q2的基极与发射极之间的电流关系通过方程2表示为：

ib2＝ib1＝ie1/(1+β)

将方程2代入方程1可知ib1＝ib2＝i1/(2+β)。根据电压源和电流源的叠加原理，此时电解电容c1上的电压为800v/2+(r1//r2)×i1/(2+β)，电解电容c2上的电压为800v/2-(r1//r2)×i1/(2+β)。当β＝100时，为满足c1和c2实际承受电压之差小于50v，则可以计算出均压电阻大约为500k，即r1＝r2＝r3＝r4＝500k。为降低q1和q2上的电压及损耗，选取r7＝r8＝20k，则此时均压电路损耗计算如下：

r7上的损耗为：10ma×10ma×20k＝2w，

q1损耗为：(800v–vn–10ma×20k)×10ma＝2.25w，

r1、r2、r3、r4上的损耗分别为400v×400v/500k＝0.32w，

有源均压电路的总损耗大约为2w+2.25w+0.32w×4＝5.53w。

其中，vn表示n点的电压，由上计算可知，相比传统电阻均压电路，有源均压电路可以大大降低损耗，提高系统效率。

需要说明的是，r1＝r2＝r3＝r4＝500k仅为本实用新型的其中一种实施方式，所述有源均压电路中各器件的参数根据需要满足的均压条件进行相应设置和选型。

在所述有源均压电路中，所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元至少两个，且所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元的数目相同。

本实用新型提供的所述变频装置包括有源均压电路。

请参阅图4，显示为本实用新型的有源均压电路于一实施例中应用的电路图。如图4所示，表示变频装置中三相交流整流后的电容有源均压电路。所述有源均压电路包括至少两个电解电容单元；第一均压单元，所述第一均压单元跨接在直流母线两端；第二均压单元，所述第二均压单元的一端与所述第一均压单元连接；第三均压单元，所述第三均压单元的第一端与所述第二均压单元的另一端连接，另一端与所述第一均压单元的分压中点连接，第三端与所述电解电容单元的串联中点连接。

在本实施例中，所述第三均压单元包括均压三极管、防反偏二极管和偏置电阻；所述均压三极管的集电极与所述第二均压单元的另一端连接，基极与所述防反偏二极管的阴极和偏置电阻的一端连接，发射极与所述防反偏二极管的阳极和偏置电阻的另一端连接；所述偏置电阻的一端与所述第一均压单元的分压中点连接，偏置电阻的另一端与所述电解电容单元的串联中点连接。

在本实施例中，在所述有源均压电路中，所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元至少两个，且所述电解电容单元、第一均压单元、第二均压单元和第三均压单元的数目相同。

综上所述，本实用新型提供的有源均压电路与现有均压方案相比，在相同的均压需求下，可以大大降低损耗，提高系统效率，通过均压电阻为三极管提供基极偏置电压，使漏电流之差流过三极管的发射极，基极电流流过均压电阻，大大降低了流过均压电阻上的电流，因此通过增加均压电阻的阻值，减小电路损耗，提高电路效率。有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。