交流固态功率控制器控制技术

摘要：为了减少交流供电系统的电磁干扰，设计了一种实用的交流固态功率控制器，其采用两只反向连接的MOSFET共同作为固态功率开关器件，通过适当的开关时序控制和利用MOSFET的固有单向导电性，实现了交流固态功率控制器的过零开通关断功能。根据其原理制作了原理样机并进行了试验验证，结果表明该控制方法切实可行。该控制方法替代了现有的双向可控硅与过零检测的方法，对交流电气负载进行控制，并达到一次触发、自然过零开通和关断、无干扰、功耗低的目标。

关键词：交流固态功率控制器；零电压开通；零电流关断；过零检测

中图分类号：TN911—34文献标识码：A文章编号：1004—373X（2012）18—0182—03

引言

在交流供电系统[1]中，为了减少对供电系统和环境的电磁干扰，要求控制系统具有使固态功率开关在线路电压过零时接通和线路电流过零时断开[2—4]的功能。目前普遍使用双向可控硅[5]作为固态功率开关，配以专用的过零检测专用器件实现。该方法存在着接通电压降大、自身功耗大、每次过零后都需要一次触发、触发电路有延时等弊病。在中小功率负载控制的领域有着较大的局限性。

交流固态功率控制器[6—7]是与固态配电系统相配套的控制负载通断的开关装置。具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高以及便于计算机远程控制等优点。该文应用交流电压和电流的交变特性和MOSFET的寄生二极管的单向导电特性对两只反向串连的固态功率开关[8—9]进行交替控制，实现了交流固态功率控制器零电压开通零电流关断功能，并通过原理样机验证了其可行性与优越性。

1总体框图

如图1所示，交流固态功率控制器主要完成交流负载的开通、关断及保护功能，其主要由隔离电源、隔离接口电路、控制和逻辑单元组成。

交流固态功率控制器的供电电源为+5V，经过隔离后给内部各模块供电。控制计算机进行通过离散状态、开关命令以及通信总线接口与交流固态功率控制器交联，实现对交流负载的控制、状态监控与保护。所有信号采用磁隔离技术与外部隔离，提供了更加稳定的转化性能。

2控制和逻辑单元

如图2所示，控制和逻辑单元是交流固态功率控制器的核心单元。其又可分为控制单元和逻辑单元两个部分。控制单元通过电压及电流采样电路可以获得交流固态功率控制器的电压及电流信息，根据电流信息进行I2T及热记忆保护。并将交流负载的状态通过SCI串行通信总线上报给控制计算机。