[发明专利]交流固态功率开关控制方法及开关装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流固态功率开关的控制方法及开关装置，属于电力电子与电工技术领域。

背景技术

目前交流配电系统中对交流电气负载的开关控制一般有两种方式：一种是使用电磁继电器、断路器、接触器等带触点机械式开关；另一种是使用交流固态功率开关。为了抑制固态功率开关在开通过程中的电流应力以及关断过程中的电压应力、以及产生的电磁干扰，要求固态功率控制开关装置在开关时具有零电压开通和零电流关断的功能。公开号为CN101662275A的中国专利“一种交流固态功率开关的控制方法”中提到利用交流电源的电压、负载电流的交变特性和功率MOSFET内部寄生体二极管的单向导电特性，使交流固态功率开关实现自然零电压接通和自然零电流关断。但在该控制方法下负载开通和关断的时间为半电源周期到一个电源周期之间，而系统一般要求交流固态功率开关在半个电源周期内导通；并且对此专利的实施例1进行分析发现该方法在感性负载情况下不能实现自然零电流关断；对此专利的实施例2进行分析发现该方法在空载或轻载情况下不能正常开通。所以这种控制方法在实际交流配电系统中应用时存在较大的缺陷。

发明内容

本发明涉及一种交流固态功率开关的控制方法和开关装置，解决了现有技术方案中开通关断时间长(半个电源周期到一个电源周期)、对负载的适应性不好的问题。本发明的控制方法和开关装置能够在半个电源周期内完成开通和关断，适用于阻性、感性和容性等各种负载性质，在空载或轻载、满载、过流、短路等情况下都可以可靠工作，并且不受电源频率影响。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种交流固态功率开关的控制方法，具体采用如下技术方案：

一种交流固态功率开关的控制方法，其特征在于，通过对功率主电路上的电源电压信号以及负载电流信号进行采样、判断、处理，得到交流电源的正、负半周信号、负载电流的正、负半周信号、过流跳闸信号以及短路故障信号，并与外部控制命令信号进行逻辑组合，实现在开通过程中对功率主电路中的功率开关元件的控制完全取决于电源电压信号，关断过程中对功率主电路中的功率开关元件的控制完全取决于负载电流信号，进而实现功率开关在半个电源周期内“自然零电压开通、自然零电流关断”。

本发明还提供了一种交流固态功率控制开关装置，其特征在于，所述交流固态功率控制开关装置包括：

主功率电路，包括上功率管(MOS1)、下功率管(MOS2)两只MOSFET功率管和一个用于检测负载电流的检测电阻，两只MOSFET功率管通过检测电阻反串连；上功率管(MOS1)的源极作为隔离电源模块的参考地，漏极连接功率输入端(Power_in)，接外部交流电源，下功率管(MOS2)的漏极作为功率输出端(Power_out)连接交流负载的一端，交流负载的另一端连接功率地；

电源电压检测电路，连接在交流固态功率开关的功率输入端(Power_in)，对电源电压进行采样；

电压正负半周判断电路，连接在电源电压检测电路的输出端，根据电源电压检测电路输出的电压采样信号得到电源电压的正、负半周信号(U+、U-)，并输出到逻辑组合电路；

负载电流检测电路，连接在功率主电路的检测电阻上，对负载电流进行采样；

电流正负半周判断电路，连接在负载电流检测电路的输出端，根据负载电流检测电路输出的电流采样信号得到负载电流的正、负半周信号(I+、I-)，并输出到逻辑组合电路；

有效值转换电路，连接于负载电流检测电路的输出端，其输出连接到过流保护电路、负载状态比较判断电路的输入端；

过流保护电路，连接在有效值转换电路的输出端，输出过流跳闸信号(TRIP)到逻辑组合电路；

峰值检测电路，连接于负载电流检测电路的输出端，其输出连接到短路检测电路；

短路检测电路，连接在峰值检测电路的输出端，当负载短路时，立即产生短路故障信号(SHORT)，并输出到逻辑组合电路；

逻辑组合电路，将其他功能模块输入的电源电压的正、负半周信号(U+、U-)、负载电流的正、负半周信号(I+、I-)、过流跳闸信号(TRIP)和短路故障信号(SHORT)以及经隔离电路发送的外部的开关控制命令信号(CMD0)，进行逻辑综合处理，最终产生两路驱动信号(Drive+、Drive-)，分别驱动两个MOSFET功率管(MOS1、MOS2)；

负载电压检测电路，连接在交流固态功率开关的功率输出端(Power_out)，对负载电压进行采样；