（文章來源：電氣新科技）

近年來隨著能源領域持續發展創新，承擔電流接通和分斷任務的開關成為基礎性關鍵元器件。實際應用中，不論是在電力機車、船舶、航空等傳統領域，還是在光伏、電動汽車、儲能等新能源領域，絕大多數場合仍然采用機械開關。

機械開關分斷電流時產生電弧，受電弧影響，機械開關的觸點會溶蝕甚至粘連，觸點間的絕緣耐壓水平急劇下降而接觸阻抗急劇上升，導致機械開關的性能、壽命、可靠性等都存在技術性缺陷。因此，對電弧的控制成為機械開關領域亟待攻克的重大關鍵技術難點。

隨著電力電子技術的不斷發展，采用功率半導體器件的電子開關也開始在部分領域應用，但受過載能力、發熱量、擊穿風險等諸多客觀因素制約，電子開關的應用也遇到了瓶頸。

機械開關分斷過程中，當觸點間電壓場強達到一定強度，通常在觸點間距很小時只需要十幾伏特的電壓，就能使觸點材料發生電子發射并電離觸點間的介質而形成電弧，電弧在觸點間產生數千至數萬攝氏度的高溫，高溫使觸點間形成熱發射和熱游離并維持電弧持續放電。如圖1所示，電弧一旦形成，主要靠熱能維持，電弧之間僅需要很低的維持電壓，一般陰極區只需十幾伏特，陽極區只需零至十幾伏特，弧柱區每厘米僅需幾伏特的電壓。

根據電弧形成的物理特性，傳統機械開關通常采用控制弧隙介質游離程度和去游離程度、控制弧隙溫度以及增加弧隙間電壓的方法進行滅弧。

采用特定的弧隙介質，例如真空或特定氣體，能控制弧隙介質游離程度和去游離程度；增加弧隙距離，如追加滅弧柵或增加觸點數量，能增大弧隙電壓并改善散熱；改變弧柱路徑，如采用特定弧柱管道、氣吹、油吹、磁吹等，可降低弧溫及離子濃度；提高分斷速度、增大觸點間開距等也能增加電弧發生的難度。

但傳統的機械、物理滅弧方法，不僅對機械式開關的結構設計有嚴格的技術要求，在應用上也存在斷弧時間長（毫秒級）、電氣壽命短（數次至數千次）、體積大、性價比低的缺點。利用諧振制造電流零點的電子滅弧方法不僅對機械式開關本身有嚴格的要求，更需要根據機械式開關的實際應用工況來調配諧振參數，應用的普適性受到限制；另外，諧振建立的過程需要耗費長達數個毫秒的時間，導致電弧持續時間比較長，諧振采用的感容元件也導致其體積大、質量重、價格高。

根據機械開關產生的電弧特性，近年來出現了新型的電子滅弧技術，這些電子滅弧技術獨立于機械開關本身，可與現有的機械開關配合使用。

基于這些電子滅弧技術的器件或與機械開關并聯或與負載并聯，與機械開關并聯式電子滅弧器件采用功率半導體器件，在機械開關分斷過程中分流機械開關上的電流并將機械開關兩端的電壓限定在數伏特的較低水平，從而阻止了產生電弧必須的強電場發射和熱電子發射建立的條件；與負載并聯式電子滅弧器件采用儲能型電子器件，在機械開關分斷過程中適時瞬間提供高能量電壓脈沖，以大幅度降低機械開關兩端的電場強度，從而加速電弧的去游離過程而阻止電弧的持續燃燒。

AST內含有功率器件Triac和監控驅動模塊，監控驅動模塊能夠識別機械開關SW的分斷動作并在分斷開始時驅動晶閘管器件Triac導通，機械開關SW分斷完畢后晶閘管器件Triac在電流零點時自動截止。

AST技術對負載特性不敏感，可廣泛應用在阻性負載、容性負載和感性負載中。AST技術中采用的晶閘管導通時間被限定在半個周期內，由于其過載能力強，即使采用較小額定電流的晶閘管也具有極強的電流滅弧能力。采用AST技術的滅弧器件，其工作電壓受晶閘管的額定工作電壓限制，因此其適合工作在數千伏特以下的電路中。

專利“CN 106783297 B”描述了一種直流滅弧技術及其實現，稱為ASD。與AST技術原理類似，ASD內含有全控型功率器件和監視驅動模塊，圖4是其中的一種實現。監視驅動模塊識別到機械開關SW的分斷動作后在分斷開始時驅動IGBT導通，機械開關SW分斷完畢后監視驅動模塊適時關斷IGBT。

ASD技術工作的最大電壓和最大電流會受內部全控型功率器件規格的限制，其對電流的分斷速度快，應用在感性負載的工況時需要在負載端并聯電壓鉗位元件限制反向過壓。基于AAE技術的二端器件（后稱AAE器件）并聯在負載兩端，機械開關SW斷開時，AAE器件無靜態電流消耗且不影響機械式開關SW的絕緣性和耐壓特性；機械開關SW閉合后，AAE器件的靜態消耗電流低至0～10A內。

AAE器件內采用晶閘管SCR為放電電子開關元件，通常AAE器件放電時間短至數十至數百個微秒之間，由于晶閘管SCR短時過載力極強，因此很容易達到數千安培電流的滅弧能力。AAE器件內部充放電環路相互獨立，通過內部元件的串聯提升AAE器件的耐壓等級變得非常簡單。

AAE器件的監控驅動模塊在識別到電弧后，可根據需要設定釋放高能脈沖的時機。選擇在電弧建立初期即強電場發射的電子碰撞游離期釋放高能脈沖時能夠將電弧控制在起弧階段，但是，此時釋放的高能脈沖需要有足夠的幅度和寬度，足夠幅度能阻止機械開關SW的觸點之間場電子持續發射，足夠寬度能保證有足夠的時間實現弧隙間去游離過程以恢復已受到破壞的弧隙間介質強度。為滿足對脈沖幅度和寬度的要求，需要儲能電容有足夠的容量。

在工程實踐中，由于受儲能電容（或線路本身）分布電感和內阻、機械開關SW分斷速度等的影響，在高電壓大電流時單純依靠提升電容容量難以確保滅弧的可靠性。
（責任編輯：fqj）