[發明專利]無極性電解電容器控制模塊

無效

• 申請號: 200910068399.6
• 申請日: 2009-04-07
• 公開（公告）號: CN101594050A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 李香龍;張煒;張卓;李琦穎;李香鳳
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02J15/00;H02J3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發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

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構成，由于不可能將電介質層作得很薄，極板面積制作得很大，導致電容器的電容值小、體積很大、消耗材料多、成本高，對其廣泛應用造成一定限制，尤其給電力系統提高功率因數的推廣應用造成困難。電解電容器用閥金屬作為正極，用負極板和電解液作為負極。首先在負極板和正極板工作面上進行正極腐蝕以增大極板表面積，再在正極表面用電化學方法生成氧化膜層作為電容器的電介質。由于兩極板間的距離短，且氧化膜介電常數高，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、成本低等優點。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用于交流電路中，然而由于電容器損耗大，也只能短時間或間歇性工作；且這種無極性電解電容器實際使用的電容值是兩只相同參數的電容器電容值和的四分之一，降低了電容器的利用率。

發明內容

為了解決上述問題，本發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、成本低及節約材料等優點，通過四個同步驅動控制電路分別驅動四只半導體功率控制元件，以完成電源正和負半周期的開啟與關斷，進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際使用電容值和單只電容器的電容值相等，相比于已有交流電解電容器，容量增大了四倍；且不存在串聯電解電容器的串聯電壓分壓的缺點，在模塊容量和電解電容器耐壓值允許的范圍內，容量不等的多只電解電容器可以任意并聯。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種無極性電解電容器控制模塊，由四只相同參數的功率控制元件、四只相同參數的半導體二極管、四個相同參數的同步驅動控制電路組成。四只功率控制元件與四只半導體二極管分別反極性連接，四個同步驅動控制電路分別驅動四只功率控制元件構成全橋變換電路。所述的功率控制元件可采用半導體三極管、IGBT或VMOSFET、可控硅或門極關斷可控硅。所述的驅動電路的電源供給方式有兩種：利用主電路供給和單獨供給。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1和圖3是一種利用主電路供給驅動電路電源的四引出線封裝模式；圖2和圖4是一種單獨供給驅動電路電源的六引出線封裝模式，Ea和Eb是單獨供電時無極性電解電容器控制模塊內部同步驅動控制電路的電源內部連線。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，當交流電源E為正半周期工作時，電流由半導體二極管(9)的正極至負極經電解電容器C的正極至負極到半導體二極管(16)再回到電源E構成回路，對電解電容器C進行充電；此時電源E的同步驅動控制電路(5)和(12)分別驅動功率控制元件(7)和(14)導通，當電源E的電壓低于電解電容器C的電壓時，電解電容器C經功率控制元件(7)和(14)向電源E放電。對電解電容器C進行充電時，半導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體二極管正向導通電壓即管壓降值范圍內，起到保護電解電容器反向電壓擊穿電極板的作用。當電源E的負半周工作時，電流經半導體二極管(10)、電解電容器C、半導體二極管(15)對電解電容器C進行充電，兩個同步驅動控制電路(6)和(11)分別驅動功率控制元件(8)和(13)導通，當電源E的電壓低于電解電容器C的電壓時，電解電容器C經功率控制元件(8)和(13)向電源E進行放電；進而完成了電解電容器C的正負半周的充放電過程，實現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(+)極和輸出引線(4)標(-)極；考慮到功率元件的散熱，封裝殼(17)外部設有散熱片(18)。當功率控制元件采用VMOSFET和IGBT時，由于驅動電壓高，為了提高模塊的利用率，降低電源損耗，應選用單獨供給驅動電路電源方式，見圖2。圖中AD1和AD2為AC/DC交流/直流轉換電源，AC交流工作電壓視工作環境而定，DC直流工作電壓為10-20V，該類元件具有壓降小，放電效果好等優點。圖4是六引出線封裝圖，封裝時，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斷可控硅，驅動控制電路必須按門極要求設計。該類元件具有成本低，容量大等優點。在高電壓、大電流情況下工作時，為避免燒毀無極性電解電容器，需要采用串聯電感L1和L2來限制電流隨時間的變化率，電容器C1是為吸收高頻沖擊電壓而設置的。當工作周期為幾十千周時，應選用快速恢復型半導體二極管，以減少半導體二極管開關時的工作損耗，有利于保護電解電容器。由于管壓降0.7-1.2V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20-30％其損耗可忽略不計。每只電解電容器和每只半導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。