交流固態功率控制器控制技術

摘要：為了減少交流供電系統的電磁干擾，設計了一種實用的交流固態功率控制器，其采用兩只反向連接的MOSFET共同作為固態功率開關器件，通過適當的開關時序控制和利用MOSFET的固有單向導電性，實現了交流固態功率控制器的過零開通關斷功能。根據其原理制作了原理樣機并進行了試驗驗證，結果表明該控制方法切實可行。該控制方法替代了現有的雙向可控硅與過零檢測的方法，對交流電氣負載進行控制，并達到一次觸發、自然過零開通和關斷、無干擾、功耗低的目標。

關鍵詞：交流固態功率控制器；零電壓開通；零電流關斷；過零檢測

中圖分類號：TN911—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0182—03

引言

在交流供電系統[1]中，為了減少對供電系統和環境的電磁干擾，要求控制系統具有使固態功率開關在線路電壓過零時接通和線路電流過零時斷開[2—4]的功能。目前普遍使用雙向可控硅[5]作為固態功率開關，配以專用的過零檢測專用器件實現。該方法存在著接通電壓降大、自身功耗大、每次過零后都需要一次觸發、觸發電路有延時等弊病。在中小功率負載控制的領域有著較大的局限性。

交流固態功率控制器[6—7]是與固態配電系統相配套的控制負載通斷的開關裝置。具有無觸點、無電弧、無噪聲、響應快、電磁干擾小、壽命長、可靠性高以及便于計算機遠程控制等優點。該文應用交流電壓和電流的交變特性和MOSFET的寄生二極管的單向導電特性對兩只反向串連的固態功率開關[8—9]進行交替控制，實現了交流固態功率控制器零電壓開通零電流關斷功能，并通過原理樣機驗證了其可行性與優越性。

1總體框圖

如圖1所示，交流固態功率控制器主要完成交流負載的開通、關斷及保護功能，其主要由隔離電源、隔離接口電路、控制和邏輯單元組成。

交流固態功率控制器的供電電源為+5V，經過隔離后給內部各模塊供電。控制計算機進行通過離散狀態、開關命令以及通信總線接口與交流固態功率控制器交聯，實現對交流負載的控制、狀態監控與保護。所有信號采用磁隔離技術與外部隔離，提供了更加穩定的轉化性能。

2控制和邏輯單元

如圖2所示，控制和邏輯單元是交流固態功率控制器的核心單元。其又可分為控制單元和邏輯單元兩個部分。控制單元通過電壓及電流采樣電路可以獲得交流固態功率控制器的電壓及電流信息，根據電流信息進行I2T及熱記憶保護。并將交流負載的狀態通過SCI串行通信總線上報給控制計算機。