CN110445211A - 电压均衡电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电压均衡电路，包括：电容子电路、第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路，所述电容子电路包括第一电容单元和第二电容单元；所述第一开关管电路包括第一开关管，所述第二开关管电路包括第二开关管；第一比较子电路用于比较所述第一电容单元与所述第二电容单元的电压值，并根据比较结果控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，进而控制所述第一开关管电路释放所述第一电容单元的电量或者所述第二开关管电路释放所述第二电容单元的电量。本发明的有益效果：通过设置第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路对电容子电路中的电容单元进行均衡，使电容单元间不会出现明显的偏压，保证了电容子电路中的安全。

Description

电压均衡电路

技术领域

本发明涉及电路领域，涉及一种电压均衡电路。

背景技术

在很多电压变换电路中，尤其是在不可控制的充放电状态时，会出现直流母线偏压的情况，电路中的某一部分会承受较高的电压，当这多级电容中有一级电压偏高时，会导致较高电压这部分电路中器件的电压应力超标，对器件造成损坏，尤其是电解电容在过压状态下容易漏液甚至炸裂，最终导致整个设备损坏。

为了解决上述问题，目前采取的技术方案是采用耐压较高的超级电容或者串联一些放电电阻进行放电提高电路中耐压能力，但是在附加电压比较高的时候，若无法对电压均衡，仍然会造成上述后果。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种电压均衡电路，旨在解决无法对电路中的电压均衡的问题。

本发明提供了一种电压均衡电路，包括：

电容子电路、第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路，所述电容子电路包括第一电容单元和第二电容单元；

所述第一开关管电路包括第一开关管，所述第二开关管电路包括第二开关管；

所述第一电容单元的输出端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第一电容单元的输入端与电源正极连接，所述第二电容单元的输出端与电源负极连接，所述第一开关管的输入端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一开关管的输出端与所述第一电容单元的输出端连接，所述第二开关管的输出端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第二开关管的输入端与所述第二电容单元的输入端连接；

所述第一开关管和所述第二开关管的控制端分别与所述第一比较子电路的第一输出端连接，所述第一比较子电路的第二输出端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第一比较子电路的输入端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一比较子电路用于比较所述第一电容单元与所述第二电容单元的电压值，并根据比较结果控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，进而控制所述第一开关管电路释放所述第一电容单元的电量或者控制所述第二开关管电路释放所述第二电容单元的电量。

进一步地，所述第一比较子电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一比较子电路的第一输出端为所述第一电阻的第二端，所述第一比较子电路的第二输出端为所述第二电阻的第二端，所述第一比较子电路的输入端为所述第一电阻的第一端；

所述第一电阻的第一端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第一开关管和所述第二开关管的控制端分别与所述第一电阻的第二端连接；

所述第一开关管为NPN型三极管或NMOS管，所述第二开关管为PNP型三极管或PMOS管。

进一步地，所述第一开关管电路还包括第一放电电阻和第二放电电阻，所述第二开关管电路还包括第三放电电阻和第四放电电阻；

所述第一开关管的输入端通过连接所述第一放电电阻后连接所述第一电容单元的输入端，所述第二放电电阻的第一端与所述第一开关管的输出端连接，所述第二放电电阻的第二端与所述第一开关管的输入端连接；

所述第二开关管的输出端通过连接所述第三放电电阻后连接所述第二电容单元的输出端，所述第四放电电阻的第一端与所述第二开关管的输入端连接，所述第四放电电阻的第二端与所述第二开关管的输入端连接。

进一步地，所述第一电容单元包括一个或多个电容，每个所述电容的第一端与所述第一电容单元的输入端连接，每个所述电容的第二端与所述第一电容单元输出端连接。

进一步地，所述电容子电路还包括第三电容单元，所述第二电容单元输出端与所述第三电容单元输入端连接，所述第三电容单元输出端与所述电源负极连接。

进一步地，还包括第三开关管、第四开关管和第二比较子电路；

所述第二电容单元的输出端与所述第三电容单元的输入端连接，所述第三开关管的输入端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第三开关管的输出端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第四开关管的输出端与所述第三电容单元的输出端连接，所述第四开关管的输入端与所述第三电容单元的输入端连接；

所述第二比较子电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述第三电容单元的输出端连接，所述第三开关管和所述第四开关管的基极分别与所述第一电阻的第二端连接；

其中，所述第三开关管为NPN型三极管或NMOS管，所述第四开关管为PNP型三极管或PMOS管。

进一步地，还包括第一安全电阻和第二安全电阻，所述第一安全电阻的阻值与所述第二安全电阻的阻值相等；

所述第一安全电阻的第一端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一安全电阻的第二端与所述第一电容单元的输出端连接，所述第二安全电阻的第一端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第二安全电阻的第二端与所述第二电容单元的输出端连接。

