有源平衡模塊電路的製作方法
2023-08-06 22:14:36 1
專利名稱：有源平衡模塊電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電容器的有源平衡電路及其製造方法。更具體而言，本發明涉及一種用於串聯疊加設置的電容器的基於模塊的有源平衡電路。
背景技術：
電容器一般設計具有最大操作額定電壓，其中在這個最大操作額定電壓以上的操作通常導致產生過多的洩漏電流，隨後產生氣體，並最終導致電容器的故障。等值和等額定的電容器被串聯疊加來構建用於更高電壓應用場合的電容。在充電期間以及在對電容器充電之後，只要每個電容器的電容值保持相同，則總電壓在疊加的每個電容器上平均分配。一旦充電即將完成，並且達到了疊加的平衡條件，則只要每個電容器的洩漏電流相等，電壓就繼續在每個電容器上平均分配。總之，在這種串聯疊加的電容器上具有不等電壓有兩個原因1)不等的電容值；2)不等的平衡洩漏電流。
傳統上已經採取了各種方法來試圖控制由於不等的電容值或者不等的平衡洩漏電流導致的電壓的不平衡。在其中一個方法中，使用一種被稱為無源平衡的技術。無源平衡包括使用無源元件來平衡疊加的電容器之間的電壓。通常，這包括將等值電阻器與電容器並聯連接。儘管無源平衡開始可以工作，但是無源平衡的缺點是，它不能調節由於電容值或隨時間產生的洩漏電流的改變而導致的電壓不平衡。
在另一種方法中，使用一種被稱為有源平衡的技術。有源平衡包括使用有源元件來平衡電容器之間的電壓。儘管該技術可以用來隨著時間調節電壓的不平衡，但是這些有源裝置的傳統的實施方式是複雜的並且是昂貴的。
因此，需要提供一種改進的裝置和相應的方法，該方法更容易並且可以更低成本地實現，還能夠控制串聯疊加的電容器之間的電壓的不平衡，從而延長電容器的平均壽命並且改進電性能。
發明內容
為了實現前述的目的，本發明提供一種有源平衡模塊及其製造方法，該有源模塊控制串聯疊加的電容器之間的電壓/洩漏電流的不平衡。這些模塊結構簡單並且製造成本低，而且是通用的。它們可以單獨使用也可以組合在一起來形成用於多個串聯疊加的電容器的多模塊有源平衡電路。
一方面，本發明提供一種模塊，該模塊具有用於控制一對串聯連接的電容器之間的電壓不平衡的無電感器的電路。該模塊包括被設定成連接到第一電容器的陽極板的第一端子；設定成連接到第一電容器的陰極板並連接到第二電容器的陽極板的第二端子；設定成連接到第二電容器的陰極板的第三端子；以及集成到第一、第二和第三端子之間的無電感器電路內的有源元件。該有源元件適於充分平衡成對的電容器之間的電壓不平衡。該有源元件還具有連接到第一和第三端子的電源連接。
在一個實施例中，有源元件是一個運算放大器。該運算放大器具有輸入、輸出以及反饋迴路，其中輸入連接到兩個分電壓電阻器上。此外，輸出可以通過可選的限流電阻器連接到第二端子上。通常，反饋迴路包括反饋電阻器。
在另一個實施例中，有源元件是一種開關電壓轉換器。通常，開關電壓轉換器與快速電容器結合。
然而在另一個實施例中，至少一個端子還被進一步設定成連接到第二模塊，該第二模塊具有用於控制串聯連接的第二對電容器之間的電壓不平衡的無電感器電路。通常，第一和第二模塊的無電感器電路基本上相同。而且，第一和第二模塊的電路可以重疊在到第二模塊的連接之上。在一些情況中，第一和第二模塊的電路在一個端子上重疊。在其他情況中，第一和第二模塊的電路在兩對電容器共用的公共電容器上重疊。
在另一個方面，本發明提供一種電容器裝置組件，該組件包括多個串聯電連接的電容器；以及具有用於控制串聯連接的一對電容器之間的電壓不平衡的無電感器電路的模塊。該模塊包括被設定成連接到第一電容器的陽極板的第一端子；設定成連接到第一電容器的陰極板並連接到第二電容器的陽極板的第二端子；設定成連接到第二電容器的陰極板的第三端子；以及集成在第一、第二和第三端子之間的無電感器電路內的有源元件。該有源元件適於充分平衡成對的電容器之間的電壓不平衡。該有源元件還具有連接到第一和第三端子的電源連接。
