專利名稱：具有至少兩個串聯電容器的電路布置的制作方法
技術領域：
本發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地連接到電壓，其中布置與該至少兩個電容器并聯的分壓器，該分壓器將該電壓分配在該至少兩個電容器上.
背景技術：
根據現有技術，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，例如可以獲得具有高達大約500V額定電壓大小的電解電容器(ELK0).因此，必須在如下應用的情況下將兩個或者更多個ELKO串聯所述應用提供在具有超過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.特別是在太陽能發電機的情況下，在逆變器的輸入端出現高電壓，所以一般設置多個ELKO的串聯電路以用于輸入側的能量緩沖.
為了使施加的輸入電壓均勻地分配在多個電容器上，根據現有技術設置與電容器并聯的分壓器，在最簡單的情況下，該分壓器由高歐姆電阻構成，其中每個電容器都并聯一個電阻.
這種多個電容器的串聯電路所具有的缺點在于，如果出現干擾，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.因此例如設置附加電容器，以補償單個電容器的故陣或短路.在此的缺點是提高了部件費用并且需要設置示出電容器故陣的附加電路.
另一用于保護電容器的公知方法是在每一個電容器的電流路徑上都設置熔融保險絲.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.
發明內容
本發明所基于的任務在于，為在開始時所述類型的電路布置提供相對于現有技術的改進方案.
根據本發明，通過具有至少兩個電容器的電路布置來解決該任務，所述至少兩個電容器串聯地連接到電壓，其中布置與所述至少兩個電容器并聯的分壓器，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
電容器并聯地布置有以如下方式與串聯電阻串聯的保護二極管所述保護二極管的閾值電壓小于與該保護二極管并聯布置的電容器的容許電壓，并且布置與串聯電阻并聯的保護電路.
該布置可以用簡單的部件來實現. 一旦在其中一個電容器上的分電壓超過與該電容器并聯的保護二極管的閾值電壓并由此在相應的串聯電阻上施加有電壓，則特地提供的與所述串聯電阻并聯布置的保護電路就保護所述電容器，為此目的，所述保護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造為電容器電路輸入端處的開關元件.在另一示例中，所述保護電路包括在需要時與剩余的電容器以串聯方式接通的電容器.
有利的是,保護電路包括至少一個具有發射部分和接收部分的耦合元件，所述耦合元件將串聯電阻與報警電路輛合，使得施加在串聯電阻上的電壓觸發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備的控制電路中。此夕卜，至少 一個耦合元件的發射部分和接收部分之間的電分離提高了設備的安全性。
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，其中該并聯電路與用于隔離的裝置串聯地連接到輔助電壓*因此，每個輛合元件的信號傳輸都導致報警電路被激活.
在本發明的一個有利示例中，至少兩個電容器串聯地連接到所述電壓， 與每個電容器并聯地布置有電阻，并且由保護二極管和串聯電阻構成的串聯 電路與每個電阻并聯，此外與每個串聯電阻并聯地布置有耦合元件的發射部 分.利用該電路可以將任意多的電容器串聯，而不會損害該電路的保護作用.
對于兩個串聯的電容器來說，下述電路是有利的與第一電容器并聯地 布置有與笫一串聯電阻串聯的第一電阻，而與笫二電容器并聯地布置有與笫 二串聯電阻串聯的第二電阻，并且與笫一電阻并聯地布置有笫一保護二極管 而與第二電阻并聯地布置有第二保護二極管，此外輛合元件的所述發射部分
與由串聯電阻構成的串聯電路并聯地布置.因此，只需要一個耦合元件，借 助該耦合元件將兩個串聯電阻與報警電路輛合。
有利的是，與每個串聯電阻并聯地布置有齊納二極管以用于保護所述至 少一個耦合元件的發射部分.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射部分的電流.
有利地將所述保護二極管實施為抑制二極管.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 的響應特性.
對于輛合元件來說，被構造為光耦合器是有利的.光耦合器是經過證明 的、保證構造為發光二極管的發射部分與構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明.在示意性圖示中 圖1示出具有多個串聯布置的電容器的電路布置， 困2示出具有兩個串聯布置的電容器和兩個耦合元件的電路布置， 困3示出具有兩個串聯布置的電容器和一個耦合元件的電路布置， 困4示出根據困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.
具體實施例方式
圖1示出具有多個串聯布置的電容器C,...Cw的根據本發明電路 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i-l到n. 在此，電容器C,...C,n)的數量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都并聯有電阻 R,.電壓U根據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都并聯有由保護二極管D,和串聯電阻Rs,構成的串聯電 路.在此，相應的保護二極管D,具有低于并聯布置的電容器d的容許 電壓的閾值電壓.在此，保護二極管Di...Dn優選被構造為抑制二極管.
