專利名稱：具有至少兩個串聯(lián)電容器的電路布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少兩個電容器的電路布置，該至少兩個電容器串聯(lián)地連接到電壓，其中布置與該至少兩個電容器并聯(lián)的分壓器，該分壓器將該電壓分配在該至少兩個電容器上.
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，如果待施加電壓大于單個電容器的容許電壓，則將
這些電容器串聯(lián)，例如可以獲得具有高達(dá)大約500V額定電壓大小的電解電容器(ELK0).因此，必須在如下應(yīng)用的情況下將兩個或者更多個ELKO串聯(lián)所述應(yīng)用提供在具有超過500V電壓的ELKO中存儲電能.
公知的是例如為逆變器使用多個輸入電容器，借助于該多個輸入電容器將來自交流電源的電能饋入電網(wǎng).特別是在太陽能發(fā)電機(jī)的情況下，在逆變器的輸入端出現(xiàn)高電壓，所以一般設(shè)置多個ELKO的串聯(lián)電路以用于輸入側(cè)的能量緩沖.
為了使施加的輸入電壓均勻地分配在多個電容器上，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)置與電容器并聯(lián)的分壓器，在最簡單的情況下，該分壓器由高歐姆電阻構(gòu)成，其中每個電容器都并聯(lián)一個電阻.
這種多個電容器的串聯(lián)電路所具有的缺點(diǎn)在于，如果出現(xiàn)干擾，在該干擾的情況下電^:器被短路，則對于單個電容器所期望的電壓限制失效.電容器短路必然導(dǎo)致輸入電壓只會更多地分配在剩余的、沒有短路的電容器上.
,i^知地通過過度i殳計電容器電路的尺寸((jberdi邁ensionierung)來解決該問題.因此例如設(shè)置附加電容器，以補(bǔ)償單個電容器的故陣或短路.在此的缺點(diǎn)是提高了部件費(fèi)用并且需要設(shè)置示出電容器故陣的附加電路.
另一用于保護(hù)電容器的公知方法是在每一個電容器的電流路徑上都設(shè)置熔融保險絲.在短路情況下，熔斷的保險絲中斷電流流動并且不會使剩余電容器繼續(xù)充電.在重新啟動之前，除了消除短路原因之外，還必須更換保險絲.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，為在開始時所述類型的電路布置提供相對于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)方案.
根據(jù)本發(fā)明，通過具有至少兩個電容器的電路布置來解決該任務(wù)，所述至少兩個電容器串聯(lián)地連接到電壓，其中布置與所述至少兩個電容器并聯(lián)的分壓器，所述分壓器將電壓分配在所迷至少兩個電容器上，此外與每個
電容器并聯(lián)地布置有以如下方式與串聯(lián)電阻串聯(lián)的保護(hù)二極管所述保護(hù)二極管的閾值電壓小于與該保護(hù)二極管并聯(lián)布置的電容器的容許電壓，并且布置與串聯(lián)電阻并聯(lián)的保護(hù)電路.
該布置可以用簡單的部件來實(shí)現(xiàn). 一旦在其中一個電容器上的分電壓超過與該電容器并聯(lián)的保護(hù)二極管的閾值電壓并由此在相應(yīng)的串聯(lián)電阻上施加有電壓，則特地提供的與所述串聯(lián)電阻并聯(lián)布置的保護(hù)電路就保護(hù)所述電容器，為此目的，所述保護(hù)電路例如包括用于隔離所述電容器的裝置，所述裝置在最簡單的情況下被構(gòu)造為電容器電路輸入端處的開關(guān)元件.在另一示例中，所述保護(hù)電路包括在需要時與剩余的電容器以串聯(lián)方式接通的電容器.