在一個實施例中，多個電容器安裝在具有用於相互連接多個電容器、模塊以及外部連接的電連接的母板上。另外，該模塊可以安裝在子板上，該子板安裝在母板上。
在另一個實施例中，多個電容器被連接到柔性電路結構中的外部引線。該模塊被橫跨外部引線地安裝，並也具有柔性電路結構。
在某些情況中，基底位於模塊、多個電容器以及母板上方。而且，基底、母板、模塊以及多個電容器的一部分可以封裝在模製材料中。
在另一方面，本發明提供一種用於控制串聯連接的一對電容器之間的電壓不平衡的方法。該方法包括(1)形成設定成連接到第一電容器的陽極板的第一端子；(2)形成設定成連接到第一電容器的陰極板並連接到第二電容器的陽極板的第二端子；(3)形成設定成連接到第二電容器的陰極板的第三端子；以及(4)將有源元件集成到第一、第二和第三端子之間的無電感器電路內，從而使得有源元件充分平衡成對的電容器之間的電壓不平衡，該有源元件具有連接到第一和第三端子的電源連接。
下面將參考附圖來描述本發明的這些和其他特徵和優點。
圖1A示出根據本發明的不同實施例的包括多個耦合到一個有源平衡模塊的電容器的有源平衡系統。
圖1B示出根據本發明的不同實施例的包括多個耦合到一個有源平衡模塊的電容器的有源平衡系統。
圖2示出根據本發明的不同實施例的包括多個耦合到多個有源平衡模塊的電容器的有源平衡系統。
圖3示出根據本發明的不同實施例的包括多個耦合到多個有源平衡模塊的電容器的有源平衡系統。
圖4A示出本發明的第一實施例的電容器裝置組件的側視圖。
圖4B示出圖4A中的電容器裝置組件的俯視圖。
圖5A示出本發明的第二實施例的電容器裝置組件的側視圖。
圖5B示出圖5A中的電容器裝置組件的仰視圖。
圖6A示出本發明的第三實施例的電容器裝置組件的側視圖。
圖6B示出圖6A中的電容器裝置組件的俯視圖。
圖6C示出封裝在模製材料中的圖6A中的電容器裝置組件的側視圖。
具體實施例方式
現在將詳細說明本發明的優選實施例。在附圖中示出了優選實施例的例子。雖然本發明將結合這些優選實施例進行描述，但是應當理解，本發明並不限於這些優選實施例。相反，而是將覆蓋由附屬權利要求所限定的本發明的精神和範圍內可能包括的替代方案、變型和等效方案。在下面的描述中，將描述大量的具體細節，以便於徹底的理解的本發明。本發明可以在沒有其中一些或所有這些具體細節的情況下實施。在其他例子中，為了避免對本發明產生不必要的混淆而沒有詳細描述公知的操作過程。
本發明提供有源平衡模塊及其製造方法，該模塊包含有源平衡電路來控制串聯疊加的電容器之間的電壓不平衡。這些模塊簡單製造成本較低，並且是通用的。它們可以單獨使用或者也可以結合起來形成用於多個串聯疊加的電容器的多模塊有源平衡電路。該模塊還可以以並排拓撲結構或者重疊拓撲結構排列。
引言如之前所述，在串聯連接的電容器間的不等電壓通常有兩個原因1)不等電容值；2)不等的平衡洩漏電流。不等的電容值可以由製造偏差或者隨著時間使用電容器產生老化而導致。不等的電容值可以導致較低電容值的電容器在它們的最大操作電壓以外操作，這將反過來促使產生過多的洩漏電流。
但是，即使當電容值很好的匹配，在充分充電的狀態中的平衡期間，洩漏電流的不匹配也仍然會在疊加的電容器上產生過電壓。洩漏電流大於其相鄰的平均值的電容器可以對它的相鄰電容器充電到超出它們的最大操作電壓，從而導致受影響的電容器最終失效。這是因為，在平衡狀態中，洩漏電流趨於平衡自身。因此，低洩漏電容器將將通過提高它們的電壓以積累電荷。隨後，受影響的電容器的洩漏電流增加，並最終與具有差異的電容器的洩漏電流平衡。
儘管多種電容器都會顯示出電壓不平衡，但是容易受到更多的影響的電容器是電解技術電容器。這是因為電解技術電容器通常與它們的大洩漏電流相關。而且，電解技術電容器通常具有較大的電容值，它們普遍被稱為超級電容器或者超電容器。
