专利名称：一种交流固态功率开关的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于交流电气负载控制的固态功率开关的控制方法。
背景技术：
在当前的机电控制方法和交流配电系统中，对交流电气负载的开关控制一般 有两种方式 一种是通过传统的机电式电磁继电器、断路器、接触器或机械电气 开关；另一种是使用固态功率电子开关如固态继电器。在交流供电系统中，为了 减少固态功率开关的接通和断开对供电系统和环境的电磁干扰，要求控制方法具 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的功能。目前普 遍使用的固态功率开关为双向可控硅，配以专用的过零检测专用器件。由于该方 法存在着可控硅接通电压降大、自身功耗多、每次过零后都需要一次触发以及因 触发电路的延时原因并不具备真正意义的过零接通等方面的弊病，所以它在中小 功率负载控制的领域有着较大的局限性。
发明内容
本发明涉及一种交流固态功率开关的控制方法，解决了现有技术中存在的可 控硅接通电压降大、自身功耗多、触发次数多等问题。本发明提供一种交流固态 功率开关的控制方法，包括控制信号输入端、二个固态开关MOSFET、负载电流 极性采样电路、负载电压极性采样电路、二个D型触发器、电流采样电阻和隔离 电源，其特征在于，包括如下步骤
1) 将二个固态开关MOSFET串联在交流电源进端，使得二只固态开关 MOSFET的源极S通过电流采样电阻连在一起；
2) 将一个固态开关MOSFET的漏极D与交流电源进端Vin连接，此固态开关 MOSFET为负控开关，由负控D型触发器输出的驱动信号Drv-控制其接通或断开； 将另一个固态开关MOSFET的漏极D与功率输出端Vout相连接，此固态开关 MOSFET为正控开关，由正控D型触发器输出的驱动信号Drv+控制其接通或断开；当正控D型触发器和负控D型触发器输出的驱动信号Drv-和Drv+为零电平时， 正控开关和负控开关均处于关断状态，他们内部的寄生二极管反向阻挡特性，使 负载回路处于断开状态；将双向电压瞬态抑制器的两端分别与负控开关和正控开 关的漏极相连接；
3) 将隔离电源输出的辅助激励电源地接在负控开关的源极S上，将控制信号 输入端分别连接到正控D型触发器和负控D型触发器数据端口 ，控制信号输入端 输出的开关控制信号，控制负载回路接通和断开；
4) 电压极性采样电路检测交流电源回路或固态功率开关回路上的交流电压 极性，当该交流电压差为正时，输出信号V+;当该交流电压差为负时，输出信 号V-;
5) 电流极性采样电路检测负载回路电流的极性，通过采集采样电阻上的电 压差获得负载回路电流的极性，当该电压差为正时负载回路电流方向为正，输出 信号I+;当该电压差为负时负载回路电流方向为负，输出信号I-;
6) 当负载回路的电流或电源回路的电压的极性发生变化时，输出的V+、 1+ 信号经过逻辑门电路输出CLK+， CLK+把正控D型触发器数据端口D上的开关控 制信号输出成驱动信号Drv+至正控开关；输出的V-、 I-信号经过逻辑门电路输出 CLK-，CLK-把负控D型触发器数据端口D上的开关控制信号输出成驱动信号Drv-至负控开关；
7) Drv+信号变为高电平，使正控开关开通，Drv+信号变为低电平，使正控 开关关闭，Drv-信号变为高电平，使负控开关开通，Drv-信号变为低电平，使负 控开关关闭。
所述的正控开关为增强型金属氧化物半导体场效应晶体管，所述的正控开关 和负控开关内分别设有寄生二极管。所述的负控开关为增强型金属氧化物半导体 场效应晶体管。所述的逻辑门电路可以为一个乘法器和一个加法器。所述的逻辑 门电路可以为一个加法器。
本发明的优点在于本发明通过对交流电气的接通和断开控制，实现一次 触发、自然过零开通和关断的效果，受其他因素干扰小、功耗低。
