本發明涉及一種用于平衡逆變器的直流(dc)鏈路電容器的電壓的裝置。

背景技術：

通常，逆變器是用于接收交流(ac)電力、將ac電力整流成直流(dc)電力以及輸出具有期望頻率和期望大小的ac電力的裝置。在這一點上，平滑電解電容器連接到逆變器的整流單元的dc鏈路。

當逆變器是具有400v的輸入電壓的類型時，在平滑單元的電解電容器處充電的電壓為大約500v至800v。但是，由于現有的電解電容器的額定電壓為400v，所以當設計具有400v的輸入電壓的逆變器的平滑單元時，通過串聯連接電解電容器，將平滑單元的等效額定電壓設計為具有800vdc。

圖1是用于描述現有的逆變器的構造圖。

平滑單元200配置有用于使由整流單元100整流的交流電力平滑的電解電容器210、220、230和240以及分別與電解電容器210、220、230和240并聯連接的分壓電阻器215、225、235和245，并且在平滑單元200中充電的電壓被施加到逆變器單元300的開關元件(未示出)。在這一點上，兩個電解電容器和兩個分壓電阻器彼此串聯連接。

這種常規工業逆變器的平滑單元200具有其中電解電容器和分壓電阻器串聯和并聯連接的結構，如圖1所示，使得單個電容器對于單個分壓電阻器是必需的。使用多個電解電容器的逆變器需要與電解電容器的數量相對應的分壓電阻器，從而存在需要用于機械地容納電解電容器和分壓電阻器的空間以及隨著分壓電阻器數量增加制造成本增加的問題。

此外，在電解電容器處通過分壓電阻器總是發生漏電流，從而存在降低逆變器的效率的問題。

同時，當平滑單元200的電壓不均等地施加到彼此串聯連接的電容器時，可以在特定電容器處對額定電壓(例如，400v)以上的電壓進行充電。在這種情況下，電容器爆炸，從而存在逆變器被損壞的問題并且由于在電容器爆炸時產生的電火花而導致火災的風險增加。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本公開的目的是提供一種電壓平衡裝置，其能夠在不使用逆變器的平滑單元中的分壓電阻器的情況下均等地維持電解電容器的兩端處的電壓。

為了實現該目的，在包括用等效地彼此串聯連接的第一和第二電容器配置的平滑單元的逆變器系統中，根據本公開的用于平衡施加到第一和第二電容器的電壓的裝置可以包括彼此串聯連接的第一和第二電阻器，其中第一和第二電阻器的串聯連接與平滑單元并聯連接；開關單元，其連接到第一和第二電阻器之間的節點(參考點)和第一和第二電容器之間的節點(中性點)，并且被配置為在所述參考點和所述中性點之間短路和斷開；以及控制單元，其被配置為當參考點的電壓(參考點電壓)和中性點的電壓(中性點電壓)彼此不同時，控制所述開關單元在所述參考點和所述中性點之間短路。

本公開的一個實施例的裝置還可以包括連接在參考點和中性點之間的電壓測量元件。

在本公開的一個實施例中，開關單元可以包括第一和第二反并聯連接的晶閘管。

在本公開的一個實施例中，控制單元可以包括：放大單元，其被配置為放大參考點電壓和中性點電壓之間的差；檢測單元，其被配置為檢測放大單元的輸出電壓超過處于預定范圍中的第一參考和第二參考；以及施加單元，其被配置為根據檢測單元的輸出來施加控制開關單元的電流。

在本公開的一個實施例中，檢測單元可以包括第一比較器，其被配置為當放大單元的輸出電壓大于第一參考時，使得施加單元能夠將電流施加到開關單元；以及第二比較器，其被配置為當放大單元的輸出電壓小于第二參考時，使得施加單元能夠將電流施加到開關單元。