有源平衡模塊為了控制串聯疊加的電容器之間的電壓不平衡，本發明提供一種有源平衡模塊。有源平衡模塊的目的是為了當電容器堆被完全充滿電時，保持串聯疊加的電容器中的每個電容器的電壓相等，這會發生在均衡的狀態，在該狀態中，在串聯疊加的電容器上相對沒有從連接的電源或者負載的充電或放電。根據下面將要討論的，有源平衡模塊可以應用於具有兩個或以上的電容器的任意串聯疊加的電容器堆。
首先，圖1A和圖1B根據本發明的不同實施例分別示出了有源平衡系統100和120，該有源平衡系統包括多個耦合到有源平衡模塊104的電容器102(例如，102a，102b)。在三個端子106(例如，106a，106b，106c)處完成多個電容器102和有源平衡模塊104之間的耦合。端子106a連接到電容器102a的陽極板。端子106b連接到電容器102a的陰極板並連接到電容器102b的陽極板。端子106c連接到電容器102b的陰極板。如圖所示，電容器102a和102b以串聯設置的方式連接/疊加，其中通過連接105a和105b施加電壓。連接105a和105b可以連接到電源和/或負載以用於供電。
通常，有源平衡模塊104包括有源元件。在一個實施例中，如圖1A所示，有源元件是運算放大器裝置112。運算放大器裝置112包括一個作為電壓跟隨器的運算放大器113。也就是，使用電壓反饋的運算放大器電路，其中電路具有高輸入阻抗、低輸出阻抗並且電壓增益為1。同樣的，如果運算放大器113的輸出144連接到倒相(-)輸入116，則輸出電壓將找到任何必要的電平來平衡倒相輸入的電壓與提供給非倒相(+)輸入118的電壓。如果反饋連接是直接的，如同一條直的導線，則輸出電壓將充分「跟隨」非倒相輸入的電壓。
為了充分平衡電容器的電壓，運算放大器113的輸入連接到一對分壓電阻器108a和108b，其中每個電阻器都與相應的電容器(例如，102a，102b)並聯。分壓電阻器108a和108b的電阻值相等。通過最佳算法選擇電阻值，其中該最佳算法試圖防止最差情況下的洩漏值所引起的疊加的電容器的任何過電壓，並且同時試圖最小化分壓電阻器可能引入的額外的洩漏電流。
運算放大器113與分壓電阻器108a和108b在成對的電容器102a和102b的中間節點119上運行。電流來源於該節點或者從該節點吸收，從而強制每個電容器的電壓分配按照由分壓電阻器108a和108b所限定的分配來分壓。由於運算放大器的電源連接V+和V-分別參考這些點，因此通過從電容器102a的頂部(陽極)板或者電容器102b的底部(陰極)板牽曳適當的電荷而產生電流或者吸收電流。
可選的是，限流電阻器108c可以被連接到如圖1A所示的運算放大器的輸出。但是，有源元件可以已經包括電流限制短路保護。例如，運算放大器113可以集成電流限制短路保護。另一種可選的電阻器是反饋電阻器108d。反饋電阻器108d可以用來平衡輸入側的輸入補償電流。通常，反饋電阻器108d的值為分壓電阻器108a和108b的並聯值。
儘管根據定義的電壓跟隨器的電壓增益為1，但是它的目的與放大電壓毫無關係，而與放大信號的電容來將電流發送到負載(例如，102a，102b)有關。同樣的，在峰值功率需求的放電/再充電期間，有源平衡模塊104的運算放大器產生並吸收大量的電流到電容器或者從電容器產生並吸收大量的電流。另外，在完全充電的穩定和平衡狀態期間，可以實現相對於不匹配的洩漏電流的電荷平衡。因此，導致電壓不平衡的兩個原因、電容的變化以及不匹配的洩漏電流都可以得到有效的控制。
在圖1B中示出有源平衡模塊104的有源元件的另一個實施例。如圖所示，有源元件是快速電容器裝置122。通常，快速電容器裝置122利用控制器123來控制開關124a和124b的同步轉換，因此，連接到快速電容器102c的連接可以在多個電容器102(例如，102a和102b)之間擺動。特別是，開關124a和124b必須以先斷後通的方式操作並且相互同步。也就是，它們都必須在它們接通電路之前首先斷開。當滯後的一個開關還沒有斷開它的連接時，一個開關不能超前另一個開關並且接通電路。在快速電容器102和多個電容器之間的連接將允許電荷在其間產生/吸收。隨著時間的流逝，可以實現在多個電容器之間的電壓的平衡。
