具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器控制方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器控制方法及裝置，通過(guò)對(duì)主支路第一、第二功率管和限流支路第三、第四功率管進(jìn)行控制，正常起動(dòng)負(fù)載時(shí)在半個(gè)電源周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)交流固態(tài)功率控制器的“自然零電壓開(kāi)通、自然零電流關(guān)斷，啟動(dòng)大容量阻容性負(fù)載或具有大容量濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，首先通過(guò)限流支路進(jìn)行限流充電，然后再完全開(kāi)通交流固態(tài)功率控制器；交流固態(tài)功率控制器發(fā)生短路故障時(shí)，首先關(guān)斷主支路進(jìn)行故障限流，然后再關(guān)斷交流固態(tài)功率控制器。本發(fā)明不但實(shí)現(xiàn)半個(gè)電源周期內(nèi)交流SSPC自然過(guò)零開(kāi)關(guān)，而且具有大功率限流功能，提高了交流SSPC帶容性負(fù)載和整流橋負(fù)載的能力，增強(qiáng)了交流SSPC短路保護(hù)的抗干擾能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器控制方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流固態(tài)功率控制器的控制方法及裝置，屬于電力電子與電工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)功率控制器(Solid State Power Controller,簡(jiǎn)稱(chēng)SSPC)是以半導(dǎo)體功率管為核心、集繼電器的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換功能和斷路器的保護(hù)功能于一體的固態(tài)配電裝置。SSPC具有無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)電弧、無(wú)噪聲、響應(yīng)快、電磁干擾小、壽命長(zhǎng)、可靠性高、便于計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]交流SSPC用于飛機(jī)、艦船交流電源系統(tǒng)或者民用配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)交流功率電路的接通或斷開(kāi)，并完成電路故障保護(hù)和隔離。
[0004]交流SSPC的主功率電路一般采用兩個(gè)功率MOSFET反串聯(lián)。在交流SSPC控制方法方面，為了提高對(duì)負(fù)載的兼容性，降低SSPC開(kāi)通容性負(fù)載或整流橋負(fù)載過(guò)程中的沖擊電流、抑制SSPC關(guān)斷過(guò)程中功率管兩端的電壓應(yīng)力，通常采用“零電壓開(kāi)通、零電流關(guān)斷”的控制策略。如在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利201010216988.7、CN101662275A和美國(guó)專(zhuān)利US7196436中均采用了上述的主電路和控制方法，其共同的不足之處是:
(O不具有故障電流限流功能，電源系統(tǒng)電能質(zhì)量受短路故障電流的影響較大；
(2 )在開(kāi)通大容量的容性負(fù)載或整流橋負(fù)載過(guò)程僅僅采取“零電壓開(kāi)通”的控制策略對(duì)沖擊電流的抑制遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此帶容性和整流橋負(fù)載能力較低；
(3)在負(fù)載短路故障過(guò)程中采取直接關(guān)斷故障電流的控制策略，功率管電壓應(yīng)力較高；并且抗干擾能力差，在起動(dòng)大容量的容性負(fù)載或整流橋負(fù)載過(guò)程容易產(chǎn)生誤保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的首要目的是針對(duì)前述【背景技術(shù)】中的不足之處，提供一種交流固態(tài)功率控制器的限流控制方法，提高交流SSPC帶大容量容性負(fù)載和整流橋負(fù)載的能力，降低交流SSPC短路故障關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力，增強(qiáng)交流SSPC的抗干擾能力。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案是:
一種交流固態(tài)功率控制器的限流控制方法，交流固態(tài)功率控制器的功率主電路包含主支路和檢測(cè)電阻，主支路由第一功率管和第二功率管反串聯(lián)組成，其特征在于限流控制方法包括如下步驟:
(1)在交流固態(tài)功率控制器的功率主電路中設(shè)置限流支路，限流支路和主支路并聯(lián)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸入端連接外部交流電源，另一端與檢測(cè)電阻串聯(lián)，作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸出端連接負(fù)載至功率地；限流支路由第三功率管、第四功率管和限流電阻組成，第三功率管和第四功率管反串聯(lián)后與限流電阻串聯(lián)；
(2)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器接收到開(kāi)通命令時(shí)，首先判斷此時(shí)交流電源電壓處于正半周期還是負(fù)半周期:若交流電源電壓處于正半周期，則立即開(kāi)通第二功率管，然后等待交流電源電壓由正變負(fù)以后再開(kāi)通第一功率管，并立刻開(kāi)通第三和第四功率管；若接收到開(kāi)通命令時(shí)交流電源電壓處于負(fù)半周期，則立即開(kāi)通第一功率管，然后等待交流電源電壓由負(fù)變正以后再開(kāi)通第二功率管，并立刻開(kāi)通第三和第四功率管；從而完成在半個(gè)電源電壓周期內(nèi)自然零電壓開(kāi)通交流固態(tài)功率控制器；
(3)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器的負(fù)載為大容量阻容性負(fù)載或者具有較大濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，則交流固態(tài)功率控制器在零電壓開(kāi)通過(guò)程完成后，第一、第二、第三、第四功率管均已導(dǎo)通，交流固態(tài)功率控制器的電流隨著交流電壓的增加而快速上升，當(dāng)檢測(cè)到交流固態(tài)功率控制器電流絕對(duì)值大于設(shè)定的限流閥值時(shí)，則立刻關(guān)斷第一和第二功率管，并延時(shí)設(shè)定時(shí)間檢測(cè)負(fù)載電壓平均值；若此時(shí)負(fù)載電壓平均值上升至設(shè)定的第三電壓閥值，則檢測(cè)負(fù)載電壓平均值是否達(dá)到設(shè)定的第二電壓閥值，若達(dá)到則重新開(kāi)通第一和第二功率管；