在本公開的一個實施例中，第一和第二電阻器的電阻值可以大致彼此相同。

如上所述，本公開能夠在逆變器的平滑單元處不使用分壓電阻器的情況下維持平滑單元的電容器的電壓之間的平衡，使得逆變器的尺寸減小并且逆變器制造成本可以減少。

此外，設計者可以使用電壓不平衡檢測單元的參考值+ref和-ref來設置中性點和參考點之間的電壓差，其確定了本公開的平衡裝置的操作，使得存在以下效果，其中可以按照設計者的意圖設計各種電路。

此外，根據本公開，電壓不平衡被設計為通過硬件來解決，使得存在以下效果，其中當在平滑單元3處發生電壓不平衡時在沒有根據軟件處理而造成時間延遲的情況下可以將平滑單元3的電容器的兩端處的電壓調整為平衡。

附圖說明

圖1是用于描述現有的逆變器的構造圖。

圖2是用于描述根據本公開的一個實施例的逆變器系統的示意性構造圖。

圖3a和圖3b分別是用于描述本公開的一個實施例的平滑單元的配置的一個示例圖。

圖4是本公開的一個實施例中的開關單元的詳細構造圖。

圖5是本公開的一個實施例中的控制單元的詳細構造圖。

圖6至圖8分別是用于描述本公開的平衡裝置的操作的一個示例圖。

具體實施方式

本公開可以進行各種修改并且將具有各種實施例，使得將在附圖中例示具體實施例并將進行詳細描述。然而，本文公開的具體實施例在某種意義上不是用于將本公開限于這些實施例，而是為了解釋本發明，并且應當理解，許多其它的替代物、等同物和取代基將落入本發明的精神和范圍內。

在下文中，將參照附圖詳細描述根據本公開的一個優選實施例。

圖2是用于描述根據本發明的一個實施例的逆變器系統的示意性構造圖。

如圖所示，本公開的一個實施例的系統可以包括整流單元1、本公開的平衡裝置2、平滑單元3，其配置有彼此串聯連接的第一電容器c1和第二電容器c2，以及逆變器單元4。在這一點上，串聯連接的平滑單元3的第一電容器c1和第二電容器c2被稱為“直流(dc)鏈路電容器”。

整流單元1可以對施加到dc電壓的三相交流(ac)電壓進行整流，并且平滑單元3可以平滑dc電壓。通常，逆變器單元4可以根據開關元件的操作輸出預定頻率和預定幅度的ac電壓，以將ac電壓施加到電機(未示出)。

在本公開的一個實施例中，示例了其中第一電容器c1和第二電容器c2串聯連接的平滑單元3，但是本公開不限于此。因此，平滑單元3可以配置有彼此連接的多個電解電容器，并且這可以表示為等效配置。

圖3a和圖3b分別是用于描述本公開的一個實施例的平滑單元3的配置的一個示例圖。

這里，如圖3a所示，可以連接兩個電解電容器，并且如圖3b所示，兩個電解電容器的連接可以是并聯連接的。如上所述，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，圖3b中示出的構造可以等效地示出為如圖3中的那樣。

再參考圖3，本公開的一個實施例的平衡裝置2可以包括分別與平滑單元3并聯連接的第一電阻器r1和第二電阻器r2、用于測量電壓的第三電容器30、開關單元40以及用于控制開關單元40的控制單元50。

第一電阻器r1和第二電阻器r2分別具有大致相同的電阻。在本公開的描述中，第一電阻器r1和第二電阻器r之間的節點a被稱為“參考點”，并且節點a的電壓被稱為“參考點電壓”。

第一電阻器r1和第二電阻器r2可以是幾千歐姆(kω)。像這樣，第一電阻器r1和第二電阻器r2的電阻值增加，并且因此流過參考點a的電流被制成幾毫安(ma)，使得在第一電阻器r1和第二電阻器r2處的電力消耗可以最小化。

