Устройство для управления двухоперационным тиристором Советский патент 1993 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении тиристорных импульсных регуляторов, стабилизаторов, автономных инверторов и других преобразовательных устройств, в которых используются двухопе- рационные тиристоры.

Целью изобретения является увеличение КПД устройства при одновременном увеличении коммутируемых токов, а также

увеличение надежности запирания двухопе- рационного тиристора.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство управления двух- операционным тиристором, содержащее цепь отпирания, состоящую из соединенных последовательно источника питания, полностью управляемого полупроводникового ключа и резистора, а также цепь запирания, состоящую из последовательно

соединенных источника питания, полупроводникового ключа и дросселя, причем цепи отпирания и запирания соединены параллельно и подключены первым общим концом к катоду двухоперационноготиристора, между управляющим электродом и катодом которого подключена защитная цепь, полупроводниковый ключ в цепи запирания выполнен неполностью управляемым (например, однооперационный тиристор), и, кроме того, введена дополнительная цепь, состоящая из вспомогательного полностью управляемого полупроводникового ключа, первым силовым электродом подключенного к катоду двухоперационного тиристора, а вторым силовым электродом - к первому силовому электроду дополнительного транзистора и положительному зажиму источника накачки, отрицательный зажим которого соединен с управляющим электродом двухоперацион- иого тиристора и катодом накопительного диода, анод которого соединен со вторым общим концом цепей отпирания и запирания, а также со вторым силовым электродом дополнительного транзистора.

Кроме того, с целью повышения надежности работы устройства между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора введен дополнительный токоограничиваю- щий резистор.

Кроме того, с целью повышения надежности работы устройства и дополнительного повышения его КПД, между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора введен дополнительный токоограничивающий дроссель, зашунтированный диодом, анод которого соединен санодом накопительного диода, а катод - со вторым силовым электродом дополнительного транзистора.

На фиг. 1 изображена схема устройства- прототипа; на фиг. 2, 3, 4 представлены схемы предлагаемого устройства по пп. 1-3 формулы изобретения; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие принцип их работы; на фиг. 6 изображены формы тока накачки накопительного диода; на фиг. 7 приведена, форма отрицательного тока управления, протекающего через управляющий переход двухоперационного тиристора IRG и отрицательные токи управления, формируемые предлагаемым устройством IRQ и прототипом IRG.

Изображенное на фиг. 2 устройство управления 1 двухоперационным тиристором 2 содержит цепь отпирания, состоящую из источника питания 3, полностью управляемого полупроводникового ключа 4 и резистора 5, а также цепь запирания, состоящую

из последовательно соединенных источника питания б, неполностью управляемого полупроводникового ключа 7 и дросселя 8, причем цепи отпирания и запирания соёдийены параллельно и первым общим концом подключены к катоду двухоперационного тиристора, а вторым общим концом - к аноду накопительного диода 9 и второму силовому . электроду дополнительного транзистора 10,

0 первый силовой электрод которого соединен с положительным зажимом источника накачки 11 и вторым силовым электродом вспомо- гательного полностью управляемого полупроводникового ключа 12, первый сило5 вой электрод которого соединен с катодом двухоперационного тиристора 2, к управляющему электроду которого подключены катод накопительного диода 9 и отрицательный зажим источника накачки 11, причем между

0 управляющим электродом и катодом тиристора 2 включена защитная цепь 13.

На фиг. 3 представлено устройство управления 1 (см. фиг. 2), снабженное дополнительным токоограничивающим резистором

5 14, включенным между анодом накопительного диода 9 и вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10.

На фиг. 4 представлено устройство управления 1 (см. фиг. 2), снабженное дополни0 тельным токоограничивающим дросселем 15, включенным между анодом накопительного диода 9 и вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10, причем дроссель 15 зашунтирован диодом 16, анод

5 которого соединен с анодом накопительного диода 9, а катодом - со вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10.

Устройство управления двухоперационным тиристором работает следующим обра0 зом.

В момент времени t0, когда необходимо, отпереть двухоперационный тиристор 2, подают импульсы управления на полностью управляемые полупроводниковые ключи 4 и

5 12 (например, транзисторы), на ключ 4 - отпирающий, а на ключ 12 - запирающий (см. фиг. 5,а,б). Ключ 12 запирается, а ключ 4 открывается, обеспечивая подачу положительного тока управления IFG на двухопера0 ционный тиристор 2 (см. фиг. 5,е). Ток управления IFG, протекая по контуру 3-4-5- 9-входная цепь тиристора 2-3, отпирает тиристор 2 (см. фиг. 5,д), а затем поддерживает его во включенном состоянии, что позволяет

