总线固态开关 - 厦门超力电子有限公司

总线固态开关

总线固态开关和随机触发晶闸管模块综述

它们都是由“长命晶闸管模块、光电数字触发电路、瞬态电压衰减电路”集成，取代“2个晶闸管+触发电路+放大电路+隔离电路+瞬态电压保护电路+继电器+接触器”，可直接驱动电气设备运行。

额定电压380Vac，额定电流100～360A。控制电压3.3、5Vdc，任选，控制电流5～12mA；可直接挂在单片机I/O口上，实现智能控制，由单片机软件设定。

光电数字触发电路有“过0触发”和“随机触发”二种，分别构成“总线固态开关”和“随机触发（移相）模块”。

它们温升低且长期稳定，一般可省掉风扇及其保护。它终身无故障免维修，工作寿命长又长，不像固态继电器SSR那样“快速烧断”。本产品通过德国TUV认证、英国UKAS质量管理体系认证、国家技术创新重点项目验收，专家组结论：该项目技术达到国内领先、国际先进水平。本产品主要用于军工、出口、电力、矿业、化工等可靠性要求高的场合。

3-2 总线固态开关

本模块是过0交流电压触发，过0电流关断的“可控硅交流开关”。它可直接挂在单片机微电脑的I/O口上，实现智能控制。它取代“2个晶闸管+触发隔离放大电路+瞬态过电压保护电路+继电器+接触器”，多管轮流导通扩大电流而无须均流电路等。它运行时，无火花无电弧，不干扰其他电脑电子设备，也不受外来瞬态高压干扰。它可用于易燃易爆场所，可满足频繁、快速、准确通/断电的要求，无故障工作寿命较接触器提高20倍。它通过国家技术创新重点项目验收，用于高稳定性、高可靠性场合的唯一智能晶闸管模块。

TUV检测认证：浪涌电压抗干扰度4级；脉冲群抗干扰度达到4级，适用于“严酷的工业环境”。

一、工作原理

总线固态开关B-SPS（Bus Solid Power Switch）有二个控制端“-、+”，分别连接在单片机的I/O口、电源正极Vcc上，见图1。由于I/O口挂在单片机片内总线上，所以总线固态开关就挂在单片机总线上。单片机有多少个I/O口（口数可扩展），就可挂多少块总线固态开关，由单片机统一指挥实现智能控制。它有二个功率端“1”和“23”，可把电力负载Zl与400Vac交流电力线连接起来。这样便构成“单片机-总线固态开关-电力负载”智能运行机组。多台设备可通过多个总线固态开关挂在同一个单片机上，协调运行。FU为快速熔断器。

图1 总线固态开关工作原理

单片机输出一个信号给某个I/O口，其对应的总线固态开关B-SPS的“-”端与电源负极VSS接通，产生控制电流If略大于5mA，并且在交流电压Vac过零后依然保持该值，见图2；则IC触发器导通，产生可控硅SCR门极电流Igt，最大可达到1A，足够触发SCR导通，无须额外再放大。一旦SCR导通，IC触发器就自然关断，门极触发电流Igt降为零，尽管此时控制电流If仍然存在。可控硅SCR触发时间不超过2μS，所以触发电流Igt需要持续的时间极短，尽管其数值达到1A；触发功耗极小。可控硅从交流线电压过零点时刻开始触发导通直至电流降低为零而自然关断。电力负载ZL获得半个正弦波电流。单片机没信号输出，负载ZL断电，可实现半周波通/断电控制。

模块内部的触发IC保证：仅在功率端的交流电压Vac过零时刻，控制电流If才能触发可控硅SCR，使功率端导通；导通时刻与交流电压过零时刻之误差小于1电度，通/断电时刻精确。其他时刻不被误触发，抗干扰性强。全过程，甚至在通/断电瞬间，电压电流都是正弦波，不引起设备异常振动和噪音，且延长工作寿命。模块一旦触发，一直要导通到：流过它的电流降到零而自然关断，无火花电弧，无额外电磁干扰。