5附图l为本发明实施例l的控制原理框附图2是本发明实施例1控制阻性负载的控制波形附图3是本发明实施例1控制容性负载的控制波形附图4是本发明实施例1控制感性负载的控制波形附图5是本发明的实施例2的控制原理框附图6是本发明的实施例2控制感性负载的控制波形图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
一种交流固态功率开关的控制方法，包括控制信号输入端l、 二个固态开关
MOSFET、负载电流极性采样电路2、负载电压极性采样电路3、 二个D型触发器、 电流采样电阻4和隔离电源5，其特征在于，包括如下步骤
1) 将二个固态开关MOSFET串联在交流电源6的进端，使得二只固态开关 MOSFET的源极S通过电流采样电阻4连在一起；
2) 将一个固态开关MOSFET的漏极D与交流电源6的进端Vin连接，此固态 开关MOSFET为负控开关7，由负控D型触发器8输出的驱动信号Drv-控制其接通 或断开；将另一个固态开关MOSFET的漏极D与交流负载9 (即功率输出端Vout) 相连接，此固态开关MOSFET为正控开关IO，由正控D型触发器11输出的驱动信 号Drv+控制其接通或断开；当正控D型触发器和负控D型触发器8输出的驱动信号 Drv-和Drv+为零电平时，正控开关和负控开关均处于关断状态，他们内部的寄生 二极管12反向阻挡特性，使负载回路处于断开状态；将双向电压瞬态抑制器13
的两端分别与负控开关和正控开关的漏极相连接；
3) 将隔离电源5输出的辅助激励电源地接在负控开关的源极S上，将控制信 号输入端分别连接到正控D型触发器和负控D型触发器数据端口 ，控制信号输入 端输出的开关控制信号，控制负载回路接通和断开；
4) 电压极性采样电路3检测交流电源回路或固态功率开关回路上的交流电 压极性，当该交流电压差为正时，输出信号V+;当该交流电压差为负时，输出 信号V-;
5) 电流极性采样电路检测负载回路电流的极性，通过采集采样电阻上的电压差获得负载回路电流的极性，当该电压差为正时负载回路电流方向为正，输出 信号I+;当该电压差为负时负载回路电流方向为负，输出信号I-;
6) 当负载回路的电流或电源回路的电压的极性发生变化时，输出的V+、 1+ 信号经过逻辑门电路输出CLK+， CLK+把正控D型触发器数据端口D上的开关控 制信号输出成驱动信号Drv+至正控开关；输出的V-、 I-信号经过逻辑门电路输出 CLK-，CLK-把负控D型触发器数据端口D上的开关控制信号输出成驱动信号Drv-至负控开关；
7) Drv+信号变为高电平，使正控开关开通，Drv+信号变为低电平，使正控 开关关闭，Drv-信号变为高电平，使负控开关开通，Drv-信号变为低电平，使负 控开关关闭。
在负载回路开通或关闭的操作过程中，分二次分别对二只固态开关MOSFET 进行开通或关闭操作。第一次对某一只固态开关MOSFET执行接通或关闭操作后 的半个交流电源周期内，负载回路的接通或断开状态不会改变，且一直维持到负 载回路的电压或电流过零时间点。第二次对另一只固态开关MOSFET执行接通或 关闭操作时，负载回路的接通或断开状态已经发生了改变，即从接通变为断开或 从断开变为接通。
所述的正控开关为增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。所述的负控开关 为增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。增强型金属氧化物半导体场效应晶体 管(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)，简称为MOSFET。双向 电压瞬态抑制器的两端分别与负控开关和正控开关的漏极相连接，对MOSFET 起护作用；
负控开关的漏极D连接交流电源进端Vin，负控D型触发器输出的驱动信号 Drv-控制负控开关的接通或断开。正控开关的漏极D连接功率输出端Vout，正控 D型触发器输出的驱动信号Drv+控制正控开关接通或断开。当正控D型触发器和 负控D型触发器输出的驱动信号Drv-和Drv+为零电平时，正控开关和负控开关均 处于关断状态，他们内部的寄生二极管相向阻挡特性，使负载回路处于断开状态。
