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专利号: 2018108980472
申请人: 华东交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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;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。

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,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的漏极第一漏极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;过压保护支路按实际需要进行设计,且当金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET的开通与关断电压尖峰并不大时,无需加装此三者构成的过压保护支路;

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。

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所述的一种智能遥控MOSFET电力电子交流开关装置,其特征在于,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、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物半导体场效应晶体管的软关断,从而降低甚至消灭关断电压尖峰的同时提高了系统的电磁兼容性;所述柔性驱动电路单元通过增加金属氧化物半导体场效应晶体管开通与关断时间,降低开通与关断电压尖峰的同时提高了系统的电磁兼容性。

5.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,所述单线辅助电源由采电单元、充电单元、直流电压输出单元及储能单元构成;所述充电单元的输入端为采电单元,充电单元的输出连接直流电压输出单元与储能单元,直流电压输出单元连接直流负载,向直流负载提供合适的直流电压;充电单元向储能单元充电;

所述直流负载包括逻辑运算与通讯遥控电路单元与柔性驱动电路单元所需的直流电源;所述储能单元由超级电容或蓄电池构成,优选超级电容。

6.根据权利要求5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,所述采电单元分为第一采电单元与第二采电单元;第一采电单元与第二采电单元为互补工作模式,不会同时工作;第一采电单元与第二采电单元的输出并联连接;

MOSFET电力电子交流开关单元断开而交流主线路断开时,第一采电单元工作;MOSFET电力电子交流开关单元闭合而交流主线路闭合时,第二采电单元工作;第一采电单元并联于MOSFET电力电子交流开关单元之上,即连接于火线L与电流互感器CT原边与交流主线路负载的交点M之间;当MOSFET电力电子交流开关单元断开而交流主线路断开时,第一采电单元接入整个交流主线路之中,从而获得能量,但必需控制流经第一采电单元的电流大小以避免误开通交流主线路负载;第二采电单元与电流互感器CT副边连接,当MOSFET电力电子交流开关单元导通而交流主线路导通时获得能量;

MOSFET电力电子交流开关单元断开而交流主线路断开时,第一采电单元工作;MOSFET电力电子交流开关单元闭合而交流主线路闭合时,第二采电单元工作。

7.根据权利要求3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。

8.根据权利要求4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,所述的驱动单元的开通控制G_on与关断控制G_off拥有各自不同的输入端并相互互锁,其输出G、S各自连接在MOSFET电力电子交流开关单元的G、S两端;所述柔性驱动电路单元同时实现过流保护功能,电流采样通过MOSFET电力电子交流开关中的电流互感器CT处获得;所述的驱动使能电路单元包括关断驱动使能与过流保护两个功能,并将关断驱动使能EN_off与过流保护PR进行分别控制。