进一步地，还包括一个或者多个滤波电容，每个所述滤波电容的第一端与所述电源正极连接，每个所述滤波电容的第二端与所述电源负极连接。

进一步地，所述电容子电路中的电容为电解电容。

进一步地，还包括第一电压检测单元，所述第一检测单元与所述第一电容单元并联连接，用于检测所述第一电容单元两端的电压。

本发明的有益效果：通过设置第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路对电容子电路中的电容单元进行均衡，使电容单元间不会出现明显的偏压，保证了电容子电路中的安全。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种电压均衡电路的电路图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，本发明提出一种电压均衡电路，包括：电容子电路、第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路，电容子电路包括第一电容单元和第二电容单元；第一开关管电路包括第一开关管Q1，第二开关管电路包括第二开关管Q2；第一电容单元的输出端与第二电容单元的输入端连接，第一电容单元的输入端与电源正极连接，第二电容单元的输出端与电源负极连接，第一开关管Q1的输入端与第一电容单元的输入端连接，第一开关管Q1的输出端与第一电容单元的输出端连接，第二开关管Q2的输出端与第二电容单元的输出端连接，第二开关管Q2的输入端与第二电容单元的输入端连接；第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端分别与第一比较子电路的第一输出端连接，第一比较子电路的第二输出端与第二电容单元的输出端连接，第一比较子电路的输入端与第一电容单元的输入端连接，第一比较子电路用于比较第一电容单元与第二电容单元的电压值，并根据比较结果控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的通断，进而控制所述第一开关管电路释放所述第一电容单元的电量或者控制所述第二开关管电路释放所述第二电容单元的电量。

本实施例中，通过设置比较子电路分别对第一电容单元和第二电容单元两端的电压进行比较，若比较子电路的第一输出端比较第一电容单元的电压值大于第二电容单元的电压值，则控制第一开关管Q1的导通，进而控制第一开关管电路的通断，使第一电容单元通过第一开关管电路释放电量，从而降低第一电容单元的电压值。通过多次的反复放电，直至第一电容单元的电压值和第二电容单元的电压值达到理论值，当然，在第一电容单元和第二电容单元实际的放电过程中，取决于外界环境和电容单元材料本身的性质，二者的电压可能会一直在变化，但是通过上述比较子电路的连接情况，电压值高于理论值的一方会继续放电，直至二者达到均衡。而不会导致一方电压持续偏高，保证了电容子电路的稳定性。

本实施例中，第一比较子电路包括第一电阻和第二电阻，第一比较子电路的第一输出端为第一电阻的第二端，第一比较子电路的第二输出端为第二电阻的第二端，第一比较子电路的输入端为第一电阻的第一端；第一电阻的第一端与第一电容单元的输入端连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第二电容单元的输出端连接，第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端分别与第一电阻的第二端连接；第一开关管Q1为NPN型三极管或NMOS管，第二开关管Q2为PNP型三极管或PMOS管。第一电阻和第二电阻的形式可以是由两个电阻组成，参照图1，第一电阻为电阻R19和R20，第二电阻的R21和R22，当然也可以只是一个电阻或者三个电阻，图1只是提供了一种实施例。

本实施例中，为了实现第一电容单元的电压值与第二电容单元的电压值的比较，比较子电路通过上述的连接方式实现比较。具体地，假设第一电阻的电阻值与第二电阻的电阻值相等，第一电容单元的输入端的电势为U，第一电容单元的输出端的电势为U-a，比较子电路的第一输出端的电势为U-(a+b)/2，第二电容单元的输出端的电势为U-a-b，则第一电容单元两端的电压值为U-(U-a)，第二电容单元两端的电压值为(U-a)-(U-a-b)，比较子电路的第一输出端与第一电容单元输入端两端的电压值为即第一电容单元两端的电压值为a，第二电容单元两端的电压值为b。若a大于b，比较子电路的第一输出端的电势U-(a+b)/2大于第一电容单元的输出端的电势为U-a，由于第一开关管Q1是NPN型三极管或NMOS管，此时第一开关管Q1就会导通，第一电容单元就会通过第一开关管电路进行放电；若b大于a，此时第一三极管电路就不会导通，而由于比较子电路的第一输出端的电势U-(a+b)/2小于第二电容单元的输入端(第一电容单元的输出端)的电势为U-a，且第二开关管Q2为PNP型三极管或PMOS管，此时第二开关管Q2就会导通通过第二开关管电路进行放电。通过对电压偏高的电容单元进行放电，可以达到均衡第一电容单元和第二电容单元的效果。