图2 波形图（a）交流线电压Vac（b）控制电流If（c）负载二端电压Vzl（d）负载电流Izl

二、特点：

①采用长命晶闸管模块，具有其全部优点，耐用性指标达到标准的10倍以上，国际领先。

②可靠性高，模块含瞬态电压衰减器，适用“严酷”的工业环境，避免快速电老化击穿；对电脑等电子设备的电磁干扰最小。

③应用方便，用户无需设计制作、调试检修触发电路和保护电路，加上单片机就能用，无须其他电路。

④模块散热特别好，温升低；而且长期稳定（5年之内基本不变）。

⑤一般可省掉风扇及其保护，在散热板上随意进行积木式组装，分散分布，为采用自然散热提供基础。

而固态继电器SSR采用第一代模块，耐用性指标低，使用半年后就开始发热损坏。其组成晶闸管的峰值电压仅1200V甚至800V，比防雷器的残余电压1500V还低。

三、产品型号

四、技术数据
额定电压为400Vac，不超过460Vac。电路与底板间绝缘电压为3000 Vac。瞬态浪涌和脉冲群电压4KV。

型号

额定电流Irms

浪涌电流Itsm

控制电压

典型值

控制电阻

R

控制电流

If

匹配电动机功率

MTX100-16CM-B3.3

100A

520A

3.3V

270Ω

5.2 mA

≤11KW

.-B05

5V

560Ω

5.5 mA

           -B24

24V

3.9KΩ

5.7 mA

MTX160-16CM-B3.3

160A

1150A

3.3V

270Ω

5.2 mA

15KW

.-B05

5V

560Ω

5.5 mA

            -B24

24V

3.9KΩ

5.7 mA

MTX200-16CM-B3.3

200A

1500A

3.3V

270Ω

5.2 mA

18.5KW

-B05

5V

560Ω

5.5 mA

            -B24

24V

3.9KΩ

5.7 mA

MTX260-16CM-B3.3

260A

2150A

3.3V

270Ω

5.2 mA

30KW

-B05

5V

560Ω

5.5 mA

-B24

24V

3.9KΩ

5.7 mA

MTX300-16CM-B3.3

300A

2200A

3.3V

270Ω

5.2 mA

37KW

-B05

5V

560Ω

5.5 mA

-B24

24V

3.9KΩ

5.7 mA

MTX360-16CM-B3.3

360A

2250A

3.3V

270Ω

5.2 mA

45KW

-B05

5V

560Ω

5.5 mA

            -B24

24V

3.9KΩ

5.7 mA

注：①结温Tvj=-40～+125 ℃；工作室温-20～+40 ℃；模块实际温升5～10K；超温产品须订货。

②控制电压采用“典型值”： 3.3、5、24Vdc（按单片机电源电压Vcc选）；则控制电流为表列值，5～6mA最佳；模块的稳定触发电流5mA，所以无须额外增加放大电路（有害无益）。最大控制电流20 mA。

③交流电路中，模块内置的RC过电压保护电路有电流流过，该电流不是可控硅的“关态电流”。在直流电路中，RC没有电流流过；该电流才是可控硅的“关态电流”，仅0.1mA。只及标准的1/200。

五、使用方法

1、模块额定电流 Irms，瞬间过载允许0.01秒。而负载额定电流是有效值，乘1.42倍才是峰值，还应该考虑实际运行电流的波动（取1.5倍）。所以，模块额定电流 Irms应大于负载额定电流的3～5倍。此外，还应考虑启动电流的倍数和启动时间。长期实践表明，模块底版品质差、电流裕度不足、瞬态电压冲击是模块损坏的三大原因，估计占95%。

2、控制电路接法：总线固态开关的“-”极直接连接在单片机I/O口上，二者之间不接任何电路；“+” 极直接连接在单片机的电源正极上，二者之间也不接任何电路。

3、对于三相负载，可用三个总线固态开关把电气设备连接到单片机上。典型应用电路对比见下图。

直接挂上单片机，直接驱动电气设备智能运行；接入/切出电气设备；调节运行参数（温湿度、压力、负荷、电流、电压、功率、功率因数）等，精度到半周波10mS。

4、外加过电流保护电路可以在电流超限时立即停止触发信号。但这也无法阻止可控硅继续导通至零电流为止，此种保护不完全。所以，模块的过电流和短路保护用快速熔断器最可靠。

六、安装要点

1、模块底板与散热器之间的接触面一定要平整、光滑、清洁；如有毛刺、沙砾，可能刺伤底板造成电击穿。二接触面之间应垫上本公司的绝缘导热垫片（只限一次性使用）；再用螺钉适度拧紧，太松散热差。

2、外接导线的端头应焊接铜鼻，通过铜鼻与模块功率端用螺钉连接；接触面之间涂导电膏，可显著增大导电接触面，避免接头过热。铜鼻最好镀银，连接孔Ф5～6为好。

3、安装尺寸：(100～360A)各规格模块安装尺寸见下图。