正控D型触发器的输出端口与正控开关的栅极相连接，负控D型触发器的输 出端口与负控开关的栅极相连接，正控开关的漏极和负控开关的漏极分别与双向 电压瞬态控制器的两端相连接，双向电压瞬态抑制器起保护MOSFET作用。正控开关的源极和负控开关的源极分别与电流采样电阻的两端相连接，隔离电源地接在负控开关的源极上，隔离电源銜出的辅助激励电源地接在MOSFET的源极S上。所述的逻辑门电路可以为一个加法器，也可以为一个乘法器和一个加法器的组合。所述的正控开关和负控开关内分别设有寄生二极管。所述的线路电压极性采样电路模块有一端接地。
具体实施例设计电路如下
设置控制信号输入端，用于输入开/关控制信号；设置隔离电源；设置正控开关和负控开关，隔离电源地接在负控开关的源极上，交流电源与负控开关的漏极相连接，正控开关的漏极通过交流负载接地；
在正控开关和负控开关之间设置双向电压瞬态控制器、电流采样电阻和负载电流极性采样电路模块，双向电压瞬态控制器的两端分别与正控开关的漏极和负控开关的漏极相连接，电流采样电阻的两端分别与正控开关的源极和负控开关的源极相连接，负载电流极性采样电路模块分别与正控开关的源极和负控开关的源极相连接；
设置正控D型触发器和负控D型触发器，所述的正控D型触发器的数据端口和负控D型触发器的数据端口分别与控制信号输入端相连接，正控D型触发器的输出端口与正控开关的栅极相连接，负控D型触发器的输出端口与负控开关的栅极相连接；
设置线路电压极性采样电路模块和负载电流极性采样电路模块，线路电压极性采样电路模块与交流电源相连接，线路电压极性采样电路检测交流电源进端Vin与交流电源地之间的交流电压极性(如附图l实施例l)，或者检测交流电源进端Vin与交流功率输出Vout之间的交流电压极性(如附图5实施例2);
设置第一逻辑门电路14，第一逻辑门电路的输入端与负载电流极性采样电路模块相连接，第一逻辑门电路的输入端与线路电压极性采样电路模块相连接，第一逻辑门电路的输出端与正控D型触发器的时钟信号接口相连接；
设置第二逻辑门电路15，第二逻辑门电路的输入端与负载电流极性采样电路模块相连接，第二逻辑门电路的输入端与线路电压极性采样电路模块相连接，第二逻辑门电路的输出端与负控D型触发器的时钟信号接口相连接。
实施例l为两个逻辑门电路各有一个乘法器和一个加法器的交流固态功率开
8关的控制方法。实施例2为两个逻辑门电路各有一个加法器的交流固态功率开关 的控制方法。
图1为本发明实施例1的控制原理框图。
正控开关的源极和负控开关的源极分别与负载电流极性采样电路模块相连 接，负载电流极性采样电路模块分别与两个逻辑门电路的输入端相连接，两个逻 辑门电路的输出端与正控D型触发器的时钟信号接口相连接和负控D型触发器的
时钟信号接口相连接，交流电源与线路电压极性采样电路模块相连接，线路电压 极性采样电路模块分别与两个逻辑门电路的输入端相连接。
电压极性采样电路模块检测交流电源回路电压的极性，当交流电压Vin为正 极性，输出信号V+;电压Vin为负极性，输出信号V-。电流极性采样电路检测负 载回路电流的极性，通过采集采样电阻上的电压差(Va-Vb)获得负载回路电流 的极性。当负载回路电流方向为正时(即V^Vb)，输出信号I+;当负载回路电 流方向为负时(即Va〈Vb),输出信号I-。
所述的正控D型触发器的数据端口和负控D型触发器的数据端口分别与开/ 关控制信号相连接，D型触发器的触发时针信号CLK为高电平上升沿触发。当负 载回路的电流或线路电压的极性发生变化时，输出的V+、 1+或V-、 I-信号经过 逻辑门电路输出CLK+或CLK-， CLK+或CLK-把其相应的D型触发器数据端口D 上的开/关控制信号输出成驱动信号Drv+和Drv-至正控开关MOSFET或负控开关 MOSFET，以达到接通或断开负载回路的目的。
在实施例1中，
CL+ = It + V+ K CL-=I- + V- *TT
在表达式中，V+和V-在有I-和I+时被抑制，能够确保在容性或感性负载时， 电流和电压有相位差的情况下，CLK+和CLK-只在零电流时刻触发。
