一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置制造方法及图纸

一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，包括逻辑运算与通讯遥控电路单元、柔性驱动电路单元、MOSFET电力电子交流开关单元和单线辅助电源单元。逻辑运算与通讯遥控电路单元通过柔性驱动电路单元连接和控制MOSFET电力电子交流开关单元；单线辅助电源单元分别向逻辑运算与通讯遥控电路单元和MOSFET电力电子交流开关单元供电；所述装置利用金属氧化物半导体场效应晶体管的双向导通能力构成低损耗的电力电子交流开关；采用柔性驱动电路消除或降低开关尖峰，采用WiFi、Zigbee或红外线手段实现通讯与遥控。本实用新型专利技术具备遥控通讯能力；无触点不拉弧，工作安全；通态电压低、损耗小，可实现柔性开通与柔性关断；开关尖峰低，电磁兼容性好，同时具备过流保护能力。

【技术实现步骤摘要】
一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置
本技术涉及一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，属电力电子

技术介绍
电力电子交流开关与机械开关相比，响应速度快，无触点不拉弧，安全性更高，寿命长。传统的电力电子交流开关多由两个可控硅反并联构成。可控硅属于半控型器件，一旦可控硅稳定导通后，其导通与否由外部电路决定，只有当流经可控硅的电流小于接近于零的维持电流时才会关断。当可控硅电力电子交流开关控制感性负载时，由于感性负载的作用，即使在发出电力电子交流开关的关断控制信号后，线路中的电流并不能立即关断，而将持续到流经可控硅的电流小于接近零的维持电流，最长延时可达半个周期，也即此类工况条件下无法实现即时控制关断线路电流。电力电子交流开关的有多种构成方案，各类全控型功率器件均可采用合适的方式构成。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是全控型功率器件且具备双向导通能力，且当金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)反向导通时，导通阻抗很小，同步整流技术即利用此特性。利用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的这些特性，可构建低损耗的MOSFET电力电子交流开关。与传统的可控硅电力电子交流开关相比，MOSFET电力电子交流开关可即时开通关断电流，且可以高频方式进行通断控制，控制能力强且更灵活。当需线路持续导通时，由于交流电电流会过零点，电流过零之前已导通的可控硅也将关断，为了维持可控硅的持续导通，必需再次给与驱动触发信号使可控硅导通。相比而言，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为电平驱动型器件，当需其导通时，需一直施加驱动信号且作为电压驱动型器件，驱动功率低。因此，MOSFET电力电子交流开关无需每半个交流电周期不断重新施加驱动，驱动控制更方便。当电力电子交流开关所控制的线路为感性负载线路时，同时考虑到线路中的杂散电感，如进行通常的驱动控制，由于u＝L*di/dt，开关时间过短会产生很高的开关尖峰电压，甚至烧毁电力电子交流开关或者引起线路过高的电磁干扰，危及线路设备，为避免此类情况发生需有一定的技术手段。目前，电力电子软开关技术比较应用众多，其目的包括降低开关损耗、减小电磁干扰。电力电子软开关技术方案不胜枚举，而将电力电子软开关技术直接应用于电力电子交流开关并一定适合，特别是当电力电子交流开关的控制频率并不高的情况下。一般的电力电子软开关技术应用中主要针对的功率器件本身的损耗，在软开关控制与设计中，只需考虑杂散电感，而在电力电子交流开关应用场景下，线路中的负载就可以是感性负载且电感分量还可以很大，这时一般的软开关技术就不适当，需采用其它合适的技术方案。电力电子交流开关需要辅助电源给控制、通讯与驱动进行供电。传统的辅助电源方案为双线入线即火线L与零线N均接入单线辅助电源。然而对于众多的工商业与民用家居等应用场合，大量交流开关的入线及控制线仅为单线-L线(俗称为火线)，因而，需要双线入线的辅助电源方案可能并不适用。同时，如果辅助电源还具备能量存储与释放能力可大大提高整个系统可靠性。以智能家居为代表的诸多应用均希望各类设施具备通讯与遥控能力，同时，电力电子交流开关如具备遥控能力可进一步提高控制灵活性与实用性。
