一種電子電容電路的製作方法
2023-05-27 16:53:31
一種電子電容電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電子電容電路，所述電子電容電路包括：充放電迴路、PWM控制電路和驅動電路，充放電迴路包括四個IGBT與限流電感和電子電容，PWM控制電路輸出一路PWM波形經驅動電路後接第一IGBT和第四IGBT的門控級，控制第一IGBT和第四IGBT的通斷，PWM控制電路輸出的一路PWM波形還連接一反相器，再經驅動電路後接第二IGBT和第三IGBT的門控級，控制第二IGBT和第三IGBT的通斷。該實用新型能將大量取代某些場合大電容，節約經濟成本，大大提高了生產的安全性能，有良好的經濟效益。
【專利說明】—種電子電容電路
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電容【技術領域】，具體涉及一種電子電容電路。
【背景技術】
[0002]所謂電容，就是容納和釋放電荷的元件。電容主要應用在以下幾種重要的場合中。電源電路:旁路、去耦、濾波和儲能的作用；信號處理電路:耦合和震蕩的作用。
[0003]隨著功率器件的不斷升級，大電容的應用場合逐漸增多。普通大電容的主要缺點是製作流程比較複雜，工藝精度要求較高。另外，大電容的體積比較大，生產安全係數不高，比較難以維護等諸多缺點。
[0004]電荷等效原理:大電容的電荷一次性吞吐量大於電子電容電路，但是電子電容通過控制和它連接的四個IGBT，可以多次的來吸收或釋放電荷，直至與大電容的電荷吞吐量相同。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於克服現有技術存在的不足，提供一種電子電容電路，所提供的電子電容電路能替換某些場合的大電容的應用。
[0006]本實用新型通過如下技術方案實現。
[0007]一種電子電容電路，其包括:充放電迴路、PWM控制電路和驅動電路；充放電迴路包括四個IGBT與限流電感和電子電容，四個IGBT分別是第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT，每個IGBT的內部均反並聯著一個二極體，分別是第一二極體、第二二極體、第三二極體和第四二極體；PWM控制電路輸出一路PWM波形經驅動電路後接第一 IGBT和第四IGBT的門控級，控制第一 IGBT和第四IGBT的通斷，PWM控制電路輸出的一路PWM波形還連接一反相器，再經驅動電路後接第二 IGBT和第三IGBT的門控級，控制第二 IGBT和第三IGBT的通斷。
[0008]進一步地，PWM控制電路包括順次連接的誤差放大器電路、PI調節電路和PWM產生電路。
[0009]進一步地，PWM控制電路採用UC3842晶片及外圍電路構成。
[0010]進一步地，第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT和第四IGBT的門控極均接有一路PWM波形，這四路P麗波形兩兩相同，第一 IGBT和第四IGBT門控極所接入的PWM波形相同，第
二IGBT和第三IGBT門控極所接入的PWM波形相同；第一 IGBT的集電極、第二 IGBT的發射極和限流電感的負端連接；第一 IGBT的發射極、第三IGBT的發射極和電子電容的正端連接；第三IGBT的集電極、第四IGBT的發射極和電源的負端連接；第二 IGBT的集電極、第四IGBT的集電極、電子電容的負端連接；從限流電感的正端和第三IGBT的集電極各引出一根線作為電子電容電路的兩端。
[0011]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點和技術效果:
[0012]本實用新型基於電荷等效原理，利用功率器件和電子電容組成一個新的電路拓撲結構，利用閉環控制，使得電子電容的輸出很好地跟蹤了大電容的充放電特性曲線，電子電容與大電容有基本相同的外部特性，由此可以取代某些場合大電容的使用，不僅節約了經濟成本，而且提高了生產的安全性，便於維護等諸多優點，具有良好的市場前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是實例中的大電容充電特性曲線產生原理圖。
[0014]圖2是PWM控制電路的內部原理圖。
[0015]圖3是PWM控制電路實例連接圖。
[0016]圖4是電子電容應用電路的拓撲結構圖。
[0017]圖5是大電容10mF的電壓波形。
[0018]圖6是電子電容電路兩端的電壓波形。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實例對本實用新型的【具體實施方式】作詳細說明。
[0020]如圖1，為了驗證本實用新型，作為實例，先在PSM中搭建大電容的充電特性方程，階躍響應和地經過比較 器後的輸出，與仿真步長(常數)經過第一乘法器，第一乘法器的輸出經過一個積分環節，與比例係數K相乘後，得到輸入I。等效電阻R和大電容C經過第