此外，第一電容器c1和第二電容器c2之間的節點b被稱為“中性點”，并且節點b的電壓被稱為“中性點電壓”。

在這樣的配置中，第三電容器30可以測量中性點b和參考點a之間的電壓。

在本公開的一個示例中，電容器被示例為用于測量中性點和參考點之間的電壓的元件，但是不限于此，可以使用各種無源或有源元件。

開關單元40可以與第三電容器30并聯連接，并且可以在控制單元50的控制下導通和截止，以在參考點和中性點之間短路或斷開。

開關單元40可以是例如反并聯連接的晶閘管。

圖4是本公開的一個實施例中的開關單元40的詳細構造圖。

如圖所示，本公開的一個實施例的開關單元40可以配置有例如反并聯連接的晶閘管q1和q2。也就是說，可以配置成使得晶閘管q1的陽極連接到晶閘管q2的陰極，并且晶閘管q1的陰極連接到晶閘管q2的陽極。

晶閘管是具有pnpn結的四層結構的半導體器件，并且被稱為可控硅(cilicon-controlled)整流器件。當陽極相對于陰極為正極性時，晶閘管可以通過柵極電流導通。通過例示晶閘管來描述本公開中的開關單元40的配置，但是本公開的開關單元40的配置不限于圖4的示例，并且其可以配置有能夠實現本公開的特征的各種開關元件。

控制單元50可以接收中性點b的電壓和參考點a的電壓作為輸入，以控制開關單元40。特別地，當開關單元40為如圖4所示那樣配置時，當中性點b的電壓大于參考點a的電壓時，控制單元50可以施加用于導通晶閘管q2的柵極電流，而當參考點a的電壓大于中性點b的電壓時，控制單元50可以施加用于導通晶閘管q1的柵極電流。

圖5是本公開的一個實施例中的控制單元50的詳細構造圖。

如圖所示，本公開的一個實施例的控制單元50可以包括差分放大單元51、電壓不平衡檢測單元52和電流施加單元53。

差分放大單元51可以放大第三電容器30的兩端之間的差，即，參考點a的電壓和中性點b的電壓之間的差。差分放大單元51被配置為包括運算放大器(opamp)，并且該運算放大器被提供以針對由于噪聲導致的誤操作。

差分放大單元51的放大率可以由設計者設置，并且其可以根據在電路處流動的電流的量或者施加到電路的電壓的大小、晶閘管q1和q2的特性以及第三電容器30的特性而進行設置。

電壓不平衡檢測單元52可以驗證差分放大單元51的輸出電壓是否處于正參考值+ref和負參考值-ref的范圍內。也就是說，兩個比較器u1和u2被包括，使得當輸出電壓處于正參考值+ref和負參考值-ref的范圍之外時，電壓不平衡檢測單元52的輸出可以被施加到電流施加單元53。

電壓不平衡檢測單元52的正參考值+ref和負參考值-ref可以由設計者設置，并且它們可以根據在電路處流動的電流的量或者施加到電路的電壓的大小、晶閘管q1和q2的特性以及第三電容器30的特性而進行設置。

電流施加單元53可以是具有連接到比較器u1和u2中的每一個的輸出的基極的pnp晶體管，并且具體地，是pnp雙極結型晶體管(bjt)。晶體管q3和q4可以連接到分別被提供用于電流限制的電阻器r3和r4。本公開不限于此，并且除了pnpbjt之外，還可以使用各種開關元件。

電壓不平衡檢測單元52的輸出可以施加到電流施加單元53的pnp晶體管q3或q4的基極，以導通或截止晶體管q3或q4，使得開關單元40的晶閘管q1或q2可以被控制。

在本公開中，施加到電流施加單元53的晶體管q3和q4的電壓被示例為15v，但是其不限于此，并且可以根據電路的配置施加各種大小的電壓。

此外，本公開的控制單元50的描述根據其中開關單元40配置有晶閘管的示例來進行。因此，當開關單元40配置有其他元件時，可以改變配置是顯而易見的。也就是說，當中性點的電壓和參考點的電壓彼此不同時，可以實現能夠控制中性點和參考點被短路的各種配置。

