CN102780388A - 一种直流母线电容混用电路及功率变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流母线电容混用电路，包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容和第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。本发明实施例还提供相应的功率变换器。本发明技术方案由于将两种类型的电容并联使用，可以提高电路的可靠性和寿命。

Description

一种直流母线电容混用电路及功率变换器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种直流母线电容混用电路及功率变换器。

背景技术

功率变换器直流母线主要功能包括维持直流母线电压稳定、能量支撑与高频滤波等几个方面。传统的功率变换器直流母线电容配置一般只选用一种类型的电容，或者全部采用电解电容或者全部采用薄膜电容。

电解电容单位体积容值大，但是其由于内部寄生电阻较大，耐纹波电流能力弱，纹波电流是指的电流中的高次谐波成分，会在电容上发生耗散，如果电流的纹波成分过大，超过了电容的最大容许纹波电流，会导致电容烧毁。同时，电解电容寄生电阻较大造成的发热会导致电解液逐渐挥而缩短电解电容的寿命。而薄膜电容正好相反，其耐纹波电流的能力是电解电容的4-5倍，但其单位体积容值只有电解电容1/6到1/7。按照传统直流母线电容配置方法，如果单纯选用电解电容，考虑纹波电流能力需要较多数量电解电容，如果单纯选用薄膜电容，考虑直流母线电压稳定与能量支撑，又需要较多数量薄膜电容，最终导致占用空间大，总体成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种直流母线电容混用电路，可以提高电路的可靠性和寿命。本发明实施例还提供了相应的功率变换器。

本发明第一方面提供一种直流母线电容混用电路，包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容和第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述并联电路还包括用于调节电流的电感，所述用于调节电流的电感与所述第一类型电容串联，以维持直流母线电压的稳定，减小纹波电压。

结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第二类型电容连接在靠近所述功率开关的一侧。

结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述并联电路有多个，并且每个并联电路串联，且每个并联电路与所述功率开关的直流端连接。

结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述第一类型电容为电解电容，所述第二类型电容为薄膜电容。

本发明第二方面提供一种功率变换器，包括直流母线电容混用电路和电池组件，所述直流母线电容混用电路与所述电池组件相连接，并将所述电池组件提供的电能做直流或交流转换；

所述直流母线电容混用电路包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容和第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。

本发明实施例提供一种直流母线电容混用电路，包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容、第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。与现有技术中的功率变换电路只使用一种类型的电容相比，本发明实施例提供的功率变换电路将两种类型的电容并联使用，可以提高电路的可靠性和寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一直流母线电容混用电路图；

图2本发明实施例提供的另一直流母线电容混用电路图；

图3是本发明实施例提供的另一直流母线电容混用电路图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种直流母线电容混用电路，可以提高电路的可靠性和寿命。本发明实施例还提供相应的功率变换器。以下分别进行详细说明。

参阅图1，本发明实施例提供的直流母线电容混用电路包括并联电路10和功率开关20，并联电路10功率开关20的直流端连接，并联电路10包括第一类型电容101和第二类型电容102，第一类型电容101与第二类型电容102并联。

其中，第一类型电容101可以为电解电容，第二类型电容102可以为薄膜电容。

第一类型电容101等效参数包括第一电容C1、第一等效串联电阻ESR1、第一等效串联电感ES L1，第一电容C1与第一等效串联电阻ESR1和第一等效串联电感ESL1串联。

第二类型电容等效参数包括第二电容C2、第二等效串联电阻ESR2、第二等效串联电感ESL2，第二电容C2与第二等效串联电阻ESR2和第二等效串联电感ESL2串联。

图1和图2中，ESR1为电解电容等效寄生电阻，ERL1为电解电容等效寄生电感，C1为电解电容，ESR2为薄膜电容等效寄生电阻，ESL2为薄膜电容等效寄生电感，C2为薄膜电容，I1为电解电容支路电流，I2为薄膜电容支路电流。

并联电路10中，因薄膜电容的耐纹波能力强，所以I2可以尽量大些，因电解电容的耐纹波能力差，所以可以使I1尽量小些，I1和I2与电感的关系可以通过阻抗来建立，设Z1为电解电容支路阻抗，Z2为薄膜电容支路阻抗；

$Z1=\sqrt{{\left(\mathrm{ESR}1\right)}^2+{[2\mathrm{\πf}\left(\mathrm{ESL}1\right)-\frac{1}{2\mathrm{\πfC}1}]}^2}$

$Z2=\sqrt{{\left(\mathrm{ESR}2\right)}^2+{[2\mathrm{\πf}\left(\mathrm{ESL}2\right)-\frac{1}{2\mathrm{\πfC}2}]}^2}$

因每条支路的电路比等于阻抗的反比，所以有

本发明实施例中，可以根据需要的电流的比值来选用不同的薄膜电容和电解电容。

实际上，在没有外加电感的情况下，ESL1可以代表第一类型电容产生的寄生电感和电缆或者印刷电路板（PCB，PrintedCircuitBoard）布线等导致的寄生电感。

本发明实施例中，直流母线电容混用电路，包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容、第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。与现有技术中的功率变换电路只使用一种类型的电容相比，本发明实施例提供的功率变换电路将两种类型的电容并联使用，可以提高电路的可靠性和寿命。

