Силовой полупроводниковый ключ Советский патент 1987 года по МПК H03K17/567 

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к коммутирующим элементам, обеспечивающим вютючение и отключение тока силовой цепи преобразователей.

Цель изобретения - увеличение надежности и уменьщение мощности потерь.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого ключа, в которой ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно к вспомогательному тиристору через цепь с параллельно соединенными первичными обмотками трансформаторов; на фиг. 2 - то же, ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно вспомогательному тиристору через цепь с последовательно соединенными первичными обмотками трансформаторов и вторичной обмоткой импульсного трансформатора; на фиг. 3 - то же, ветвь с конденсатором и реактором подключена параллельно вспомогательному тиристору через цепь с объединенной первичной обмоткой и с последовательно соединенными вторичными обмотками трансформаторов; на фиг. 4 - эпюры токов и напряжений при работе ключа.

Силовой полупроводниковый ключ (фиг. 1) имеет входные клеммы 1 и 2, включаемые последовательно в цепь коммутируемого тока. К клемме 1 подключены анод основного тиристора 3 и через вспомогательный диод 4 клемма 5 узла 6 принудительной ко.м- мутации. К клемме 2 подключены катод основного тиристора 3 и через вторичную обмотку смещающего трансформатора 7 подключена клемма 8 узла 6 принудительной коммутации. В последнем к клемме 5 подключены катод обратного диода (например, диода с накоплением заряда) 9, анод вспомогательного тиристора 10 (например, комбинированного выключаемого) и первая обкладка конденсатора 11, а к клемме 8 подключены анод обратного диода 9, катод вспомогательного тиристора 10 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 12 и электрод управления вспомогательного тиристора 10 через сопротивление 13. Общая точка 14 вспомогательного тиристора 10 и вторичной обмотки импульсного трансформатора 12 соединена с началами первичных обмоток трансформаторов 7 и 12. Концы первичных обмоток соединены со второй обкладкой конденсатора 11 через реактор (дроссель) 15.

Первичные обмотки трансформаторов 7 и 12 могут быть соединены последовательно (фиг. 2). При этом один или оба магни- топровода трансформаторов могут быть насыщающимися при рабочем режиме.

Вместо каждого полупроводникового прибора, входящего в ключ, может быть включена группа таких приборов, соединенных последовательно и (или) параллельно. Вторичные обмотки трансформаторов 7

и 12 могут быть связаны как с катода.ми основного 3 и вспомогательного 10 тиристоров, так и с их анодами (фиг. 1 и 2). Вспомогательный диод 4 может быть связан как

с катодом так и с анодом основного тиристора 3 (фиг. 1 и 2). Трансформаторы 7 и 12 .могут иметь объединенную первичную обмотку (фиг. 3).

Силовой полупроводниковый ключ рабоQ тает следующим образом.

До момента ti основной тиристор 3 заперт, напряжение . внещней цепи прилагается к клеммам 1 и 2 ключа, и конденсатор 11 заряжается с полярностью, показанной на фиг. 1.

5 В момент ti основной тиристор 3 отпирается сигналом управления и через него начинает протекать ток ,4. За положительное направление токов на фиг. 4 принято направление тока в ветвях на фиг. 1

Q сверху вниз.

Для запирания основного тиристора 3 в момент t отпирают сигналом управления вспомогательный тиристор 10. Последний отпирается, и ток разряда конденсатора 11 начинает протекать по первичным обмотка.м

трансформаторов 12 и 7 и реактору 15. При этом на вторичных обмотках указанных трансформаторов появляется напряжение с полярностью, указанной на фиг. 1. Под действием этого напряжения через вспомоQ гательный тиристор 10 начинает проходить нарастающий ток Цо , а ток i через основной тиристор начинает убывать. Токи в контурах коммутации основного тиристора 3 могут в десятки раз превышать ток в контуре перезаряда конденсатора 11, что обес5 печивается соответствующим выбором соотношения витков первичных и вторичных обмоток трансформаторов 7 и 12. Это обеспечивает возможность уменьщения величины требуемой емкости конденсатора 11.

Через обратный диод 9 ток не проходит, так как он заперт напряжением вторичной обмотки трансформатора 7.

Когда в момент ti ток ijo станет равным току u,i, ток ij через основной тиристор 3 спадет до нуля. Затем при дальней5 шем нарастании тока iio через основной тиристор 3 потечет нарастающий обратный ток ij . В момент t. обратный гок is достигает максимального значения, после чего начинает убывать. С момента t через обратный диод 9 начинает проходить ток ij.

0 В момент времени tj импульс прямого тока через обратный диод 9 спадает до нуля, а ток ijo снова становится равным току 1. На интервале вторичное напряжение трансформатора 7 с полярностью, указанс ной на фиг. 1, прилагается через отпертые диоды 9 и 4 к основному тиристору 3 и является для него запирающим напряжением. Интервал t4 -15 выбран таким, что обеспечивает восстановление запирающих

0

свойств основного тиристора 3. В момент ty заканчивается перезаряд конденсатора 11, и полярность на нем обратная по сравнению с указанной на фиг. 1.