假定负载回路处于断开状态，在某一时刻，开/关控制信号变化为逻辑高电 平，目的是要求接通负载回路。按照零电压接通的要求，通过检测负载回路的电 压极性来获取交流固态功率开关的转换时机。交流电源电压的极性是随时间发生 改变的，假定极性由正极性变为负极性，此时电压极性采样电路输出V-信号，而负载回路还没有电流，即1+=1-=0。 CLK-就会随着V-信号变化产生一个高电平触 发脉冲，该触发脉冲的上升沿使负控D型触发器的数据端口D上的高电平锁存并 输出至其输出端口Q上形成Drv-信号，Drv-信号变为高电平，使负控开关MOSFET 开通。由于此时电源电压为负极性，而正控开关MOSFET还未开通，所以尽管负 控开关MOSFET已开通，此时的负载回路并没有电流通过。经过半个交流电源的 频率周期，电压极性发生改变，从负极性变为正极性，即Vh^Vout，负载回路就 开始有正向电流。电流从交流电源进端经过负控开关MOSFET的D-S沟道(上半 个周期时刻被开通)、采样电阻、正控开关MOSFET的内置寄生二极管到Vout， 流入交流负载至交流电源地。紧接着，该负载回路内的正向电流在采样电阻上形 成电压差(Va-Vb)被电流极性采样电路检测到，并输出正向电流信号I+, I+信 号经逻辑门电路产生CLK+信号，CLK+使正控D型触发器的数据端口D上的高电 平锁存并输出至其输出端口Q上形成Drv+信号，Drv+信号变为高电平，使正控开 关MOSFET开通。由于正控开关MOSFET的D-S沟道被开通，原来流经正控开关 MOSFET内置寄生二极管内的电流就转移至从正控开关的D-S沟道流过。因为 D-S沟道间的电阻值很小，所以电流在D-S沟道上的功耗也很小。至此，正控开 关和负控开关都已完成开通操作，只要开/关控制信号保持为逻辑高电平，正控D 型触发器和负控D型触发器输出的Drv+和Drv-不会发生改变，正控开关和负控开 关持续开通，负载回路保持正常接通状态。
在经过若干时间以后，需要断开负载回路，就把开/关控制信号改变为逻辑 低电平。该逻辑低电平输入到正控和负控D型触发器的数据端口D上。按照零电 流关断的要求，通过检测负载回路的电流极性来获取交流固态功率开关的转换时 机。即只有在I+或I-过零时，才进行信号传替，逻辑门电路要能抑制V+和V-的影 响(如果有的话)，此时，CLK+和CLK-将随I+和I-的变化。假定在开/关控制信 号改变为逻辑低电平以后，电流极性从负极性变为正极性，此时电流极性采样电 路输出I+信号，I+信号使CLK+信号有效。CLK+的上升沿使正控D型触发器的数 据端口D上的低电平锁存并输出至其输出端口Q上形成Drv+信号，Drv+信号变为 低电平，使正控开关MOSFET断开，正控开关的D-S沟道被关闭。由于此刻的电 流为正向电流，在负载回路电压的作用下，该正向电流便由已关闭的正控开关的 D-S沟道转移至正控开关内的寄生二极管，使负载回路内的电流继续保持导通。
10随着时间的推移该电流会逐渐减少，最后为零。当电流顺着原来变化趋势要求产 生负极性电流时，由于正控开关的D-S沟道被关闭，其内部的寄生二极管阻挡了 负极性电流，因此不能形成负向电流，负载回路在电流为零后保持零电流，即被 关闭。此时交流回路的负向电压降在已关闭的正控开关上，电压极性采样电路输 出负向电压V-信号，V-信号使CLK-信号有效(此时I+和I-都为零)。负控D型触 发器在CLK-信号的作用下，其数据端口D上的低电平被锁存并输出至其输出端口 Q上形成Drv-信号，Drv-信号变为低电平，使负控开关MOSFET断开，负控开关 的D-S沟道被关闭。至此，正控开关和负控开关都关闭完毕，完成了负载回路的 断开操作。
本发明中，交流固态功率开关由2只背靠背连接的增强型MOSFET固态开关、 电压极性采样电路和电流极性采样电路组成。根据负载回路电压或电流极性的变 化，通过D型触发器锁存开/关控制信号，以半个交流电源周期的时间差依次开通 或关闭2只固态开关MOSFET。