有利的是,保護(hù)電路包括至少一個具有發(fā)射部分和接收部分的耦合元件，所述耦合元件將串聯(lián)電阻與報警電路輛合，使得施加在串聯(lián)電阻上的電壓觸發(fā)對所述報警電路的激活.因此，報警電路相對于電容器電路來說使用較低的電壓電平，并且可以集成在包括該電容器電路的設(shè)備的控制電路中。此夕卜，至少 一個耦合元件的發(fā)射部分和接收部分之間的電分離提高了設(shè)備的安全性。
在簡單的這種示例中，報警電路包括用于隔離所述至少兩個電容器的裝置，并且所述用于隔離的裝置與至少一個耦合元件的接收部分串聯(lián)地連接到輔助電壓.因此在一個電容器短路的情況下，處于電壓下的串聯(lián)電阻與報警電路的耦合使得借助于所述至少 一個輛合元件的接收部分向用于隔離的裝置施加該輔助電壓。在此，輔助電壓例如被用作用于隔離的開關(guān)元件的控制電壓。
在電容器電路與報警電路之間布置多個耦合元件的情況下，這些輛合元件的接收部分并聯(lián)，其中該并聯(lián)電路與用于隔離的裝置串聯(lián)地連接到輔助電壓*因此，每個輛合元件的信號傳輸都導(dǎo)致報警電路被激活.
在本發(fā)明的一個有利示例中，至少兩個電容器串聯(lián)地連接到所述電壓， 與每個電容器并聯(lián)地布置有電阻，并且由保護(hù)二極管和串聯(lián)電阻構(gòu)成的串聯(lián) 電路與每個電阻并聯(lián)，此外與每個串聯(lián)電阻并聯(lián)地布置有耦合元件的發(fā)射部 分.利用該電路可以將任意多的電容器串聯(lián)，而不會損害該電路的保護(hù)作用.
對于兩個串聯(lián)的電容器來說，下述電路是有利的與第一電容器并聯(lián)地 布置有與笫一串聯(lián)電阻串聯(lián)的第一電阻，而與笫二電容器并聯(lián)地布置有與笫 二串聯(lián)電阻串聯(lián)的第二電阻，并且與笫一電阻并聯(lián)地布置有笫一保護(hù)二極管 而與第二電阻并聯(lián)地布置有第二保護(hù)二極管，此外輛合元件的所述發(fā)射部分
與由串聯(lián)電阻構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)地布置.因此，只需要一個耦合元件，借 助該耦合元件將兩個串聯(lián)電阻與報警電路輛合。
有利的是，與每個串聯(lián)電阻并聯(lián)地布置有齊納二極管以用于保護(hù)所述至 少一個耦合元件的發(fā)射部分.在此，齊納二極管的擊穿電壓低于所述至少一 個耦合元件的容許電壓.
此外有利的是，在所述至少一個耦合元件的發(fā)射部分的前面連接有前置 電阻(Vorwiderstand)。利用該前置電阻可以在激活情況下限制通過所迷至 少一個輛合元件的發(fā)射部分的電流.
有利地將所述保護(hù)二極管實(shí)施為抑制二極管.所述抑制二極管具有限定 的擊穿電壓作為閾值電壓以及非常高的放電功率(Ableitleistung)和快速 的響應(yīng)特性.
對于輛合元件來說，被構(gòu)造為光耦合器是有利的.光耦合器是經(jīng)過證明 的、保證構(gòu)造為發(fā)光二極管的發(fā)射部分與構(gòu)造為光電晶體管的接收部分之間 的電分離的部件。
下面，參考附圖以示例性方式闡釋本發(fā)明.在示意性圖示中 圖1示出具有多個串聯(lián)布置的電容器的電路布置， 困2示出具有兩個串聯(lián)布置的電容器和兩個耦合元件的電路布置， 困3示出具有兩個串聯(lián)布置的電容器和一個耦合元件的電路布置， 困4示出根據(jù)困3、具有在笫一電容器短路情況下的電流流動的電 路布置，圖5示出根據(jù)圖3、具有在第二電容器短路情況下的電流流動的電 路布置.
