一种固态开关的快速切换控制方法与流程

本发明涉及电子开关领域，尤其涉及一种固态开关的快速切换控制方法。

背景技术：

随着精细工业的发展，对电能质量的要求越来越高,而电能质量的首要问题是电压跌落，电压跌落给汽车行业及其它行业造成了巨大的损失，因此，电压跌落与中断已上升为最重要的电能质量问题之一，已成为全社会对供电质量提出的新挑战。目前在电能质量控制技术中，电力电子装置以其快速可控的特性越来越发挥着重要作用。国内外已发开了许多的装置，包括有源滤波器、固态电子转换开关、动态电压恢复器等，其中，固态电子转换开关是性价比最高的方案。

固态电子开关的切换方式通常有过零切换和强迫切换两种。过零切换方式是指在主电源侧关断后才出发备用侧晶闸管的切换方法，实际上是一种“接通前断开(Break Before Make)”的切换方式，可以最大程度地避免两个电源的并联运行，但是这种方法的缺点是切换时间太长。强迫切换是一种“断开前接通”的切换方式，强迫切换时，两侧晶闸管之间是否产生环流与切换时连个电源的电压大小、相位，电流的方向及控制系统所采用的控制算法有关。强迫切换从原理上可以实现固态电子开关的快速切换，但由于实际中电流传感器的测量精度是有限的，较难精确测量小至晶闸管维持电流值，因此在电流很小时，电流方向是无法准确测量的，若切换错误会导致电源之间产生较大环流。

因此，在固态电子开关组成的双电源切换系统中，为了实现固态开关快速切换且电流冲击小，开关的快速切换控制技术显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种固态开关的快速切换控制方法，解决了现有技术中固态电子开关切换时间过长及由于电流传感器的测量精度有限导致容易切换错误的技术问题。

本发明实施例提供的一种固态开关的快速切换控制方法，包括：

第一电源、第二电源和敏感负载；

第一电源通过两个正反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管与敏感负载串联，并向敏感负载供电；

第二电源通过两个正反向并联的第三晶闸管和第四晶闸管与敏感负载串联；

快速切换控制方法步骤包括：

S1、设定电压投切安全区，电压投切区需满足预置条件一或预置条件二，预置条件一包括：公式一和公式二，公式一具体为：

$\stackrel{\·}{U}\>0;$

公式二具体为：

U₁＜U＜0；

预置条件二包括：公式三和公式四，公式三具体为：

$\stackrel{\·}{U}\<0;$

公式四具体为：

0＜U＜U₂；

其中，为第三晶闸管和第四晶闸管两端电压斜率，用于判断电压升降趋势，U为第三晶闸管和第四晶闸管两端电压值；U₁为第一阈值电压，U₂为第二阈值电压；

S2、第一电源侧发生电压暂降时，关闭第一晶闸管和第二晶闸管的触发信号，并判断U是否处于电压安全投切区，若是，则投入第二电源，否则，继续等待直到U处于电压安全投切区。

可选地，第一电源为主供电源或备用电源；

第二电源为备用电源或主供电源。

可选地，第一阈值电压和第二阈值电压根据传感器精度、信号调理电路精度及投切速度进行设置。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种固态开关的快速切换控制方法，包括：第一电源、第二电源和敏感负载；第一电源通过两个正反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管与敏感负载串联，并向敏感负载供电；第二电源通过两个正反向并联的第三晶闸管和第四晶闸管与敏感负载串联；快速切换控制方法步骤包括：S1、设定电压投切安全区，电压投切区需满足预置条件一或预置条件二，预置条件一包括：公式一和公式二；预置条件二包括：公式三和公式四；S2、第一电源侧发生电压暂降时，关闭第一晶闸管和第二晶闸管的触发信号，并判断U是否处于电压安全投切区，若是，则投入第二电源，否则，继续等待直到U处于电压安全投切区，并通过在电压安全区投切加快故障侧晶闸管关断，解决了现有技术中固态电子开关切换时间过长及由于电流传感器的测量精度有限导致容易切换错误的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种固态开关的快速切换控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种固态开关电路结构图；

图3为本发明实施例提供的一种固态开关的快速切换控制的电压投切安全区域和危险投切区域。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种固态开关的快速切换控制方法，用于解决现有技术中固态电子开关切换时间过长及由于电流传感器的测量精度有限导致容易切换错误的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种固态开关的快速切换控制方法，包括：

