Тиристорный управляемый ключ Советский патент 1992 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в преобразовательной технике: автономных инверторах, преобразователях частоты, бесконтактных коммутаторах электрических цепей и т.п.

Целью изобретения является повышение быстродействия тиристорного управляемого ключа без усложнения конструкции системы управления.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема тиристорного управляемого ключа.

Тиристорный управляемый ключ, содержит силовой тиристор 1, выполненный в виде запираемого тиристора, анод и катод которого использованы в качестве выводов тиристорного управляемого ключа, а управляющий электрод предназначен для подключения к выходу формирования отпирающих импульсов системы управления 2. Для подключения к выходу формирования запирающих импульсов предназначен управляющий вход управляемого ключа 3, первый вывод которого соединен с катодом силового тиристора 1 и первым выводом цепи перезаряда 4 выполненный в виде последовательно соединенных отсекающего диода 5 и перезарядного дросселя 6. Второй вывод цепи перезаряда соединен с первым выводом коммутирующего конденсатора 7, второй вывод которого соединен с анодом силового тиристора 1. В состав - тиристорного управляемого ключа входят также два разделительных диода 8 и 9 и источник напряжения 10, выполненный в виде предварительно заряженного накопительного конденсатора. Управляющий вывод силового тиристора 1 соединен с анодом первого раз00

с

vj V4 Ч

ГО

делительного диода 8. катод которого соединен со вторым выводок управляемого ключа 3 -| катодом второго разделительного диода 9. Анод раздели- тельного диода 9 соединен с первым выводом коммутирующего конденсатора 7Тиристорный управляемый ключ работает следующим образом.

В исходном состоянии силовой запи- раемый тиристор 1 и управляемый ключ 3 закрыты, конденсатор 10 заряжен до напряжения, не превышающего допустимого для запираемого тиристора.

3 и&ыкл,3оп

с полярностью, показанной на чертеже, коммутирующий конденсатор 7 заряжен до напряжения источника питания Uj с полярностью, показанной на чертеже без скобок. В момент времени ц силовой запираемый тиристор 1 включается. К нагрузке прикладывается напряжение источника питания (нагрузка и источник питания на чертеже не показаны, так как не входят в состав тиристорного управляемого ключа). Конденсатор 7 перезаряжается по цепи k до противоположной поляности. В момент времени tg процесс перезаряда заканчивается. Длительность открытого состояния силового тиристора 1 определяется алгоритмом работы тиристорного управляемого ключа в конкретном преобразователь- ном устройстве и задается системой управления. При необходимости выключить силовой тиристор 1 в момент времени t включается управляемый к.ггоч 3. Тогда, поскольку напряжение конденсатора 7 больше напряжения конденсатора 10

и

7

чо

разделительный диод 8 закрыт, а диод 9 открывается. К силовому запираемому тиристору 1 прикладывается напряжение конденсатора 7, он закрывается,а ток нагрузки переходит на цепь коммутации по аноду. Конденсатор 7 разряжается током нагрузки, В момент времени г., когда уровни напряжений на конденсаторах сравнялись, открывается диод 8 и начинается одновре- менное протекание двух процессов: во-первых, под действием напряжения конденсатора 10 выносятся неоснов

Q

5

0

50

0

5

0 55

ные носители из эмиттерного слоя запираемого тиристора 1, а во вторых, под действием напряжения, равного сумме напряжений конденсатора 10 и источника питания через нагрузку выносятся неосновные носители зарядов из толщин п-базы силового запираемого тиристора 1, что способствует его быстрому восстановлению в прямом направлении. Выключение силового запираемого тиристора 1 по цепи управляющего электрода происходит при значительном снижении его анодного тока, следовательно, восстановление структуры в непроводящее состояние осуществляется за короткое время при малом уровне мощности потерь в структуре тиристора, -т управление процессом выключения силового запираемого тиристора 1 осуществляется при помощи одного управляемого ключа 3, что не требует усложнения системы управления. В момент времени t,- выключение силового тиристора 1 закончено, а конденсатор 7 током нагрузки продолжает перезаряжаться до напряжения источника питания с полярностью, показанной на чертеже без скобок. Скорость нарастания напряжения, воздействующего на силовой запираемый тиристор 1 равна скорости нарастания напряжения на конденсаторе 7. Поэтому его емкость выбирается такой чтобы при максимально возможном токе нагрузки скорость нарастания анодного напряжения не превышала допустимого для силового запираемого тиристора 1