因此，在沒有干擾的運行中，對于施加在電容器d...C(n)上的分 電壓存在
Ud = UC2 = UCu-,) = UC") - Un /n
對于保護二極管Du..Du)上的電壓存在
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在運行沒有干擾的情況下，在串聯電阻Rs,…Rs(n)上沒有施加電壓，
因為施加在保護二極管D"..Du)上的電壓UD,…UDu)小于它們的閾值電 壓。并聯于串聯電阻R"...R,u)布置有保護電路。
圖1所示的保護電路包括n個優選構造為光輛合器的耦合元件
Od...OCn.在此，每個串聯電阻Rs,都與耦合元件OCi的發射部分(例如
發光二極管)并聯.此外，為了保護發射部分免受過電壓，為每個串聯 電阻Rs,并聯有齊納二極管DS1， 一旦施加在該發射部分上的電壓達到容
許的最大值，該齊納二極管就導通.借助于前置電阻Rv,…Rvn來保護發
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并聯布置的保護二極管D,…Dn-,)，D,卜D…Dw 的閾值電壓被超過.保護二極管D,...Du-,), Dn + ,)…Dw變得導通并且 在串聯電阻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，保護電路的 工作方式與在困1中所述的工作方式相對應.
如果只有兩個電容器d， C2串聯，則還有另一根據本發明的示例是
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，分壓器由第一串聯電路和第二串聯電路組成，該笫一串聯電 路由第一電阻R，和笫一串聯電阻R"構成，第二串聯電路由第二電阻R2 和第二串聯電阻Rs2構成.第一串聯電路與第一電容器C,并聯，而第二 串聯電路與第二電容器C2并聯.
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，并聯于每個串聯電 阻R"， Rs2又分別布置有齊納二極管DS1， Ds2以用于在保護電路中防止過 電壓.在此，兩個齊納二極管DS1， Ds2形成串聯電路，具有前置電阻IU 的耦合元件OC與該串聯電路并聯.
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和第二串聯電阻Rs2構成的串聯電路上。該串聯
電路將電壓U分配在第二保護二極管D2和第二齊納二極管Ds2或與該第
二齊納二極管Ds2并聯布置的保護電路元件DS1, Rv， OC上，在此，笫二 保護二極管D2的閾值電壓被超過，由此該第二保護二極管1)2變得導通. 因此，電流通過導通的第二保護二極管02流向開始時施加的電壓U的負極.施加在第二串聯電阻R"上的電壓使得電流流過保護電路，也就是 通過第一齊納二極管DS1，前置電阻Rv和耦合元件0C的發射部分.在此， 通過與第二串聯電阻Rs2并聯的笫二齊納二極管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，這導致笫一保護二極管D，被擊穿. 又有電流流過保護電路并且使得電容器被隔離，由此阻止電容器的損 壞.
在排除導致電容器C，或C2短路的故陣之后，電路又可以投入運行。
權利要求
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))串聯地連接到電壓(U)，其中與所述至少兩個電容器(C1...C(n))并聯地布置有分壓器，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)并聯地布置有與串聯電阻(RSi)串聯的保護二極管(Di)，其中所述保護二極管(Di)的閾值電壓小于與該保護二極管并聯布置的電容器(Ci)的容許電壓，此外布置與串聯電阻(RS1..RS(n))并聯的保護電路。
2. 根據權利要求1所述的電路布置，其特征在于，所迷保護電路包括至少一個具有發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>)將串聯電阻(RS1...RS(n>)與報警電路耦合，施加在一個串聯電阻Us,)上的電壓觸發對所述報警電路的激活。
3. 根據權利要求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))的接收部分串聯地連接到輔助電壓(Us )。
4. 根據權利要求3所述的電路布置，其特征在于，設置多個耦合元件(0C,…0Cu,)，所述多個耦合元件(0C,…0C"))的接收部分并聯，并且該并聯電路與所述用于隔離的裝置串聯地連接到輔助電壓(Us).
5. 根據權利要求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))串聯地連接到所述電壓(U),與每個電容器(Ci)并聯地布置有電阻(Ri)，并且由保護二極管(Di)和串聯電阻Usi)構成的串聯電路與每個電阻(R,)并聯，此外與每個串聯電阻(Rsi)并聯地布置有耦合元件(0C,…0Cu))的發射部分.
6. 根據權利要求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)串聯地連接到所述電壓(U),與笫一電容器(C,)并聯地布置有與笫一串聯電阻(R")串聯的笫一電阻U,)，而與笫二電容器(C2)并聯地布置有與第二串聯電阻(RS2)串聯的第二電阻(RJ，并且與第一電阻(R,)并聯地布置有笫一保護二極管(D,)，與第二電阻U2)并聯地布置有第二保護二極管(D2 )，此外耦合元件(0C )的所迷發射部分與由串聯電阻(Rm RS2)構成的串聯電珞并聯地布置.
7.根據權利要求2至6之一所述的電路布置，其特征在于，與每個串聯電阻Usi)并聯地布置有齊納二極管(I),以用于保護所述至少一個耦合元件(0C或0d…0Cw)的發射部分.
8，根據權利要求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(")的發射部分的前面連接有前置電阻(Rv或Rvi, - Rv(n))。
9. 根據權利要求1至8之一所述的電路布置，其特征在于，所述保護二極管(D,...DJ被構造為抑制二極管。
10. 根據權利要求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"))被構造為光耦合器。
全文摘要
本發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>)并聯地布置有與串聯電阻(R<sub>Si</sub>)以如下方式串聯的保護二極管(D<sub>i</sub>)所述保護二極管(D<sub>i</sub>)的閾值電壓小于與該保護二極管并聯布置的電容器(C<sub>i</sub>)的容許電壓，并且與串聯電阻(R<sub>Si</sub>...R<sub>S(n)</sub>)并聯地布置有保護電路。
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 優先權日2007年5月10日
發明者H·克恩斯托克, J·哈拉克 申請人:奧地利西門子公司