(4)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器接收到關(guān)斷命令時(shí)或者由于過(guò)流故障而延時(shí)關(guān)斷時(shí)，首先判斷此時(shí)負(fù)載是否有電流以及負(fù)載電流處于正半周期還是負(fù)半周期:若負(fù)載無(wú)電流，則立刻關(guān)斷第一、第二、第三、第四功率管；若負(fù)載電流處于正半周期，則立即關(guān)斷第二、第三、第四功率管，然后等待負(fù)載電流由正變負(fù)時(shí)自然過(guò)零關(guān)斷，再關(guān)斷第一功率管；若負(fù)載電流處于負(fù)半周期，則立即關(guān)斷第一、第三、第四功率管，然后等待負(fù)載電流由負(fù)變正時(shí)自然過(guò)零關(guān)斷，再關(guān)斷第二功率管；從而在半個(gè)電源周期內(nèi)自然零電流關(guān)斷交流固態(tài)功率控制器；
(5)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器在啟動(dòng)或正常導(dǎo)通過(guò)程中發(fā)生短路故障時(shí)，則在檢測(cè)到交流固態(tài)功率控制器電流絕對(duì)值大于設(shè)定的限流閥值時(shí)，立刻關(guān)斷第一和第二功率管，并延時(shí)設(shè)定時(shí)間檢測(cè)負(fù)載電壓平均值；若此時(shí)負(fù)載電壓平均值未能上升至設(shè)定的第三電壓閥值，則認(rèn)為發(fā)生短路故障，此時(shí)關(guān)斷第三和第四功率管。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供相應(yīng)的具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器，該交流固態(tài)功率控制器包括主功率電路、電源電壓檢測(cè)電路、電壓正負(fù)半周判斷電路、負(fù)載電流檢測(cè)電路、電流正負(fù)半周判斷電路、有效值轉(zhuǎn)換電路、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路、短路判斷電路、功率管狀態(tài)比較判斷電路、負(fù)載狀態(tài)比較判斷電路、隔離電路和隔離電源模塊，其特征在于:
主功率電路包括主支路、限流支路和檢測(cè)電阻；主支路由第一功率管和第二功率管反串聯(lián)組成；限流支路由第三功率管、第四功率管和限流電阻組成，第三功率管和第四功率管反串聯(lián)后與限流電阻串聯(lián)；主支路和限流支路并聯(lián)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸入端連接外部交流電源；另一端與檢測(cè)電阻串聯(lián)，作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸出端連接負(fù)載至功率地；
交流固態(tài)功率控制器還包括:
負(fù)載電壓平均值檢測(cè)電路，包括負(fù)載電壓檢測(cè)電路、第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、平均值轉(zhuǎn)換電路；負(fù)載電壓檢測(cè)電路檢測(cè)功率輸出端和功率地之間的電壓，負(fù)載電壓檢測(cè)電路的輸出連于第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于平均值轉(zhuǎn)換電路，平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出分別連于短路判斷電路和解除限流態(tài)判斷電路；
進(jìn)入限流態(tài)判斷電路，包括第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、第九比較器、第一 D觸發(fā)器、第四與非門(mén)；負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出連于第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第九比較器的正極性輸入端，第九比較器的負(fù)極性輸入端連于第一電壓閥值，第九比較器的輸出連于第一 D觸發(fā)器的上升沿觸發(fā)端，第一 D觸發(fā)器的D端接低電平，第四與非門(mén)的一個(gè)輸入端連于隔離電路的輸出，第四與非門(mén)的另一個(gè)輸入端連于解除限流態(tài)判斷電路的輸出，第四與非門(mén)的輸出連于第一D觸發(fā)器的置位端；
解除限流態(tài)判斷電路，包括功率輸入輸出電壓差動(dòng)檢測(cè)電路、第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、第十比較器、第十一比較器、第一三輸入或門(mén)；功率輸入輸出電壓差動(dòng)檢測(cè)電路檢測(cè)交流固態(tài)功率控制器的功率輸入和功率輸出的電壓差，其輸出連于第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十比較器的正極性端，第十比較器的負(fù)極性端連于控制電路參考地，第十比較器的輸出連于第一三輸入或門(mén)的輸入，進(jìn)入限流態(tài)判斷電路輸出信號(hào)也連于第一三輸入或門(mén)的輸入，平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十一比較器的負(fù)極性端，第十一比較器的正極性端連于第二電壓閥值，第十一比較器的輸出連于第一三輸入或門(mén)的輸入，第一三輸入或門(mén)的輸出連于第四與非門(mén)的輸入；
驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路，包括第一與門(mén)，第二與門(mén)、第三與門(mén)和第一驅(qū)動(dòng)隔離電路，第二驅(qū)動(dòng)隔離電路和第三驅(qū)動(dòng)隔離電路；進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出和過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路輸出的第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入至第一與門(mén)，第一與門(mén)的輸出連于第一驅(qū)動(dòng)隔離電路，第一驅(qū)動(dòng)隔離電路輸出連于第一功率管柵極；進(jìn)入限流態(tài)判斷電路輸出和過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路輸出的第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入至第二與門(mén)，第二與門(mén)的輸出連于第二驅(qū)動(dòng)隔離電路，第二驅(qū)動(dòng)隔離電路輸出連于第二功率管柵極；第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)和第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入至第三與門(mén)，第三與門(mén)的輸出連于第三驅(qū)動(dòng)隔離電路，第三驅(qū)動(dòng)隔離電路的輸出連于第三功率管和第四功率管的柵極。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案中的功率管可以是常規(guī)的Si MOSFET, Si JFET, Si IGBT，也可以是新型寬帶半導(dǎo)體功率器件如SiC MOSFET, SiC IGBT、SiC JFET以及GaN場(chǎng)效應(yīng)管。
[0009]本發(fā)明中的邏輯電路可由分立的數(shù)字集成電路芯片實(shí)現(xiàn)，也可以由可編程邏輯器件如通用陣列邏輯(GAL)或者復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)實(shí)現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明技術(shù)方案相比傳統(tǒng)技術(shù)方案的有益效果如下:
(I)在交流SSPC開(kāi)通命令發(fā)出后，半個(gè)電源周期內(nèi)交流SSPC自然零電壓開(kāi)通；在交流SSPC關(guān)斷命令發(fā)出后，半個(gè)電源周期內(nèi)交流SSPC自然零電流關(guān)斷。
[0011](2)具有大功率限流功能，抑制了交流SSPC帶大電容負(fù)載和具有大濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)的沖擊電流，提高了交流SSPC帶容性負(fù)載和整流橋負(fù)載的能力，負(fù)載電容和整流橋的濾波電容的容量允許值大大增加，不會(huì)誤判斷為短路故障而跳閘；
(3)在負(fù)載端發(fā)生短路故障時(shí)，可以迅速將故障電流限制在較低水平，并切除短路故障，提高了電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量，降低了交流SSPC短路故障關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力，增強(qiáng)了交流SSPC短路保護(hù)的可靠性及安全性。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船交流電源系統(tǒng)或者民用交流配電網(wǎng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1交流固態(tài)功率控制器裝置的原理和功能模塊框圖。
[0014]圖2電源電壓檢測(cè)電路和電壓正負(fù)半周判斷電路 圖3負(fù)載電流檢測(cè)電路和電流正負(fù)半周判斷電路
圖4交流固態(tài)功率控制器裝置中過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路原理圖 圖5典型的精密絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路 圖6負(fù)載電壓平均值檢測(cè)電路
圖7交流固態(tài)功率控制器裝置在負(fù)載為阻性負(fù)載、阻感性負(fù)載或小容量的阻容性負(fù)載以及具有較小濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，零電壓開(kāi)通、零電流關(guān)斷波形圖
圖8交流固態(tài)功率控制器裝置在空載條件下零電壓開(kāi)通、零電流關(guān)斷波形圖圖9交流固態(tài)功率控制器裝置在負(fù)載為具有大容量濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，零電壓開(kāi)通過(guò)程、限流過(guò)程和零電流關(guān)斷過(guò)程的波形圖
圖10交流固態(tài)功率控制器裝置起動(dòng)過(guò)程或者在正常導(dǎo)通過(guò)程中發(fā)生在短路故障并保護(hù)關(guān)斷的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)方案做詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]本發(fā)明具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器的原理和功能模塊框圖如圖1，它包括:
電源電壓檢測(cè)電路，連接在交流固態(tài)功率開(kāi)關(guān)的功率輸入端Power_in，對(duì)電源電壓進(jìn)行采樣；
電壓正負(fù)半周判斷電路，連接在電源電壓檢測(cè)電路的輸出端，根據(jù)電源電壓檢測(cè)電路輸出的電壓采樣信號(hào)得到電源電壓的正、負(fù)半周信號(hào)U+、U-，并輸出到過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路；
電源電壓檢測(cè)電路和電壓正負(fù)半周判斷電路用于檢測(cè)交流電源電壓的極性:當(dāng)交流電源電壓處于正半周期時(shí)(交流電源電壓為正)，則電壓正半周信號(hào)U+為高電平，否則U+為低電平；當(dāng)交流電源電壓處于負(fù)半周期時(shí)(交流電源電壓為負(fù))，電壓負(fù)半周信號(hào)U-為高電平，否則U-為低電平；
負(fù)載電流檢測(cè)電路，連接在功率主電路的檢測(cè)電阻上，采樣負(fù)載電流并進(jìn)行調(diào)理；
電流正負(fù)半周判斷電路，連接在負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出端，得到負(fù)載電流的正、負(fù)半周信號(hào)I+、1-，并輸出到邏輯組合電路；
負(fù)載電流檢測(cè)電路和電流正負(fù)半周判斷電路用于檢測(cè)負(fù)載電流的極性:當(dāng)負(fù)載電流處于正半周期時(shí)(負(fù)載電流為正)，電流正半周信號(hào)I+為低電平，否則I+為高電平；當(dāng)負(fù)載電流處于負(fù)半周期時(shí)(負(fù)載電流為負(fù))，電流負(fù)半周信號(hào)1-為低電平，否則1-為高電平；
有效值轉(zhuǎn)換電路，連接于負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出端，將交變的負(fù)載電流變換為其對(duì)應(yīng)的有效值，其輸出連接到過(guò)流保護(hù)電路、負(fù)載狀態(tài)比較判斷電路的輸入端。
[0017]過(guò)流保護(hù)電路，連接在有效值轉(zhuǎn)換電路的輸出端，當(dāng)負(fù)載過(guò)流時(shí)，根據(jù)負(fù)載電流的過(guò)載倍數(shù)延時(shí)產(chǎn)生過(guò)流跳閘信號(hào)TRIP，并輸出到過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路，狀態(tài)鎖存電路鎖存過(guò)流故障狀態(tài)，并發(fā)出關(guān)斷命令；
過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路，將電源電壓的正、負(fù)半周信號(hào)U+和U-、負(fù)載電流的正、負(fù)半周信號(hào)I+和1-、過(guò)流跳閘信號(hào)TRIP和短路故障信號(hào)SHORT以及經(jīng)隔離電路發(fā)送的開(kāi)關(guān)控制命令信號(hào)CMD0，進(jìn)行邏輯綜合處理，產(chǎn)生主支路第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)Qlpre和主支路第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)Q2pre ；
功率管狀態(tài)比較判斷電路，連接在負(fù)載電壓檢測(cè)電路的輸出端，根據(jù)負(fù)載電壓檢測(cè)電路輸出的電壓采樣信號(hào)得到功率管狀態(tài)比較判斷信號(hào)M0S0，并輸出到隔離電路；負(fù)載狀態(tài)比較判斷電路，連接在負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出端，根據(jù)負(fù)載電流檢測(cè)電路輸出的電流采樣信號(hào)得到負(fù)載狀態(tài)比較判斷信號(hào)LOADO，并輸出到隔離電路；
隔離電路，作為控制命令信號(hào)、負(fù)載狀態(tài)信號(hào)、功率管狀態(tài)信號(hào)與上位機(jī)的輸入輸出接口，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的狀態(tài)交換:外部控制命令CMD連接到隔離電路，隔離電路輸出開(kāi)關(guān)控制命令信號(hào)CMDO ;負(fù)載狀態(tài)比較判斷電路和功率管狀態(tài)比較判斷電路的輸出LOADO和MOSO連接到隔離電路，隔離電路輸出負(fù)載狀態(tài)信號(hào)LOAD和功率管狀態(tài)信號(hào)(MOS)給上位機(jī)；隔離電源模塊，將外部的偏置電源輸入進(jìn)行隔離變換，為交流固態(tài)功率控制器裝置內(nèi)部的控制電路提供內(nèi)部工作電源。
