Устройство для управления тиристором Советский патент 1989 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных системах преобразователей для управления тиристорами.

Цель изобретения - уменьшение установленной мощности и улучшение мас- согабаритных показателей устройства.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства,- на фиг.З - графики, поясняющие работу устройства для тиристоров различных характеристик.

Устройство содержит источник 1 питания, транзисторы 2 и 3 одинаковой проводимости, коллектор транзистора 2 соединен с базой транзистора 3 и через резистор Ц - с первым выводом источника 1 питания, к второму выводу которого подключен эмиттер транзистора 2, эмиттер транзистора 3 через резистор 5 соединен, с эмиттером транзистора 2, а коллектор - с одним выводом первичной обмотки импульсного трансформатора 6, другой вывод кото-- рой соединен с первым выводом источника 1 питания, к базе транзистора 3

05

5s

.

3150

подключен катод стабилитрона 7, анод которого соединен с эмиттером транзистора 2, база которого подключена к клемме 8 входного сигнала, вторим- нал обмотка импульсного трансформатора 6 одним концом через диод 9 предназначена для подключения к управляющему электроду тиристора, а другим - к его катоду, для предохра- :нения тиристора от ложных отпираний между управляющим электродом и катодом тиристора включены параллельно соединенные резистор 10 и конденсатор 11.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на базу транзистора 2 положительного сигнала V f, 7 О (tg t ; t на фиг,2) транзистор 2 открывается, в результате чего через резистор 4 протекает ток коллектора транзистора 2. Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 2 мало и близко к нулю, т.е. О (фиг,2). Это напряжение приложено к стабилитрону 7 и к базе транзистора 3, в-результате чего стабилитрон 7 и транзистор 3 не проводят ток (фиг.2), При этом выходное напряжение устрой- ства равно нулю. В момент времени t (фиго2) входной сигнал становится отрицательным, т,е. и ц О, в результате чего транзистор 2 закрывается и ток от источника 1 через резистор А наминает протекать через стабилитрон 7 и базу транзистора 3, при этом напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 2 равно напряжению стабилизации стабилитрона 7 (фиг-,2). Транзистор 3 открывается и в его коллекторной цепи протекает ток, равный

Ucr -„у533 т- R -Бз

(О

и - напряжение стабилизации 5

стабилитрона 7,

напряжение между базой и эмиттером транзистора 3; R, величина сопротивления

резистора

Ig,, - ток базы транзистора 3. На первичной обмотке трансформато- 6 появляется падение напряжения, ное

и

W1

Е, - ., - и,, (2) 55

п

где Е - напряжение источника 1 питания S

кэз напряжение между коллектором

и эмиттером транзистора 3, и - падение напряжения на резисторе 5.

Это напряжение трансформируется во вторичную обмотку, в результате чего в цепи управляющий электрод - катод тиристора начинает протекать ток, , создающий падение напряжения U,,,.,

JV

Лфиг.2} и включающий тиристор.

На фиг.За приведены графики , поясняющие работу устройства для тиристоров различных характеристик и , f(Iy). Разброс характеристик управления тиристоров в пределах первой и третьей характеристики обусловлен различием зависимостей напряжения Ну управления от тока 1, управления тиристоров. Для надежного включения любого тиристора данного т ипа необходимо сформировать сигнал управления, характеризуемый, значениями Uy и 1у, причем они должны превышать значения Uxjr и 1ч,г, соответствующие нижней границе зоны гарантированного вклю- чения.

Сущность работы предлагаемого устройства сводится к обеспечению включения тиристора в зоне гарантированного включения с меньшей установленной мощностью, т.е. к обеспечению линии нагрузки вида 15 (фиг.За), при которой устройство управления работает либо в режиме источника тока,-либо источника напряжения, в зависимости от характеристики управления тиристора .

Г ассмотрим возможные режимы работы устройства. В зависимости от величи-. мы напряжения управления тиристора возможны три случая.

Характеристика управления проходит через точку X (фиг.За). При этом параметры устройства выбирают следующим образом. Для надежного включения тиристора на его управляющий электрод нужно подать сигнал, характеризуемый значениями напряжения и тока управления, превышающими значения U,r и 1ур, соответствующие нижней границе зоны гарантированного включения, при этом для снижения установленной мощности и массы устройства управления необходимо и достаточно обеспечить равенство тока и напряжения их гарантированным значениям, равным и,, Uvir;

I vj I.

. -5083

В этом случае падениенапряжения

U,j на вторичной обмоткетрансформатора равно

- ug, (3) ; 5

где и, - напряжение, соответствующее нижней границе зоны гарантированного включения; Ua - прямое падение напоя |(ения

1 П

на диоде 9. Ток во вторичной обмотке равен «,-; 1,,г При К

.