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二乘法器得到輸入2，輸入I和輸入2經過除法器，除法器的輸出經過exp(輸入)
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環節，常數減去exp (輸入)環節的輸出值，得到的結果與電源電壓經過第三乘法器，得到最終設計大電容的充電特性曲線，即大電容電壓的參考值。
[0021]圖2是本實用新型PWM控制電路的內部原理圖，在UC3842晶片電路中，將大電容的充電特性曲線上每點的數值作為期望電壓值，與電子電容上的實時輸出值比較得到差值，對得到的差值進行PI調節，PI調節後的輸出與特定頻率的三角波進行一比較器，產生第一 IGBT和第四IGBT所需的PWM波形，即PWM1/4，經驅動電路後接第一 IGBT和第四IGBT的門控級；將產生的PWM經過一個反相器，得到第二 IGBT和第三IGBT所需的PWM波形，即PWM2/3,經驅動電路後接第二 IGBT和第三IGBT的門控級，兩路互補的PWM波形分別控制電子電容電路中的開關器件，從而控制電子電容的充放電。
[0022]圖3為PWM控制電路的連接圖。大電容的充電理論值Uoutl作為UC3842的參考電壓值，電子電容電路兩端的電壓Uout2作為UC3842的電壓反饋端的輸入，UC3842的輸出引腳PWM1/4，接第一 IGBT和第四IGBT的門控級，輸出引腳接一反相器得到PWM2/3，接第二IGBT和第三IGBT的門控級。
[0023]圖4是電子電容應用電路的拓撲結構實例圖。圖中充放電迴路41包括四個IGBT與限流電感LI和電子電容Cl，四個IGBT分別是第一 IGBT VT1、第二 IGBT VT2、第三IGBTVT3和第四IGBT VT4，每個IGBT的內部均反並聯著一個二極體，分別是第一二極體VD1、第二二極體VD2、第三二極體VD3和第四二極體VD4 ;電路中由四個IGBT組成了兩條互補的放電電路(第一 IGBT和第四IGBT、第二 IGBT和第三IGBT)，兩路PWM來讓電子電容實現任意期望充放電曲線。充放電迴路41中除了雙橋臂的開關元器件，還串聯了一個限流電感，限流電感用於限制兩橋臂切換過程中產生的衝擊電流。圖中LC組成的濾波模塊42，兩條互補的充放電迴路相互切換的過程中，會產生很大的衝擊電流，因此必須引入LC濾波電路。
[0024]所述的四個IGBT構成兩條通路對電子電容進行放電，所述的四個二極體構成兩條通路對電子電容進行充電，當其中任何一個IGBT導通時，反並聯在其內部的二極體便會自動截止，利用所述的四路PWM來控制這四個IGBT的通斷。
[0025]圖5是大電容10mF的電壓波形。如圖5所示，大電容兩端的電壓值在0.04s時刻達到80V左右，最終輸出穩定在90V左右。
[0026]圖6是電子電容電路兩端的電壓波形。如圖6所示，同樣地，電子電容電路兩端的電壓值在0.04s時刻達到80V左右，最終輸出也穩定在90V左右。對圖5和圖6進行比較，兩者的電壓具有類似的動態響應和靜態響應。由此可見，電子電容電路可以替代大電容。
【權利要求】
1.一種電子電容電路，其特徵在於，包括充放電迴路、PWM控制電路和驅動電路；充放電迴路包括四個IGBT與限流電感(LI)和電子電容(Cl)，四個IGBT分別是第一 IGBT(VTl)、第二 IGBT (VT2)、第三IGBT (VT3)和第四IGBT (VT4)，每個IGBT的內部均反並聯著一個二極體，分別是第一二極體(VD1)、第二二極體(VD2)、第三二極體(VD3)和第四二極體(VD4)；PWM控制電路輸出一路PWM波形經驅動電路後接第一 IGBT和第四IGBT的門控級，控制第一IGBT和第四IGBT的通斷，PWM控制電路輸出的一路PWM波形還連接一反相器，再經驅動電路後接第二 IGBT和第三IGBT的門控級，控制第二 IGBT和第三IGBT的通斷；第一 IGBT的集電極、第二 IGBT的發射極和限流電感的負端連接；第一 IGBT的發射極、第三IGBT的發射極和電子電容(Cl)的正端連接；第三IGBT的集電極、第四IGBT的發射極和電源的負端連接；第二 IGBT的集電極、第四IGBT的集電極、電子電容(Cl)的負端連接；從限流電感的正端和第三IGBT的集電極各引出一根線作為電子電容電路的兩端。
2.根據權利要求1所述的一種電子電容電路，其特徵在於，PWM控制電路包括順次連接的誤差放大器電路、PI調節電路和PWM產生電路。
3.根據權利要求1或2所述的一種電子電容電路，其特徵在於，PWM控制電路採用UC3842晶片及外圍電路構成。
4.根據權利要求1所述的一種電子電容電路，其特徵在於，第一IGBT和第四IGBT門控極所接入的PWM波形相同，第二 IGBT和第三IGBT門控極所接入的PWM波形相同。
【文檔編號】H02M3/07GK203827174SQ201420120648
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】康龍雲, 黃志臻, 魏業文, 齊如軍, 馮自成 申請人:華南理工大學