С момента ts начинается разряд перезаряженного конденсатора 11 по контуру, включающему реактор 15, первичные обмотки трансформаторов 7 и 12, вторичную обмотку трансформатора 12 и обратный диод 9. При этом на вторичной обмотке трансформатора 12 появляется лмпульс напряжения и тока с полярностью, обратной той, которая указана на фиг. 1. Под действием указанного импульса напряжения к моменту te ток iio вспомогательного тиристора 10 уменьшается до нуля, а ток iv переводится на диод 9 и течет через него в виде обратного тока. Затем через вспомогательный тиристор 10 начинает протекать увеличивающийся обратный ток, замыкаясь через обратный диод 9 и добавляясь к обратному току, равному Ц2. В момент времени t обратный ток ijo вспомогательного тиристора 10 достигает максимума, после чего достаточно быстро спадает до нуля (момент времени it) под действием обратного напряжения, создаваемого вторичной обмоткой импульсного трансформатора 12 и прикладываемого к его аноду, а через сопротивление 13 - к электроду управления. Тиристор 10 выбирается с малым временем выключения, например комбинированно-выключаемый тиристор, и на меньщий ток, чем основной тиристор 3, так как он проводит ток силовой цепи в течение относительно неболь- щого промежутка времени. До момента is обратный ток диода 9 остается равным току й,А, после чего последний обрывается (момент времени ), и ключ переходит в запертое состояние. При этом конденсатор 11 подзаряжается под действием напряжения U-(4 и имеет полярность, указанную на фиг. 1. По окончании процесса подзаряда ключ приходит Б исходное состояние.

Обратный диод 9 выбирается с временем восстановления, больщим, чем время выключения вспомогательного тиристора.

Подключение второго конца ветви с конденсатором и реактором к аноду обратного диода или к катоду основного тиристора, а также последовательное соединение первичных обмоток трансформаторов, или их объединение не-оказывают влияния на принцип действия ключа. Имеющее место различие в протекании тока перезаряда конденсатора по обмоткам трансформаторов

может быть скомпенсировано выбором соотношений витков и сечений обмоток трансформаторов.

Достижение цели обеспечивается тем,

что при предлагаемом включении ветви с конденсатором и первичны.х обмоток импульсного и смещающего трансформаторов вспомогательный тиристор и обратный диод обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двуполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конденсатором реактора позволяет расширить диапазон коммутируемых ключо.м токов.

15

Формула изобретения

1.Силовой полупроводниковый ключ, содержащий основной тиристор, обратный диод, подключенный катодом через встречно

включенный вспомогательный диод к аноду основного тиристора, а анодом через вторичную обмотку смещающего трансформатора - к катоду основного тиристора, вспомогательный тиристор, подключенный анодом к катодам обратного диода и вспомогательного диода, а катодом через вторич ную обмотку импульсного трансформатора - к аноду обратного диода и одной клемме вторичной обмотки смещающего трансформатора, ветвь, содержащую последовательно соединенные конденсатор и индуктивность, отличающийся тем, что, с целью уменьшения мощности потерь, повышения надежности, один конец указанной ветви соединен с общей точкой, связывающей анод вспомогательного тиристора и катоды

обратного диода и вспомогательного диода, а другой конец ветви через цепь, содержащую первичные обмотки смещающего и импульсного трансфор.маторов, соединен или с общей точкой, связывающей катод вспомогательного тиристора и клемму вторичной обмотки импульсного трансформатора, или с общей точкой, связывающей катод основного тиристора и клемму вторичной обмотки смещающего трансформатора.

2.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что первичные обмотки смещающего и и.мпульсного трансформаторов соединены последовательно.

3.Ключ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, смещающий и импульсный трансформаторы имеют общий магнитопровод и объединенную первичную обмотку.

1

Vuz.2

2A

Фиг.З

Изобретение относится к силовой полупроводниковой преобразовательной технике, в частности к коммутирующим элементам, обеспечивающим включение и отключение тока силовой цепи преобразователей. . Г-; Целью изобретения является повышение надежности и снижение мощности потерь. Полупроводниковый ключ содержит входные клеммы 1 и 2, тиристор 3, вспомогательный диод 4, клемму 5 узла 6 принудительной коммутации, смещающий трансформатор 7, клемму 8 узла принудительной коммутации, диод 9 с накоплением заряда, вспомогательный тиристор 10, импульсный трансформатор 12, конденсатор 11, резистор 13 и дроссель 15. Поставленная цель достигается тем, что ветви с конденсатором и первичными обмотками трансформаторов 7 и 12, тиристором 10 и диодом обеспечивают одновременно с переключением коммутируемого силового тока создание двухполярных импульсов тока управления. Включение последовательно с конденсатором дросселя расширяет диапазон коммутируемых токов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. сл со 1чЭ ЬО 4 СГ1

Фиг.1

sWe 9iio