本实施例中，还包括第一开关管电路包括第一放电电阻R11和第二放电电阻R15，第二开关管电路包括第三放电电阻R12和第四放电电阻R16；第一开关管Q1的输入端通过连接第一放电电阻后连接第一电容单元的输入端，第二放电电阻的第一端与第一开关管Q1的输出端连接，第二放电电阻的第二端与第一开关管Q1的输入端连接；第二开关管Q2的输出端通过连接第三放电电阻R12后连接第二电容单元的输出端，第四放电电阻R16的第一端与第二开关管Q2的输入端连接，第四放电电阻R16的第二端与第二开关管Q2的集电极连接。

本实施例中，第一开关管电路通过第一放电电阻R12和第二放电电阻R15进行放电，在第一开关管Q1被导通时，短路第二放电电阻R15，第一开关管电路的放电电阻减小，分压增加，提高第一电容单元的放电量。同理，在第二开关管Q2被导通时，短路第四放电电阻R16，第二开关管电路的放电电阻减小，分压增加，提高第二电容单元的放电量。需要注意的是，第一放电电阻R11的阻值与第二放电电阻R16的阻值之和，第三放电电阻的阻值R12与第四放电电阻R16的阻值之和，二者的和可以相等也可以不相等，应当理解的是，阻值小的放电速度快，更容易达到平衡，为了实现电容子电路中的均衡，优选设置为第一放电电阻R11的阻值与第三放电电阻R12的阻值相等，第二放电电阻R15的阻值与第四放电电阻R16的阻值相等。

本实施例中，第一电阻的阻值与第二电阻的阻值比，决定了附加在第一电容单元和第二电容单元的电压值的比值。即第一电阻的阻值比第二电阻的阻值等于第一电容单元两端的电压值比第二电容单元两端的电压值。

本实施例中，第一电容单元包括一个或多个电容，每个电容的第一端与第一电容单元的输入端连接，每个电容的第二端与第一电容单元输出端连接。参照图1，在一实施例中，第一电容单元可以设置电容C1、电容C2和电容C3并联连接构成第一电容单元，同理第二电容单元也可以设置为电容C4、电容C5和电容C6并联连接的形式，应当理解的是，上述第一电容单元和第二电容单元也可以只是单个的电容，也可以是更多的电容并联。并联电容只是为了提高第一电容单元和第二电容单元的耐压能力。

本实施例中，电容子电路还包括第三电容单元，第二电容单元输出端与第三电容单元输入端连接，第三电容单元输出端与电源负极连接。当然，在电容子电路中还可以包括第四电容单元，第五电容单元等，这都是可以根据实际电路情况进行设置，本申请对此不做限定。

本实施例中，还包括第三开关管Q3、第四开关管Q4和第二比较子电路；第二电容单元的输出端与第三电容单元的输入端连接，第三开关管的输入端与第二电容单元的输入端连接，第三开关管的输出端与第二电容单元的输出端连接，第四开关管Q4的输出端与第三电容单元的输出端连接，第四开关管Q4的输入端与第三电容单元的输入端连接；第二比较子电路包括第三电阻和第四电阻，第三电阻的第一端与第二电容单元的输入端连接，第三电阻的第二端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第三电容单元的输出端连接，第三开关管Q3和第四开关管Q4的基极分别与第一电阻的第二端连接；其中，第三开关管Q3为NPN型三极管或NMOS管，第四开关管Q4为PNP型三极管或PMOS管。

本实施例中，为了实现第二电容单元和第三电容单元的均衡，设置上述的元件和连接方式，其实现原理均与第一电容单元和第二电容单元均衡的实现方式一致，故此处不在赘述。应当理解的是，当第一电容单元和第二电容单元均衡，第二电容单元与第三电容单元均衡时，第一电容单元与第三电容也实现了均衡，由此，也可以设置第一电容单元与第三电容单元设置的结构。进一步地，还可以设置第四电容单元，相应的均衡结构也可以采取上述的结构，本申请对此不做限定。

本实施例中，还包括第一安全电阻R1和第二安全电阻R2，第一安全电阻R1的阻值与第二安全电阻R2的阻值相等；第一安全电阻R1的第一端与第一电容单元的输入端连接，第一安全电阻R1的第二端与第一电容单元的输出端连接，第二安全电阻R2的第一端与第二电容单元的输入端连接，第二安全电阻R2的第二端与第二电容单元的输出端连接。为了防止电容子电路中出现安全问题，例如第一电容单元内部电量过于饱和，设置第一安全电阻R1和第二安全电阻R2对第一电容单元进行放电，防止第一电容单元内部电量饱和而出现***等危险问题。

本实施例中，还包括一个或者多个滤波电容，每个滤波电容的第一端与电源正极连接，每个滤波电容的第二端与电源负极连接。滤波电容为了调整交流电中的振幅，防止其因为太大而导致电压不稳。在强电压电路里边可以设置多个，例如设置电容C11、电容C12和电容C13等，本申请对此不做限定，可以根据实际情况来进行设置即可。