[0018]本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，基于限流控制策略，在功率主電路中增加了一條限流支路，不但可以實(shí)現(xiàn)半個(gè)電源周期內(nèi)交流SSPC自然過(guò)零開(kāi)關(guān)，而且具有大功率限流功能，提高了交流SSPC帶容性負(fù)載和整流橋負(fù)載的能力，降低了交流SSPC短路故障關(guān)斷時(shí)的電壓應(yīng)力，增強(qiáng)了交流SSPC短路保護(hù)的抗干擾能力。
[0019]具體的，本發(fā)明的交流固態(tài)功率控制器中:
主功率電路包括主支路、限流支路和檢測(cè)電阻；主支路由第一功率管Ql和第二功率管Q2反串聯(lián)組成；限流支路由第三功率管Q3、第四功率管Q4和限流電阻Rumit組成，第三功率管Q3和第四功率管Q4反串聯(lián)后與限流電阻Rumit串聯(lián)；主支路和限流支路并聯(lián)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸入端連接外部交流電源；另一端與檢測(cè)電阻串聯(lián)，作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸出端連接負(fù)載至功率地；
負(fù)載電壓平均值檢測(cè)電路包括負(fù)載電壓檢測(cè)電路、第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、平均值轉(zhuǎn)換電路；負(fù)載電壓檢測(cè)電路檢測(cè)功率輸出端和功率地之間的電壓，負(fù)載電壓檢測(cè)電路的輸出連于第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于平均值轉(zhuǎn)換電路，平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出分別連于短路判斷電路和解除限流態(tài)判斷電路；
進(jìn)入限流態(tài)判斷電路包括第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、第九比較器Comp9、第一 D觸發(fā)器U16、第四與非門(mén)U17 ;負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出連于第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第九比較器Comp9的正極性輸入端，第九比較器Comp9的負(fù)極性輸入端連于第一電壓閥值Uthl，第一電壓閥值Uthl對(duì)應(yīng)固態(tài)功率控制器的限流閥值，第九比較器Comp9的輸出連于第一 D觸發(fā)器U16的上升沿觸發(fā)端CLK,第一 D觸發(fā)器U16的D端接低電平，第四與非門(mén)U17的一個(gè)輸入端連于隔離電路的輸出，第四與非門(mén)U17的另一個(gè)輸入端連于解除限流態(tài)判斷電路的輸出，第四與非門(mén)U17的輸出連于第一 D觸發(fā)器的置位端；
解除限流態(tài)判斷電路包括功率輸入輸出電壓差動(dòng)檢測(cè)電路、第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、第十比較器ComplO、第^ 比較器Compll、第一三輸入或門(mén)U18 ;功率輸入輸出電壓差動(dòng)檢測(cè)電路檢測(cè)交流固態(tài)功率控制器的功率輸入和功率輸出的電壓差，其輸出連于第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十比較器ComplO的正極性端，第十比較器ComplO的負(fù)極性端連于控制電路參考地，第十比較器ComplO的輸出ZVS_0N連于第一三輸入或門(mén)U18的輸入，進(jìn)入限流態(tài)判斷電路輸出信號(hào)Limiting也連于第一三輸入或門(mén)U18的輸入，平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十一比較器Compll的負(fù)極性端，第十一比較器Compll的正極性端連于第二電壓閥值Uth2，第二電壓閥值Uth2設(shè)定為額定電源電壓平均值的75%左右，第十一比較器Compll的輸出連于第一三輸入或門(mén)U18的輸入，第一三輸入或門(mén)U18的輸出BACK連于第四與非門(mén)U17的輸入；驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路包括第一與門(mén)U13，第二與門(mén)U14、第三與門(mén)U15和第一驅(qū)動(dòng)隔離電路，第二驅(qū)動(dòng)隔離電路和第三驅(qū)動(dòng)隔離電路；進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出和過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路輸出的第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)Qlpre輸入至第一與門(mén)U13，第一與門(mén)U13的輸出連于第一驅(qū)動(dòng)隔離電路，第一驅(qū)動(dòng)隔離電路輸出連于第一功率管柵極；進(jìn)入限流態(tài)判斷電路輸出和過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路輸出的第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)Q2pre輸入至第二與門(mén)U14，第二與門(mén)U14的輸出連于第二驅(qū)動(dòng)隔離電路，第二驅(qū)動(dòng)隔離電路輸出連于第二功率管柵極；第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)Qlpre和第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)Q2pre輸入至第三與門(mén)U15，第三與門(mén)U15的輸出連于第三驅(qū)動(dòng)隔離電路，第三驅(qū)動(dòng)隔離電路的輸出連于第三功率管和第四功率管的柵極。
[0020]短路判斷電路包括第十二比較器Compl2、延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊U19、第二三輸入或門(mén)U20 ;進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出連于延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊U19的輸入端和第二三輸入或門(mén)U20的輸入端,延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊U19的輸出連于第二三輸入或門(mén)U20的輸入端，延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊U19在限流態(tài)判斷電路的輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)延遲設(shè)定時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)低電平短脈沖，設(shè)定時(shí)間△ T約為電源周期的1/4左右；平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十二比較器Compl2的正極性端,第十二比較器Compl2的負(fù)極性端連于第三電壓閥值Uth3，第三電壓閥值Uth3為交流固態(tài)功率控制器帶最大容性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)、負(fù)載電壓平均值在設(shè)定時(shí)間內(nèi)的最小上升量；第十二比較器Compl2的輸出連于第二三輸入或門(mén)U20的輸入端，第二三輸入或門(mén)U20的輸出SHORT連于過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路。