注意到有源平衡模塊104中沒有使用相對昂貴的感應元件(例如，電感器)是很重要的。而且，有源平衡模塊104中的有源元件(例如，112，122)的供電可以通過當前在系統中和/或參考一對電容器(例如，通過將運算放大器113/控制器123的V+連接到電容器102a的陽極板；通過將運算放大器113/控制器123的V-連接到電容器102b的陰極板)的靜態電流實現。實際上，每個有源平衡模塊104都可以是獨立的或者如圖2接下來所示的與另一個有源平衡模塊結合工作。
有源平衡模塊可以單獨使用或者它們也可以組合在一起來形成用於串聯疊加的多個電容器的多模塊有源平衡電路。例如，圖2示出了一種有源平衡系統200，該系統包括根據本發明的不同實施例的多個耦合到多重有源平衡模塊204(例如，204a-e)的電容器202(例如，C1-C6)。這些電容器可以通過連接205a和205b連接到電源和/或負載。有源平衡模塊204可以是任意基於模塊的用於串聯疊加的電容器的有源平衡電路(例如，104)。對於一對給定的電容器，有源平衡模塊204通常被限定為連接到頂部電容器的頂部板、中間節點和底部電容器的底部板的三端裝置。多有源平衡模塊204可以以圖2所示的並排拓撲結構和/或重疊拓撲結構排列。
可以在多模塊之間實現同步。但是，運算放大器裝置和快速電容器裝置一般使同步可選。這是因為每個運算放大器裝置都在不同的中間節點上操作，然而每個快速電容器裝置都允許快速電容器順續並聯連接到用於電壓平衡的任意個電容器。
通常，對於一對電容器需要一個有源平衡模塊204。但是，在重疊拓撲結構中，對於三個電容器需要兩個有源平衡模塊204，四個電容器需要三個有源平衡模塊204，依此類推。在一個實施例中，重疊拓撲結構的每一個電容器都位於由兩個有源平衡模塊204操作的最頂部的電容器和最底部的電容器之間。
重疊拓撲結構的優點在於強制整個電容器堆均勻的分配電壓。而且，可以在疊加的電容器之間實現傳遞關係。例如，考慮兩個模塊重疊並且三個電容器A、B和C串聯疊加的情況。其中一個模塊可以強制A的電壓等於B的電壓。另一個模塊可以強制B的電壓等於C的電壓。結果是，A的電壓將等於C的電壓。
實例為了進一步理解本發明的優點，下面的實例根據本發明的一個實施例提供涉及具有有源平衡模塊的有源平衡系統的詳細描述。應當理解，下面的描述僅僅是個代表，本發明並不限於這個例子中所闡述的細節。
圖3示出了包括耦合到多有源平衡模塊304(例如，304a、304b)的多個電容器302(例如，302a、302b和302d)的有源平衡系統300。圖3示出了由系統120和系統200引入的概念。如圖所示，有源平衡模塊304a和304b實現了快速電容器裝置。對於有源平衡模塊304a，快速電容器裝置包括與快速電容器302c連接的開關電壓轉換器326a。另一方面，用於有源平衡模塊304b的快速電容器裝置包括與快速電容器302e連接的開關電壓轉換器326b。
理論上講，開關電壓轉換器326a主要將成對的電容器302a和302b充電到相等的電壓。在實現這個的過程中，快速電容器302c轉移電容器302a和302b之間的電荷，直到它們的電壓相等。開關電壓轉換器326b和它的相應的快速電容器302e在成對的電容器302b和302d上執行相同的功能。隨後，每個電容器兩端的電壓將平衡在V+/3。
為了實驗目的，開關電壓轉換器IC1(即，326a)和IC2(即，326b)是可購自Maxim Integrated Products，Sunnyvale，CA.的MAX660。快速電容器C1(即，302c)和C2(即，302e)是具有25VDC的工作電壓額定值的10微法的鉭電容器。V+是通過限流和測量電流電阻器R1施加的7.8VDC。電容器C3、C4和C5是額定在2.5VDC的22法拉的B串聯電容器。電阻器R2為220歐姆，並且被連接到疊加的電容器之一的兩端，來模擬一個嚴重洩漏電容器。
