本文介紹了一種集成一體化模塊，以及該模塊在煤礦企業(yè)中的典型應(yīng)用。

模塊的研發(fā)背景

一直以來，在很多工礦企業(yè)的電力系統(tǒng)中，基本都是以AC1140V的動(dòng)力電源為主。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際使用過程中，往往都需要將輸入電源用變壓器降壓，再經(jīng)過高壓二極管整流等手段，變換為設(shè)備所需要的工作電壓，其通斷的控制是用接觸器來完成的。而這種傳統(tǒng)的設(shè)備體積龐大、笨重，防塵、防爆性能差，往往需要比較大的防爆箱來進(jìn)行外部防護(hù)處理，成本高，安全性不好。

應(yīng)客戶要求，我公司開發(fā)了專門針對(duì)該行業(yè)的集成一體化中壓整流模塊（以下簡(jiǎn)稱模塊）。該模塊以優(yōu)質(zhì)的晶閘管高壓芯片作為主電路的主要器件，用陶瓷覆銅板（DBC）為焊接基板，以純銅板作為導(dǎo)熱基板，與觸發(fā)系統(tǒng)一起封裝于一個(gè)封閉的塑料殼體中，完美解決了傳統(tǒng)設(shè)備存在的弊端。目前，模塊已經(jīng)開始大量應(yīng)用于中壓調(diào)壓和煤礦電磁鐵勵(lì)磁控制（安裝于防爆柜中）等場(chǎng)合。

模塊的外形及特點(diǎn)

模塊外形及原理圖如下：

在對(duì)晶閘管的觸發(fā)脈沖作了特殊優(yōu)化處理后，模塊適應(yīng)范圍更寬，尤其適用于感性負(fù)載的控制場(chǎng)合。

模塊的控制特性曲線和負(fù)載特性曲線：

圖二  特性曲線

經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，模塊具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

一、 模塊利用晶閘管的調(diào)壓功能，替代了接觸器、整流變壓器、二極管等傳統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)。主模塊所需空間僅為185mm見方，是傳統(tǒng)設(shè)備的十幾分之一甚至幾十分之一，即使加上吸收電路和續(xù)流電路，也僅僅需要一個(gè)小的防爆柜就可以安裝，大大節(jié)省了空間，節(jié)約了成本；

二、 我們針對(duì)模塊的觸發(fā)系統(tǒng)作了優(yōu)化和升級(jí)，獨(dú)立開發(fā)了同步信號(hào)處理電路、數(shù)字移相電路和驅(qū)動(dòng)電路，因此，該模塊非常適合于感性負(fù)載，對(duì)直流電機(jī)、電磁鐵等負(fù)載而言，具有優(yōu)越的調(diào)速、調(diào)壓性能；

三、 由于高度的集成化，模塊的環(huán)境適應(yīng)能力極強(qiáng)，非常適合于煤礦等粉塵多的場(chǎng)合使用，安全可靠；

四、 無觸點(diǎn)，無需考慮傳統(tǒng)接觸器的觸點(diǎn)釋放時(shí)的飛弧現(xiàn)象，安全性更高，無需考慮接觸器長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)觸點(diǎn)燒毀、粘連等因素，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

模塊的應(yīng)用案例

模塊自投產(chǎn)以來，已經(jīng)成功應(yīng)用于煤礦提升設(shè)備、電磁鐵控制等諸多工業(yè)領(lǐng)域，并以其優(yōu)異的性能，可靠的質(zhì)量，良好的環(huán)境適應(yīng)能力，深受廣大用戶喜愛。以下是模塊在煤礦除鐵設(shè)備中的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例。

輸入電壓：AC1140V，電磁鐵工作電壓DC450V，額定電流60A。

模塊應(yīng)用原理：

圖三  整機(jī)原理圖

該系統(tǒng)主要由集成一體化整流模塊、阻容吸收電路、續(xù)流電路等三部分組成。

模塊選用我們自主研發(fā)的3MTDC300A/1140V。因負(fù)載為直流電磁鐵，應(yīng)用場(chǎng)合非常重要，且工作于導(dǎo)通角很小的范圍內(nèi)，所以選取額定電流300A的模塊，盡可能的放大電流余量，同時(shí)選用高耐壓芯片，兩兩串聯(lián)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，挑選各項(xiàng)參數(shù)一致性好的芯片來做。

阻容吸收電路由R1-R6,C1-C6組成。為了防止晶閘管誤導(dǎo)通或過壓擊穿，限制電路的電壓上升率dv/dt，確保晶閘管安全運(yùn)行，在每組晶閘管兩端，我們選擇了耐高壓的線繞電阻、CBB電容共同組成吸收電路。由晶閘管的通態(tài)平均電流，以及晶閘管的工作電壓，綜合實(shí)際情況，我們選擇耐壓為2200V的高壓電容器，2500V的壓敏電阻，根據(jù)作用于晶閘管的峰值電壓、工作頻率等參數(shù)，并且考慮到密閉環(huán)境的影響，我們選擇了100W功率的電阻器，以確保其工作時(shí)的發(fā)熱處于合理的范圍內(nèi)。

續(xù)流電路是由續(xù)流二極管D1、D2和均壓電阻R7、R8組成的，以確保在晶閘管換向時(shí)，負(fù)載電流的連續(xù)性，防止晶閘管所受到的沖擊。選擇MDC200A的二極管模塊，利用其內(nèi)部串聯(lián)的兩只二極管作為續(xù)流二極管。選用270K/2W的均壓電阻，用以均衡兩只二極管兩端的電壓。

圖四 續(xù)流電路

因?yàn)槟K工作時(shí)需要散熱，但防爆柜為密閉的空間，而且不允許使用軸流風(fēng)機(jī)，只能選擇大規(guī)格的散熱器，以彌補(bǔ)空氣對(duì)流差的影響。根據(jù)晶閘管模塊的結(jié)溫不得超過125℃，殼溫不超過85℃，根據(jù)總熱阻Rja=Rjc（結(jié)殼熱阻）+Rcs（接觸熱阻）+Rz0（散熱器熱阻），以及晶閘管芯片的通態(tài)損耗，選擇散熱器DXC006，散熱器長(zhǎng)度為600mm。

模塊的安裝尺寸圖：

圖五  模塊安裝尺寸

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用示例圖：

市場(chǎng)是產(chǎn)品的試金石，客戶的口碑是產(chǎn)品生命的根基。模塊從設(shè)計(jì)，到試驗(yàn)，到投放市場(chǎng)，再到批量生產(chǎn)，至今已兩年有余，市場(chǎng)表現(xiàn)突出，得到了客戶的一致贊譽(yù)。隨著工藝水平的日臻完善，推廣力度的不斷增大，這種中壓集成一體化模塊，必將在我國(guó)工業(yè)控制市場(chǎng)產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。