在负载回路开通或关闭的操作过程中，分2次分别对2只固态开关MOSFET 进行开通或关闭操作。第l次对某一只固态开关MOSFET执行接通或关闭操作后 的半个交流电源周期内，负载回路的接通或断开状态不会改变，且一直维持到负 载回路的电压或电流过零时间点。第2次对另一只固态开关MOSFET执行接通或 关闭操作时，负载回路的接通或断开状态已经发生了改变，即从接通变为断开或 从断开变为接通。
固态开关MOSFET的开通或关闭，与其控制的负载回路的接通或断开不是同 是发生的。负载回路的接通或断开是在负载回路的电压或电流极性发生改变(即 过零)时完成的。通过对2只固态开关MOSFET的D-S沟道控制和利用它们内部寄 生二极管的单向导电特性，使负载回路在电压过零时自然接通，在电流过零时自 然截止，负载回路不会产生尖峰电流和电磁干扰。
本发明的交流固态功率开关的接通和断开控制方法，对每个功率开关仅进行 一次触发，正控开关和负控开关先后开通或关闭。利用交流电路的电压或电流的 交变特性和固态开关MOSFET内部寄生二极管的单向导电特性，使交流固态功率 开关满足零电压接通、零电流断开的要求。
图2为实施例1控制阻性负载的控制波形图。Vth+、 Vth-是电压极性采样电路的检测阀值；Ith+、 Ith-是电流极性采样电路 的检测阀值。负载回路的电流与电压同相，负载电流从零开始，按正弦波曲线变
化，电流过零时结束。V+和V-周期性变化；CLK+和CLK-周期性变化；Drv+和 Drv-在开/关信号变化后的一个频率周期内改变，在负载接通和断开的时间段内 保持不变。
图3为实施例1控制容性负载的控制波形图。
负载回路的电流超前于电源电压。因为负载回路是在电压为零时接通，并按 正弦波曲线变化，所以，容性负载电流从零开始，以最小回路电流充电后，按正 弦波曲线变化，电流过零时结束。CLK+和CLK-在开/关信号变化时后的一个频 率周期内不能保持周期性变化状态；Drv+和Drv-在开/关信号变化后的一个频率 周期内改变，在负载接通和断开的时间段内保持不变。
图4为实施例1控制感性负载的控制波形图。
负载回路的电流滞后于电源电压。因为负载回路是在电压为零时接通，并按 正弦波曲线变化，所以，感性负载电流从零开始，以最小回路电流上升后，按正 弦波曲线变化，电流过零时结束。CLK+和CLK-在开/关信号变化时后的一个频 率周期内不能保持周期性变化状态；Drv+和Drv-在开/关信号变化后的一个频率 周期内改变，在负载接通和断开的时间段内保持不变。
图5为本发明的实施例2的控制原理框图。
实施例2与实施例l的区别在于线路电压极性采样电路检测的是Vin和Vout之
间的电压差(Vin -Vout)。当Vin〉Vout时电压极性采样电路输出信号V+;当
ViiKVout时电压极性采样电路输出信号V-。 CLK+和CLK-的逻辑表达式为
01+= 1+ + V+ CL" = I画+ V-
在实施例2中， 一个共识为Vin与Vout两点之间的阻抗要么非常大(负载回路断 开时)，要么非常小(负载回路接通时)，所以，有I+时就没有V+;有V+时就 没有I+。同理I-和V-也是互斥的。在负载回路接通过程中，CLK+或CLK-的第一 次响应是由电压极性变化引起的，第二次响应是电流变化引起的；在负载回路断 开过程中，CLK+或CLK-的第一次响应是由电流极性变化引起的，第二次响应是 电压变化引起的。假定负载回路处于断开状态，在某一时刻，开/关控制信号变化为逻辑高电 平，目的是要求接通交流负载回路。按照零电压接通的要求，通过检测负载回路 的电压极性来获取交流固态功率开关的转换时刻。由于负载回路处于断开状态， 交流电源电压全部降在负控开关MOSFET和正控开关MOSFET上，其电压差(Vin -Vout)为零时就是交流负载回路接通的时刻。假定电压差极性由正极性变为负 极性，即ViiKVout，此时电压极性采样电路输出V-信号，而负载回路还没有电 流，即1+ = 1-=0。 