技术实现思路
本技术的目的是，为了实现具备即时关断能力与过流保护能力、电磁干扰低且具备通讯遥控功能的低导通损耗的电力电子交流开关，本技术提出一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置。实现本技术的技术方案如下，一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，包括逻辑运算与通讯遥控电路单元、柔性驱动电路单元、MOSFET电力电子交流开关单元和单线辅助电源单元。逻辑运算与通讯遥控电路单元通过柔性驱动电路单元连接和控制MOSFET电力电子交流开关单元；单线辅助电源单元分别向逻辑运算与通讯遥控电路单元和MOSFET电力电子交流开关单元供电。所述装置利用金属氧化物半导体场效应晶体管的双向导通能力构成低损耗的电力电子交流开关；采用柔性驱动电路消除或降低开关尖峰，采用WiFi、Zigbee或红外线手段实现通讯与遥控。所述MOSFET电力电子交流开关单元，用于实现交流主线路的通断控制，它由电力电子交流开关主体、过压保护支路和电流互感器CT构成；电力电子交流开关主体与过压保护支路并联之后与电流互感器CT串联。所述电力电子交流开关主体由两个同型号的金属氧化物半导体场效应晶体管反向串联连接而成，即第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的源极连接在一起构成S，两个金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2的栅极连接在一起构成G，两个金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2共用同一个驱动端，两个场效应晶体管Q1和Q2的第一漏极D1、第二漏极D2与交流主线路连接。所述过压保护支路由双向瞬态抑制二极管TVS、电阻RS和电容CS构成；电阻RS与电容CS并联之后一端与双向瞬态抑制二极管TVS串联；电阻RS与电容CS并联后的另一端连接电力电子交流开关主体的第二漏极D2，双向瞬态抑制二极管TVS的另一端连接电力电子交流开关主体的第一漏极D1，用于保护两个金属氧化物半导体场效应晶体管。所述电流互感器CT用于电流采样及电能取电，同时具备两个功能。所述逻辑运算与通讯遥控电路单元的功能为接收外部遥控指令并将指令通过逻辑运算，并控制MOSFET电力电子交流开关单元，实现交流主线路的通断控制；在进行通断控制之后与外部进行通讯报告MOSFET电力电子交流开关实际通断情况，通过WiFi、Zigbee或红外线手段实现通讯与遥控。所述逻辑运算与通讯遥控电路工作流程为遥控终端发送遥控信号进行遥控信号输入后，对遥控信号进行接收并解码，进行驱动控制输出，与驱动使能信号进行逻辑运算后，进行驱动输出并发送驱动控制信号给驱动单元，实现MOSFET电力电子交流开关单元的开通与关断控制，进而实现交流主线路的通断控制；同时实时发送开关状态信号给遥控终端进行实时通讯。当遥控信号输入接收并解码为开通信号ON高电平时，进行信号自锁，该信号与驱动使能信号进行开通逻辑运算，进行驱动信号输出至驱动单元，开通控制G_on输出，同时将关断控制G_off互锁，MOSFET电力电子交流开关单元开通，同时，将开关状态信号发送至遥控终端，报告交流主电路为开通状态。当遥控信号OFF输入接收并解码为开通信号OFF时，进行信号自锁，该信号与驱动使能信号进行关断逻辑运算，进行驱动信号输出至驱动单元，关断控制G_off输出，同时将开通控制G_on互锁，MOSFET电力电子交流开关单元关断；对关断控制G_off高电平输出的时间进行控制为等于半个交流周期，如交流主电路的周期为20ms，则控制其持续时间为10ms，以降低系统功率与能量损耗，将开关状态信号发送至遥控终端，报告交流主电路为关断状态。所述柔性驱动电路单元包括驱动单元与驱动使能电路单元。所述柔性驱动电路单元通过延长开通与关断时间的方式，降低金属氧化物半导体场效应晶体管Q1、Q2开通与关断电压尖峰，保护金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2。