необходимо, чтобы

в первичной обмотке протекал ток, равный

1-,.1г- - 1кЗ 1уг/К., (4)

а падение напряжения на первичной обмотке равно

тт . -IT J7

- Wir j 1г

в этом случае режим работы транзистора 3 выбирают таким, чтобы рабочая точка на его выходных характеристиках находилась в точке В (фиг.36), т,е, чтобы транзистор 3 работал в активном режиме, но с минимальным падением напряжения между коллектором и эмиттером. Таким образом, транзистор 3 работает в актизном режиме при кав Падение напряжения на резис- торе 5 определяется напряжением стабилизации стабилитрона и равно

J сг и 53 3 }

(5)

а напряжение источника 1 питания должно быть равным

Е„ Uw,r + и кэс+ . (6) При этом ток коллектора транзистора 3 определяется соотношением (1) и равен - Wir соответствует протеканию в цепи управляющего электрода тирис- тора тока I у (фиг.За),

Характеристика управления тиристора проходит через точку Z (фиг.За), Как видно из фиг.За при протекании тока 1,. в цепи управляющего электро- да падение напряжения управляющий электрод - катод будет меньше U ч,,- и равно При этом падение напряжения на вторичной обмотке, равное

и,, Uy, 4- Uj, (7) уменьшается, а следовательно, уменьшается и и, но так как транзистор 3 включен по схеме с общим коллектором м UCT const, то

Uj UCT - U535 const; - (8)

IM I ЭЗ Ig-j « const, (9) т.е. увеличивается падение напряжения коллектор-эмиттер транзистора 3 при I КЗ const.

083

; 5

е

1 П

15

20

25 30

,

40

45 50

55

19

Рабочая точка транзистора 3 при этом из точки 8 перемещается в точку А (фиг.Зб), а ток коллектора транзистора 3 остается примерно постоянным и равен Таким образом, при характеристиках управления тиристорами, лежащих в диапазоне между графиками 13 и 1 (фиГоЗа), устройство управления работает.как источник постоянного тока, что подтверждает вертикальный участок линии нагрузки вида 1б на фиг.За,

Характеристика управления тиристора проходит через точку Y (фиг.За), В данном случае при токе управления, равном 1,- , .падение напряжения управляющий электрод-катод тиристора возрастает, в результате чего увеличиваются соответственно напряжения Uvvi и и,,2. При увеличении напряжения уменьшается падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 3, вследствие чего транзистор 3 выходит из активного режима, его рабочая точка перемещается из точки В к точке С (фиг.Зб) .и при U const, уменьшается ток коллектора транзистора 3, что вызывает уменьшение тока в цепи управляющего электрода тиристора. В цепи управляющего электрода тиристора будет протекать ток 1уу соответствующий точке Y на характеристике управления тиристора. Таким образом, при характеристиках управления тиристорами, лежащих в пределах графиков 12 и 13 (фиг.За), устройство управления работает как источник постоянного напряжения, что подтверждает горизонтальный участок линии нагрузки на фиг.3а

Применение для управления тиристором предлагаемого устройства, работающего в режиме источника тока lyp, либо источника напряжения U у (в зависимости от характеристики управления конкретного тиристора), соответствующих нижней границе зонь гарантированного включения, позволяет обеспечить надежное включение тиристора при минимальной мощности сигнала уп-. равления. В свою очередь, это позволяет снизить установленную мощность и улучшить массогабаритные показатели устройства управления.

Резистор 10 и конденсатор 11 позволяют повысить помехоустойчивость устройства за счет уменьшения уровня

помех, воздействующих на управляющий вход тиристора.

Формула изобретения

Устройство для упрайления тиристором, содержащее первый и второй транзисторы одинаковой проводимости, причем коллектор первого транзистора сое- динен с базой второго транзистора непосредственно и через первый резистор - с первым выводом источника питания, база первого транзистора соединена с клеммой входного сигнала, а эмиттер - с вторым выводом источника питания, коллектор второго транзистора соединен с одним концом первичной

обмотки импульсного трансформатора, один конец вторичной обмотки которого через диод предназначен для подключения к управляющему электроду тиристора, а другой - непосредственно к его катоду, отличающееся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности и улучшения массога- баритных показателей, в него введен стабилитрон, причем второй вывод источника питания соединен через стабилитрон с базой, второго транзистора, через второй резистор - с его эмит-. тером, а другой конец первичной обмотки импульсного трансформатора соединен непосредственно с первым выводом источника питания.

|7

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в различных системах преобразователей для управления тиристорами. Цель изобретения - уменьшение установленной мощности и улучшение массогабаритных показателей. Разброс характеристик управления тиристоров обусловлен различием зависимостей напряжения управления от тока управления тиристоров. Для надежного включения любого тиристора необходимо сформировать сигнал управления, характеризуемый значениями напряжения и тока управления, которые должны превышать значения, соответствующие нижней границе зоны гарантированного включения. Сущность изобретения заключается в обеспечении включения тиристоров в зоне гарантированного включения с меньшей установленной мощностью, т.е. в обеспечении линии нагрузки, при которой устройство управления работает либо в режиме источника тока, либо источника напряжения, в зависимости от характеристики управления тиристора. 3 ил.

г) и

B}t

2j

Uu,УЗ-Н

S fO

11

Фиг.1

П

VLZ. 2

О /i/y /yr

PusJ

кз