總線固態開關 - 廈門超力電子有限公司

總線固態開關

總線固態開關和隨機觸發晶閘管模塊綜述

它們都是由“長命晶閘管模塊、光電數字觸發電路、瞬態電壓衰減電路”集成，取代“2個晶閘管+觸發電路+放大電路+隔離電路+瞬態電壓保護電路+繼電器+接觸器”，可直接驅動電氣設備運行。

額定電壓380Vac，額定電流100～360A。控制電壓3.3、5Vdc，任選，控制電流5～12mA；可直接挂在單片機I/O口上，實現智能控制，由單片機軟件設定。

光電數字觸發電路有“過0觸發”和“隨機觸發”二種，分別構成“總線固態開關”和“隨機觸發（移相）模塊”。

它們溫升低且長期穩定，一般可省掉風扇及其保護。它終身無故障免維修，工作壽命長又長，不像固態繼電器SSR那樣“快速燒斷”。本產品通過德國TUV認証、英國UKAS質量管理體系認証、國家技術創新重點項目驗收，專家組結論：該項目技術達到國內領先、國際先進水平。本產品主要用於軍工、出口、電力、礦業、化工等可靠性要求高的場合。

3-2 總線固態開關

本模塊是過0交流電壓觸發，過0電流關斷的“可控硅交流開關”。它可直接挂在單片機微電腦的I/O口上，實現智能控制。它取代“2個晶閘管+觸發隔離放大電路+瞬態過電壓保護電路+繼電器+接觸器”，多管輪流導通擴大電流而無須均流電路等。它運行時，無火花無電弧，不干擾其他電腦電子設備，也不受外來瞬態高壓干擾。它可用於易燃易爆場所，可滿足頻繁、快速、準確通/斷電的要求，無故障工作壽命較接觸器提高20倍。它通過國家技術創新重點項目驗收，用於高穩定性、高可靠性場合的唯一智能晶閘管模塊。

TUV檢測認証：浪涌電壓抗干擾度4級；脈衝群抗干擾度達到4級，適用於“嚴酷的工業環境”。

一、工作原理

總線固態開關B-SPS（Bus Solid Power Switch）有二個控制端“-、+”，分別連接在單片機的I/O口、電源正極Vcc上，見圖1。由於I/O口挂在單片機片內總線上，所以總線固態開關就挂在單片機總線上。單片機有多少個I/O口（口數可擴展），就可挂多少塊總線固態開關，由單片機統一指揮實現智能控制。它有二個功率端“1”和“23”，可把電力負載Zl與400Vac交流電力線連接起來。這樣便構成“單片機-總線固態開關-電力負載”智能運行機組。多台設備可通過多個總線固態開關挂在同一個單片機上，協調運行。FU為快速熔斷器。

圖1 總線固態開關工作原理

單片機輸出一個信號給某個I/O口，其對應的總線固態開關B-SPS的“-”端與電源負極VSS接通，產生控制電流If略大於5mA，並且在交流電壓Vac過零后依然保持該值，見圖2；則IC觸發器導通，產生可控硅SCR門極電流Igt，最大可達到1A，足夠觸發SCR導通，無須額外再放大。一旦SCR導通，IC觸發器就自然關斷，門極觸發電流Igt降為零，儘管此時控制電流If仍然存在。可控硅SCR觸發時間不超過2μS，所以觸發電流Igt需要持續的時間極短，儘管其數值達到1A；觸發功耗極小。可控硅從交流線電壓過零點時刻開始觸發導通直至電流降低為零而自然關斷。電力負載ZL獲得半個正弦波電流。單片機沒信號輸出，負載ZL斷電，可實現半周波通/斷電控制。

模塊內部的觸發IC保証：僅在功率端的交流電壓Vac過零時刻，控制電流If才能觸發可控硅SCR，使功率端導通；導通時刻與交流電壓過零時刻之誤差小於1電度，通/斷電時刻精確。其他時刻不被誤觸發，抗干擾性強。全過程，甚至在通/斷電瞬間，電壓電流都是正弦波，不引起設備異常振動和噪音，且延長工作壽命。模塊一旦觸發，一直要導通到：流過它的電流降到零而自然關斷，無火花電弧，無額外電磁干擾。

