Ключевой элемент с защитой Советский патент 1984 года по МПК H02M1/18 

Изобретение относится к импульсной технике большой мощности и може быть использовано в импульсных модуляторах и устройствах быстродейст вующей защиты мощных СВЧ приборов. Известны ключевые элементы на тиристорах с защитой от перенапряжений как по линии анодно-катодной цепи, так и по цепи управления СП. Недостатком таких технических решений является то, что они не обеспечивают надежной защиты тиристоров при последовательном их среди нении от перегрузок, возникающих вследствие неодновременнрсти срабатьюания (открьшаиия) ти|ристоров. Неизбежный разброс по уровню напряжения срабатывания приводит к тому, что та часть тиристоров, которая открывается с запаздьшанием, оказывается перегруженной напряжением и, если не,принять специальных мер, вы ходит из строя. Наиболее близким технические решением к предлагаемому является уст ройствр, содержащее цепь последовательно соединенных тиристоров, в ко торую включены дроссели защиты, пре пятствующие быстрому нарастанию тока а цепи. Дроссели защищают- тиристоры в том случае, если постоянная времени нарастания тока в цепи IT., обусловленная дросселями, удовлетво ряет условию где разброс, во времени срабаты вания тиристора, включающий и разброс, обусловленный разным уровнем запуска по напряжению или току управляющего электрода. Кроме того, устройство - прототип содержит в цепи управления .каждого тиристора триггер, фиксирующий открытое состояние тиристоров в рабочем состоянии и источник управляющих импульсов 2 Недостатком известного устройств является низкое быстродействие всей цепи, обусловленное требованием (1) на величину индуктивности защитных дросселей, а также низкая надежность вследствие того, что со временем условие (1) может нарушаться вследстви изменения параметров тиристоров в ,процессе срока службы. Целью изобретения является повышение надежности и быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в ключевой элемент с защитой, содержащий последовательно соединенные дроссель и п тиристоров, каждый с соответствующим блоком управления, и источник равляющих импульсов, в блок управления каждого тиристора введены оптронный ключ, конденсатор, перемножитель, а также пиковый вьтрямитель, причем вход оптронного ключа соединен с выходом источника управляющих импульсов, первый вход перемножителя соединен с выходом оптронного ключа, второй через конденсатор - с анодом тиристора, выход - с управлянящм электродом тиристора, вход пикового выпрямителя подключен параллельно тиристору, а выход С9единен с шинами питания оптронного ключа и перемножителя. Оптронный ключ выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим змиттером, в базовую цепь которого введен оптрон. Перемножитель содержит два резистора и два транзистора разного типа проводимости, причем эмиттеры транзисторов объединены, база транзистора п-р-п типа проводимости соединена через первый резистор с его кол лектором и непосредственно с конденсатором, а «гр коллектор соединен с положительным выводом пикового выпрямителя, база транзистора р-п-р типа проводимости соединена с выхо- дом оптронного ключа, а коллектор соединен с управляющим электродом тиристора непосредственно и с като- дом - через второй резистор. Пиковый вьтрямитель содержит резистор, диод, колденсатор и стабилитрон, причем анод стабилитрона соединен с катодом тиристора, катод через резистор - с анодом тиристора и через анод с положительными шинами Питания оптронного ключа и перемножителя, а конденсатор включен между катодом тиристора и выходом пикового выпрямителя. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы изменения напряжения на выходе источника управляющих импульсов и,пр , анодного напряжения на одном из тиристоров U р напряжения на выходе пиковьк выпряителейи, J и токов управляющих электродов тиристоров J,,np ал-да трех режимов тиристорО1 (кривые 1., II, 111). Устройство содержит (для первого тиристора) источник управляющих импульсов 1, оптронный ключ 2, перемно житель 3, конденсатор 4, дрбссель 5, тиристор 6, пиковый вьшрямитель 7, оптрон 8, тринзисторы 9-11, конденсатор 12, диод 13, резисторы 14-16 и стабилитрон 17. Соответственно обозначаются элементы в блоке управления .т1-го тиристора, но с дополнительной отметкой h. Устройство работает следующим образом . В исходном состоянии (до прихода управляющего импульса) все тиристоры 6-6 п закрыты. При этом одинаковое падение напряжения на тиристорах 66 п обеспечивается посредством резисторов .14-14 п и стабилитронов 1717 п пиковых выпрямителей 7-7 п. Конденсаторы 12-12 п через диоды 1313 .п заряжены до одинаковых напряжений, которые поданы на оптронные клю чи 2-2 п и перемножители 3-3 п. При этом оптронные ключи разомкнуты и на управлякщих электродах тиристоров 66 п отсутствуют сигналы. Процесс открывания ключевого элемента начинается в момент t поступления сигнала от источника управляющих импульсов (см. фиг. 2). При этом светопоток от оптрона 8 (далее рассмотрим для простоты ячейку одного тиристора 6) открывает транзистор 9, замыкая оптронный ключ 2, что приводит к открыванию транзистора 11 в перемножителе 3. Крутизна нарастания тока в транзисторе 11 перемножителя определяется транзистором 10. В исходный момент она задается величиной резистора 15, а далее временной производной от анодного напряжения на тиристоре 6, которая поступает на транзистора 10 через конденсатор 4 обратной связи. Таким образом, на выходе перемножителя ток приблизительно пропорционален напряжению входного сигнала умноженному на скорость нарастания напряжения обратной связи, снимаемого с анода тиристора. При этом у тиристора, который открылся раньше, например во время t-, (когда ЭЛ-АО 3 ПОРОГ г крутизна нарастания то- . ка запуска управляющего электрода уменьшается (кривая 18), а у еще закрытых тиристоров - увеличивается (кривая 19) по сравнен:™ с ситуацией без обратной связи (конденсатор ,4 отключен), проиллюстрированной кривой 20. Это приводит к тому, что ток управляющего электрода запазДывающего тиристора достигает своего порогового значения (напр№1ер J ,-, ) в момент времени 2 за промежуток ремени i,-i. значительно меньший /промежутка времени t, -i, который был бы у того же тиристора без обратной связи. У открытого же тиристора нарастание тока управления уменьшается. Эти два фактора способствуют существенному уменьшению величины временного разброса задержки включения тиристоров ДТ, что позволяет значительно уменьшить индуктивность дросселя 5 и тем самым повысить общее быстродействие устройства. Выравнивающее действие обратной связи способствует также ослаб лению требований на временную стабильность характеристик тиристоров и элементов цепей управления, что в целом повышает надежность предлагаемого ключевого элемента. При полном срабатывании ключевого элемента на выходах пиковых детекторов напряжение падает до величины, определяемой резисторами 14-14 п, которая может быть всегда выбрана такой, чтобы ток на выходе перемножителя обеспечивал открытое состояние всех теристоров. Поэтому применение триггеров,- как это сделано в прототипе, в предло-женном устройстве нецелесообразно. Данное техническое решение обеспечивает повьш1ение быстродействия устройства в 3 раза при прочих равных условиях по сравнению с подобным устройством-прототипом, надежности, как за счет лучшего запуска тиристо ов, так и за счет исключения трансформаторов и потенциальных источников питания из цепей запуска тиристоров.

