[發明專利]交流固態功率開關控制方法及開關裝置

有效

• 申請號: 201210012697.5
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102571053A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 王莉;阮立剛;鄭再然;楊善水
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 艾中蘭

技術領域

本發明涉及一種交流固態功率開關的控制方法及開關裝置，屬于電力電子與電工技術領域。

背景技術

目前交流配電系統中對交流電氣負載的開關控制一般有兩種方式：一種是使用電磁繼電器、斷路器、接觸器等帶觸點機械式開關；另一種是使用交流固態功率開關。為了抑制固態功率開關在開通過程中的電流應力以及關斷過程中的電壓應力、以及產生的電磁干擾，要求固態功率控制開關裝置在開關時具有零電壓開通和零電流關斷的功能。公開號為CN101662275A的中國專利“一種交流固態功率開關的控制方法”中提到利用交流電源的電壓、負載電流的交變特性和功率MOSFET內部寄生體二極管的單向導電特性，使交流固態功率開關實現自然零電壓接通和自然零電流關斷。但在該控制方法下負載開通和關斷的時間為半電源周期到一個電源周期之間，而系統一般要求交流固態功率開關在半個電源周期內導通；并且對此專利的實施例1進行分析發現該方法在感性負載情況下不能實現自然零電流關斷；對此專利的實施例2進行分析發現該方法在空載或輕載情況下不能正常開通。所以這種控制方法在實際交流配電系統中應用時存在較大的缺陷。

發明內容

本發明涉及一種交流固態功率開關的控制方法和開關裝置，解決了現有技術方案中開通關斷時間長(半個電源周期到一個電源周期)、對負載的適應性不好的問題。本發明的控制方法和開關裝置能夠在半個電源周期內完成開通和關斷，適用于阻性、感性和容性等各種負載性質，在空載或輕載、滿載、過流、短路等情況下都可以可靠工作，并且不受電源頻率影響。

為了實現上述目的，本發明首先提供一種交流固態功率開關的控制方法，具體采用如下技術方案：

一種交流固態功率開關的控制方法，其特征在于，通過對功率主電路上的電源電壓信號以及負載電流信號進行采樣、判斷、處理，得到交流電源的正、負半周信號、負載電流的正、負半周信號、過流跳閘信號以及短路故障信號，并與外部控制命令信號進行邏輯組合，實現在開通過程中對功率主電路中的功率開關元件的控制完全取決于電源電壓信號，關斷過程中對功率主電路中的功率開關元件的控制完全取決于負載電流信號，進而實現功率開關在半個電源周期內“自然零電壓開通、自然零電流關斷”。

本發明還提供了一種交流固態功率控制開關裝置，其特征在于，所述交流固態功率控制開關裝置包括：

主功率電路，包括上功率管(MOS1)、下功率管(MOS2)兩只MOSFET功率管和一個用于檢測負載電流的檢測電阻，兩只MOSFET功率管通過檢測電阻反串連；上功率管(MOS1)的源極作為隔離電源模塊的參考地，漏極連接功率輸入端(Power_in)，接外部交流電源，下功率管(MOS2)的漏極作為功率輸出端(Power_out)連接交流負載的一端，交流負載的另一端連接功率地；

電源電壓檢測電路，連接在交流固態功率開關的功率輸入端(Power_in)，對電源電壓進行采樣；

電壓正負半周判斷電路，連接在電源電壓檢測電路的輸出端，根據電源電壓檢測電路輸出的電壓采樣信號得到電源電壓的正、負半周信號(U+、U-)，并輸出到邏輯組合電路；

負載電流檢測電路，連接在功率主電路的檢測電阻上，對負載電流進行采樣；

電流正負半周判斷電路，連接在負載電流檢測電路的輸出端，根據負載電流檢測電路輸出的電流采樣信號得到負載電流的正、負半周信號(I+、I-)，并輸出到邏輯組合電路；

有效值轉換電路，連接于負載電流檢測電路的輸出端，其輸出連接到過流保護電路、負載狀態比較判斷電路的輸入端；

過流保護電路，連接在有效值轉換電路的輸出端，輸出過流跳閘信號(TRIP)到邏輯組合電路；

峰值檢測電路，連接于負載電流檢測電路的輸出端，其輸出連接到短路檢測電路；

短路檢測電路，連接在峰值檢測電路的輸出端，當負載短路時，立即產生短路故障信號(SHORT)，并輸出到邏輯組合電路；

邏輯組合電路，將其他功能模塊輸入的電源電壓的正、負半周信號(U+、U-)、負載電流的正、負半周信號(I+、I-)、過流跳閘信號(TRIP)和短路故障信號(SHORT)以及經隔離電路發送的外部的開關控制命令信號(CMD0)，進行邏輯綜合處理，最終產生兩路驅動信號(Drive+、Drive-)，分別驅動兩個MOSFET功率管(MOS1、MOS2)；

負載電壓檢測電路，連接在交流固態功率開關的功率輸出端(Power_out)，對負載電壓進行采樣；