在實驗中，測量VC1+，VC1-，VC2+和VC2-來確保開關電壓轉換器IC1和IC2正常的運行。還測量VC3、VC4、VC5和IR1(R1中的電流)。然後，隨著時間監測電壓以確定這種設計在多大程度上達到電壓平衡。
測量測試電容器C3、C4和C5在1安培的恆定電流下的實際電容值。在0.5伏和2.0伏之間的充電/放電期間逝去的時間被用來計算電容值。在以下的表格中列出電容值。
當從引腳8到引腳3的電壓為2到2.5伏時，IC1和IC2可靠地啟動其內部振蕩器。除非引腳6如圖所示連接，否則振蕩器有時不啟動。
第一個實驗包括對疊加的電容器充電、觀測平衡、在C3兩端連接R2，觀測將達到平衡的不平衡、除去R2，並且最終觀測平衡的恢復。第二個實驗包括在C4兩端設置R2，觀測不平衡，除去R2，並且觀測恢復過程。
以下表格顯示了結果。其中時間表示從產生每次改變到數值被測量之間經過的大致時間間隔。
對結果的檢驗表明該設計使平衡保持在大約0.02伏內。R2表示嚴重洩漏的路徑，洩漏超過10毫安。由此產生的最嚴重的不平衡僅僅比「洩漏元件」兩端的電壓低0.07伏。在第二種情況中，電壓僅僅低0.03伏。但是，在兩種情況中全部的洩漏低於5毫安。明顯的是，快速電容器操作將洩漏電荷送回到「洩漏元件」的相反的極板。通過這種方式，快速電容器技術比分路元件或用於有源平衡的產生/吸收電壓跟隨器更有效。
有源平衡模塊的封裝基於有源平衡模塊的模塊性，可以實現多種電容器裝置組件。這些組件說明了本發明的有源平衡模塊的多功能性。例如，圖4A示出根據本發明的第一實施例的電容器裝置組件400的側視圖。另一方面，圖4B示出電容器裝置組件400的俯視圖。
如圖所示，電容器裝置組件400包括一對沿著母板408頂部上的子板404安裝的電容器402。電容器402可以以能夠適合於特定應用場合的任意傳統的方式封裝。例如，電容器402可以是在保護塑料罐內的纏繞(繞線)型電容器。在子板404上包括有有源平衡電路406。子板404和母板408均在連接到母板410的底部的有源平衡電路406、電容器402以及外部引線410(例如，105a，105b，205a，205b)之間提供連接。外部引線410通常由例如銅的導電材料製成，並且可以被電鍍從而耐用。
通常，每個子板404都將僅僅包含一個有源平衡電路406。子板和有源平衡模塊的位置通常會接近於有源平衡模塊施加有源平衡的相應的成對電容器402(例如，在它們之間)。可以利用任意有源平衡電路406來形成電容器裝置組件400。一般來說，有源平衡電路406包含可能與有源平衡模塊104、204或者304類似的電路。同樣的，子板404可以作為根據本發明的一種有源平衡模塊。
電容器裝置組件400可以擴展到串聯疊加的任意數量的電容器402。為此，母板408和外部引線410可以擴展為容納任意數量的電容器402。例如，對於三個電容器串聯的結構，具有重疊有源平衡電路406的兩個相應的子板404可以位於它們之間。也就是，子板404將每個電容器402與鄰近的電容器隔開。通常，每個子板404(有源平衡模塊)的結構和功能都是相同的。由於有源平衡模塊的模塊性，因此，可以容易的將任意數量的額外的串聯連接電容器加到子板(有源平衡模塊)上。
其他可選的電容器裝置組件可以用於實現本發明。例如，圖5A示出根據本發明的第二實施例的電容器裝置組件500的側視圖，圖5B示出電容器裝置組件500的相應仰視圖。
電容器裝置組件500實現柔性電路結構並包括電容器502。當需要獲得薄的/低輪廓的電容器裝置組件時，通常使用電容器502。電容器502通常是摺疊型電容器，其中電容器片摺疊在柔性保護殼內。但是，多個電容器可以集成在電容器502中。例如，電容器502可以包括多個串聯疊加的電容器。
電容器502連接到外部引線510。在這個實施例中，電容器502和外部引線510的形狀基本上是平的、矩形的，並且是柔性的。外部引線510提供電連接給電容器裝置組件500，並且可以利用任意的導電材料形成。
