程序员世界@新型电子灭弧技术在机械开关中的应用( 二 ) 广州市金矢电子有限公司的研究人员郭桥

以下介绍几种电子灭弧技术及其实用效果。
1AST技术专利“CN106847581B”描述了一种交流灭弧技术及其实现，称为AST ，其原理如图2所示。

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图2AST技术原理图
AST内含有功率器件Triac和监控驱动模块，监控驱动模块能够识别机械开关SW的分断动作并在分断开始时驱动晶闸管器件Triac导通，机械开关SW分断完毕后晶闸管器件Triac在电流零点时自动截止。
图3是利用AST技术后在机械开关SW分断容性负载过程中各部位的波形图。
图3中各序号代表的时刻分别为：①机械开关SW开始分断；②AST识别机械开关SW分断后驱动晶闸管Triac导通；③机械开关SW两端电压继续保持约为0 ，电流变为0；④晶闸管Triac在电流过零时自动截止，机械开关SW两端出现压差。

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图3AST技术在机械开关SW分断过程中的测试波形
从图3中可见，在机械开关SW分断时，机械开关SW上的电流瞬间降为零，分断过程所在的半个周期内其两端的电压持续维持在零附近，该半周期内电流经过晶闸管Triac流向负载。
AST技术对负载特性不敏感，可广泛应用在阻性负载、容性负载和感性负载中。 AST技术中采用的晶闸管导通时间被限定在半个周期内，由于其过载能力强，即使采用较小额定电流的晶闸管也具有极强的电流灭弧能力。采用AST技术的灭弧器件，其工作电压受晶闸管的额定工作电压限制，因此其适合工作在数千伏特以下的电路中。
2ASD技术专利“CN106783297B”描述了一种直流灭弧技术及其实现，称为ASD 。与AST技术原理类似， ASD内含有全控型功率器件和监视驱动模块，图4是其中的一种实现。

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图4ASD技术原理图
监视驱动模块识别到机械开关SW的分断动作后在分断开始时驱动IGBT导通，机械开关SW分断完毕后监视驱动模块适时关断IGBT 。
图5是利用ASD技术后在机械开关SW分断感性负载过程中各部位的波形图。图5中各序号代表的时刻分别为：①机械开关SW分断；②机械开关SW两端电流快速降低为0 ， IGBT上电流上升；③机械开关SW分断后，其两端电压保持为0 ，电流持续由IGBT提供；④IGBT关断，感性负载上出现负压导致机械开关SW上出现过压；⑤IGBT上的电流截止。
ASD技术工作的最大电压和最大电流会受内部全控型功率器件规格的限制，其对电流的分断速度快，应用在感性负载的工况时需要在负载端并联电压钳位元件限制反向过压。

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图5ASD技术在机械开关SW分断过程中的测试波形
3AAE技术专利“CN108962647A”描述了一种全新直流灭弧技术及其实现，称为AAE 。 AAE技术是一种基于二端元件的技术。图6是AAE技术实现的核心原理图， AAE技术内含储能电容Cap ，机械开关SW闭合时，储能电容Cap充电；机械开关SW分断过程中，监视驱动模块驱动晶闸管SCR导通，储能电容Cap瞬间放电，放电形成的脉冲使得机械开关SW两端的压差远小于电弧的弧隙维持电压而阻断通过机械开关SW上的电流。

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图6AAE技术原理图
基于AAE技术的二端器件（后称AAE器件）并联在负载两端，机械开关SW断开时， AAE器件无静态电流消耗且不影响机械式开关SW的绝缘性和耐压特性；机械开关SW闭合后， AAE器件的静态消耗电流低至0～10?A内。
AAE器件内采用晶闸管SCR为放电电子开关元件，通常AAE器件放电时间短至数十至数百个微秒之间，由于晶闸管SCR短时过载力极强，因此很容易达到数千安培电流的灭弧能力。 AAE器件内部充放电环路相互独立，通过内部元件的串联提升AAE器件的耐压等级变得非常简单。