第一电源、第二电源和敏感负载；

第一电源通过两个正反向并联的第一晶闸管和第二晶闸管与敏感负载串联，并向敏感负载供电；

第二电源通过两个正反向并联的第三晶闸管和第四晶闸管与敏感负载串联；

快速切换控制方法步骤包括：

S1、设定电压投切安全区，电压投切区需满足预置条件一或预置条件二，预置条件一包括：公式一和公式二，公式一具体为：

$\stackrel{\·}{U}\>0;$

公式二具体为：

U₁＜U＜0；

预置条件二包括：公式三和公式四，公式三具体为：

$\stackrel{\·}{U}\<0;$

公式四具体为：

0＜U＜U₂；

其中，为第三晶闸管和第四晶闸管两端电压斜率，用于判断电压升降趋势，U为第三晶闸管和第四晶闸管两端电压值；U₁为第一阈值电压，U₂为第二阈值电压；

S2、第一电源侧发生电压暂降时，关闭第一晶闸管和第二晶闸管的触发信号，并判断U是否处于电压安全投切区，若是，则投入第二电源，否则，继续等待直到U处于电压安全投切区。

进一步地，第一电源为主供电源或备用电源；

第二电源为备用电源或主供电源。

进一步地，第一阈值电压和第二阈值电压根据传感器精度、信号调理电路精度及投切速度进行设置。

需要说明的是，电压投切安全区域是指在电流很小时，电流方向和过零状态不确定的情况下，在该电压区域内投入备用侧电源可以强迫主供电源侧晶闸管关断，安全快速的恢复负载供电。假定敏感负载由主供电源侧供电，若满足公式一和公式二，即备用侧电源晶闸管两端电压的斜率大于0且备用侧电源晶闸管两端电压小于0且大于设定的第一阀值电压，如图3中的K1N区域；若满足公式三和公式四，即备用侧电源晶闸管两端电压的斜率小于0且备用侧电源晶闸管两端电压大于设定的第二阀值电压，如图3中的K2P区域。其中为第三晶闸管和第四晶闸管两端电压斜率，用于判断电压升降趋势，U为第三晶闸管和第四晶闸管两端电压值；U₁为第一阈值电压，U₂为第二阈值电压。图3中的K1N区域和K2P即为电压投切安全区。反之，图3中K1P区域和K2N区域为电压投切危险区。

若主供电源侧发生电压暂降，则关闭主供电源侧晶闸管触发信号，并开始判断U是否处于安全投切区，若是，即在该区域内投入备用侧电源，否则，继续等待直到电压处于安全投切区然后投入备用侧电源。具体的投切过程如下：

假定敏感负荷由图2中主供侧电源供电，若主供侧电流为正向时，即由电源流向负载，第一晶闸管(MP)导通，当检测到备用侧电源两端电压在电压安全投切区K1N区域时，投入备用侧的晶闸管，第四晶闸管(AN)先导通，虽然投错晶闸管，但是由于电压很快由负变成正向，第四晶闸管承受反压而关断，不会产生很大的冲击，随后第三晶闸管(AP)导通，强迫第一晶闸管关断；当检测到备用侧电源两端电压在K2P区域时，投入备用侧的晶闸管，第三晶闸管先导通，此时可强迫第一晶闸管关断，合理选择参数可以保证关断第一晶闸管。若主供电源侧电流为负向时，即由负载流向电源，第二晶闸管(MN)导通，当检测到电压在K1N区域时，投入备用侧晶闸管，第四晶闸管先导通，此时可强迫第二晶闸管关断，合理选择参数可以保证短时间关断第二晶闸管；当检测到电压在K2P区域时，投入备用侧晶闸管，第三晶闸管先导通，不会产生很大的换流，随后第四晶闸管导通，强迫第二晶闸管关断。若电压处在电压危险投切区域，若强行投入备用侧电源，则会在主供侧电源和备用侧电源会产生较大的环流。

若敏感负荷由备用侧电源供电，步骤与以上步骤类似，此处不再赘述。

其中，如图2所示，主供侧电源与第一晶闸管、第二晶闸管之间以及备用侧电源与第三晶闸管、第四晶闸管间均设置有逻辑控制电路，主要用于判断电压暂降并根据条件选择是否触发晶闸管。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。