5 двухоперационному тиристору устойчиво работать на нагрузку индуктивного характера и несколько снижает падение напряжения на нем в открытом состоянии. В момент времени ti, за время т до начала выключения тиристора 2, подают импульс управления на транзистор 10 (см. фиг. 5,в). Транзистор 10 работает в активном режиме и ограничивает ток накачки Нак Онак /3 IB, где коэффициент усиления транзистора 10, IB ток базы транзистора 10), который протекает на интервале т через накопительный диод 9 по контуру 11-10-9-11, обеспечивая накопление требуемого заряда в диоде 9. В момент времени т.2 производится запирание двухоперационного тиристора 2, для чего снимают импульс управления с транзистора 10, с ключа 4 снимают отпирающий импульс управления и подают запирающий, кроме того, подают отпирающий импульс управления на ключ 7, а с ключа 12 снимают запирающий импульс управления и подают отпирающий (см. фиг. 5,а-г). Транзистор 10 и ключ 4 запираются, а ключи 7 и 12 открываются и отрицательный ток управления IRG начинает протекать по контуру 6 - входная цепь тиристора 2-9-8-7-6, обеспечивая запирание тиристора 2 (см. интервал (t2, t3) на фиг. 5). Ток JRG, протекающий через накопительный диод 9 в обратном направлении, приводит к рассасыванию накопленного в диоде 9 заряда. В момент гз, когда рассасывание накопленного заряда в диоде 9 заканчивается и он восстанавливает свое свойство непроводимости в обратном направлении, прекращается протекание отрицательного тока управления JRG, после чего неполностью управляемый ключ 7 восстанавливает свои непроводящие свойства. С момента времени хз к входной цепи двухоперационного тиристора 2 через находящийся в проводящем состоянии ключ 12, прикладывается отрицательное напряжение смещения от источника 11, повышая dU/dt-стойкость тиристора 2 на интервале его непроводящего состояния (см. интервал (t3. на фиг. 5).

В момент t4, когда необходимо снова отпереть двухоперационный тиристор 2, снимают импульсы управления отпирающий с ключа 12, запирающий с ключа 4 и подают импульсы управления отпирающий на ключ 4, запирающий на ключ 12. После этого описанные выше процессы в устройстве повторяются.

Работа устройств управления 1 двухопе- рационным тиристором 2, изображенных на фиг. 3 и 4, отличается от приведенного выше тем, что транзистор 10 работает не в активном, а ключевом режиме. При этом ограничение тока накачки 1Нак диода 9 осуществляется в устройстве, изображенном на фиг. 3, резистором 1.4, а в устройстве, изображенном на фиг. 4, дросселем 15.

В предлагаемых устройствах используется довольно высоковольтный источник питания в цепи запирания, что позволяет, введением в эту цепь дросселя 7 с индуктивностью LG, значительно превышающей неконтролируемую индуктивность монтажа, задавать требуемую (оптимальную для данного двухоперационного тиристора) скорость нарастания отрицательного тока

управления dlRG/dt. Это обеспечивает повышение надежности запирания двухоперационного тиристора.

В устройствах управления, изображенных на фиг. 2-4, значительно снижается

мощность, выделяемая в защитной цепи, подключаемой между управляющим электродом и катодом двухоперационного тиристора, т.к. в ней рассеивается меньшая энергия. Это хорошо видно из фиг. 7, на

которой изображены форма отрицательного тока управления JRG, протекающего через управляющий переход двухоперационного тиристора, и отрицательные токи управ- ления, формируемые предлагаемым

устройством IRQ и прототипом IRG. Заштрихованная область (см. фиг. 7) представляет заряд, который протекает в виде тока через защитную цепь и переходит в тепловую энергию, выделяемую в данной цепи,

Эту энергию можно рассчитать из следующих выражений: - для прототипа:

35

Wp U J lRG(t)dt - J iRG(t)dt

ч11

для предлагаемого устройства

40

Wp U 1 lRG(t)dt - lRG(t)dt.

11П

где U - напряжение на защитной цепи.

Из анализа этих выражений с учетом фиг. 7 видно, что рассеиваемая энергия в защитной цепи предлагаемого устройства значительно меньше по сравнению с прототипом, т.к.

50

J iRG(t) dt « J iRG(t)dt.

чti

следовательно, увеличивается КПД устрой- ства.

В качестве ключа в цепи запирания используется, в отличие от противопоставляемого устройства, неполностью управляемый ключ (например, однооперационный тиристор), выключение которого происходит без

.;; iv-нудительной коммутации естест- .-;н образок-;, т.е. после спада к нулю кя D указанном выше контуре 6 - входная ::., 2-Й-Я-7-6, что позволяет увеличить ;. мг чру:;;лый устройством управления

;шп непроводящего состояния ппь дпухоперационного тиристо- тс.ч под обратным напряжением 11 подключается (входной цепи

i::;0 ;HOfO ТИРИСТОра КЛЮЧОМ 12),

:;;vrr надежность его работы, т.е. щает саглоиключение двухопера0

треугольной формы, а не прямоугольной (ток 1наклг) как для устройств по п. 1 и п. 2 формулы изобретения, т.е. энергия, выделяющаяся на токоограничителе(транзистор 10 в активном режиме, резистор 14, дроссель 15) в цепи накачки (контур 11 - токоограни- чительН-Ы 1):