V-信号经逻辑或门产生一个高电平触发脉冲CLK-，该触发脉 冲的上升沿使负控D型触发器的数据端口D上的高电平锁存并输出至其输出端口 Q上形成Drv-信号，Drv-信号变为高电平，使负控开关MOSFET(l)开通。由于此 时ViiKVout，而正控开关MOSFET的D-S沟道还未开通且其内置寄生二极管反向 截止，所以尽管负控开关MOSFET已开通，此时的交流负载回路并没有电流通过。 经过半个交流电源的频率周期，电压极性发生改变，即Vin〉Vout，负载回路就开 始有正向电流。电流从交流电源进端Vin经过负控开关MOSFET的D-S沟道(已开 通)、采样电阻、正控开关MOSFET的内置寄生二极管到Vout，流入交流负载至 交流电源地。紧接着，该负载回路内的正向电流在采样电阻的两端a点和b点上形 成电压差(Va-Vb)被电流极性采样电路检测到，并输出正向电流信号I+;由于 此时负控开关MOSFET的D-S沟道电阻和采样电阻的阻值很小，正控开关 MOSFET的内置寄生二极管的正向压降相对于电源电压来说也很小，故电压极性 采样电路不会输出V+信号，即丫+ = 0。 I+和V+信号经逻辑或门产生CLK+信号， CLK+使正控D型触发器的数据端口D上的高电平锁存并输出至其输出端口Q上 形成Drv+信号，Drv+信号变为高电平，使正控开关MOSFET开通。由于正控开 关MOSFET的D-S沟道被开通，其D-S沟道间的电阻值变得很小，原来流经正控 开关MOSFET内置寄生二极管内的电流就转移至从正控开关的D-S沟道流过。至 此，正控开关和负控开关都已完成开通操作，只要开/关控制信号保持为逻辑高 电平，正控D型触发器和负控D型触发器输出的Drv+和Drv-就不会发生改变，正
控开关和负控开关就保持持续开通，交流负载回路就保持正常接通状态。在交流 负载回路接通期间，Vin和Vout间的电压降很小，此时没有V+和V-信号。
在经过若干时间以后，需要断开负载回路，就把开/关控制信号改变为逻辑 低电平。该逻辑低电平输入到正控D型触发器和负控D型触发器的数据端口D上。按照零电流关断的要求，通过检测负载回路的电流极性来获取交流固态功率开关 的转换时机。即只有在I+或I-过零时，才进行信号传替。实施例2中，在负载回路 接通期间，没有V+和V-的信号，此时，CLK+和CLK-就只随I+或I-变化而变化。 假定在开/关控制信号改变为逻辑低电平以后，交变电流过零，电流极性从负极 性变为正极性，即从a点流向b点。此时电流极性采样电路输出I+信号，I+信号经 逻辑或门后产生CLK+信号。CLK+的上升沿使正控D型触发器的数据端口D上的 低电平锁存并输出至其输出端口Q上形成Drv+信号，Drv+信号变为低电平，使正 控开关MOSFET断开，正控开关的D-S沟道被关闭。由于此刻的电流为正向电流， 在负载回路电压的作用下，该正向电流便由已关闭的正控开关的D-S沟道转移至 正控开关内的寄生二极管，使负载回路内的电流继续保持导通。随着时间的推移 该电流会逐渐减少，最后为零。当电流顺着原来变化趋势要求产生负极性电流时， 由于正控开关的D-S沟道被关闭，其内部的寄生二极管阻挡了负极性电流，因此 不能形成负向电流，负载回路在电流为零后保持零电流，即被关闭。而此时交流 负载回路的负向电压会降在已关闭的正控开关上，使Vou》Vin，电压极性采样电 路输出的负向电压V-信号就使CLK-信号有效(此时I+和I-都为零)。负控D型触 发器在CLK-信号的作用下，其数据端口D上的低电平被锁存并输出至其输出端口 Q上形成Drv-信号，Drv-信号变为低电平，使负控开关MOSFET断开，负控开关 的D-S沟道被关闭。至此，正控开关和负控开关都关闭完毕，完成了负载回路的 断开操作。
