專利名稱：交流功率調節(jié)開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子電路裝置，尤其涉及交流功率調節(jié)開關。
背景技術：
交流功率調節(jié)技術，廣泛應用于電力穩(wěn)壓調壓，馬達控制節(jié)能與保護，商場城市道路等燈光的控制節(jié)能與保護，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活，科研設備，以及需要交流電源的一切領域和場所。
對交流電源的調節(jié)，現(xiàn)有技術主要有兩種可控硅(SCR)移相觸發(fā)調節(jié)，變壓器或電感的電磁調節(jié)。
可控硅(SCR)電源調節(jié)技術，因SCR有優(yōu)良的電流過零自關斷特性，因而能很好適應交流阻性及感性負載，其模塊化結構具有體積小，結構緊湊，便于嵌入控制等優(yōu)點。但SCR對有電容的負載，觸發(fā)導通時，往往產(chǎn)生電流浪涌(電容電壓不允許突變，電感電流不允許突變，否則將產(chǎn)生浪涌電流和電壓)，無法適應，不是燒毀用電設備就是燒毀控制設備。SCR對交流電源的調節(jié)，由于輸出電壓嚴重斬波畸變，過多采用SCR移相觸發(fā)控制，將導致電網(wǎng)波形畸變，電磁污染十分嚴重、被控設備受沖擊影響壽命、電網(wǎng)功率因數(shù)低，電力調度困難，并大大增加電力系統(tǒng)故障。在我國很多城市已明文禁止使用SCR電源調節(jié)產(chǎn)品。一方面，現(xiàn)代電器的多元化，很難保證負載端設備內絕對無電容，同時，綠色電源也要求對感性負載或電網(wǎng)進行就地電容補償。SCR移相調節(jié)技術應用越來越受到限制。
用變壓器或電感的電磁調節(jié)技術，其應用歷史悠久并且十分成熟，能適應所有類型負載，輸出電壓為純正弦波，電磁兼容性好。但其自身功耗大效率低，體積大，噪音大，笨重，調節(jié)困難，響應速度慢，控制精度低。采用自藕多抽頭功率開關或接觸器切換調節(jié)，成本高，可靠性低，調節(jié)精度低，采用碳刷調節(jié)，故障率高，維護困難。電磁調節(jié)技術同樣無法滿足現(xiàn)代功率設備對電源調節(jié)的要求。
如上所述，目前交流電源調節(jié)技術的落后，嚴重影響能源的有效使用，影響到電網(wǎng)波動對設備的安全以及設備的壽命。在節(jié)能與環(huán)保越來越重視的今天，迫切需要一種理想的，現(xiàn)代的，電磁兼容的，對交流電源進行調節(jié)的技術。
實用新型內容本實用新型的目的是針對傳統(tǒng)技術的缺陷，提供一種新型交流功率調節(jié)開關。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的交流功率調節(jié)開關包括兩個四象限可控交流電力開關，該兩個四象限可控交流電力開關串聯(lián)，形成具有三個端點的電力開關結構，該兩個四象限可控交流電力開關串聯(lián)后的兩端分別為交流電源參考地及交流電源輸入端，兩個四象限可控交流電力開關的連接節(jié)點為交流電源輸出端，其中，每一四象限可控交流電力開關具有兩個控制端，兩控制端控制四象限可控交流電力開關的雙向關斷、正向導通、反向導通及雙向導通四種狀態(tài)。
其中，所述的四象限可控交流電力開關為兩個可關斷電子器件分別并聯(lián)續(xù)流二極管后反向串聯(lián)的結構。
其中，所述的四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件組成共發(fā)射的結構。
其中，所述四象限可控的兩端交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件組成共集電極的結構。
其中，所述四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件正向串聯(lián)二極管后反向并聯(lián)的結構。
其中，所述可關斷電子器件為普通晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、門極關斷(GTO)晶閘管、電力晶體管(GTR)、MOS控制晶閘管(MCT)、V型槽MOS場效應管中的任意一種。
如上所述，本實用新型采用自動續(xù)流的可關斷交流功率調節(jié)開關，實現(xiàn)對交流電源進行純正弦功率調節(jié)，使大功率交流電源調節(jié)實現(xiàn)高頻化、小型化，并適應阻性、容性、感性等一切類型負載。


圖1為本實用新型交流功率調節(jié)開關的示意圖；圖2為本實用新型的單個四象限可控交流電力開關的示意圖；圖3至圖7均為四象限可控交流電力開關的電路結構圖；圖8為本實用新型交流功率調節(jié)開關的實際應用圖。
