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復(fù)合電容及其使用的制作方法

文檔序號(hào):7328555閱讀:307來源:國(guó)知局
專利名稱:復(fù)合電容及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電力裝置的電容部件領(lǐng)域,具體來說,涉及用作電力頻率轉(zhuǎn)換器中的 DC鏈路電容的復(fù)合電容。
背景技術(shù)
電力頻率轉(zhuǎn)換器將單相或三相交流電壓轉(zhuǎn)換為具有另一個(gè)頻率和/或相數(shù)的交流電壓。如圖8所示的現(xiàn)有技術(shù)頻率轉(zhuǎn)換器通常包括將交流(AC)轉(zhuǎn)換成直流(DC)的整流器、將直流(DC)轉(zhuǎn)換成交流(AC)的逆變器以及連接整流器和逆變器的DC鏈路。DC鏈路包括充當(dāng)DC鏈路電壓的能量存儲(chǔ)和濾波器的電容部件。
電力頻率轉(zhuǎn)換器或其它電力裝置中使用的常規(guī)電容部件包括一個(gè)或數(shù)個(gè)電容器, 電容器直接安裝在電力頻率轉(zhuǎn)換器的主電路板上,并且趨向于占用主電路板上的大面積。 另外,對(duì)于基于來自于多種不同電容器類型的電容器的一系列電力裝置的制造商,供應(yīng)鏈管理是一個(gè)重要問題。最后,主電路板上的出故障電容器的更換可能是費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。
因此,本發(fā)明的一個(gè)目的是創(chuàng)建一種克服了上述缺點(diǎn)的電容部件。
US 6215278公開具有改進(jìn)封裝密度并且包含串聯(lián)連接電容器單元的單一類型的盒式電容器模塊,串聯(lián)連接電容器單元設(shè)置在電容器組中,其中散熱器安裝在位于電容器組外部的模塊的端面上。定位在模塊的任何表面上的柔性印刷電路包括用于監(jiān)測(cè)信號(hào)的互連。折疊電容器單元不是剛性地安裝在支承板上,而是緊密地?cái)D入堆疊單元的相對(duì)端的兩個(gè)壓力板之間。
US 4912597公開具有在平行的兩行依次設(shè)置的十個(gè)基本電容器的電容器組,各行的電容器電連接到兩個(gè)平行介電印刷電路板(PCB)的相應(yīng)一個(gè)。兩個(gè)PCB是相同的,并且包括按照完全相同的方式來配置和設(shè)置的銅覆層和介電帶。相應(yīng)地,各由PCB和一行五個(gè)電容器組成的兩個(gè)模塊在物理上不是能區(qū)分的。發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明,提出一種復(fù)合電容,該復(fù)合電容包括相互電連接的多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊。電容器模塊的每個(gè)包括安裝于并且電連接到模塊特定印刷電路板(PCB) 的一定數(shù)量的基本電容器,其中來自多個(gè)模塊的所有基本電容器屬于單一類型。
在本發(fā)明的上下文中,物理上能區(qū)分的電容器模塊呈現(xiàn)不同的機(jī)械和/或電氣性質(zhì)。也就是說,多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊之中的兩個(gè)電容器模塊可具有不同數(shù)量的基本電容器?;蛘邇蓚€(gè)模塊的PCB可在形狀、大小、厚度或拓?fù)浞矫婕右詤^(qū)分。能區(qū)分的模塊還可在其上安裝的基本電容器的內(nèi)部布線、印刷電路或者電互連方面有所不同。
從單一類型的基本電容器來組成復(fù)合電容極大地簡(jiǎn)化其生產(chǎn)和維護(hù)。在可用于裝置內(nèi)部的電容部件的體積可能在至少一個(gè)方向受到限制或局限的那些電力裝置中,通過使用多個(gè)電互連電容器模塊所獲得的空間靈活性是有利的。通過不同電容器模塊所實(shí)現(xiàn)的幾何上靈活的設(shè)置、包括將它們相互之間成任意角度設(shè)置并且占用常規(guī)電容部件無法填充的電力裝置中的周邊面積的可能性最終耗用電力裝置中的較小空間。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,電容器模塊的至少一個(gè)安裝于并且電連接到支承板,其中其所有圓柱基本電容器的中心軸設(shè)置成與支承板的表面大致平行。
按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,一個(gè)模塊的基本電容器設(shè)置在模塊特定PCB的一側(cè)或兩側(cè)?;倦娙萜魍ㄟ^印刷電路電連接在模塊特定PCB之上或之中,以便構(gòu)成電容器模塊的總電容。