所述柔性驱动电路单元利用交流电的交流变化特性，其瞬时值会周期性变化至较小值与过零特性，在交流电过零点或交流电流较小时实施关断实现金属氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，其特征在于，所述装置包括逻辑运算与通讯遥控电路单元、柔性驱动电路单元、MOSFET电力电子交流开关单元和单线辅助电源单元；所述逻辑运算与通讯遥控电路单元通过柔性驱动电路单元连接和控制MOSFET电力电子交流开关单元；所述单线辅助电源单元分别向逻辑运算与通讯遥控电路单元和MOSFET电力电子交流开关单元供电。

【技术特征摘要】
1.一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，其特征在于，所述装置包括逻辑运算与通讯遥控电路单元、柔性驱动电路单元、MOSFET电力电子交流开关单元和单线辅助电源单元；所述逻辑运算与通讯遥控电路单元通过柔性驱动电路单元连接和控制MOSFET电力电子交流开关单元；所述单线辅助电源单元分别向逻辑运算与通讯遥控电路单元和MOSFET电力电子交流开关单元供电。2.根据权利要求1所述的一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，其特征在于，所述MOSFET电力电子交流开关单元，由电力电子交流开关主体、过压保护支路和电流互感器CT构成；电力电子交流开关主体与过压保护支路并联之后与电流互感器CT串联；所述电力电子交流开关主体由两个同型号的金属氧化物半导体场效应晶体管反向串联连接而成，即第一金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和第二金属氧化物半导体场效应晶体管Q2的源极连接在一起构成S，两个金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2的栅极连接在一起构成G，两个金属氧化物半导体场效应晶体管Q1和Q2共用同一个驱动端，两个场效应晶体管Q1和Q2的第一漏极D1、第二漏极D2与交流主线路连接；所述过压保护支路由双向瞬态抑制二极管TVS、电阻RS和电容CS构成；电阻RS与电容CS并联之后一端与双向瞬态抑制二极管TVS串联；电阻RS与电容CS并联后的另一端连接电力电子交流开关主体的第二漏极D2，双向瞬态抑制二极管TVS的另一端连接电力电子交流开关主体的第一漏极D1。3.根据权利要求1所述的一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置，其特征在于，所述逻辑运算与通讯遥控电路单元包括遥控信号接收与解码模块、驱动控制输出模块、驱动信号输出模块和开关状态信号输出模块；遥控信号输入至遥控信号接收与解码模块的输入端；遥控信号接收与解码模块输出端连接驱动信号输出模块的输入端；驱动信号输出模块的输出通过逻辑运算连接驱动信号输出模块的输入端；驱动信号输出模块的输出分别连接开关状态信号输出模块和驱动单元；开关状态信号输出模块输出至遥控终端；当遥控信号输入接收并解码为开通信号ON高电平时，进行信号自锁，该信号与驱动使能信号进行开通逻辑运算，进行驱动信号输出至驱动单元，开通控制G_on输出，同时将关断控制G_off互锁，MOSFET电力电子交流开关单元开通，同时，将开关状态信号发送至遥控终端，报告交流主电路为开通状态；当遥控信号OFF输入接收并解码为开通信号OFF时，进行信号自锁，该信号与驱动使能信号进行关断逻辑运算，进行驱动信号输出至驱动单元，关断控制G_off输出，同时将开通控制G_on互锁，MOSFET电力电子交流开关单元关断；对关断控制G_off高电平输出的时间进行控制为等于半个交流周期，如交流主电路的周期为20ms，则控制其持续时间为10ms，以降低系统功率与能量损耗，将开关状态信号发送至遥控终端，报告交流主电路为关断状态。4.根据权利要求1所述的一种智能遥...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珺，徐晓玲，傅军栋，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：新型
国别省市：江西,36