基于SiCMOS的AC-AC固态调压装置及其控制方法与流程

本发明涉及ac-ac固态调压，具体为基于sicmos的ac-ac固态调压装置及其控制方法。

背景技术：

1、固态调压器又称电力电子调压器，是一种利用电力电子器件实现交流电压调节的无触点电子调压器。与传统的自耦变压器或基于机械触点的调压器不同，固态调压器没有运动部件，通过控制电力电子开关器件的开关，实现对负载两端交流电压的有效调节。

2、传统的固态调压器大多采用可控硅作为功率开关器件，存在响应速度慢、开关损耗大、工作频率低等缺点。近年来，随着碳化硅(sic)等宽禁带半导体技术的发展，sicmos管凭借其开关速度快、导通电阻小、耐高温、耐高压等优点，逐渐成为电力电子变换器的首选功率器件。

3、然而，现有的基于sicmos的ac-ac固态调压装置仍存在以下问题：

4、（1）大多只能实现单一的降压或升压功能，无法根据输入电压范围自动切换工作模式，调压范围有限；

5、（2）散热结构设计不合理，sicmos管和功率电感等发热元器件集中布置，散热效果差，影响装置的使用寿命和可靠性。

技术实现思路

1、为解决背景技术中提出的问题，本发明提供如下技术方案：

2、基于sicmos的ac-ac固态调压装置，包括ac-ac功率变换电路、工作模式切换电路和电压调节控制电路；

3、所述ac-ac功率变换电路由sicmos功率器件与电感l、电容c组成，用于实现能量的高效传输；

4、所述工作模式切换电路的输入端与ac-ac功率变换电路的控制端连接，用于根据输入电压范围实现对输入电压的降压、升压及旁路运行模式切换；

5、所述电压调节控制电路的输出端分别与ac-ac功率变换电路和工作模式切换电路的控制端连接，用于根据输出电压需求实现对输入电压的快速、准确响应。

6、优选地，所述ac-ac功率变换电路采用双向buck-boost拓扑结构，包括：

7、第一sicmos管和第二sicmos管反向串联组成第一双向开关，其一端连接输入交流电源的火线端；

8、第三sicmos管和第四sicmos管反向串联组成第二双向开关，其一端连接输入交流电源的零线端；

9、储能电感连接在第一双向开关和第二双向开关的公共端之间；

10、第五sicmos管和第六sicmos管反向串联组成第三双向开关，其一端连接第一双向开关的另一端，另一端连接输出端的火线端；

11、输出滤波电容连接在输出端的火线端和零线端之间；

12、所述第一双向开关的另一端还通过第七sicmos管连接输出端的零线端，所述第二双向开关的另一端还通过第八sicmos管连接输出端的火线端。

13、优选地，所述工作模式切换电路包括电压采样单元、模式判断单元和开关驱动单元；

14、所述电压采样单元的输入端分别连接输入交流电源和输出端，用于采集输入电压和输出电压信号；

15、所述模式判断单元的输入端与电压采样单元的输出端连接，用于根据采集的电压信号判断当前应工作的模式；

16、所述开关驱动单元的输入端与模式判断单元的输出端连接，输出端分别与所有sicmos管的栅极连接，用于根据模式判断结果驱动相应的sicmos管导通或关断。

17、优选地，所述电压调节控制电路包括误差放大器、pwm调制器和驱动隔离单元；

18、所述误差放大器的输入端分别连接参考电压和电压采样单元输出的输出电压反馈信号，用于将输出电压与参考电压进行比较并产生误差信号；

19、所述pwm调制器的输入端与误差放大器的输出端连接，用于根据误差信号产生相应占空比的pwm控制信号；

20、所述驱动隔离单元的输入端与pwm调制器的输出端连接，输出端与开关驱动单元的控制端连接，用于对pwm控制信号进行隔离和放大处理。

21、优选地，还包括分层散热结构，所述分层散热结构包括：

22、机壳，内部通过隔板分隔成风道和封闭箱体；

23、所述风道的防护等级为ip54，设有进风口和出风口，风道内设置有多个并联的散热风机；

24、所述封闭箱体的防护等级为ip65，用于安装电路板组件，封闭箱体内设置有辅助散热风机。

25、优选地，所述ac-ac功率变换电路中的sicmos功率器件安装在mos管散热器上，mos管散热器通过氧化铝陶瓷片与sicmos功率器件连接，mos管散热器位于风道内且处于电感盒的上方。

26、优选地，所述ac-ac功率变换电路中的储能电感密封在电感盒内，电感盒的散热面置于风道中，用于单独散发储能电感产生的热量。

27、优选地，所述散热风机设置在机壳的上方并由顶罩防护，散热风机和辅助散热风机均与电压调节控制电路连接，由电压调节控制电路根据温度传感器采集的温度信号控制其运转状态。

28、优选地，所述机壳的正面设置有拉手，所有器件及板件均可在正面进行安装和维护，无需翻转箱体。

29、基于sicmos的ac-ac固态调压装置的控制方法，包括以下步骤：

30、步骤1：电压采样单元实时采集输入电压和输出电压信号；

31、步骤2：模式判断单元根据输入电压信号判断当前工作模式：

32、当输入电压高于电压设定值（220v）时，进入降压模式；

33、当输入电压低于电压设定值（220v）时，进入升压模式；

34、当输入电压处于电压设定值的预设偏差范围内时，进入旁路模式；

35、步骤3：开关驱动单元根据模式判断结果驱动相应的sicmos管导通或关断；

36、步骤4：电压调节控制电路将输出电压与参考电压进行比较，产生pwm控制信号，通过开关驱动单元调节sicmos管的导通占空比，实现输出电压的精准调节；

37、步骤5：温度传感器实时采集各关键部位的温度信号，电压调节控制电路根据温度信号控制散热风机和辅助散热风机的运转状态。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、本发明采用sicmos功率器件构建ac-ac功率变换电路，相比传统的可控硅器件，具有开关速度快、导通电阻小、开关损耗低等优点，能够实现电压毫秒级响应输出，调节精度更高。

40、本发明采用双向buck-boost拓扑结构，配合工作模式切换电路，能够根据输入电压范围自动切换降压、升压及旁路运行模式，调压范围宽，能够适应各种复杂的电网环境。

41、本发明采用独特的分层散热结构，将需散热器件置于ip54防护等级的风道内，电路板置于ip65防护等级的封闭箱体内，有效将热源分开，空气只经过风道，避免接触电路板及工作器件，防止湿气及灰尘进入，对关键器件及电路板具有更好的保护。

42、本发明优化了散热布局，mos管置于电感盒上方，防止加热的空气影响电感散热；功率电感密封在电感盒内，通过电感盒增大散热面积，显著降低温升；电感盒散热面置于风道中，有利于对其热量进行单独散发。

43、本发明采用智能风机控制系统，风道中设置多个并联风机，根据温度控制风机的运转，在保证散热效果的同时兼顾省电；在电路板箱体内设置辅助散热风机，增加电路板周围空气的对流，增强散热效果。

44、本发明所有器件及板件都可在正面安装，避免了安装过程翻转箱体，并设计了拉手方便安装，大大提高了安装和维护的便利性。