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有多個串聯(lián)布置的電容器C,...Cw的根據(jù)本發(fā)明電路 布置的示例，其中為了簡化下述說明為每個電容都配有下標(biāo)i-l到n. 在此，電容器C,...C,n)的數(shù)量n取決于施加的電壓U、電容器d...Cw 的額定電壓和各個電容器C,... C u)上的電壓分配.
通過分壓器來預(yù)先確定該電壓分配.在最簡單的情況下，如圖l所 示，分壓器由多個電阻R,...Rw形成，其中每個電容器d都并聯(lián)有電阻 R,.電壓U根據(jù)電阻值分配在各個電容器d上，在電阻值相同的情況下， 施加給每個電容器d相同的分電壓U/n。
每個電阻Ri都并聯(lián)有由保護(hù)二極管D,和串聯(lián)電阻Rs,構(gòu)成的串聯(lián)電 路.在此，相應(yīng)的保護(hù)二極管D,具有低于并聯(lián)布置的電容器d的容許 電壓的閾值電壓.在此，保護(hù)二極管Di...Dn優(yōu)選被構(gòu)造為抑制二極管.
因此，在沒有干擾的運(yùn)行中，對于施加在電容器d...C(n)上的分 電壓存在
Ud = UC2 = UCu-,) = UC") - Un /n
對于保護(hù)二極管Du..Du)上的電壓存在
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在運(yùn)行沒有干擾的情況下，在串聯(lián)電阻Rs,…Rs(n)上沒有施加電壓，
因?yàn)槭┘釉诒Ｗo(hù)二極管D"..Du)上的電壓UD,…UDu)小于它們的閾值電 壓。并聯(lián)于串聯(lián)電阻R"...R,u)布置有保護(hù)電路。
圖1所示的保護(hù)電路包括n個優(yōu)選構(gòu)造為光輛合器的耦合元件
Od...OCn.在此，每個串聯(lián)電阻Rs,都與耦合元件OCi的發(fā)射部分(例如
發(fā)光二極管)并聯(lián).此外，為了保護(hù)發(fā)射部分免受過電壓，為每個串聯(lián) 電阻Rs,并聯(lián)有齊納二極管DS1， 一旦施加在該發(fā)射部分上的電壓達(dá)到容
許的最大值，該齊納二極管就導(dǎo)通.借助于前置電阻Rv,…Rvn來保護(hù)發(fā)
射部分免受過電流.
耦合元件Od...O"(例如光電晶體管)的接收部分以并聯(lián)方式與輔 助電壓Us和裝置"警報(ALARM)"連接，該裝置用于將電容器d...Cn 與開始時施加的電壓U相隔離.在電容器c,被短路的干擾情況下，在開始時施加的電壓u分配到剩
余的、沒有被短路的電容器C"..Cu-u, C("n...Coo上.在此，與這些 電容器d…Cu-,)，Cn + n…Cw并聯(lián)布置的保護(hù)二極管D,…Dn-,)，D,卜D…Dw 的閾值電壓被超過.保護(hù)二極管D,...Du-,), Dn + ,)…Dw變得導(dǎo)通并且 在串聯(lián)電阻Rsl..Rs(卜,)，Rs(1 + 1)…Rs(n)上形成電壓，該電壓通過耦合元
件oc,…oc"-山oCu+u…ocw使得用于隔離電容器c,...a的報警電路
被激活.
圖2示出相同示例的只具有兩個串聯(lián)電容器C,， C2的電路布置。在 干擾情況下，也就是說在電容器d或Cz短路的情況下，開始時施加的 全部電壓U都施加在沒有短路的電容器G或C,上.在此，保護(hù)電路的 工作方式與在困1中所述的工作方式相對應(yīng).
