[发明专利]一种实现交流电压过零开通和电流过零关断的软开关方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及的是一种交流固态功率分配中的软开关控制技术，具体涉及的是一种在交流配电系统中，运用功率MOSFET实现电压过零开通和电流过零关断的软开关方法。

 

背景技术

传统交流配电系统中，采用触点式开关、机械式断路器串联在供电回路中实现电能分配。机械式触点部件经常动作形成机械磨损，影响开关的寿命。而且，在接通和关断负载回路的瞬间，由于电压和电流突变产生的电弧容易烧蚀触点，造成电磁干扰，增大通态电阻，使开关本身发热量增加，影响用电设备的供电可靠性，进而影响用电设备的任务可靠性。有效的办法是采用无触点的固态功率开关替代机械触点式配电开关，避免了触点动作，显著延长了工作寿命。目前较多使用晶闸管作为交流固态功率开关，虽然晶闸管开通快，可实现过零触发，但工作频率低、关断时间较长，特别是在回路电流很大的情况下，如短路状态下，仍需等到过零触发，流过晶闸管的电流持续时间过长，容易造成热损伤，另一方面，晶闸管的导通压降较大，自身散热要求高。

当前最先进的办法是采用以功率MOSFET为基础而集成设计的固态功率控制器来克服晶闸管的缺点。功率MOSFET是一种以栅源极间电压控制漏源极间电流的功率控制器件，其所需驱动功率小、开关速度快、导通电阻小且为正温度系数，易并联，可用作固态功率开关。随着功率MOSFET制造工艺快速发展，器件在满足通流量的情况下导通电阻可低至几毫欧，可显著降低导通压降和功率损耗。

尽管功率MOSFET在导通特性方面远胜于晶闸管，但没有能够直接过零触发功率MOSFET的控制芯片，其软开关技术实现方法较晶闸管复杂。另外，在电流过零关断时需结合回路电流状态决定是否直接关断，以免超出功率MOSFET的安全工作区域。

发明内容

本发明目的是在于提供一种交流固态功率分配中，显著降低导通压降和功率损耗，能够实现交流电压过零开通和电流过零关断的软开关方法，克服现有技术上存在的不足。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种实现交流电压过零开通和电流过零关断的软开关方法，其特征在于，在交流固态功率分配中，将两个导通电阻非常小的N沟道绝缘栅型场效应管作为固态功率开关，并以反串联组态连在一起，以模拟电路和数字逻辑组合电路运算出电压过零开通和电流过零关断逻辑，输出至N沟道绝缘栅型场效应管的驱动电路实现软开关；

所述模拟电路包括汇流条电压相位采集比较电路、负载回路电流相位采集比较电路和短路信号发生电路；汇流条电压相位采集比较电路实时比较出火线与零线间电压的极性，并且极性在电压相位过零前交替变化，正负极性间保持一定的间隙，确保两个N沟道绝缘栅型场效应管不会同时开通。

进一步的，所述N沟道绝缘栅型场效应管采用的是功率MOSFET，充分利用功率MOSFET内部的寄生二极管特性来判断交流信号的相位过零时机。

进一步的，上述模拟电路的负载回路形成电流后，电流相位比较采集电路就实时比较回路电流极性，

在负载回路电流形成之前，相位采集比较电路输出的信号是被屏蔽的，不影响正常开通。

并且极性在电流相位过零前交替变化，正负极性间保持一定的间隙，确保两个功率MOSFET不会同时关断。

进一步地，所述数字逻辑组合电路采集电压相位比较电路、电流相位比较电路和短路信号发生电路的输出结果，进行逻辑综合运算后产生两个有效的开通或关断信号。

进一步地，所述短路信号发生电路将回路瞬时电流与阀值比较，若超出阀值则立即产生短路信号指示立即关断功率开关。

进一步地，在两N沟道绝缘栅型场效应管之间还连接有电流采样电阻，并设其与一N沟道绝缘栅型场效应管的连接点为内部控制电路的参考地。

本发明本发明将两个导通电阻非常小的N沟道绝缘栅型场效应管作为固态功率开关，并反串联组态连在一起，以模拟电路和数字逻辑组合电路运算出电压过零开通和电流过零关断逻辑，输出至N沟道绝缘栅型场效应管的驱动电路实现软开关，从而能够实现交流电压过零开通和电流过零关断的软开关，显著降低导通压降和功率损耗。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明开通和关断过程的波形图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。