[0021]圖2為電源電壓檢測(cè)電路和電壓正負(fù)半周判斷電路。電源電壓檢測(cè)電路由運(yùn)算放大器Al，電阻Rl、R2、R3、R4組成的正向差動(dòng)放大電路構(gòu)成；電源電壓檢測(cè)電路的輸出連于電壓正負(fù)半周判斷電路的輸入；電壓正負(fù)半周判斷電路由兩個(gè)單門(mén)限比較電路構(gòu)成:比較器Compl、電阻R7和RlO構(gòu)成上門(mén)限比較電路，R7和RlO組成分壓電路，其分壓值為上門(mén)限閥值Uth+ ；比較器Comp2、電阻R5和R6構(gòu)成下門(mén)限比較電路，R5和R6組成分壓電路，其分壓值為下門(mén)限閥值Uth-;電壓正負(fù)半周判斷電路的輸出為U+和U-，當(dāng)U+為高電平時(shí)，表示交流電源電壓處于正半周期，當(dāng)U-為高電平時(shí)，表示交流電源電壓處于負(fù)半周期。
[0022]圖3為負(fù)載電流檢測(cè)電路和電流正負(fù)半周判斷電路。負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出連于電流正負(fù)半周判斷電路的輸入。負(fù)載電流檢測(cè)電路由運(yùn)算放大器A2，電阻R11、R12、R13、R14、組成的反向差動(dòng)放大電路組成，其中R11=R12，R13=R14。
[0023]圖3中電流正負(fù)半周判斷電路由兩個(gè)單門(mén)限比較電路和兩個(gè)延時(shí)電路構(gòu)成:比較器Comp3、電阻Rl7和R18構(gòu)成上門(mén)限比較電路，Rl7和R18組成分壓電路，其分壓值為電流上門(mén)限閥值Ith+ ;比較器Comp4、電阻R15和R16構(gòu)成下門(mén)限比較電路，R15和R16組成分壓電路，其分壓值為電流下門(mén)限閥值Ith-;電阻R27和電容C3連于Comp3的輸出端，電阻R26和電容C2連于Comp4的輸出端，Comp3和Comp4的輸出分別連于比較器Comp7和Comp8的正極性輸入端；比較器Comp7、電阻R27、R28、R29、電容C3構(gòu)成正半周脈沖信號(hào)(I+)延時(shí)電路，比較器Comp8、電阻R30、R31、R26、電容C2構(gòu)成負(fù)半周脈沖信號(hào)(1_)延時(shí)電路。
[0024]圖3中電流正負(fù)半周判斷電路電流正負(fù)半周判斷電路的輸出為I+和1-，當(dāng)I+為高電平時(shí)，表示負(fù)載電流處于正半周期，當(dāng)1-為高電平時(shí)，表示負(fù)載電流處于負(fù)半周期。
[0025] 圖4為交流固態(tài)功率控制器裝置中過(guò)零開(kāi)關(guān)和故障鎖存電路原理圖，該電路的輸入信號(hào)為電流正負(fù)半周判斷電路的輸出信號(hào)I+、1-,電壓正負(fù)半周判斷電路的輸出信號(hào)U+、U-，過(guò)流保護(hù)電路的輸出信號(hào)TRIP，短路檢測(cè)電路的輸出信號(hào)SHORT，隔離電路的一個(gè)輸出信號(hào)CMD0。邏輯組合電路的輸出信號(hào)為第一功率管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Qlpre和第二功率管Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Q2pre。
[0026]過(guò)零開(kāi)關(guān)和故障鎖存電路由四個(gè)RS觸發(fā)器Ul、U2、U9、UlO、一個(gè)三輸入與門(mén)U3、四個(gè)兩輸入與非門(mén)U4、U5、U6、U7、兩個(gè)兩輸入與門(mén)U11、U12和一個(gè)非門(mén)U8組成，過(guò)流跳閘信號(hào)TRIP連于第一 RS觸發(fā)器Ul的復(fù)位端R，短路故障信號(hào)SHORT連于第二 RS觸發(fā)器U2的復(fù)位端R，經(jīng)隔離電路傳送的開(kāi)關(guān)控制命令信號(hào)CMDO分別連于第一、第二 RS觸發(fā)器U1、U2的置位端S，開(kāi)關(guān)控制命令信號(hào)CMD0、第一 RS觸發(fā)器Ul和第二 RS觸發(fā)器U2的輸出Q端TRIPPED、SHORTED分別連接到三輸入與門(mén)U3的三個(gè)輸入端，三輸入與門(mén)U3的輸出端CMDl分別連接到第一、第二與非門(mén)U4、U5的一個(gè)輸入端，三輸入與門(mén)U3的輸出端CMDl同時(shí)連到非門(mén)U8的輸入端，非門(mén)U8的輸出端分別連到第三、第四與非門(mén)U6、U7的一個(gè)輸入端，電源電壓正半周信號(hào)U+連接到第二與非門(mén)U5的另一個(gè)輸入端，電源電壓負(fù)半周信號(hào)U-連接到第一與非門(mén)U4的另一個(gè)輸入端，負(fù)載電流負(fù)半周信號(hào)1-連于第四與非門(mén)U7的另一個(gè)輸入端，負(fù)載電流正半周信號(hào)I+連于第三與非門(mén)U6的另一個(gè)輸入端，第一、第二與非門(mén)U4、U5的輸出端分別連接第三、第四RS觸發(fā)器U9、UlO的置位端S，第四、第三與非門(mén)U7、U6的輸出端分別連于第三、第四RS觸發(fā)器U9、UlO的復(fù)位端R，第三、第四RS觸發(fā)器U9、UlO的輸出Q端Ql、Q2分別連接到第二、第一雙輸入與門(mén)U12、U11的一個(gè)輸入端，第二 RS觸發(fā)器U2的輸出Q端SHORTED分別連接到第一、第二雙輸入與門(mén)U11、U12的另一個(gè)輸入端，兩個(gè)雙輸入與門(mén)Ul1、U12的輸出端分別輸出第一功率管Ql的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Qlpre和第二功率管Q2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Q2pre。
[0027]圖5為本發(fā)明技術(shù)方案中第一、第二、第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路采用的典型精密絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，由兩個(gè)運(yùn)算放大器A3、A4，四個(gè)二極管Df D4，五個(gè)電阻R32?R36組成。該電路的輸入信號(hào)連于電阻R32和R36，R32的另一端連于運(yùn)算放大器A3的負(fù)極性端，A3負(fù)極性端同時(shí)連于二極管Dl陽(yáng)極和電阻R34，二極管Dl陰極連于二極管D2陽(yáng)極和運(yùn)算放大器A3輸出端，電阻R34另一端連于二極管D2陰極；電阻R33 —端連接運(yùn)算放大器A3的正極性端，另一端接地；電阻R36 —端連于輸入信號(hào)，另一端連于運(yùn)算放大器A4的正極性端，運(yùn)算放大器A4的負(fù)極性端連于二極管D3陽(yáng)極和電阻R35，二極管D3陰極連于二極管D4陽(yáng)極和運(yùn)算放大器A4輸出端，二極管D4陰極連于R35的另一端和二極管D2的陰極。以二極管二極管D2、D4的陰極作為絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出。