dU/dt,- dU/dt on

При этом конденсатор 7 выполняет еще и функцию защиты силового тиристора от эффекта dl /d -. В момент времени t напряжение на конденсаторе 7 достигает уровня напряжения источника питания и управляемый ключ 3 выключается. В момент времени t7 в соответствии с алгоритмом работы тиристорного управляемого ключа включается силовой тиристор 1 и далее все процессы в схеме повторяются. По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет получить следующие преимущества :

- повышение частотных свойств тиристорного управляемого ключа за

51

счет того, что силовой тиристор выполнен на запираемом тиристоре, а частотные свойства двухоперационных тиристоров лучше частотных свойств однооперационных тиристоров;

-повышение частотных свойств тиристорного управляемого ключа за счет того, что на силовой запираемый тиристор воздействуют две ком- мутирующие цепи и результатом их совместного воздействия является снижение тепловыделения в структуре силового тиристора, ограничивающее частоту возможных переключений;

-упрощение алгоритма управления процессом коммутации силового запираемого тиристора по двум коммутирующим цепям за счет введения в схему двух разделительных диодов и подсоединения их к остальным элементам схемы в указанном порядке;

-упрощение конструкции тиристор- гого управляемого ключа за счет того что из его схемы исключен коммутирующий тиристор, а управление процессом коммутации осуществляется одним управляемым ключом;

-упрощение конструкции тиристорного управляемого ключа за счет того что не требуется применения специальной цепи защиты силового запираемого тиристора от эЛйекта dU/dt, так

как коммутирующий конденсатор проявляет по отношению к силовому тиристору защитные свойства;

исключено усложнение системы управления тиристорным управляемым ключом за счет исключения из его схемы коммутирующего тиристора.

Таким образом, частотные свойства тиристорного управляемого ключа могут быть повышены без усложнения

5

0

21

Q

0

Q

5

5

16

системы управления тиристорным управляемым ключом.

Формула изобретения Тиристорный управляемый ключ, содержащий силовой тиристор, анод и катод которого использованы в качестве выводов тиристорного управляемого ключа, а управляющий электрод предназначен для подключения к выходу отпирающих импульсов системы управления, для подключения к выходу формирования запирающих импульсов которой предназначен управляющий вход управляемого ключа, первый вывод которого соединен с катодом силового тиристора и первым выводом цепи перезаряда, выполненной в виде последовательно соединенных отсекающего диода и перезарядного дросселя, второй вывод которой соединен с первым выводом коммутирующего конденсатора, второй вывод которого соединен с анодом силового тиристора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены два разделительных диода и источник напряжения, выполненный в виде предварительно заряженного накопительного конденсатора, а силовой тиристор выполнен в виде запираемого тиристора, причем управляющий электрод силового тиристора соединен с первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен с анодом первого разделительного диода, катод которого соединен с вторым выводом управляемого ключа и катодом второго разделительного диода, анод которого соединен с, первым выводом коммутирующего конденсатора.

10 о

qtf J

7 3

+ 11Н W

4 5 5

rvv-4-$ J

Сущность изобретения: при необходимости включения силового тиристора 1 включается управляемый ключ 3. Вследствие разности напряжений на конденсаторах 7 и 10 сначала разгру жается анодная цепь силового тиристора, а при выравнивании напряжений на конденсаторах происходит выключение запираемого тиристора по цепи управления. 1 ил.