附圖標記說明如下2和3表示組成本實用新型的兩個四象限可控交流電力開關，D1、D2為四象限可控交流電力開關的輸入、輸出端，T1、T2為四象限可控交流電力開關的兩控制端，AC1為交流功率調節(jié)開關的交流電源輸入端，N為交流功率調節(jié)開關的交流電源參考地，AC2為交流功率調節(jié)開關的交流電源輸出端，Q1、Q2、Q3、Q4為本實用新型交流功率調節(jié)開關的控制端。
具體實施方式
如圖2所示，為一種四象限可控交流電力開關的示意圖。圖中D1、D2為四象限可控交流電力開關的輸入、輸出端，其中D1、D2均可作為輸入或輸出端。圖中T1、T2為四象限可控交流電力開關的兩控制端，為描述方便，假設T1為正向(圖2中箭頭方向)通斷控制端，T2為反向通斷控制端，如此，T1、T2的四種組合驅動{T1，T2}＝{0，0}、{0，1}、{1，0}、{1，1}，控制圖2中四象限可控交流電力開關的雙向關斷、反向導通、正向導通及雙向導通。
為使得圖2中所示的四象限可控交流電力開關更明了、更容易理解，圖3、圖4、圖5、圖6及圖7提供了五種(不僅限于該五種類型)四象限可控交流電力開關的具體電路結構圖。圖3、圖4提供的四象限可控交流電力開關均為兩個可關斷電子器件分別并聯(lián)續(xù)流二極管后反向串聯(lián)的結構。其中，圖3的四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件組成共發(fā)射的結構；圖4的四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件組成共集電極的結構。圖5、圖6及圖7提供的四象限可控交流電力開關均為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件正向串聯(lián)二極管后反向并聯(lián)的結構。其中，所述可關斷電子器件可以是(不限于)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、門極關斷(GTO)晶閘管、電力晶體管(GTR)、MOS控制晶閘管(MCT)、V型槽MOS場效應管中的任意一種。
下面請參閱圖1，本實用新型提供的交流功率調節(jié)開關包括兩個上述四象限可控交流電力開關2、3，兩個四象限可控交流電力開關2，3串聯(lián)，形成具有三個端點的電力開關機構。其中，該兩個四象限可控交流電力開關2和3串聯(lián)后的兩端N及AC1分別為交流電源參考地及交流電源輸入端，兩個四象限可控交流電力開關2和3的連接節(jié)點為交流電源輸出端AC2。而兩個四象限可控交流電力開關2和3總計有四個控制端，該四個控制端作為本實用新型交流功率調節(jié)開關的四個控制端，在圖1中標示為Q1、Q2、Q3、Q4。
對交流電源，本實用新型交流功率調節(jié)開關的工作情況如下如圖1，N為正弦交流電源的參考地，當交流電源為正半周時，AC1為正，此時讓四象限可控交流電力開關2及四象限可控交流電力開關3反向導通，同時四象限可控交流電力開關2進行正向通斷PWM斬波，AC2輸出高頻PWM斬波后的正半周交流電源，后加電感電容LC濾波器，得到降幅后的正弦交流電。當負載為容性時，四象限可控交流電力開關2的反向導通為電容電流提前過零的反向流動提供回饋電網(wǎng)的通道，當負載為感性時，四象限可控交流電力開關2的反向導通為電感電流上半周遲后過零的反向流動提供回饋電網(wǎng)的通道，對電流方向與電壓均為正的阻性部分，四象限可控交流電力開關3的反向導通為AC2后接的濾波電感提供續(xù)流通道。
當交流電源為負半周時，AC1為負，此時讓四象限可控交流電力開關2、四象限可控交流電力開關3正向導通，同時四象限可控交流電力開關2進行反向通斷PWM斬波，AC2輸出高頻PWM斬波后的負半周交流電源，后加電感電容LC濾波器，得到降幅后的正弦交流電。當負載為容性時，四象限可控交流電力開關2的正向導通為電容電流提前過零的正向流動提供回饋電網(wǎng)的通道，當負載為感性時，四象限可控交流電力開關2的正向導通為電感電流上半周遲后過零的正向流動提供回饋電網(wǎng)的通道，對電流方向與電壓均為負的阻性部分，四象限可控交流電力開關3的正向導通為AC2后接的濾波電感提供續(xù)流通道。