- в устройствах по п. 1 и п. 2 формулы изобретения

12

W1.2 U / lHaKl,2(t)dt 11

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях с применением двухоперационных тиристоров (ДТ). Цель изобретения - увеличение КПД при одновременном увеличении коммутируемых токов, а также увеличение надежности запирания ДТ. Изобретение содержит отпирающую и запирающую цепи, соединенные параллельно и первым общим концом подключенные к катоду ДТ, между управляющим электродом и катодом которого включена защитная цепь. Улучшение характеристик достигается введением дополнительной цепи, содержащей полностью управляемый полупроводниковый ключ 12, источник накачки 11 и дополнительный транзистор Ю.отрицательный. зажим которого соединен с управляющим электродом ДТ 2 и катодом накопительного диода 9. Причем полупроводниковый ключ 7 в цепи запирания выполнен неполностью управляемым. Для повышения надежности работы введен дополнительный токоограничиваю- щий резистор, включенный между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора. Для повышения надежности с одновременным увеличением КПД дополнительный то- коо граним и вающий резистор заменен на дроссель, зашунтированный обратным диодом. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. СО с со со со ю ел ел

. устройствах можно сальный режмм выключе- .зм1., регулируя в зависи- -:. г- Нодноге тока iy ток

9, изменяют накапливае- Дзменение накопленного

по зволя ет регул ировать к управления, формируе- т.е. уменьшение (увеличео г о в д 11 о д е 9 . з а р я д а .мепмю (увеличению) амп- пьного тока управления л, отрицательный ток уп- уемий устройством, будет VL; ключи ем ому анодному :: дополнительно увели- тча . поколения и умень- щ-;-;;оГ; ;:зпм. хзп раженнон на фиг. 2,

-: ;::;-Wl 1,;я; ДИОДЭ 9 ГфОГгором 10, который рабо- рожмме, т.е. 1нак ft (Б. ; трянзистора - регули (.. г: п ;:/. е и дополнительного токоог- ;:: ;-;::,:;:jd a;4.; резистора 4 (см. устройст:.;.; . 3) позышае гея надежность йоты .-.т зз упргшленил 1, т.к. тран- 10 р;.:0отайт г; ключевом режиме и чцнооть. рлссочцвс-май на коллекторе г; - зчстора, уг. 1еньишк -;;я1 т.е. тепловыде- ;-:мй г ним уменьшает Регулировка на- Г1ливг змого п диоде 9 заряда при этом у:..;стгшляется изменением длительности с;..о,п.:н.;., состояния транзистора 10.

П:}; 3ne;v - iv H дополнительного токоог- ни -г.1в;5Ю1.цего дросселя 15 (см. устройство фиг. 4) повышается надежность работы фойотг ;, управления 1, т.к. транзистор 10, ;: и п гфедыдущом устройстве, работает в очепг)м оге;- имй. а также дополнительно ::;; -г; .н; :етск КПД устройства по сравне- ;с с Wi:Tpoi/iCTcaMw по п. 1 и п. 2 формулы обоатвмпп. У еличйние КПД устройства оп. г-1еусг з счет того, что накопление (; ,. 9 осу.цестпляется током 1накЗ

IK- в устройстве по п. 3 формулы изобретения

W3

12

UJ

ч

K3(t)dt,

где.U - напряжение на токоограничителе,

Из этих выражений и фиг. 6 видно, что энергия, выделяющаяся на токоограничителе в устройствах по п. 1 и п. 2 формулы изобретения больше, чем в устройстве по п. 3 формулы изобретения, т.к.

5

0

5

0

5

0

212

/ iH3K-1.2{t)dt Г 1накЗЙС)Т.

ИИ

следовательно, КПД устройства по п. 3 формулы изобретения выше, чем у устройств по п. 1 и п. 2 формулы изобретения.

Регулировка накапливаемого заряда в диоде 9 при этом осуществляется как v в устройстве, изображенном на фиг. 3,

Предложенные устройства управлений двухоперационным тиристором выгодно отличаются не только от выбранного прототипа, но и от известных устройств управления двухоперационным тиристором.

Формула изобретения

устройства при одновременном увеличении коммутируемых токов, а также увеличении надежности запирания двухоперационно- го тиристора, полупроводниковый ключ в цепи запирания выполнен неполностью управляемым, кроме того, введен источник накачки, дополнительный транзистор, накопительный диод и вспомогательный полностью управляемый полупроводниковый ключ, первым силовым электродом пред- назначенный для подключения к катоду двухоперационного тиристора, а вторым силовым электродом - к первому силовому электроду дополнительного транзистора и к положительному зажиму источника на- качки, отрицательный зажим которого соединен с управляющим электродом двухоперационного тиристора и катодом накопительного диода, анод которого соединен с вторым силовым электродом допол-

нительного транзистора и вторым общим концом цепей отпирания и запирания.

3,Устройство поп, 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при одновременном дополнительном повышении КПД, между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора включена цепь из параллельно соединенных второго токоограничивающе- го дросселя и диода, причем последний включен встречно по отношению к накопительному диоду.

#РЛд

зыуумы

(pu&i

Фяе.З.

г

/

И;

О S ,uoлО О

/

1833955

}1

//

t

Фиг. 4.

JM

0)

$) №

1} 1}

f

Ч }

Г I

f

/

ь-нанз

Фег.6.

+ i

t

Л

j

Vi/zf.

t.

Фиг..

/к