图6为实施例2控制感性负载的控制波形图。电压差Vin-Vout是电压极性采样 电路的输入，Vth+、 Vth-是电压极性采样电路的检测阀值；Ith+、 Ith-是电流极性 采样电路的检测阀值。负载回路接通后，负载回路的电流滞后于电源电压。因为 负载回路是在电压为零时接通，并按正弦波曲线变化，所以，感性负载电流从零 开始，以最小回路电流上升后，按正弦波曲线变化，电流过零时结束。负载回路 接通期间，电压差Vin-Vou-O， V+ = V-=0;负载回路在零电流断开时，电流变 化率为零，感性负载内的感应电动势也为零，电压差Vin-Vout会快速建立至交流 电源电压。CLK+和CLK-在开/关信号变化时后的一个频率周期内不能保持周期 性变化状态；Drv+和Drv-在开/关信号变化后的一个频率周期内改变，在负载接 通和断开的时间段内保持不变。
权利要求
1、一种交流固态功率开关的控制方法，包括控制信号输入端、二个固态开关MOSFET、负载电流极性采样电路、负载电压极性采样电路、二个D型触发器、电流采样电阻和隔离电源，其特征在于，包括如下步骤1)将二个固态开关MOSFET串联在交流电源进端，使得二只固态开关MOSFET的源极S通过电流采样电阻连在一起；2)将一个固态开关MOSFET的漏极D与交流电源进端Vin连接，此固态开关MOSFET为负控开关，由负控D型触发器输出的驱动信号Drv-控制其接通或断开；将另一个固态开关MOSFET的漏极D与交流负载相连接，此固态开关MOSFET为正控开关，由正控D型触发器输出的驱动信号Drv+控制其接通或断开；当正控D型触发器和负控D型触发器输出的驱动信号Drv-和Drv+为零电平时，正控开关和负控开关均处于关断状态，他们内部的寄生二极管反向阻挡特性，使负载回路处于断开状态；3)将隔离电源输出的辅助激励电源地接在负控开关的源极S上，将控制信号输入端分别连接到正控D型触发器和负控D型触发器数据端口，控制信号输入端输出的开关控制信号，控制负载回路接通和断开；4)电压极性采样电路检测交流电源回路或固态功率开关回路上的交流电压极性，当该交流电压差为正时，输出信号V+；当该交流电压差为负时，输出信号V-；5)电流极性采样电路检测负载回路电流的极性，通过采集采样电阻上的电压差获得负载回路电流的极性，当该电压差为正时负载回路电流方向为正，输出信号I+；当该电压差为负时负载回路电流方向为负，输出信号I-；6)当负载回路的电流或电源回路的电压的极性发生变化时，输出的V+、I+信号经过逻辑门电路输出CLK+，CLK+把正控D型触发器数据端口D上的开关控制信号输出成驱动信号Drv+至正控开关；输出的V-、I-信号经过逻辑门电路输出CLK-，CLK-把负控D型触发器数据端口D上的开关控制信号输出成驱动信号Drv-至负控开关；7)Drv+信号变为高电平，使正控开关开通，Drv+信号变为低电平，使正控开关关闭，Drv-信号变为高电平，使负控开关开通，Drv-信号变为低电平，使负控开关关闭。
2、 如权利要求l所述的一种交流固态功率开关的控制方法，其特征在于所 述的正控开关为增强型金属氧化物半导体场效应晶体管，所述的正控开 关和负控开关内分别设有寄生二极管。
3、 如权利要求l所述的一种交流固态功率开关的控制方法，其特征在于所 述的负控开关为增强型金属氧化物半导体场效应晶体管。
4、 如权利要求l所述的一种交流固态功率开关的控制方法，其特征在于所 述的逻辑门电路可以为 一个乘法器和 一个加法器。
5、 如权利要求l所述的一种交流固态功率开关的控制方法，其特征在于所 述的逻辑门电路可以为一个加法器。
全文摘要
本发明涉及一种交流固态功率开关的控制方法，包括二只背靠背连接的固态开关MOSFET、负载电流极性采样电路、线路电压极性采样电路、D型触发器、逻辑门电路和隔离电源，其特征在于检测负载回路电压极性或电流极性的变化，D型触发器锁存开/关控制信号，依次开通或关闭二只固态开关，以接通或断开交流负载的供电回路。本发明的优点在于通过采用本发明的交流固态功率开关的控制方法，实现对交流电气负载的接通和断开控制，具有一次触发、自然过零开通和关断、不产生电磁干扰、开关功耗低的特点。
文档编号H03K17/687GK101662275SQ200810042119
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月27日 优先权日2008年8月27日
发明者旺 袁 申请人:上海航空电器有限公司