按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,模塊包括設(shè)置在模塊特定PCB上的附加部件, 例如分壓電路、高頻電容器、充電和放電電路或者電容器診斷電路。分別通過簡(jiǎn)化與其它模塊的連接,擴(kuò)展高頻帶寬,并且檢測(cè)模塊的性能,附加部件有助于復(fù)合電容的更完整功能性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,模塊特定PCB可包括準(zhǔn)許冷卻空氣經(jīng)過的孔, 并且沿與基本電容器的中心軸平行的方向建立冷卻空氣流??自O(shè)置在與基本電容器之間的空曠區(qū)域(open area)重疊的區(qū)域中,其中在沿所述方向查看模塊時(shí),PCB是可見的。
本發(fā)明還涉及上述復(fù)合電容作為空間受限低壓或中壓電力頻率轉(zhuǎn)換器中的DC鏈路電容的使用。


圖1示出按照本發(fā)明的復(fù)合電容;
圖2、圖3和圖4示出復(fù)合電容的三個(gè)電容器模塊;
圖5和圖6示出電容器模塊的兩個(gè)示意截面;
圖7示出基于五種不同類型的基本電容器的五個(gè)電容器模塊;
圖8示出現(xiàn)有技術(shù)電力頻率轉(zhuǎn)換器的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出具有多個(gè)電容器模塊(32、33、34和35)的復(fù)合電容,其中各電容器模塊包括模塊特定PCB (印刷電路板)并且安裝在支承板(31)上。多個(gè)電容器模塊通過支承板上的適當(dāng)連接電路按照串聯(lián)和/或并聯(lián)連接相互電連接。電容器模塊和支承板共同形成將要在諸如電力頻率轉(zhuǎn)換器之類的電力裝置中使用的復(fù)合電容或電容部件。各電容器模塊包括一個(gè)單一模塊特定PCB,并且設(shè)置在單一 PCB上的所有圓柱基本電容器(36)是同一板特定模塊的組成部分。電容器模塊按照如下方式安裝在支承板上使得所有圓柱基本電容器的中心軸設(shè)置成與支承板的表面大致平行。
所安裝模塊的數(shù)量、其相互布置以及各模塊的尺寸(例如寬度、長(zhǎng)度、深度)能夠任意選擇,使得所產(chǎn)生復(fù)合電容可具有不按照標(biāo)準(zhǔn)矩形體積的整體形狀。作為舉例,圖1所示的電容器模塊的布置產(chǎn)生楔形總體積。總電容由支承板上安裝的模塊的總數(shù)、各模塊上的基本電容器的數(shù)量以及基本電容器電連接的具體細(xì)節(jié)來組成。
多個(gè)電容器模塊之中的至少兩個(gè)根據(jù)例如機(jī)械性質(zhì)或電氣性質(zhì)是物理上能區(qū)分的。也就是說,這些不同模塊的PCB可在形狀、大小、厚度或拓?fù)浞矫婕右詤^(qū)分。不同模塊還可具有不同數(shù)量的基本電容器,和/或在基本電容器的內(nèi)部布線或電互連方面加以區(qū)分。 因此,兩個(gè)不同模塊的總電容可以不同或相同。
復(fù)合電容的結(jié)構(gòu)和配置非常靈活,并且可優(yōu)化成適合或填充電力裝置中的任何可用空間。與僅使用最接近PCB表面的單層體積的常規(guī)電容部件相比,所提出的復(fù)合電容能夠通過堆疊基本電容器來占用PCB表面上方的內(nèi)部空間的附加部分。例如,圖1中的電容器模塊(32、33、34、3幻示出沿與支承板(31)垂直的方向依次設(shè)置的三至六個(gè)基本電容器 (36)。四個(gè)電容器模塊相互平行地設(shè)置。但是,為了最有效地利用特定電力裝置中的不規(guī)則空間,兩個(gè)或更多PCB模塊可備選地在其相交處形成任意角度。因此,所提出的復(fù)合電容實(shí)現(xiàn)電力裝置中的可用三維空間的優(yōu)化使用。
模塊能夠通過各種連接手段來安裝在支承板上。通過適當(dāng)?shù)剡x擇連接手段,模塊能夠易于重復(fù)安裝和移開。也就是說,在單個(gè)電容器模塊沒有正確起作用的情況下,該電容器模塊能夠直接地由備用電容器模塊來更換。此外,如果在操作期間,對(duì)于電力裝置將要求不同的總電容,則可相應(yīng)地對(duì)支承板添加或者從支承板移開模塊。
在以下設(shè)計(jì)方面,優(yōu)選的是基于大量具有小電容的基本電容器而不是幾個(gè)具有大電容的電容器來構(gòu)建電容器模塊。這樣,如果只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)基本電容器出故障,而電容器模塊的其它基本電容器繼續(xù)正確地工作,則總電容僅少許地減小。因此,提高了所提出模塊的可靠性。
此外,通過低電感PCB上的小電容的大量并聯(lián)連接,電容器模塊的總等效雜散電感變得極低,這可有利地產(chǎn)生穩(wěn)定開關(guān)行為。另外,大量小電容器所生成的總熱量通常小于相同電容的幾個(gè)大電容器所生成的熱量。