[0028]圖6為本發(fā)明技術(shù)方案中采用的負(fù)載電壓平均值檢測(cè)電路，由負(fù)載電壓檢測(cè)電路、絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路和平均值電路三級(jí)組成。第一級(jí)是負(fù)載電壓檢測(cè)電路，以典型的差動(dòng)放大電路采樣負(fù)載電壓；第二級(jí)為圖5所述的典型精密絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路；第三級(jí)為平均值電路，由一階低通濾波電路和電壓跟隨器組成。
[0029]下面結(jié)合圖圖10說(shuō)明本發(fā)明的控制方法和裝置的工作原理。
[0030]圖7交流固態(tài)功率控制器裝置在負(fù)載為阻性負(fù)載、阻感性負(fù)載或小容量的阻容性負(fù)載以及具有較小濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，零電壓開(kāi)通、零電流關(guān)斷波形圖。
[0031]圖7中&時(shí)刻交流固態(tài)功率控制器的外部開(kāi)關(guān)命令CMD由低變高(開(kāi)通命令)，CMDO和CMDl也立刻由低變高；此時(shí)由于交流電源電壓Us處于正半周期(U+為高電平)，因此Q2pre、Q2_DrO、Q2_Dr首先變?yōu)楦唠娖剑诙β使荛_(kāi)通；t2時(shí)刻交流電源電壓由正變負(fù)，主回路經(jīng)第一功率管的寄生體二極管和第二功率管的導(dǎo)電溝道自然導(dǎo)通；t3時(shí)刻檢測(cè)到交流電源電壓Us處于負(fù)半周期(U-為高電平)，則此時(shí)Qlpre、Ql_DrO、Ql_Dr變?yōu)楦唠娖?，然后Q34DrO、Q34Dr也隨即變?yōu)楦唠娖?，第一、第三、第四功率管?dǎo)通。由分析可見(jiàn)，交流交流固態(tài)功率控制器裝置開(kāi)通過(guò)程取決于電源電壓的極性和開(kāi)關(guān)命令，與負(fù)載性質(zhì)和電源頻率無(wú)關(guān)，在半個(gè)周期內(nèi)完成了自然零電壓開(kāi)通。
[0032]圖7中t4時(shí)刻交流固態(tài)功率控制器的外部開(kāi)關(guān)命令CMD由高變低(關(guān)斷命令)，CMDO和CMDl也立刻由低變高(關(guān)斷命令也可能是由于負(fù)載過(guò)流故障引起TRIP信號(hào)變低，CMDl也會(huì)變?yōu)榈碗娖?；此時(shí)由于負(fù)載電流處于負(fù)半周期(1-為高電平)，因此Qlpre、Ql_DrO, Ql_Dr首先變?yōu)榈碗娖?，然后Q34DrO、Q34Dr也隨即變?yōu)榈碗娖?，第一、第三、第四功率管關(guān)斷；t5時(shí)刻負(fù)載電流從負(fù)值變?yōu)榱?，由于第一功率管已?jīng)關(guān)斷，所以&時(shí)刻交流回路自然過(guò)零關(guān)斷；t6時(shí)刻，I+變?yōu)楦唠娖?，第二功率管關(guān)斷。由分析可見(jiàn)，交流固態(tài)功率控制器關(guān)裝置關(guān)斷過(guò)程完全取決于負(fù)載電流的極性和開(kāi)關(guān)命令，與負(fù)載性質(zhì)和電源頻率無(wú)關(guān)，在半個(gè)周期內(nèi)完成了自然零電流關(guān)斷。
[0033]圖8交流固態(tài)功率控制器裝置在空載條件下零電壓開(kāi)通、零電流關(guān)斷波形圖。圖8中交流固態(tài)功率控制器裝置在空載條件下開(kāi)通的過(guò)程與帶載時(shí)開(kāi)通的過(guò)程一致；但在關(guān)斷過(guò)程中，t7時(shí)刻外部開(kāi)關(guān)命令CMD由高變低(關(guān)斷命令)，或者由于負(fù)載過(guò)流故障引起CMDl變?yōu)榈碗娖?，由于?fù)載為空載(電流為零)，所以I+和1-一直為高電平，觸發(fā)器U9和UlO的輸出立刻被復(fù)位為低電平，Qlpre和Q2pre立刻變?yōu)榈碗娖?，Ql_DrO、Ql_Dr、Q2_DrO、Q2_Dr、Q34_DrO立刻變?yōu)榈碗娖?，第一、第二、第三、第四功率管同時(shí)關(guān)斷。
[0034]圖9為交流固態(tài)功率控制器裝置在負(fù)載為具有大容量濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，零電壓開(kāi)通過(guò)程、限流過(guò)程和零電流關(guān)斷過(guò)程的波形圖。t8時(shí)刻交流固態(tài)功率控制器的外部開(kāi)關(guān)命令CMD由低變高(開(kāi)通命令)，CMDO和CMDl也立刻由低變高；此時(shí)由于交流電源電壓Us處于正半周期(U+為高電平)，因此Q2pre、Q2_DrO、Q2_Dr首先變?yōu)楦唠娖?，第二功率管開(kāi)通；t9時(shí)刻交流電源電壓由正變負(fù)，主回路經(jīng)第一功率管的寄生體二極管和第二功率管的導(dǎo)電溝道自然導(dǎo)通，t10時(shí)刻Qlpre、Ql_DrO、Ql_Dr變?yōu)楦唠娖?，第一功率管零電壓開(kāi)通，Q34_DrO、Q34_Dr也同時(shí)變?yōu)楦唠娖剑谌?、第四功率管也同時(shí)導(dǎo)通；由于負(fù)載是具有大容量濾波電容的整流橋負(fù)載，所以從&時(shí)刻開(kāi)始隨著交流電源電壓升高，交流固態(tài)功率控制器電流逐漸增大，tn時(shí)刻達(dá)到限流閥值Uthl，進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出Limiting信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，Ql_DrO、Ql_Dr、Q2_DrO、Q2_Dr也同時(shí)變?yōu)榈碗娖剑谝?、第二功率管立刻關(guān)斷，第三、第四功率管維持導(dǎo)通A11時(shí)刻開(kāi)始交流電源通過(guò)第三、第四功率管和限流電阻向整流橋負(fù)載電容充電，t12時(shí)刻負(fù)載電壓平均值達(dá)到第二電壓閥值Uth2即額定電源電壓平均值的75%左右，等待t13時(shí)刻交流固態(tài)功率控制器電流變?yōu)榱銜r(shí)，過(guò)零轉(zhuǎn)換信號(hào)ZVS_0N信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，t13時(shí)刻解除限流狀態(tài)，BACK信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑琎l_DrO、Ql_Dr、Q2_DrO、Q2_Dr也同時(shí)變?yōu)楦唠娖?，交流固態(tài)功率控制器重新繼續(xù)開(kāi)通，接下來(lái)交流電源通過(guò)第一、第二功率管向整流橋負(fù)載電容充電，直至穩(wěn)態(tài)供電。
[0035]圖9中t14時(shí)刻交流固態(tài)功率控制器的外部開(kāi)關(guān)命令CMD由高變低(關(guān)斷命令)，CMDO和CMDl也立刻由低變高；此時(shí)由于負(fù)載電流處于正半周期(I+為高電平)，因此Q2pre、Q2_DrO、Q2_Dr首先變?yōu)榈碗娖?，然后Q34DrO、Q34Dr也隨即變?yōu)榈碗娖?，第二、第三、第四功率管關(guān)斷；t15時(shí)刻負(fù)載電流從正值變?yōu)榱?，由于第二功率管已?jīng)關(guān)斷,所以t15時(shí)刻交流回路自然過(guò)零關(guān)斷；t16時(shí)刻，1-變?yōu)楦唠娖剑谝还β使荜P(guān)斷。