如果只有兩個電容器d， C2串聯(lián)，則還有另一根據(jù)本發(fā)明的示例是
有用的.在困3中示出這種替換的電路布置.在該布置中，串聯(lián)電阻Rs,，
R"是用于在兩個電容器C,， C2上分配開始時施加的電壓U的分壓器的元
件.因此，分壓器由第一串聯(lián)電路和第二串聯(lián)電路組成，該笫一串聯(lián)電 路由第一電阻R，和笫一串聯(lián)電阻R"構(gòu)成，第二串聯(lián)電路由第二電阻R2 和第二串聯(lián)電阻Rs2構(gòu)成.第一串聯(lián)電路與第一電容器C,并聯(lián)，而第二 串聯(lián)電路與第二電容器C2并聯(lián).
在此，對于電阻R,, R2, RS1, Rm存在 (H) = (R2 + R")
因此，電壓U在兩個電容器d， C2上均勻分配，并聯(lián)于每個串聯(lián)電 阻R"， Rs2又分別布置有齊納二極管DS1， Ds2以用于在保護(hù)電路中防止過 電壓.在此，兩個齊納二極管DS1， Ds2形成串聯(lián)電路，具有前置電阻IU 的耦合元件OC與該串聯(lián)電路并聯(lián).
在圖4和5中示出在電容器C,， C2之一短路情況下的電流流動.圖 4所示的第一電容器1的短路使得電流從電壓U的正極通過笫一電容器 C,流動，由此全部電壓U都施加在笫二電容器Ca上.因此，全部電壓U 也施加在由第二電阻R2和第二串聯(lián)電阻Rs2構(gòu)成的串聯(lián)電路上。該串聯(lián)
電路將電壓U分配在第二保護(hù)二極管D2和第二齊納二極管Ds2或與該第
二齊納二極管Ds2并聯(lián)布置的保護(hù)電路元件DS1, Rv， OC上，在此，笫二 保護(hù)二極管D2的閾值電壓被超過，由此該第二保護(hù)二極管1)2變得導(dǎo)通. 因此，電流通過導(dǎo)通的第二保護(hù)二極管02流向開始時施加的電壓U的負(fù)極.施加在第二串聯(lián)電阻R"上的電壓使得電流流過保護(hù)電路，也就是 通過第一齊納二極管DS1，前置電阻Rv和耦合元件0C的發(fā)射部分.在此， 通過與第二串聯(lián)電阻Rs2并聯(lián)的笫二齊納二極管Ds2來確定該電流流動.
一旦電流流過保護(hù)電路，就通過耦合元件0C激活報警電路并且借 助于用于隔離的裝置"警報(ALARM)"將電容器d， C2與開始時施加的 電壓U分開.這以如下方式進(jìn)行借助于耦合元件0C的接收部分使裝 置"警報(ALARM)"與輔助電壓Us連接，
圖5示出笫二電容器C2短路情況下的電流流動，在這種情況下，全 部電壓U都是加在第一電容器C，上，這導(dǎo)致笫一保護(hù)二極管D，被擊穿. 又有電流流過保護(hù)電路并且使得電容器被隔離，由此阻止電容器的損 壞.
在排除導(dǎo)致電容器C，或C2短路的故陣之后，電路又可以投入運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種具有至少兩個電容器(C1...C(n))的電路布置，所述至少兩個電容器(C1...C(n))串聯(lián)地連接到電壓(U)，其中與所述至少兩個電容器(C1...C(n))并聯(lián)地布置有分壓器，所述分壓器將電壓(U)分配在所述至少兩個電容器(C1...C(n))上，其特征在于，與每個電容器(Ci)并聯(lián)地布置有與串聯(lián)電阻(RSi)串聯(lián)的保護(hù)二極管(Di)，其中所述保護(hù)二極管(Di)的閾值電壓小于與該保護(hù)二極管并聯(lián)布置的電容器(Ci)的容許電壓，此外布置與串聯(lián)電阻(RS1..RS(n))并聯(lián)的保護(hù)電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路布置，其特征在于，所迷保護(hù)電路包括至少一個具有發(fā)射部分和接收部分的耦合元件(OC或Od...OCu))，所述耦合元件(0C或OC,...OC<n>)將串聯(lián)電阻(RS1...RS(n>)與報警電路耦合，施加在一個串聯(lián)電阻Us,)上的電壓觸發(fā)對所述報警電路的激活。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路布置，其特征在于，所迷報警電路包括用于隔離所述至少兩個電容器(C,…C(n,)的裝置，并且所述用于隔離的裝置與至少一個耦合元件(0C或Od...OC(n))的接收部分串聯(lián)地連接到輔助電壓(Us )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路布置，其特征在于，設(shè)置多個耦合元件(0C,…0Cu,)，所述多個耦合元件(0C,…0C"))的接收部分并聯(lián)，并且該并聯(lián)電路與所述用于隔離的裝置串聯(lián)地連接到輔助電壓(Us).
