專利名稱：無極性電解電容器控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子器件，具體為一種可將普通電解電容器用于交流電路中工 作的無極性電解電容器控制模塊。
背景技術(shù)：
用于交流電路的電力電容器都是采用雙層鋁箔中間加電介質(zhì)構(gòu)成，由于不可 能將電介質(zhì)層作得很薄，極板面積制作得很大，導(dǎo)致電容器的電容值小、體積很大、 消耗材料多、成本高，對其廣泛應(yīng)用造成一定限制，尤其給電力系統(tǒng)提高功率因數(shù) 的推廣應(yīng)用造成困難。電解電容器用闊金屬作為正極，用負(fù)極板和電解液作為負(fù)極。 首先在負(fù)極板和正極板工作面上進(jìn)行正極腐蝕以增大極板表面積，再在正極表面用 電化學(xué)方法生成氧化膜層作為電容器的電介質(zhì)。由于兩極板間的距離短，且氧化膜 介電常數(shù)高，因此電解電容器的電容值要比同體積普通的電力電容器的電容值大 很多，單位體積存儲(chǔ)的電力的能量是普通電容器的幾十倍，具有體積小、自愈性好、 容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是電解電容器只適合在直流電路中工作，即使可以將所 謂的無極性電解電容器應(yīng)用于交流電路中，然而由于電容器損耗大，也只能短時(shí)間 或間歇性工作；且這種無極性電解電容器實(shí)際使用的電容值是兩只相同參數(shù)的電容 器電容值和的四分之一，降低了電容器的利用率。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種無極性電解電容器控制模塊，利用已有電 解電容器體積小、容量大、成本低及節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，通過四個(gè)同步驅(qū)動(dòng)控制電路 分別驅(qū)動(dòng)四只半導(dǎo)體功率控制元件，以完成電源正和負(fù)半周期的開啟與關(guān)斷，進(jìn)而 控制電解電容器對電源放電，制成一種可將普通電解電容器用于交流電路的無極性 電解電容器控制模塊。這種無極性電解電容器控制模塊提高了電解電容器的利用 率，可使無極性電解電容器的實(shí)際使用電容值和單只電容器的電容值相等，相比于 己有交流電解電容器，容量增大了四倍；且不存在串聯(lián)電解電容器的串聯(lián)電壓分壓 的缺點(diǎn)，在模塊容量和電解電容器耐壓值允許的范圍內(nèi)，容量不等的多只電解電容 器可以任意并聯(lián)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種無極性電解電容器控制模 塊，由四只相同參數(shù)的功率控制元件、四只相同參數(shù)的半導(dǎo)體二極管、四個(gè)相同參 數(shù)的同步驅(qū)動(dòng)控制電路組成。四只功率控制元件與四只半導(dǎo)體二極管分別反極性連 接，四個(gè)同步驅(qū)動(dòng)控制電路分別驅(qū)動(dòng)四只功率控制元件構(gòu)成全橋變換電路。所述的 功率控制元件可采用半導(dǎo)體三極管、IGBT或VMOSFET、可控硅或門極關(guān)斷可控 硅。所述的驅(qū)動(dòng)電路的電源供給方式有兩種利用主電路供給和單獨(dú)供給。無極性電解電容器控制模塊的集成封裝模式有兩種四引出線封裝模式和六引出線封裝模 式。圖l和圖3是一種利用主電路供給驅(qū)動(dòng)電路電源的四引出線封裝模式；圖2和圖4是一種單獨(dú)供給驅(qū)動(dòng)電路電源的六引出線封裝模式，Ea和Eb是單獨(dú)供電時(shí)無 極性電解電容器控制模塊內(nèi)部同步驅(qū)動(dòng)控制電路的電源內(nèi)部連線。無極性電解電容 器控制模塊可以是集成封裝成模塊，也可以由分立元件用導(dǎo)線連接而成。所述的無極性電解電容器控制模塊的工作原理是以單相交流電工作為例，見圖5，當(dāng)交流電源E為正半周期工作時(shí)，電流由半導(dǎo)體二極管(9)的正極至負(fù)極經(jīng)電解電容器 C的正極至負(fù)極到半導(dǎo)體二極管(16)再回到電源E構(gòu)成回路，對電解電容器C 進(jìn)行充電；此時(shí)電源E的同步驅(qū)動(dòng)控制電路(5)和(12)分別驅(qū)動(dòng)功率控制元件 (7)和(14)導(dǎo)通，當(dāng)電源E的電壓低于電解電容器C的電壓時(shí)，電解電容器C 經(jīng)功率控制元件(7)和(14)向電源E放電。對電解電容器C進(jìn)行充電時(shí)，半導(dǎo)體二極 管一方面起到整流作用，另一方面將電解電容器反向工作電壓箝位在半導(dǎo)體二極管 正向?qū)妷杭垂軌航抵捣秶鷥?nèi)，起到保護(hù)電解電容器反向電壓擊穿電極板的作 用。當(dāng)電源E的負(fù)半周工作時(shí)，電流經(jīng)半導(dǎo)體二極管(10)、電解電容器C、半導(dǎo) 體二極管(15)對電解電容器C進(jìn)行充電，兩個(gè)同步驅(qū)動(dòng)控制電路(6)和(11) 分別驅(qū)動(dòng)功率控制元件(8)和(13)導(dǎo)通，當(dāng)電源E的電壓低于電解電容器C的 電壓時(shí)，電解電容器C經(jīng)功率控制元件(8)和(13)向電源E進(jìn)行放電；進(jìn)而完成了電 解電容器C的正負(fù)半周的充放電過程，實(shí)現(xiàn)了電解電容器在交流電路中工作。