“痛说”均压电路

“痛说”均压电路

电解电容器，因制作工艺和材料的原因，有一定的漏电流存在（有时可用并联电阻Rd来等效），请参见图1。单只应用时通常不须考虑Rd对电路的影响，但串联应用时，漏电流较小的电容比较吃亏（端电压会高于安全工作区），漏电流的大的电容反而嫌便宜（承受端电压较低），但当漏电加剧引起损坏时，两只电容便会休戚与共地一块儿“报销”。
图1 电解电容串联应用时漏电阻等效图
图1中，Rd1与Rd2是电容内部隐而不见的并联电阻，故以虚线画出，而其实又同时是近乎实质性的不能忽视的电阻（当电容串联应用时）。有时候，它也是阻值不够稳定的处于一定变化状态的电阻。品质好的电容，其Rd值较大，反会使自身立于险地；Rd值较小的电容，一时之间倒落得个轻松。也显而易见，这仅仅是暂时的现象，长久来看，C1与C2都有朝不保夕的担忧了。
为避免此种状况出现，在C1、C2两端并联Rj1和Rj2均压电路，Rd和Rj形成并联关系，并联电路中阻值小的元件有发言权，因而对于两个串联支路，Rj1和Rj2分压值决定了C1与C2的中点电压，而Rd对均压电路的影响近乎可以忽略不计。
图2 串联电容器的固定均压电路
图2电路的优点是结构简单，用料省。当Ri取值稍大，消耗电功率较小，均压效果会差一些；当Ri取值稍小，消耗电功率会大一些，均压效果会好些。如何取舍，电路设计者说了算。
电路的另一个不可避免的缺点即是，电容C1和C2随运行时间的推移，其等效Rd非稳定值，也许其变化能改善均压效果，使电容串联中点会向供电的1/2靠近，但也许Rd值的变化，会使中点电压进一步偏离已由Rj1和Rj2决定的“非理想中点”。
为使C1、C2两端电压在任何时间段内，Rd值在任何变化情况下，均能保持一个理想分压均衡状态，便有了图3的自动均压电路。
我们先将P、N端的电压命名为VPN，由电阻分压取得中点基准信号Va，此为一个理想的随VPN变化而随机变化的基准电压，无论VPN如何变化，总是Va=1/2VPN。工作过程中，Va与Vb相比较，当Va>Vb时，Q2导通程度变强，Vb↑；当Va<Vb时，Q2导通程度变弱Vb↓，因之电路能自动维持于Va≈Vb，实现了自动均压控制。
图3中的Q2，工作于电压跟随器的工作模式，如同一只可变电阻，其阻值随Va（VPN）、Vb二者之差的变化而变化，达到使Vb=1/2VPN的目的。
这样一来，电容C1和C2内部Rd的变化所导致的中点电压变化，会因均压电路的自动补偿而消失于无形之中。
无独有偶，施耐德ATV71型132kW变频器，也采用了成本稍高的自动均压电路，如图4所示。
图3 安川H1000型45kW变频器储能电容自动均压电路
施耐德ATV71型132kW变频器的电源/驱动板上（见图4左图），有一大片带散热片的MOS管，共8只，以纵队形式立身于电路板的右上侧，貌似一支“别动队”，执行的确是不一般的任务：为储能电容均压而设。
由三极管Q10、Q11构成的电压互补放大器（见图4右图），采样R183、R184两端的电压降，进而控制8只MOS管的导通程度，实现（R183、R184两端等电压降的微妙平衡调整）自动均压控制。
图4 施耐德ATV71型132kW变频器电容均压电路
电容均压电路的故障率是较低的，但若发生故障(电容的漏电流不均时)，对电容器的打击则近乎是毁灭性的。当发生多只电容鼓顶、溅液等故障时，必须检查均压控制电路是否正常——均压电路异常之因可能正是电容损坏之果。另外，对于中、大功率变频器，储能电容器和均压电路往往分为独立的两个部分，检修完毕机器整体组装时，切勿漏装均压电路！若然，其后果也是可以想见的。


咸庆信
2020年4月28日原稿
2024年2月1日重发

记得好像发过此贴，找了几遍都没有了，在这里重发一下吧。
这是我所见到的电容均压电路的几种形式。
如果还有另外的形式，请友友们补充。

快过年了，预祝大家新年快乐！