形成有與外部引線510交叉安裝並且與其連接的、具有有源平衡電路506的有源平衡模塊504。通常，有源平衡電路504包含可能與有源平衡模塊104、204或304類似的電路。可以使用任意的材料來構造有源平衡模塊504。優選的是，所使用的材料和設計的應用場合一致。例如，可以使用容易適用於外部引線510的柔性材料。通常，有源平衡模塊504會在有源平衡電路506和電容器502之間提供連接。
最後，圖6A示出根據本發明的第三實施例的電容器裝置組件600的側視圖，圖6B示出電容器裝置組件600的俯視圖。
如圖所示，電容器602與有源平衡模塊606一起安裝在基底604(例如，母板)的頂部表面上。基底604通常由非導電材料組成，例如由陶瓷、塑料或者本領域的技術人員所公知的其它適合的材料組成。基底604包括用於連接到位於它的相反的表面上的襯墊的一對通孔610。基底604包括用於根據本發明將電容器602、有源平衡模塊606以及通孔610連接在一起的電軌跡線(未示出)。同樣的，電容器裝置組件600可以容易的安裝到任何電子設備中(例如，行動電話)。
可選的是，電容器裝置組件600還可以進一步被封裝以得到更好的保護。例如，圖6C示出封裝在模製材料中的電容器裝置組件600的側視圖。任何傳統的模製材料(例如，塑料)均可以使用。在進行封裝來形成蓋子614之前，可以增加基底612以覆蓋電容器裝置組件600。如果這樣，那麼基底612會延伸並覆蓋到模塊606、電容器602和/或基底604的任意部分的上方。同樣地，如果這樣，那麼模製材料可以封裝模塊606、電容器602和/或基底604的任意部分。如同基底604一樣，基底612通常也由非導電材料組成，例如由陶瓷、塑料或者本領域的技術人員所公知的其它適合的材料組成。設置基底612的目的是給封裝的電容器裝置組件600提供結構穩定性。
組件400、500和600適用於備用電源的應用，而且利用本發明的有源平衡模塊作為元件構造容易並且便宜。用於實現本發明的許多元件也是可以現貨供應的低成本的元件。
本發明呈現了超越傳統方法的許多優點，尤其是在超級電容器領域。由於超級電容器通常的最大操作電壓在2.3伏到2.7伏的範圍，因此低靜態電流有源元件(例如，運算放大器裝置112)可以用來使有源平衡系統中的洩漏電流消耗最小。有源平衡模塊也可以根據應用而升級。例如，根據系統的預期電流選擇有源元件。而且，三端模塊的簡單性和較少的元件數量使得與多個串聯設置的電容器組裝集成更容易並且有較少的連接。
本發明的另一個優點是，有源元件(例如，運算放大器裝置112、快速電容器裝置122)將不太可能甚至永遠不會觀察到V+和V-基本上超過它們的相應電容器的合成額定電壓，在一些情況中為5伏(相應的電容器對的每個電容器為2.5伏)。這取決於參考的有源元件的電源連接如何(例如，在兩個電容器106a和106c之間)。同樣的，有源元件的額定值可以根據它們的相應電容器的合成額定電壓而單獨選擇。因此，對於大規模的疊加，其中在最頂部電容器和最底部電容器之間的電壓變大，而低成本和低電壓的有源元件可以繼續在它們之間實現。
另外，本發明的另一個優點是能夠在均衡狀態(例如，在備用狀態)充分平衡洩漏電流。這點很重要，因為電容器的多數時間處於備用狀態等待提供一個負載。同樣的，在這期間的任何電流的不匹配將導致出現過電壓的情況。因此，在均衡狀態期間洩漏電流持久的不匹配會明顯的減少電容器的壽命。
儘管通過一些具體細節描述了前述的發明以便於清楚的理解，但是很顯然在所附的權利要求的範圍內進行某些改變和變型也是可以的。應當注意的是，有許多可選的方式來實現本發明的過程和裝置。因此，現有的實施例應被認為是說明性的而不是限制性的，並且本發明並不限於這裡給出的細節。
權利要求