無 極性電解電容器控制模塊的工作過程圖3是四引出線封裝圖，只需引出兩條輸入 引線(1)、 (2)和兩條輸出引線(3)、 (4)，在輸出引線(3)標(biāo)(+)極和輸出引 線(4)標(biāo)(-)極；考慮到功率元件的散熱，封裝殼(17)外部設(shè)有散熱片(18)。 當(dāng)功率控制元件采用VMOSFET和IGBT時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)電壓高，為了提高模塊的利 用率，降低電源損耗，應(yīng)選用單獨(dú)供給驅(qū)動(dòng)電路電源方式，見圖2。圖中AD1和 AD2為AC/DC交流/直流轉(zhuǎn)換電源，AC交流工作電壓視工作環(huán)境而定，DC直流 工作電壓為10-20V，該類元件具有壓降小，放電效果好等優(yōu)點(diǎn)。圖4是六引出線 封裝圖，封裝時(shí)，比圖3多出兩條引線A和B。功率控制元件采用可控硅和門極關(guān) 斷可控硅，驅(qū)動(dòng)控制電路必須按門極要求設(shè)計(jì)。該類元件具有成本低，容量大等優(yōu) 點(diǎn)。在高電壓、大電流情況下工作時(shí)，為避免燒毀無極性電解電容器，需要采用串 聯(lián)電感Ll和L2來限制電流隨時(shí)間的變化率，電容器Cl是為吸收高頻沖擊電壓而設(shè)置的。當(dāng)工作周期為幾十千周時(shí)，應(yīng)選用快速恢復(fù)型半導(dǎo)體二極管，以減少半導(dǎo) 體二極管開關(guān)時(shí)的工作損耗，有利于保護(hù)電解電容器。由于管壓降0.7-L2V只是電 源電壓220V和380V的0.2-0.5%左右，相比于提高功率因數(shù)20-30%其損耗可忽略不 計(jì)。每只電解電容器和每只半導(dǎo)體二極管都是半周期工作,將大大提高使用壽命。 該無極性電解電容器控制模塊，也可制成三相橋式無極性電解電容器控制模塊，還 可以制成六相、十二相等多相無極性電解電容器控制模塊。本發(fā)明的有益效果是四只半導(dǎo)體二極管分別對電源正和負(fù)半周進(jìn)行整流，對 電解電容器充電，利用四只半導(dǎo)體功率控制元件的導(dǎo)通，將存儲(chǔ)電解電容器里的電 能釋放回電源，實(shí)現(xiàn)了交流電充、放電過程和無極性電解電容器的工作過程。利用 半導(dǎo)體二極管反向截止的特性，截?cái)嗔思釉陔娊怆娙萜鲀啥说姆聪螂妷?，并且另?只半導(dǎo)體二極管導(dǎo)通時(shí)起到箝位作用，將電解電容器兩端反向電壓箝位在二極管管 壓降范圍內(nèi)，克服了電解電容器不能承受反向電壓的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了可直接控制電解 電容器在交流電路中工作。不存在交流串聯(lián)電解電容器的串聯(lián)電路分壓的缺點(diǎn)，在 模塊容量和耐壓值允許的范圍內(nèi)，容量不等的多只電解電容器可任意并聯(lián)，增大了 電解電容器的容量，極大地提高了電解電容器的有效利用率，且成本低,只有同容 量普通電容器的百分之一。該發(fā)明可為電力系統(tǒng)功率因數(shù)補(bǔ)償提供更為實(shí)用的產(chǎn) 品，電容器具有吸收浪涌電流大的優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)減少電網(wǎng)沖擊電壓對設(shè)備造成的損壞， 可提高電網(wǎng)品質(zhì)。如將無極性電解電容器控制模塊用在單相電容啟動(dòng)式交流電動(dòng)機(jī) 中工作，完成電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后電容器可繼續(xù)工作，將大大的提高電動(dòng)機(jī)輸出功率和使 用效率，并且具有降低成本、減少故障率和提高使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。還可利用該無極 性電解電容器控制模塊制成的無極性電解電容器替代變壓器和電阻式降壓，進(jìn)行電 容器式降壓，將具有縮小設(shè)備的體積、提高電網(wǎng)的功率因數(shù)和節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)。


圖1四引出線無極性電解電容器控制模塊電路原理圖 圖2六引出線無極性電解電容器控制模塊電路原理圖 圖3四引出線封裝圖 圖4六引出線封裝5用典型功率控制元件半導(dǎo)體三極管工作原理圖 圖6用典型功率控制元件VMOSFET工作原理圖 圖7用典型功率控制元件可控硅工作原理圖 圖中標(biāo)號1、 2輸入引線 3、輸出正極引線 4、輸出負(fù)極引線 5、 6、 11、 12驅(qū) 動(dòng)控制電路 7、 8、 13、 14功率控制元件 9、 10、 15、 16半導(dǎo)體二極管 17、模塊外殼18、散熱片具體實(shí)施方式