圖2 波形圖（a）交流線電壓Vac（b）控制電流If（c）負載二端電壓Vzl（d）負載電流Izl

二、特點：

①採用長命晶閘管模塊，具有其全部優點，耐用性指標達到標準的10倍以上，國際領先。

②可靠性高，模塊含瞬態電壓衰減器，適用“嚴酷”的工業環境，避免快速電老化擊穿；對電腦等電子設備的電磁干擾最小。

③應用方便，用戶無需設計製作、調試檢修觸發電路和保護電路，加上單片機就能用，無須其他電路。

④模塊散熱特別好，溫升低；而且長期穩定（5年之內基本不變）。

⑤一般可省掉風扇及其保護，在散熱板上隨意進行積木式組裝，分散分布，為採用自然散熱提供基礎。

而固態繼電器SSR採用第一代模塊，耐用性指標低，使用半年後就開始發熱損坏。其組成晶閘管的峰值電壓僅1200V甚至800V，比防雷器的殘餘電壓1500V還低。

三、產品型號

四、技術數據
額定電壓為400Vac，不超過460Vac。電路與底板間絕緣電壓為3000 Vac。瞬態浪涌和脈衝群電壓4KV。

型號

額定電流Irms

浪涌電流Itsm

控制電壓

典型值

控制電阻

R

控制電流

If

匹配電動機功率

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結溫Tvj=-40～+125 ℃；工作室溫-20～+40 ℃；模塊實際溫升5～10K；超溫產品須訂貨。

②控制電壓採用“典型值”： 3.3、5、24Vdc（按單片機電源電壓Vcc選）；則控制電流為表列值，5～6mA最佳；模塊的穩定觸發電流5mA，所以無須額外增加放大電路（有害無益）。最大控制電流20 mA。

③交流電路中，模塊內置的RC過電壓保護電路有電流流過，該電流不是可控硅的“關態電流”。在直流電路中，RC沒有電流流過；該電流纔是可控硅的“關態電流”，僅0.1mA。只及標準的1/200。

五、使用方法

1、模塊額定電流 Irms，瞬間過載允許0.01秒。而負載額定電流是有效值，乘1.42倍纔是峰值，還應該考慮實際運行電流的波動（取1.5倍）。所以，模塊額定電流 Irms應大於負載額定電流的3～5倍。此外，還應考慮啟動電流的倍數和啟動時間。長期實踐表明，模塊底版品質差、電流裕度不足、瞬態電壓衝擊是模塊損坏的三大原因，估計占95%。

2、控制電路接法：總線固態開關的“-”極直接連接在單片機I/O口上，二者之間不接任何電路；“+” 極直接連接在單片機的電源正極上，二者之間也不接任何電路。

3、對於三相負載，可用三個總線固態開關把電氣設備連接到單片機上。典型應用電路對比見下圖。

直接挂上單片機，直接驅動電氣設備智能運行；接入/切出電氣設備；調節運行參數（溫濕度、壓力、負荷、電流、電壓、功率、功率因數）等，精度到半周波10mS。

4、外加過電流保護電路可以在電流超限時立即停止觸發信號。但這也無法阻止可控硅繼續導通至零電流為止，此種保護不完全。所以，模塊的過電流和短路保護用快速熔斷器最可靠。

六、安裝要點

1、模塊底板與散熱器之間的接觸面一定要平整、光滑、清潔；如有毛刺、沙礫，可能刺傷底板造成電擊穿。二接觸面之間應墊上本公司的絕緣導熱墊片（只限一次性使用）；再用螺釘適度擰緊，太鬆散熱差。

2、外接導線的端頭應焊接銅鼻，通過銅鼻與模塊功率端用螺釘連接；接觸面之間塗導電膏，可顯著增大導電接觸面，避免接頭過熱。銅鼻最好鍍銀，連接孔Ф5～6為好。

3、安裝尺寸：(100～360A)各規格模塊安裝尺寸見下圖。