1.一種具有用於控制串聯連接的一對電容器之間的電壓不平衡的無電感器電路的模塊，其包括設定成連接到第一電容器的陽極板的第一端子；設定成連接到第一電容器的陰極板並連接到第二電容器的陽極板的第二端子；設定成連接到第二電容器的陰極板的第三端子；有源元件，其集成在第一、第二和第三端子之間的無電感器電路內，並適於充分平衡成對的電容器之間的電壓不平衡，該有源元件具有連接到第一和第三端子的電源連接。
2.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於有源元件是運算放大器，該運算放大器具有輸入、輸出以及反饋迴路，該輸入連接到兩個分壓電阻器。
3.如權利要求2所述的模塊，其特徵在於輸出連接到第二端子。
4.如權利要求3所述的模塊，其特徵在於輸出通過限流電阻器連接到第二端子。
5.如權利要求2所述的模塊，其特徵在於反饋迴路包括反饋電阻器。
6.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於有源元件是開關電壓轉換器。
7.如權利要求6所述的模塊，其特徵在於開關電壓轉換器與快速電容器結合。
8.如權利要求1所述的模塊，其特徵在於至少一個端子還設定成連接到第二模塊，該第二模塊具有用於控制第二對串聯連接的電容器之間的電壓不平衡的無電感器電路。
9.如權利要求8所述的模塊，其特徵在於第一和第二模塊的無電感器電路實質上相同。
10.如權利要求8所述的模塊，其特徵在於第一和第二模塊的電路重疊在到第二模塊的連接之上。
11.如權利要求10所述的模塊，其特徵在於第一和第二模塊的電路在一個端子上重疊。
12.如權利要求10所述的模塊，其特徵在於第一和第二模塊的電路在兩對電容器共用的公共電容器上重疊。
13.一種電容器裝置組件，包括多個串聯電連接的電容器；以及具有用於控制串聯連接中的一對電容器之間的電壓不平衡的無電感器電路的模塊，該模塊包括設定成連接到第一電容器的陽極板的第一端子；設定成連接到第一電容器的陰極板並連接到第二電容器的陽極板的第二端子；設定成連接到第二電容器的陰極板的第三端子；以及有源元件，其集成在第一、第二和第三端子之間的無電感器電路內，並適於充分平衡成對的電容器之間的電壓不平衡，該有源元件具有連接到第一和第三端子的電源連接。
14.如權利要求13所述的電容器裝置組件，其特徵在於多個電容器安裝在母板上，該母板具有用於相互連接多個電容器、模塊以及外部連接的電連接。
15.如權利要求14所述的電容器裝置組件，其特徵在於所述模塊安裝在子板上，子板安裝在母板上。
16.如權利要求13所述的電容器裝置組件，其特徵在於多個電容器連接到柔性電路結構中的外部引線。
17.如權利要求16所述的電容器裝置組件，其特徵在於所述模塊安裝在外部引線兩端，該模塊還具有柔性電路結構。
18.如權利要求14所述的電容器裝置組件，其特徵在於基底位於模塊、多個電容器以及母板上方。
19.如權利要求18所述的電容器裝置組件，其特徵在於所述基底、母板、模塊和多個電容器的一部分封裝在模製材料中。
20.一種用於控制串聯連接的一對電容器之間的電壓不平衡的方法，其包括形成設定成連接到第一電容器的陽極板的第一端子；形成設定成連接到第一電容器的陰極板並連接到第二電容器的陽極板的第二端子；形成設定成連接到第二電容器的陰極板的第三端子；以及在第一、第二和第三端子之間的無電感器電路內集成有源元件，使得該有源元件充分平衡成對的電容器之間的電壓不平衡，該有源元件具有連接到第一和第三端子的電源連接。
全文摘要
提供一種有源平衡模塊及其製造方法，該有源平衡模塊能夠控制串聯疊加的電容器之間的電壓不平衡。這些模塊結構簡單、成本低廉並且是通用的。它們可以單獨使用也可以組合使用來形成用於串聯疊加的多個電容器的多模塊有源平衡電路。該模塊還可以以並排拓撲結構或者重疊拓撲結構排列。
文檔編號H02J7/34GK1918766SQ200580005046
公開日2007年2月21日 申請日期2005年1月28日 優先權日2004年2月17日
發明者弗蘭克·A·多利加克, 尼爾·舒爾茨, 亨迪·P·卡馬特, 吉姆·斯特蘭 申請人:庫帕技術公司