在下文中，將參照附圖描述圖2至圖5所示的本公開的平衡裝置的操作。

圖6至圖8分別是用于描述本公開的平衡裝置的操作的一個示例圖。

特別地，圖6示出了當中性點的電壓和參考點的電壓彼此大致相同時電路的配置，圖7示出了當中性點的電壓小于參考點的電壓時電路的配置，并且圖8示出了當中性點的電壓大于參考點的電壓時電路的配置。

參考圖6，當中性點的電壓和參考點的電壓彼此大致相同時，差分放大單元51的輸出為0，并且電壓不平衡檢測單元52中的比較器u1和u2中的每個比較器的輸出處于高(high)狀態，使得晶體管q3和q4保持在截止狀態。

在這種情況下，開關單元40的晶閘管q1和q2不導通，使得在中性點和參考點之間保持斷開(open)狀態。

參考圖7，當參考點的電壓大于中性點的電壓時，差分放大單元51的輸出電壓變為正值，并且正值被施加到電壓不平衡檢測單元52的比較器u1以超過正參考值+ref，使得比較器u1的輸出變為低(low)狀態，以導通晶體管q3。通過這種處理，電流被施加到開關單元40的晶閘管q1的柵極，因此晶閘管q1導通，使得在參考點和中性點之間形成短路(short)狀態。在這一點上，電壓不平衡檢測單元52的比較器u2的輸出仍然保持在高狀態，使得晶閘管q2不導通。

通過一系列過程，電流沿著第一電阻器r1、參考點a、中性點b和第二電容器c2的路徑流動，使得電壓可以在第二電容器c2處充電。通過這樣的處理，當第一電容器c1的電壓與第二電容器c2的電壓相同時，其被切換到正常狀態，因此晶閘管q1不導通，使得在參考點a和中性點b之間可以形成斷開狀態，如圖6所示。

參考圖8，當中性點的電壓大于參考點的電壓時，差分放大單元51的輸出電壓變為負值，并且負值被施加到電壓不平衡檢測單元52的比較器u2以超過負參考值-ref，使得比較器u2的輸出變為低狀態，以導通晶體管q4。

通過這種處理，電流被施加到開關單元40的晶閘管q2的柵極，因此晶閘管q2導通，使得在參考點和中性點之間形成短路狀態。在這一點上，電壓不平衡檢測單元52的比較器u1的輸出仍然保持在高狀態，使得晶閘管q1不導通。

通過一系列過程，電流沿著第二電阻器r2、中性點b、參考點a和第二電阻器r2的路徑流動，使得第二電容器c2的電壓可以被放電。通過這樣的處理，當第一電容器c1的電壓與第二電容器c2的電壓相同時，其切換到正常狀態，因此晶閘管q1不導通，使得可以在參考點a和中性點b之間形成斷開狀態，如圖6所示。

如上所述，本公開能夠在逆變器的平滑單元3處不使用分壓電阻器的情況下維持平滑單元3的電容器的電壓之間的平衡，使得逆變器的尺寸減小，并且逆變器制造成本可以減少。

此外，設計者可以使用電壓不平衡檢測單元的參考值+ref和-ref來設置中性點和參考點之間的電壓差，其確定本公開的平衡裝置的操作，使得各種電路可以按照設計者的意圖來設計。

此外，根據本公開，電壓不平衡被設計為通過硬件來解決，使得當在平滑單元3處發生電壓不平衡時在沒有根據軟件處理而造成時間延遲的情況下平滑單元3的電容器的兩端處的電壓可以被調整為平衡。

已經參考附圖中所示的實施例描述了本公開，但是本公開僅僅是說明性的，并且應當理解，本領域技術人員可以設計出許多其它修改和等同的其他實施例。因此，本發明的技術范圍應由所附權利要求限定。

附圖標記說明

30：電壓測量電容器40：開關單元

50：控制單元51：差分放大單元

52：電壓不平衡檢測單元53：電流施加單元