一種電子電容電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子電容電路及其控制方法，所述電子電容電路包括：充放電回路、PWM控制電路和驅(qū)動電路，充放電回路包括四個IGBT與限流電感和電子電容，PWM控制電路輸出一路PWM波形經(jīng)驅(qū)動電路后接第一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(jīng)驅(qū)動電路后接第二IGBT和第三IGBT的門控級，控制第二IGBT和第三IGBT的通斷。該發(fā)明能將大量取代某些場合大電容，節(jié)約經(jīng)濟成本，大大提高了生產(chǎn)的安全性能，有良好的經(jīng)濟效益。
【專利說明】一種電子電容電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電容【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電子電容電路及電路的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂電容，就是容納和釋放電荷的元件。電容主要應(yīng)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(yīng)用場合逐漸增多。普通大電容的主要缺點是制作流程比較復(fù)雜，工藝精度要求較高。另外，大電容的體積比較大，生產(chǎn)安全系數(shù)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于電子電容電路，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種電子電容電路及其控制方法，所提供的電子電容電路能替換某些場合的大電容的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0007]一種電子電容電路，其包括:充放電回路、PWM控制電路和驅(qū)動電路；充放電回路包括四個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(nèi)部均反并聯(lián)著一個二極管，分別是第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管；PWM控制電路輸出一路PWM波形經(jīng)驅(qū)動電路后接第一 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(jīng)驅(qū)動電路后接第二 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(diào)節(jié)電路和PWM產(chǎn)生電路。
[0009]進一步地，PWM控制電路采用UC3842芯片及外圍電路構(gòu)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PWM產(chǎn)生電路的波形兩兩相同，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(fā)射極和限流電感的負端連接；第一 IGBT的發(fā)射極、第三IGBT的發(fā)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(fā)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。
[0011]用于上述電子電容電路的控制方法，具體是，將大于IOOuF的大電容的充放電理論計算值Utjutl作為參考，得到期望的特性充放電曲線，將該特性充放電曲線與電子電容電路兩端的輸出值uOUt 2作實時比較，P麗控制電路對兩者之間的差值進行PI調(diào)節(jié)，輸出引腳產(chǎn)生變化的PWM波形，來控制電子電容電路中的IGBT的通斷，使電子電容電路兩端的輸出值得跟蹤大電容的輸出值，從而達到與大電容的充放電效果相同的動態(tài)響應(yīng)。
[0012]所述的四個IGBT構(gòu)成兩條通路對電子電容進行放電，所述的四個二極管構(gòu)成兩條通路對電子電容進行充電，當(dāng)其中任何一個IGBT導(dǎo)通時，反并聯(lián)在其內(nèi)部的二極管便會自動截止，利用所述的四路PWM來控制這四個IGBT的通斷。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果:
[0014] 本發(fā)明基于電荷等效原理，利用功率器件和電子電容組成一個新的電路拓撲結(jié)構(gòu)，利用閉環(huán)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(jié)約了經(jīng)濟成本，而且提高了生產(chǎn)的安全性，便于維護等諸多優(yōu)點，具有良好的市場前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是實例中的大電容充電特性曲線產(chǎn)生原理圖。
[0016]圖2是PWM控制電路的內(nèi)部原理圖。
[0017]圖3是PWM控制電路實例連接圖。
[0018]圖4是電子電容應(yīng)用電路的拓撲結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖5是大電容IOOmF的電壓波形。
[0020]圖6是電子電容電路兩端的電壓波形。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0022]如圖1，為了驗證本發(fā)明，作為實例，先在PSM中搭建大電容的充電特性方程，階躍響應(yīng)和地經(jīng)過比較器后的輸出，與仿真步長(常數(shù))經(jīng)過第一乘法器，第一乘法器的輸出經(jīng)過一個積分環(huán)節(jié)，與比例系數(shù)K相乘后，得到輸入1。等效電阻R和大電容C經(jīng)過第二乘