本实施例中，电容子电路中的电容为电解电容，需要注意的是，电解电容只是作为了一种优选的实施例，其他普通电容依然可以实现上述的工作过程，也包含在本申请的保护范围内。

本实施例中，还包括第一电压检测单元，第一检测单元与第一电容单元并联连接，用于检测第一电容单元两端的电压。为了进一步的了解内部的工作情况，设置第一电压检测单元，当然，还可以设置第二电压检测单元，第三电压检测单元，这都是根据实际情况来进行设置。例如，参照图1，设置BAT+、BATM、BATN、BNT-、BATC/V1、BATC/V2、BATC/V3、BATC/V4等检测端口，只需在相应位置连接相应的检测单元即可。

本发明的有益效果：通过设置第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路对电容子电路中的电容单元进行均衡，使电容单元间不会出现明显的偏压，保证了电容子电路中的安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电压均衡电路，其特征在于，包括：

电容子电路、第一开关管电路、第二开关管电路和第一比较子电路，所述电容子电路包括第一电容单元和第二电容单元；

所述第一开关管电路包括第一开关管，所述第二开关管电路包括第二开关管；

所述第一电容单元的输出端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第一电容单元的输入端与电源正极连接，所述第二电容单元的输出端与电源负极连接，所述第一开关管的输入端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一开关管的输出端与所述第一电容单元的输出端连接，所述第二开关管的输出端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第二开关管的输入端与所述第二电容单元的输入端连接；

所述第一开关管和所述第二开关管的控制端分别与所述第一比较子电路的第一输出端连接，所述第一比较子电路的第二输出端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第一比较子电路的输入端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一比较子电路用于比较所述第一电容单元与所述第二电容单元的电压值，并根据比较结果控制所述第一开关管和所述第二开关管的通断，进而控制所述第一开关管电路释放所述第一电容单元的电量或者控制所述第二开关管电路释放所述第二电容单元的电量。

2.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，所述第一比较子电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一比较子电路的第一输出端为所述第一电阻的第二端，所述第一比较子电路的第二输出端为所述第二电阻的第二端，所述第一比较子电路的输入端为所述第一电阻的第一端；

所述第一电阻的第一端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第一开关管和所述第二开关管的控制端分别与所述第一电阻的第二端连接；

所述第一开关管为NPN型三极管或NMOS管，所述第二开关管为PNP型三极管或PMOS管。

3.如权利要求2所述的电压均衡电路，其特征在于，所述第一开关管电路还包括第一放电电阻和第二放电电阻，所述第二开关管电路还包括第三放电电阻和第四放电电阻；

所述第一开关管的输入端通过连接所述第一放电电阻后连接所述第一电容单元的输入端，所述第二放电电阻的第一端与所述第一开关管的输出端连接，所述第二放电电阻的第二端与所述第一开关管的输入端连接；

所述第二开关管的输出端通过连接所述第三放电电阻后连接所述第二电容单元的输出端，所述第四放电电阻的第一端与所述第二开关管的输入端连接，所述第四放电电阻的第二端与所述第二开关管的输入端连接。

4.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，所述第一电容单元包括一个或多个电容，每个所述电容的第一端与所述第一电容单元的输入端连接，每个所述电容的第二端与所述第一电容单元输出端连接。

5.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，所述电容子电路还包括第三电容单元，所述第二电容单元输出端与所述第三电容单元输入端连接，所述第三电容单元输出端与所述电源负极连接。

6.如权利要求5所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括第三开关管、第四开关管和第二比较子电路；

所述第二电容单元的输出端与所述第三电容单元的输入端连接，所述第三开关管的输入端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第三开关管的输出端与所述第二电容单元的输出端连接，所述第四开关管的输出端与所述第三电容单元的输出端连接，所述第四开关管的输入端与所述第三电容单元的输入端连接；

所述第二比较子电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述第三电容单元的输出端连接，所述第三开关管和所述第四开关管的基极分别与所述第一电阻的第二端连接；

其中，所述第三开关管为NPN型三极管或NMOS管，所述第四开关管为PNP型三极管或PMOS管。

7.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括第一安全电阻和第二安全电阻，所述第一安全电阻的阻值与所述第二安全电阻的阻值相等；

所述第一安全电阻的第一端与所述第一电容单元的输入端连接，所述第一安全电阻的第二端与所述第一电容单元的输出端连接，所述第二安全电阻的第一端与所述第二电容单元的输入端连接，所述第二安全电阻的第二端与所述第二电容单元的输出端连接。

8.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括一个或者多个滤波电容，每个所述滤波电容的第一端与所述电源正极连接，每个所述滤波电容的第二端与所述电源负极连接。

9.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，所述电容子电路中的电容为电解电容。

10.如权利要求1所述的电压均衡电路，其特征在于，还包括第一电压检测单元，所述第一检测单元与所述第一电容单元并联连接，用于检测所述第一电容单元两端的电压。