實(shí)施例l請參閱圖1、圖3、圖5，無極性電解電容器控制模塊是由四只相同參數(shù)的功 率控制元件、四只相同參數(shù)的半導(dǎo)體二極管、四個(gè)相同參數(shù)的同步驅(qū)動(dòng)控制電路組 成。四只功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)與四只半導(dǎo)體二極管(9)、 (10)、 (15)、 (16) 分別反極性連接,四個(gè)驅(qū)動(dòng)控制電路(5)、 (6)、 (11)、 (12)分別驅(qū)動(dòng)四只功率控制元件 (7)、 (8)、 (13)、 (14);所述的功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)采用半導(dǎo)體三極管 構(gòu)成的無極性電解電容器控制模塊，具有控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。無極性電解電容器控制 模塊可以是集成封裝而成，也可以由分立的元件用導(dǎo)線連接而成。實(shí)施例2請參閱圖2、圖4、圖6，所述的功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)采用IGBT 或VMOSFET的無極性電解電容器控制模塊，該類元件具有壓降小、放電效果好等 優(yōu)點(diǎn)。AD1和AD2同步驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)采用單獨(dú)10-20V直流電源供電。其余同實(shí)施 例l。實(shí)例3請參閱圖3、圖7，所述的功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)采用可控硅和門極 關(guān)斷可控硅構(gòu)成的無極性電解電容器控制模塊，驅(qū)動(dòng)控制電路必須按門極要求設(shè) 計(jì)。該類元件具有成本低，容量大等優(yōu)點(diǎn)。其余同實(shí)施例1
權(quán)利要求
1、一種無極性電解電容器控制模塊，其特征是該控制模塊由四只相同參數(shù)的功率控制元件、四只相同參數(shù)的半導(dǎo)體二極管、四個(gè)相同參數(shù)的驅(qū)動(dòng)控制電路構(gòu)成的橋式變換電路組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無極性電解電容器控制模塊，其特征是四只功率控制、元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)與四只半導(dǎo)體二極管(9)、 (10)、 (15)、 (16)分別反極性 連接,四個(gè)驅(qū)動(dòng)控制電路(5)、 (6)、 (11)、 (12)分別驅(qū)動(dòng)四只功率控制元件(7)、 (8)、 (13)、 (14)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無極性電解電容器控制模塊，其特征是功率控制元件可采用半導(dǎo)體三極管、IGBT或VMOSFET、可控硅或門極關(guān)斷可控硅；所述的驅(qū)動(dòng)控制電路的電源供給方式有兩種利用主電路供給和單獨(dú)供給。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無極性電解電容器控制模塊，其特征是當(dāng)功率控制元件采用VMOSFET或IGBT時(shí)，應(yīng)選用單獨(dú)供給驅(qū)動(dòng)電路電源方式AD1和AD2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無極性電解電容器控制模塊，其特征是考慮到功率元 件的散熱，封裝殼(17)外部設(shè)有散熱片(18)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無極性電解電容器控制模塊，其特征是無極性電解電容器控制模塊的集成封裝模式有兩種四引出線封裝模式和六弓I出線封裝模式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的四引出線封裝模式，其特征是引出兩條輸入引線(1)、 (2) 和兩條輸出引線(3)、 (4)，輸出引線(3)標(biāo)(+)極，輸出引線(4)標(biāo)()極。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6的六引出線封裝模式，其特征是封裝時(shí)采用六條引出線即在 四引出線封裝模式基礎(chǔ)上增加引線A和B。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無極性電解電容器控制模塊，該控制模塊由四只相同參數(shù)的功率控制元件、四只相同參數(shù)的半導(dǎo)體二極管、四個(gè)相同參數(shù)的驅(qū)動(dòng)控制電路構(gòu)成的橋式變換電路組成。四只功率控制元件與四只二極管分別反極性連接，四個(gè)驅(qū)動(dòng)控制電路分別驅(qū)動(dòng)四只功率控制元件；功率控制元件采用半導(dǎo)體三極管、IGBT或VMOSFET、可控硅或門極關(guān)斷可控硅；功率控制元件可以集成封裝成模塊，也可以由分立元件用導(dǎo)線連接而成。該無極性電解電容器控制模塊實(shí)現(xiàn)了普通電解電容器在交流電路中工作，可廣泛應(yīng)用于電力的功率因數(shù)補(bǔ)償、電容降壓設(shè)備上，具有提高電解電容器的有效利用率、縮小體積、節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M3/07GK101594050SQ200910068399
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者卓 張, 煒 張, 李琦穎, 李香鳳, 李香龍 申請人:河南大學(xué)