最后,由大量相同基本電容器所構(gòu)成的模塊的總電容產(chǎn)生可觀的規(guī)模經(jīng)濟(jì)以及簡(jiǎn)化的供應(yīng)鏈管理。
圖2中示出第一單獨(dú)電容器模塊。單一類型的許多基本電容器(1 安裝在模塊特定印刷電路板PCB(Il)上?;倦娙萜鞯念愋秃碗娙菽軌虬凑疹A(yù)計(jì)應(yīng)用的要求來任意選擇。圖2中,基本電容器(1 安裝在PCB(Il)的兩側(cè)。備選地,基本電容器(1 可以僅安裝在PCB的單側(cè)??紤]PCB的維度和各基本電容器的占用面積,盡可能多的基本電容器安裝在PCB上。也就是說,通過按照正方形或者甚至三角形密排晶格來并排設(shè)置基本電容器, 電容器所占用的PCB表面的面積與PCB的總表面面積大致相同。
圖3示出除了設(shè)置在PCB上的基本電容器之外還具有若干電子部件的電容器模塊。附加電子部件能夠易于與電容器模塊集成,以便提高性能或者增加預(yù)期功能性。附加部件可包括分壓電路、高頻電容器和電容器診斷電路。
具體來說,能夠集成與主電容器并聯(lián)連接的專用高頻電容器,以便改進(jìn)模塊的頻率帶寬;并且可集成診斷傳感器,以便檢測(cè)和提高電容器模塊的信令性能??商峁┓謮弘娐?(例如并聯(lián)電阻器),以便允許與其它電容器模塊的簡(jiǎn)便串聯(lián)連接。其它附加功能可通過集成電容器放電和充電電路來增加。
如前所述,基于PCB的電容器模塊能夠配備有用于任何預(yù)計(jì)目的或應(yīng)用的各種連接器。雖然任何市場(chǎng)銷售類型的連接器能夠用作電容器模塊的連接手段,但是圖2和圖3 示出特殊設(shè)計(jì)的超寬低阻抗連接器(1 。連接器(1 使得有可能易于可逆地將電容器模塊附連到支承板以及從支承板拆卸電容器模塊。
應(yīng)當(dāng)注意,雖然圖2和圖3所示的PCB具有正方形形狀,但是PCB也能夠設(shè)計(jì)成具有任何其它形狀。例如,三角形或圓形PCB也是可能的,并且甚至在它將用于其中的電力裝置的內(nèi)部空間看來是優(yōu)選的。
圖4示出在電容器模塊的PCB(Il)上提供的多個(gè)空氣對(duì)流孔02)??諝鈱?duì)流孔允許冷卻空氣沿與PCB上安裝的基本電容器(12)平行的方向來流動(dòng)。為此,孔按照如下方式設(shè)置在PCB上使得在沿基本電容器(1 的方向查看PCB時(shí),孔至少部分是可見的,S卩,孔與基本電容器之間的間隙基本上重合。
圖5和圖6示出互連PCB上的基本電容器的無數(shù)可能方式之中的兩種。
圖5示出模塊的截面,其中所有基本電容器Gl)并聯(lián)連接并且安裝在PCB的一側(cè)上。PCB包括三層,S卩,正導(dǎo)電層(44)、負(fù)導(dǎo)電層06)以及夾合在上述兩個(gè)導(dǎo)電層之間的絕緣層(45) 0基本電容器的正和負(fù)引腳(42,43)在引腳-PCB連接觸點(diǎn)(47,49)處與正和負(fù)導(dǎo)電層(44、46)連接。具體來說,正引腳42在觸點(diǎn)09)上與正導(dǎo)電層04)連接,而負(fù)引腳經(jīng)由正導(dǎo)電層中提供的開口或凹口 G8)來穿過正導(dǎo)電層,并且在PCB的相對(duì)側(cè)的觸點(diǎn) (47)處與負(fù)導(dǎo)電層06)連接。類似地,基本電容器能夠安裝在PCB的兩側(cè)上,并且通過兩個(gè)導(dǎo)電層并聯(lián)電連接。
圖6中示出模塊的截面,其中電容器兩兩串聯(lián)連接并且安裝在PCB的一側(cè)上。與圖5相反,上導(dǎo)電層分為第一上導(dǎo)電層(610)和第二上導(dǎo)電層(64),它們均用作連至上述連接器或者連至其它相鄰的基本電容器對(duì)的串聯(lián)觸點(diǎn)。
圖6中,所有電容器(61)((1至04)與底導(dǎo)電層(611)連接。但是,電容器Cl和 C2均與第一上導(dǎo)電層(610)連接,并且電容器C3和C4均與第二上導(dǎo)電層(64)連接。因此,基本電容器Cl和C2作為第一組并聯(lián)連接;并且基本電容器C3和C4作為第二組并聯(lián)連接。第一電容器組(C1、C2)與第二電容器組(C3、C4)串聯(lián)連接。
圖7示出具有大致相同總電容并且基于五種不同類型的基本電容器的五個(gè)電容器模塊(71、72、73、74和75)?;倦娙萜鞯膸缀魏碗姴贾卯a(chǎn)生如下物理性質(zhì)。
-第一模塊A(71)包括4個(gè)基本電容器,并且其總表面面積為25^75mm2;其總體積為7320404mm3 ;其總阻抗Zmax(IOkHz,20°C )為5m0hm ;以及其總紋波電流能力I_AC max(100Hz,85°C )為 90. 2A。
-第二模塊B(7 包括6個(gè)基本電容器,并且其總表面面積為M7815mm2 ;其總體積為 7179627mm3 ;其總 Zmax (IOkHz,20°C )為 4. 67m0hm ;以及其總 I_AC max (100Hz, 85°C ) 為 97. 8A。