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的電路布置，其特征在于，至少有兩個電容器(C,…C(n))串聯(lián)地連接到所述電壓(U),與每個電容器(Ci)并聯(lián)地布置有電阻(Ri)，并且由保護(hù)二極管(Di)和串聯(lián)電阻Usi)構(gòu)成的串聯(lián)電路與每個電阻(R,)并聯(lián)，此外與每個串聯(lián)電阻(Rsi)并聯(lián)地布置有耦合元件(0C,…0Cu))的發(fā)射部分.
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的電路布置，其特征在于，第一電容器(d)與第二電容器(C2)串聯(lián)地連接到所述電壓(U),與笫一電容器(C,)并聯(lián)地布置有與笫一串聯(lián)電阻(R")串聯(lián)的笫一電阻U,)，而與笫二電容器(C2)并聯(lián)地布置有與第二串聯(lián)電阻(RS2)串聯(lián)的第二電阻(RJ，并且與第一電阻(R,)并聯(lián)地布置有笫一保護(hù)二極管(D,)，與第二電阻U2)并聯(lián)地布置有第二保護(hù)二極管(D2 )，此外耦合元件(0C )的所迷發(fā)射部分與由串聯(lián)電阻(Rm RS2)構(gòu)成的串聯(lián)電珞并聯(lián)地布置.
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6之一所述的電路布置，其特征在于，與每個串聯(lián)電阻Usi)并聯(lián)地布置有齊納二極管(I),以用于保護(hù)所述至少一個耦合元件(0C或0d…0Cw)的發(fā)射部分.
8，根據(jù)權(quán)利要求2至7之一所述的電路布置，其特征在于，在所述至少一個耦合元件(OC或OC,...OC(")的發(fā)射部分的前面連接有前置電阻(Rv或Rvi, - Rv(n))。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的電路布置，其特征在于，所述保護(hù)二極管(D,...DJ被構(gòu)造為抑制二極管。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2至9之一所述的電路布置，其特征在于，所述至少一個耦合元件(OC或OC,...OC"))被構(gòu)造為光耦合器。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有至少兩個電容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)的電路布置，所述至少兩個電容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)串聯(lián)地連接到電壓(U)，其中與所述至少兩個電容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)并聯(lián)地布置有分壓器，所述分壓器將電壓(U)分配在所述至少兩個電容器(C<sub>1</sub>...C<sub>(n)</sub>)上，并且與每個電容器(C<sub>i</sub>)并聯(lián)地布置有與串聯(lián)電阻(R<sub>Si</sub>)以如下方式串聯(lián)的保護(hù)二極管(D<sub>i</sub>)所述保護(hù)二極管(D<sub>i</sub>)的閾值電壓小于與該保護(hù)二極管并聯(lián)布置的電容器(C<sub>i</sub>)的容許電壓，并且與串聯(lián)電阻(R<sub>Si</sub>...R<sub>S(n)</sub>)并聯(lián)地布置有保護(hù)電路。
文檔編號H02H7/16GK101682187SQ200880015452
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者H·克恩斯托克, J·哈拉克 申請人:奧地利西門子公司