在上述图1对应的实施例的基础上，参阅图2，本发明实施例提供的直流母线电容混用电路的并联电路中还包括用于调节电流的电感L，所述用于调节电路的电感L与第一类型电容串联101，第二类型电容102与第一类型电容101和电感L并联。第二类型电容102连接在靠近功率开关20的一侧，这样功率开关20开关过程导致的高频纹波电流可以被薄膜电容C2吸收。

第一类型电容101等效参数包括第一电容C1、第一等效串联电阻ESR1、第一等效串联电感ESL1，第一电容C1与第一等效串联电阻ESR1和第一等效串联电感ESL1串联。

第二类型电容等效参数包括第二电容C2、第二等效串联电阻ESR2、第二等效串联电感ESL2，第二电容C2与第二等效串联电阻ESR2和第二等效串联电感ESL2串联。

图1和图2中，ESR1为电解电容等效寄生电阻，ERL1为电解电容等效寄生电感，C1为电解电容，ESR2为薄膜电容等效寄生电阻，ESL2为薄膜电容等效寄生电感，C2为薄膜电容，L为外加电感，I1为电解电容支路电流，I2为薄膜电容支路电流。

并联电路10中可以通过调解电感L来调解电流I1和I2，因薄膜电容的耐纹波能力强，所以I2可以尽量大些，因电解电容的耐纹波能力差，所以可以使I1尽量小些，I1和I2与电感的关系可以通过阻抗来建立，设Z1为电解电容支路阻抗，Z2为薄膜电容支路阻抗；

$Z1=\sqrt{{\left(\mathrm{ESR}1\right)}^2+{[2\mathrm{\πf}(\mathrm{ESL}1+L)-\frac{1}{2\mathrm{\πfC}1}]}^2}$

$Z2=\sqrt{{\left(\mathrm{ESR}2\right)}^2+{[2\mathrm{\πf}\left(\mathrm{ESL}2\right)-\frac{1}{2\mathrm{\πfC}2}]}^2}$

因每条支路的电路比等于阻抗的反比，所以有

由以上三个公式可以看出，要保持I2较大，I1较小，只需要调解L的取值即可做到，从而可以维持直流母线电压的稳定，减小纹波电压，当电路的等效电感足够调解I1和I2时，外加电感L的取值可以为0。

本实施例中给出的电路适用于两电平拓扑变换器，只需要薄膜电容与电解电容并联，通过调解串联在电解电容支路的电感L，即可调整出适合两个支路的电流，充分使用和薄膜电容和电解电容的优点，回避了各自的缺点，提高了电路的可靠性和寿命。

参阅图3，图3为适用于三电平拓扑变换器的电路图，由图3可以看出，两个并联电路10串联，且串联后的每个并联电路与所述功率开关的直流端连接。图3中没有详细的画出薄膜电容C4和电解电容C3的寄生电阻和寄生电感，实际上图3中的电解电容C3的等效参数包括包括图1或图2中的第一电容C1、第一等效串联电阻ESR1、第一等效串联电感ESL1，第一电容C1与第一等效串联电阻ESR1和第一等效串联电感ESL1串联。薄膜电容C4的等效参数包括第二电容C2、第二等效串联电阻ESR2、第二等效串联电感ESL2，第二电容C2与第二等效串联电阻ESR2和第二等效串联电感ESL2串联。

本是实施例中给出的是三电平拓扑变换器的电路图，当本发明应用在多电平拓扑变化器中时，只需要多串联几个如图1或图2所示的并联电路既可。

本发明实施例还提供了一种功率变换器，本发明实施例提供的功率变换器包括如图1~图3所示的直流母线电容混用电路和电池组件，所述直流母线电容混用电路与所述电池组件相连接，并将所述电池组件提供的电能做直流或交流转换。

本发明提供的技术方案适用于不间断电源（UPS，uninterrupted powersupply）、变频器、光伏逆变器、风电变流器等各种不同应用的功率变换器。

本发明中实施例，采用薄膜电容与电解电容混用的技术进行功率变换器直流母线配置，适用于两电平，三电平以及多电平拓扑变换器，利用电感进行电流合理分配，充分发挥了两种电容的优点，回避了各自的缺点，可以有效的降低系统成本以及对空间的要求，提高系统寿命及可靠性。

以上对本发明实施例所提供的直流母线电容混用电路以及功率变换器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种直流母线电容混用电路，其特征在于，包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容和第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述并联电路还包括用于调节电流的电感，所述用于调节电流的电感与所述第一类型电容串联，以维持直流母线电压的稳定，减小纹波电压。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述第二类型电容连接在靠近所述功率开关的一侧。

4.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述并联电路有多个，并且每个并联电路串联，且每个并联电路与所述功率开关的直流端连接。

5.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，所述第一类型电容为电解电容，所述第二类型电容为薄膜电容。

6.一种功率变换器，其特征在于，包括直流母线电容混用电路和电池组件，所述直流母线电容混用电路与所述电池组件相连接，并将所述电池组件提供的电能做直流或交流转换；

所述直流母线电容混用电路包括并联电路和功率开关，所述并联电路与所述功率开关的直流端连接，所述并联电路包括第一类型电容和第二类型电容，所述第一类型电容与所述第二类型电容并联。

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