法器得到輸入2，輸入1和輸入2經(jīng)過除法器(輸入1/輸入2)，除法器的輸出經(jīng)過exp (輸入)環(huán)
節(jié)，常數(shù)減去exp (輸入)環(huán)節(jié)的輸出值，得到的結(jié)果與電源電壓經(jīng)過第三乘法器，得到最終設(shè)計大電容的充電特性曲線，即大電容電壓的參考值。
[0023]圖2是本發(fā)明PWM控制電路的內(nèi)部原理圖，在UC3842芯片電路中，將大電容的充電特性曲線上每點的數(shù)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(diào)節(jié)，PI調(diào)節(jié)后的輸出與特定頻率的三角波進行一比較器，產(chǎn)生第一IGBT和第四IGBT所需的PWM波形，即PWM1/4，經(jīng)驅(qū)動電路后接第一 IGBT和第四IGBT的門控級；將產(chǎn)生的PWM經(jīng)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(jīng)驅(qū)動電路后接第二 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(guān)器件，從而控制電子電容的充放電。
[0024]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。
[0025]圖4是電子電容應(yīng)用電路的拓撲結(jié)構(gòu)實例圖。圖中充放電回路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(nèi)部均反并聯(lián)著一個二極管，分別是第一二極管VD1、第二二極管VD2、第三二極管VD3和第四二極管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(xiàn)任意期望充放電曲線。充放電回路41中除了雙橋臂的開關(guān)元器件，還串聯(lián)了一個限流電感，限流電感用于限制兩橋臂切換過程中產(chǎn)生的沖擊電流。圖中LC組成的濾波模塊42，兩條互補的充放電回路相互切換的過程中，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，因此必須引入LC濾波電路。
[0026]圖5是大電容IOOmF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(wěn)定在90V左右。
[0027]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(wěn)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(tài)響應(yīng)和靜態(tài)響應(yīng)。由此，電子電容電路可以替代大電容。
【權(quán)利要求】
1.一種電子電容電路，其特征在于包括充放電回路、PWM控制電路和驅(qū)動電路；充放電回路包括四個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(nèi)部均反并聯(lián)著一個二極管，分別是第一二極管(VD1)、第二二極管(VD2)、第三二極管(VD3)和第四二極管(VD4)；PWM控制電路輸出一路PWM波形經(jīng)驅(qū)動電路后接第一 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(jīng)驅(qū)動電路后接第二 IGBT和第三IGBT的門控級，控制第二 IGBT和第三IGBT的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子電容電路，其特征在于PWM控制電路包括順次連接的誤差放大器電路、PI調(diào)節(jié)電路和PWM產(chǎn)生電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子電容電路，其特征在于PWM控制電路采用UC3842芯片及外圍電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子電容電路，其特征在于，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PWM產(chǎn)生電路的波形兩兩相同，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(fā)射極和限流電感的負端連接；第一 IGBT的發(fā)射極、第三IGBT的發(fā)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(fā)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。
5.用于權(quán)利要求1所述電子電容電路的控制方法，其特征在于，將大于IOOuF的大電容的充放電理論計算值Utjutl作為參考，得到期望的特性充放電曲線，將該特性充放電曲線與電子電容電路兩端的輸出值Uwt2作實時比較，PWM控制電路對兩者之間的差值進行PI調(diào)節(jié)，輸出引腳產(chǎn)生變化的PWM波形，來控制電子電容電路中的IGBT的通斷，使電子電容電路兩端的輸出值得跟蹤大電容的輸出值，從而達到與大電容的充放電效果相同的動態(tài)響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電子電容電路的控制方法，其特征在于所述的四個IGBT構(gòu)成兩條通路對電子電容進 行放電，所述的四個二極管構(gòu)成兩條通路對電子電容進行充電，當(dāng)其中任何一個IGBT導(dǎo)通時，反并聯(lián)在其內(nèi)部的二極管便會自動截止，利用所述的四路PWM來控制這四個IGBT的通斷。
【文檔編號】H02M3/07GK103904884SQ201410098703
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】康龍云, 黃志臻, 魏業(yè)文, 齊如軍, 馮自成 申請人:華南理工大學(xué)