[0036] 圖10交流固態(tài)功率控制器裝置起動(dòng)過(guò)程或者在正常導(dǎo)通過(guò)程中發(fā)生在短路故障并限流然后關(guān)斷保護(hù)的波形圖。t17時(shí)刻交流固態(tài)功率控制器的外部開(kāi)關(guān)命令CMD由低變高(開(kāi)通命令)，CMDO和CMDl也立刻由低變高；此時(shí)由于交流電源電壓Us處于正半周期(U+為高電平)，因此Q2pre、Q2_DrO、Q2_Dr首先變?yōu)楦唠娖?，第二功率管開(kāi)通；t18時(shí)刻交流電源電壓由正變負(fù)，主回路經(jīng)第一功率管的寄生體二極管和第二功率管的導(dǎo)電溝道自然導(dǎo)通，t19時(shí)刻Qlpre、Ql_DrO、Ql_Dr變?yōu)楦唠娖?，第一功率管零電壓開(kāi)通，Q34_DrO、Q34_Dr也同時(shí)變?yōu)楦唠娖?，第三、第四功率管也同時(shí)導(dǎo)通；由于負(fù)載已經(jīng)被短路，所以從t19時(shí)刻開(kāi)始隨著交流電源電壓升高，交流固態(tài)功率控制器短路電流迅速上升，t20時(shí)刻達(dá)到限流閥值Uthl，進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出Limiting信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，Ql_DrO、Ql_Dr、Q2_DrO、Q2_Dr也同時(shí)變?yōu)榈碗娖?，第一、第二功率管立刻關(guān)斷，第三、第四功率管維持導(dǎo)通；從t2(l時(shí)刻開(kāi)始，延時(shí)設(shè)定的Λ T時(shí)間(約為電源周期的1/4)在t21時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)短的低電平脈沖麗(脈沖寬度為數(shù)十個(gè)μ s)，此時(shí)判斷負(fù)載電壓平均值是否大于第三電壓閥值Uth3 ;Uth3為交流固態(tài)功率控制器帶最大容性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)、負(fù)載電壓平均值在A(yíng)T時(shí)間內(nèi)的最小上升量；由于負(fù)載已經(jīng)被短路，所以短路故障信號(hào)SHORT必然在t21時(shí)刻變?yōu)榈碗娖?，然后過(guò)零開(kāi)關(guān)電路和狀態(tài)鎖存電路鎖存該故障狀態(tài)，SHOTED信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，Q34DrO、Q34Dr也隨即變?yōu)榈碗娖剑谌?、第四功率管關(guān)斷，短路保護(hù)過(guò)程完成。t22時(shí)刻CMD信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑搪饭收湘i存狀態(tài)SHOTED信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，故障?fù)位完成，等待下次開(kāi)通命令。
【權(quán)利要求】
1.一種交流固態(tài)功率控制器的限流控制方法，交流固態(tài)功率控制器的功率主電路包含主支路和檢測(cè)電阻，主支路由第一功率管(Ql)和第二功率管(Q2)反串聯(lián)組成，其特征在于限流控制方法包括如下步驟: (1)在交流固態(tài)功率控制器的功率主電路中設(shè)置限流支路，限流支路和主支路并聯(lián)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸入端連接外部交流電源，另一端與檢測(cè)電阻串聯(lián)，作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸出端連接負(fù)載至功率地；限流支路由第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)和限流電阻(Rumit)組成，第三功率管(Q3)和第四功率管(Q4)反串聯(lián)后與限流電阻(Rumit)串聯(lián)； (2)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器接收到開(kāi)通命令時(shí)，首先判斷此時(shí)交流電源電壓處于正半周期還是負(fù)半周期:若交流電源電壓處于正半周期，則立即開(kāi)通第二功率管(Q2)，然后等待交流電源電壓由正變負(fù)以后再開(kāi)通第一功率管(Q1)，并立刻開(kāi)通第三和第四功率管(Q3、Q4);若接收到開(kāi)通命令時(shí)交流電源電壓處于負(fù)半周期，則立即開(kāi)通第一功率管(Q1)，然后等待交流電源電壓由負(fù)變正以后再開(kāi)通第二功率管(Q2)，并立刻開(kāi)通第三和第四功率管(Q3、Q4);從而完成在半個(gè)電源電壓周期內(nèi)自然零電壓開(kāi)通交流固態(tài)功率控制器； (3)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器的負(fù)載為大容量阻容性負(fù)載或者具有較大濾波電容的整流橋負(fù)載時(shí)，則交流固態(tài)功率控制器在零電壓開(kāi)通過(guò)程完成后，第一、第二、第三、第四功率管均已導(dǎo)通，交流固態(tài)功率控制器的電流隨著交流電壓的增加而快速上升，當(dāng)檢測(cè)到交流固態(tài)功率控制器電流絕對(duì)值大于設(shè)定的限流閥值時(shí)，則立刻關(guān)斷第一和第二功率管(Q1、Q2)，并延時(shí)設(shè)定時(shí)間檢測(cè)負(fù)載電壓平均值；若此時(shí)負(fù)載電壓平均值上升至設(shè)定的第三電壓閥值，則檢測(cè)負(fù)載電壓平均值是否達(dá)到設(shè)定的第二電壓閥值，若達(dá)到則重新開(kāi)通第一和第二功率管(Q1、Q2)； (4)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器接收到關(guān)斷命令時(shí)或者由于過(guò)流故障而延時(shí)關(guān)斷時(shí)，首先判斷此時(shí)負(fù)載是否有電流以及負(fù)載電流處于正半周期還是負(fù)半周期:若負(fù)載無(wú)電流，則立刻關(guān)斷第一、第二、第三、第四功率管(91、92、03、04);若負(fù)載電流處于正半周期，則立即關(guān)斷第二、第三、第四功率管(Q2、Q3、Q4)，然后等待負(fù)載電流由正變負(fù)時(shí)自然過(guò)零關(guān)斷，再關(guān)斷第一功率管(Ql);若負(fù)載電流處于負(fù)半周期，則立即關(guān)斷第一、第三、第四功率管(Q1、Q3、Q4)，然后等待負(fù)載電流由負(fù)變正時(shí)自然過(guò)零關(guān)斷，再關(guān)斷第二功率管(Q2);從而在半個(gè)電源周期內(nèi)自然零電流關(guān)斷交流固態(tài)功率控制器； (5)當(dāng)交流固態(tài)功率控制器在啟動(dòng)或正常導(dǎo)通過(guò)程中發(fā)生短路故障時(shí)，則在檢測(cè)到交流固態(tài)功率控制器電流絕對(duì)值大于設(shè)定的限流閥值時(shí)，立刻關(guān)斷第一和第二功率管(Q1、Q2)，并延時(shí)設(shè)定時(shí)間檢測(cè)負(fù)載電壓平均值；若此時(shí)負(fù)載電壓平均值未能上升至設(shè)定的第三電壓閥值，則認(rèn)為發(fā)生短路故障，此時(shí)關(guān)斷第三和第四功率管(Q3、Q4)。
