吴济钧
西安电力电子技术研究所，陕西西安710061

    图3是交流开关模块简略结 构示意图。图中铜底板采用预弯技术，使其经 热焊后仍能很好地与散热器接触，从而大大减 少了模块的接触热阻。采用既绝缘又导热的DBC陶 瓷板，一方面使模块热阻降低，提高了它的载 流能力，另一方面使模块的主电极和控制电极 与铜底板之间有≥2500VRMS的绝缘耐压，因此可以 把几个交流开关模块同时安装在同一接地的散 热器上，使用方便、安全，大大缩小了装置的 体积。晶闸管芯片均采用进口的玻璃钝化方形 芯片，使模块电参数一致性好，可靠性高。模 块采用RTV硅橡胶、弹性硅凝胶和环氧树脂等多 重密封保护，使模块的气密性和耐潮湿性能提 高，从而使模块能长期稳定可靠地运行。
　　过零触发电路做在一块多层的PCB板上，并安 置在功率器件的上面，电路板涂有RTV绝缘硅橡 胶，以提高板上高低压之间的绝缘性能。过零 触发电路采用先进的光耦合器件，内置集成的 过零检测电路，光电隔离技术使模块静态dv/dt能 力强，输入控制端与输出功率端之间的绝缘耐 压高达7.5kV，克服了以往触发方式易受电网电 压波动和电源波形畸变的影响，使输出波形为 正弦，波形无畸变，电磁干扰小、无噪音。触 发电路简单可靠，调整输入控制电路的输入电 阻值，可以适应不同输入电压（5V、12V、24V） 的要求，但输入控制电流必须控制在12mA左右， 可使触发器件的寿命成倍提高。
    交流开关模块与机械式开关相比， 具有体积小、重量轻、开关速度快、灵敏度高 、动作无噪音、防爆、无火花、寿命长、免维 护、耐振动、抗冲击、可靠性高等优点。因此 ，它已被广泛用于计算机的外围接口和装置上 ，用于恒温控制、交流电机控制、调功、电磁 阀控制、单相和三相交流无触点电力开关、数 控机械、遥控和各种工业自动化装置以及晶闸 管投切电容器型（TSC）静止无功补偿等场合， 这对解决机电一体化、小型化、自动化、抗干 扰、防爆等提供了可靠的器件物质基础。
    交流开关模块的主要技术参数见表1。

3过电流和过电压保护
    晶闸管交流开关模块的过电 压和过电流保护与分立晶闸管的保护方法一样 。模块过流保护可以采用外接快速熔断器，传感器和快速过流继电器等方法，但一般常用方 法是外接快速熔断器，图4是其接法。快熔的选 用原则是其额定电压应略大于电路的正常工作 电压，如380V电压选用500V的快熔；其额定电流 应按它所保护模块实际通过的电流IR（RMS）来选 配，而不是根据模块的标称额定电流值来选配 快速熔断器。
    模块过压保护一般采用阻容吸收和 压敏电阻并用方式。对于持续时间较短，能量 不大的过电压，一般采用在模块两端并联阻容 吸收电路的方法，吸收电容把过电压的电磁能 量变成静电能量存贮，吸收电阻除可防止电路 振荡外，还可限制晶闸管导通时电容放电产生 的开通损耗和di/dt值，其接线方式如图5所示。 并联在交流开关模块的RC值可参考表2所列数值 。对于持续时间较长，能量较大的过电压，如 雷击引起的过电压，将采用压敏电阻保护。其 接线方式如图6所示。在选取压敏电阻时，首先 要确定它的标称电压（V1mA）值，这是指压敏电 阻流过1mA电流时，它两端的电压。考虑到电网 波动以及安全系数，一般380V电源采用1000V，220 V电源采用630V的压敏电阻。而压敏电阻的通流 容量应大于电路实际浪涌电流值，一般为3～15 kA。

4散热器的选择
    交流开关模块在运行过程中 ，晶闸管芯片的结温将升高，为了使结温维持 在最高额定值125℃以下，必须用散热器。因此 ，散热条件的好坏，直接影响模块的安全、稳 定和可靠运行。目前，散热方法有水冷、风冷 （强迫和自然风冷）和热管冷却等。本文将简 要介绍风冷散热器的选择方法。交流开关模块 的主电路是由二个反并联晶闸管组成，如图7所 示。
    根据模块内单个晶闸管的通态平均 电流IT（AV），通态峰值电压VTM，模块接触热阻 RTHCH以及平均功率PT（AV）=0.85·VTM·IT（AV），即可 计算出散热器的热阻

式中：T_C为壳温（即铜底板的温度）；
          T_a为环境温 度。
若未知铜底板的最高温度T_Cmax则由

式中：T_jm为晶闸管的最高结温125℃；
          R_thjc为结到铜 底板的热阻。
求出散热器热阻RTHHA后，选定相应的散热器的型 号规格（常用有DXC—450、DXC—616、DXC—573等）， 其热阻应比计算出的热阻小，即
    R_THHA（计算值）>R_THHA（ 所选散热器的实际值）（3）
    若一个散热器上装有几个模块，则 将∑PT（AV）=n·PT（AV）代入式（3）求出∑RTHHA后 ，选定散热器。在计算过程中，IT（AV）值可根 据IT（AV）=·sinω tdωt,即IRMS≈2.22IT（AV）求出。按可选散热器的热 阻值（或散热器的热阻曲线）即可选得合适散 热器的长度。必要时，可采用在模块铜底板长 侧边几何中心打孔测温方法来核对所选散热器 长度的正确性。
5结语
    目前，晶闸管交流开关模块 的应用范围已很广泛，使用技术亦很成熟。常 州瑞华电力电子器件有限公司生产的带过零触 发电路交流开关模块已在交流电机软起动器， 各种工业加热、烘箱、烘房加热的自动功率调 节系统，钢厂轧机传送带、起重机等驱动系统 中大量使用，使整机的机械结构紧凑、简化、 体积缩小、重量减轻、可靠性提高。特别是将 交流开关模块用在TSC型静止无功补偿器以替代 机械式接触器后，不但可以实现免维护，省去 大量维修和更换工作量，而且可以在电源电压 过零时投入补偿电容量，从而避免了冲击电流 的产生和瞬间电网电压的波动，实现快速的无 功功率补偿。现在晶闸管交流开关模块已成为 机电一体化和工业自动化的基础元器件，必将 获得更大的发展。