如圖8所示，本實用新型交流功率調節(jié)開關在使用時，四個控制端Q1、Q2、Q3、Q4與智能控制模塊的控制端連接，交流電源輸出端AC2并聯(lián)LC濾波電路及自偶變壓器。輸入交流電時，當AC1為正時，Q2、Q4提供續(xù)流通道，Q1進行PWM或PFM暫波；當AC1為負時，Q1，Q3提供續(xù)流通道，Q2進行PWM或PFM暫波，從AC2輸出暫波后的交流，通過LC器濾波后得到調節(jié)后的純正弦交流電，經(jīng)過自偶變壓器升壓后供給負載，智能控制模塊用于負載電壓或電流取樣反饋控制，以及通信和智能控制，通過智能控制自動完成對感性負載的續(xù)流和容性負載的電網(wǎng)回饋。實現(xiàn)對交流電源的高頻PWM斬波或PFM斬波。
如上所述，本實用新型具有如下有益效果
(1)首次實現(xiàn)了采用電力電子技術對交流電源進行純正弦功率調節(jié)。并適應阻、容、感性及混合負載。
(2)可采用高頻PWM調制，制作的產(chǎn)品體積小、重量輕，自身功耗低，調節(jié)性能好。
(3)采用模塊結構，并符合三相四線及單相布線規(guī)則，可應用于大功率單相及三相電力穩(wěn)壓和調壓節(jié)能，不影響原有廠區(qū)布線。
(4)可制作的調壓穩(wěn)壓電源功率大小不受限制。
(5)輸出為純正弦波，電磁兼容性好，無干擾諧波。
(6)結構簡單緊湊，便于模塊化和嵌入控制，實現(xiàn)IPM(智能功率模塊)。
(7)內部無可能出現(xiàn)的共態(tài)導通的開關，工作時內部器件無高壓和浪涌電流，安全可靠。
(8)由于輸出純正弦波，適應所有負載，并具有體積小重量輕，控制性能好，設計功率不受限制等優(yōu)點，應用范圍非常廣泛，如交流穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓降壓節(jié)能，設備保護，功率調節(jié)，馬達軟啟動控制與節(jié)能保護，商場車間、城市燈光的控制與節(jié)能保護等，以及需要交流電源穩(wěn)定調節(jié)、節(jié)能的一切領域。
權利要求1.一種交流功率調節(jié)開關，其特征在于包括兩個四象限可控交流電力開關，該兩個四象限可控交流電力開關串聯(lián)，形成具有三個端點的電力開關結構，該兩個四象限可控交流電力開關串聯(lián)后的兩端分別為交流電源參考地及交流電源輸入端，兩個四象限可控交流電力開關的連接節(jié)點為交流電源輸出端，其中，每一四象限可控交流電力開關具有兩個控制端，兩控制端控制四象限可控交流電力開關的雙向關斷、正向導通、反向導通及雙向導通四種狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的交流功率調節(jié)開關，其中，所述的四象限可控交流電力開關為兩個可關斷電子器件分別并聯(lián)續(xù)流二極管后反向串聯(lián)的結構。
3.如權利要求1所述的交流功率調節(jié)開關，其中，所述的四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件組成共發(fā)射的結構。
4.如權利要求1所述的交流功率調節(jié)開關，其中，所述四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件組成共集電極的結構。
5.如權利要求1所述的交流功率調節(jié)開關，其中，所述四象限可控交流電力開關為兩個分別并聯(lián)有續(xù)流二極管的可關斷電子器件正向串聯(lián)二極管后反向并聯(lián)的結構。
6.如權利要求2至5任意一項所述的交流功率調節(jié)開關，其中，可關斷電子器件為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、門極關斷(GTO)晶閘管、電力晶體管(GTR)、MOS控制晶閘管(MCT)、V型槽MOS場效應管中的任意一種。
專利摘要本實用新型公開的交流功率調節(jié)開關包括兩個四象限可控交流電力開關，該兩個四象限可控交流電力開關串聯(lián)，形成具有三個端點的電力開關結構，該兩個四象限可控交流電力開關串聯(lián)后的兩端分別為交流電源參考地及交流電源輸入端，兩個四象限可控交流電力開關的連接節(jié)點為交流電源輸出端，其中，每一四象限可控交流電力開關具有兩個控制端，兩控制端控制四象限可控交流電力開關的雙向關斷、正向導通、反向導通及雙向導通四種狀態(tài)。如上所述，本實用新型采用自動續(xù)流的可關斷交流功率調節(jié)開關，實現(xiàn)對交流電源進行純正弦功率調節(jié)，使大功率交流電源調節(jié)實現(xiàn)高頻化、小型化，并適應阻性、容性、感性等一切類型負載。
文檔編號H02M5/257GK2904463SQ200620119878
公開日2007年5月23日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權日2005年6月28日
發(fā)明者張鎮(zhèn)強 申請人:張鎮(zhèn)強