2.一種具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器，包括主功率電路、電源電壓檢測(cè)電路、電壓正負(fù)半周判斷電路、負(fù)載電流檢測(cè)電路、電流正負(fù)半周判斷電路、有效值轉(zhuǎn)換電路、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路、短路判斷電路、功率管狀態(tài)比較判斷電路、負(fù)載狀態(tài)比較判斷電路、隔離電路和隔離電源模塊，其特征在于: 主功率電路包括主支路、限流支路和檢測(cè)電阻；主支路由第一功率管(Ql)和第二功率管(Q2)反串聯(lián)組成；限流支路由第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)和限流電阻(Rumit)組成，第三功率管(Q3)和第四功率管(Q4)反串聯(lián)后與限流電阻(Rumit)串聯(lián)；主支路和限流支路并聯(lián)，該并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸入端連接外部交流電源；另一端與檢測(cè)電阻串聯(lián)，作為交流固態(tài)功率控制器的功率輸出端連接負(fù)載至功率地； 交流固態(tài)功率控制器還包括: 負(fù)載電壓平均值檢測(cè)電路，包括負(fù)載電壓檢測(cè)電路、第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、平均值轉(zhuǎn)換電路；負(fù)載電壓檢測(cè)電路檢測(cè)功率輸出端和功率地之間的電壓，負(fù)載電壓檢測(cè)電路的輸出連于第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第三絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于平均值轉(zhuǎn)換電路，平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出分別連于短路判斷電路和解除限流態(tài)判斷電路； 進(jìn)入限流態(tài)判斷電路，包括第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、第九比較器(Comp9)、第一 D觸發(fā)器(U16)、第四與非門(mén)(U17);負(fù)載電流檢測(cè)電路的輸出連于第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第一絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第九比較器(Comp9)的正極性輸入端,第九比較器(Comp9)的負(fù)極性輸入端連于第一電壓閥值(Uthl),第九比較器(Comp9)的輸出連于第一 D觸發(fā)器(U16)的上升沿觸發(fā)端(CLK)，第一 D觸發(fā)器(U16)的D端接低電平，第四與非門(mén)(U17)的一個(gè)輸入端連于隔離電路的輸出，第四與非門(mén)(U17)的另一個(gè)輸入端連于解除限流態(tài)判斷電路的輸出，第四與非門(mén)(U17)的輸出連于第一 D觸發(fā)器的置位端； 解除限流態(tài)判斷電路，包括功率輸入輸出電壓差動(dòng)檢測(cè)電路、第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路、第十比較器(Comp 10)、第^ 比較器(ComplI)、第一三輸入或門(mén)(U18);功率輸入輸出電壓差動(dòng)檢測(cè)電路檢測(cè)交流固態(tài)功率控制器的功率輸入和功率輸出的電壓差，其輸出連于第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路，第二絕對(duì)值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十比較器(ComplO)的正極性端，第十比較器(ComplO)的負(fù)極性端連于控制電路參考地，第十比較器(ComplO)的輸出(ZVS_0N)連于第一三輸入或門(mén)(U18)的輸入，進(jìn)入限流態(tài)判斷電路輸出信號(hào)(Limiting)也連于第一三輸入或門(mén)(U18)的輸入，平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十一比較器(Compll)的負(fù)極性端，第^ 比較器(ComplI)的正極性端連于第二電壓閥值(Uth2),第^ 比較器(ComplI)的輸出連于第一三輸入或門(mén)(U18)的輸入，第一三輸入或門(mén)(U18)的輸出(BACK)連于第四與非門(mén)(U17)的輸入； 驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成電路，包括第一與門(mén)(U13)，第二與門(mén)(U14)、第三與門(mén)(U15)和第一驅(qū)動(dòng)隔離電路，第二驅(qū)動(dòng)隔離電路和第三驅(qū)動(dòng)隔離電路；進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出和過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路輸出的第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)(Qlpre)輸入至第一與門(mén)(U13),第一與門(mén)(U13)的輸出連于第一驅(qū)動(dòng)隔離電路,第一驅(qū)動(dòng)隔離電路輸出連于第一功率管柵極；進(jìn)入限流態(tài)判斷電路輸出和過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路輸出的第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)(Q2pre)輸入至第二與門(mén)(U14)，第二與門(mén)(U14)的輸出連于第二驅(qū)動(dòng)隔離電路，第二驅(qū)動(dòng)隔離電路輸出連于第二功率管柵極；第一功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)(Qlpre)和第二功率管過(guò)零開(kāi)關(guān)信號(hào)(Q2pre)輸入至第三與門(mén)(U15)，第三與門(mén)(U15)的輸出連于第三驅(qū)動(dòng)隔離電路，第三驅(qū)動(dòng)隔離電路的輸出連于第三功率管和第四功率管的柵極。
3.如權(quán)利要求2所述的具有限流功能的交流固態(tài)功率控制器，其特征在于短路判斷電路包括第十二比較器(Compl2)、延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊(U19)、第二三輸入或門(mén)(U20);進(jìn)入限流態(tài)判斷電路的輸出連于延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊(U19)的輸入端和第二三輸入或門(mén)(U20)的輸入端，延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊(U19)的輸出連于第二三輸入或門(mén)(U20)的輸入端，延遲觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)模塊(U19)在限流態(tài)判斷電路的輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)延遲設(shè)定時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)低電平短 脈沖；平均值轉(zhuǎn)換電路的輸出連于第十二比較器(Compl2)的正極性端，第十二比較器(Compl2)的負(fù)極性端連于第三電壓閥值(Uth3);第十二比較器(Compl2)的輸出連于第二三輸入或門(mén)(U20)的輸入端，第二三輸入或門(mén)(U20)的輸出(SHORT)連于過(guò)零開(kāi)關(guān)和狀態(tài)鎖存電路 。
【文檔編號(hào)】H03K17/567GK103916112SQ201410162049
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】王莉, 阮立剛, 葉家瑜 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)