-第三模塊C(7!3)包括33個(gè)基本電容器,并且其總表面面積為431624mm2;其總體積為 7090664mm3 ;其總 Zmax (IOkHz,20°C )為 4. 36m0hm ;以及其總 I_AC max (100Hz, 85°C ) 為 151. 8A。
-第四模塊D(74)包括50個(gè)基本電容器,并且其總表面面積為653975mm2;其總體積為 10743430mm3 ;其總 Zmax (IOkHz, 20°C )為 4. 88m0hm ;以及其總 I_AC max (100Hz,85°C ) 為 170A。
-第五模塊E(7 包括270個(gè)基本電容器,并且其總表面面積為93^77mm2 ;其總體積為 6534000mm3 ;其總 Zmax (IOkHz, 20°C )為 4. 3m0hm ;以及其總 I_AC max (100Hz,85°C ) 為 1 . 9A。
上述模擬結(jié)果表示不同模塊的總體積具有極小差異。但是,模塊75的總表面大約為模塊71或72其中之一的四倍。相應(yīng)地,預(yù)計(jì)模塊75的熱耗散比模式71和72的熱耗散具有更小的顧慮。此外,模塊73、74和75的紋波電流能力(I_AC)比模塊71和72的紋波電流能力(I_AC)明顯要高。
權(quán)利要求
1.一種包括相互電連接的多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊的復(fù)合電容,其中,所述多個(gè)電容器模塊的每個(gè)包括安裝于并且電連接到模塊特定印刷電路板PCB的一定數(shù)量的基本電容器,并且所述多個(gè)電容器模塊的所有所述基本電容器具有單一類型。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合電容,其特征在于,所述多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊之中的第一電容器模塊具有的基本電容器的數(shù)量與所述多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊之中的第二電容器模塊上的基本電容器的數(shù)量不同。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合電容,其特征在于,所述多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊之中的兩個(gè)電容器模塊的所述模塊特定PCB在形狀、尺寸、厚度、拓?fù)浞矫婊蛘咴趯⒁惭b于其上的所述基本電容器的電互連方面有所不同。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合電容,其中,所述電容器模塊的至少一個(gè)包括安裝在模塊特定PCB上的圓柱基本電容器,其特征在于,所述模塊特定PCB安裝在支承板上,其中所有所述圓柱基本電容器的中心軸設(shè)置成與所述支承板的表面大致平行。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合電容,其特征在于,所述基本電容器設(shè)置在所述模塊特定 PCB的一側(cè)或兩側(cè)上,并且所述基本電容器通過所述模塊特定PCB的印刷電路來連接。
6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合電容,其特征在于,所述模塊的至少一個(gè)包括設(shè)置在所述模塊特定PCB上的分壓電路、高頻電容器電路、充電和放電電路以及電容器診斷電路中的至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合電容,其特征在于,所述模塊特定PCB包括準(zhǔn)許冷卻空氣經(jīng)過并且在相鄰電容器之間中循環(huán)的孔。
8.如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的復(fù)合電容在電力頻率轉(zhuǎn)換器的DC鏈路中的使用。
全文摘要
復(fù)合電容部件包括相互電連接的多個(gè)物理上能區(qū)分的電容器模塊。能區(qū)分的模塊在設(shè)計(jì)電容部件時(shí)允許增加的電和/或幾何靈活性。電容器模塊的每個(gè)包括設(shè)置在模塊特定印刷電路板PCB上的多個(gè)基本電容器。電容器模塊的所有基本電容器具有單一類型,這簡(jiǎn)化了電容部件的生產(chǎn)和維護(hù)。
文檔編號(hào)H02M7/00GK102549688SQ201080036753
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
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