п

1. КЛЮЧЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ С ЗАЩИТОЙ , содержащий последовательно соединенные дроссель и п тиристоров, каждьй с соответствующим блоком управления, и источник управляющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в блок управления каждого тиристора введены ойтронный ключ, конденсатор, пе)емножитель, a также пиковый вьшрямитель, причем вход оптронного ключа соединен с выходом источника управляющих импульсов, первый вход перемножителя соединен с выходом оптронного 1:люча, второй через конденсаторс анодом тиристора, выход - с управляюцрм электродом тиристора, вход пикового вьтрймителя подключен парапггельно тиристору, a выход соединен с шинами питания оптронного ключа и перемножителя. 2. Ключевой элем€;нт по п. 1, о т л и ч a ю D и и с я тем, что оптронный ключ выполнен на транзисторе, включенном по схеме с 1эмиттером, в базовую цкпь которого введен сптрон. 3.Ключевой элемент по пп. 1 и 2, о т j; и ч a ющ и и с я тем, что перемножитель содержит два резистора и два транзистора разкого типа проводимости, причем эмиттеры транзисторов объединены, база транзистора / п-р-п типа проводимости соединен ; через первый резистор с его коллектором, и непосредственно - с конденсатором, a его коллектор соединен с положительным выводом пикового выпрямителя, база транзистора р-п-р типа проводимости соединена с выходом оптронного ключа, a коллектор соединен с управляющим электродом тиристора непосредственно и с катодом - через второй резистор. 4.Ключевой элемент по по пп.1-3, ;о р т л и ч a ю щ и и с я тем, что о пиковый выпрямитель содержит, резис9д тор, диод, конденсатор и стабилитрон, причем анод стабилитрона соеvj динен с катодом тиристора, катод че.рез резистор - с анодом тиристора и через диод - с положительными ши-. нами пита.ния оптронного ключа и пёремножителя a конденсатор включен между катодом тиристора и выходом .пикового выпрямителя.

%,Р(7..7л

Фиг .2