Устройство для управления полупроводниковыми вентилями(его варианты) Советский патент 1982 года по МПК H02M1/08 

Изобретение относится к устройствам преобразовательной техники и может быть использовано в формирователях импульсов управления тиристорами.

Известно устройство для запуска тиристора, в котором источник постоянного, напряжения через переход коллектор-эмиттер транзистора подключен к управляющему переходу тиристора 1.

Недостатком известного устройства является зависимость тока управления от величины сопротивления управляющего перехода тиристора, что вызывает необходимость увеличения тока управления для надежного включения тиристора и ведет к возрастанию потерь в устройстве.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления полупроводниковыми вентилям, содержащее источник постоянного напряжения, связанный через стабилизатор . тока, импульсный трансформатор, база-коллекторные переходы транзисторов с блоком управления, управляемый ключ, соединенный со стабилизатором тока, один вход управляемого ключа подключен к блоку управления, другой - к релейном/ элементу, а выход - к датчику напряжения, выход которого соединен с релейным элементом, а два его входа - с блоком управления и со стабилизатором тока, эмиттеры транзисторов объединены и подключены к блоку управления 2.

Недостатком этого устройства является ограниченность его функциональных возможностей, которая выража10ется в том, что иготульсы управления, поступающие от блока управления на базы группы транзисторов должны быть сдвинуты по фазе друг относительно друга и не должны иметь интер15валов времени, если импульсы управления поступают на базы транзисторов одновременно. Подача управляющих импульсов от блока управления на базы-группы транзисторов, сдвинутых по фа20зе и имеющих интервалы времени в этом случае принципиально невозможна, так как для этих моментов времени не выполняется условие питания управляющих переходов от стабилизатора тока.

25 Когда управляющие импульсы поступают на базы транзисторов одновременно,ток стабилизатора тока делится между двумя управляющими электродами в соответствии с входными характеристиками

30 вентилей. Устройство может обеспечить

надежное управление, например, трехфазной нулевой схемой выпрямления и неприменимо для управления трехфазной мостовой схемой выпрямления.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройст ,ва.

Поставленная цель достигается тем что устройство для управления полупроводниковыми вентилями снабжено дополнительными группой транзисторов противоположной проводимости, импульными трансформаторами, управляемЕлгл ключом, датчиком напряжения и релейным элементом, причем источник напряжения связан через стабилизатор тока, дополнительные импульсные трансформаторы, база-коллекторные переход дополнительных транзисторов с блоком управления, э.миттеры транзисторов первой и дополнительной групп .объединены и подключены к блоку управления дополнительный управляемый ключ выходами подключен к стабилизатору тока и к общей точке датчиков напряжения, подключенной к блоку управления входил дополнительного управляемого ключа подключены к блоку управления и к дополнительному релейному элементу, вход которого соединен с дополнительным датчиком напряжения.

Су1чествует другой вариант выполнения устройства, в котором поставленная цель достигается тем, что оно снаб::сено h дополнительными группами управляемых ключей, in группами импульсных трансформаторов, И управляе мыгли ключами, И релейными элементами и и датчиками напряжения, причем И дополнительных управляемых ключей соединены последовательно и включены между основным управляемым ключом и стабилизатором тока, Л дополнительных датчиков напряжения соединены последовательно и включены между основным датчиком напряжения и стэбилизатором тока, и групп управляеглых ключей соединены через импульсные трансформаторы последовательно и включены ме5кду общей точкой импульсных трансформаторов и стабилизатором тока, при этом общие точки им.пульсных трансформаторов и управляемого ключа с датчиком напряжения объединены.

На фиг. 1 представлено устройство, первый вариант.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, связанный через стабилизатор 2 тока, цепи эмиттер-коллектор группы транзисторов 3-5 и иг-шульсные трансформаторы 6-8, .связанные с управляющими переходами вентилей 9-11, управляемый ключ 12, шунтирующий группу транзисторов с импульсными трансформаторами, связанный с блоком 13 управления, датчиком 14 напряжения и релейным элементом 15. В цепь между стабилизатором тока и управляемым ключом включена дополнительная группа транзисторов 16-18 противополохсной проводимости шунтирования дополнительным управляемым ключом 25, связанным с блоком управления и через релейный элемент 26 - с датчиком напряжения 27, включенным параллельно ключу и импульсные трансформаторы 19-21, связанные с управляющими переходами вентилей 22-24.

Устройство (первый вариант) работает следующим образом.

Блок 13 управления поочередно включает транзисторы 3-5 и независимо от них включает поочередно транзисторы 16-18, которые работают в ключевом режиме. Поскольку в группах транзисторов обратной проводимости (транзисторы 3-5) и прямой проводимости (транзисторы 6-18) всегда есть замкнутые ключи, стабилизированный ток поступает от стабилизатора. 2 тока через импульсные трансформаторы на управляющие переходы соответствующих тиристоров. При зтом управление тиристорами осугиествляется в режиме источника тока без применения линейных ограничивакяцих сопротивлений и линейного режима транзисторов.

При пропадании управляющих импульсов какой-либо группы транзисторов, например, 3-5, ключи этой группы запираются. На транзисторах 3-5 и импульсных трансформаторах 6-8 возникает перенапряжение, которое через датчик 14 напряжения и релейный элемент 15 вызывает включение управляемого ключа 12. Напряжение на этой группе транзисторов 3-5 и импульсных трансформаторов 6-8 падает, релейный элемент 15 возвращается в исходное состояние, управляемый ключ 12 размыкается. Система работает как стабилизатор напряжения и поддерживает напряжение на группе транзисторов 3-5 и импульсных трансформаторов 6-8. При этом ток стабилизатора 2 тока не прерывается и работа группы транзисторов , на которые поступают управлякидие импульсы, обеспечивается. При возобновлении подачи очередного управляющего импульса от блока 13 управления один из транзисторов 3-5 включается, напряжение на зажимах датчика 14 напряжения падает и управляемый ключ 12 выключается.

При стабитшзацин напряжения на групре транзисторов 3-5 и импульсных трансформаторах 6-8 управляемый ключ 12 непрерьшно включается и выключается, что несколько увеличивает потери. На время паузы в подаче импульсо от блока 13 управления можно от него же подавать открывающий импульс на управляе№1й ключ 12. При этом сокоащается количество его переключениП и уменьшаются потери в нем, В этоМ случае сигнал от датчика 12 напряжения обеспечивает защиту -группы транзисторов 3-5 от каких-либо нарушений например, при прекращении подачи открывакядего импульса от блока 13 управления на вход управляемого ключа 12.

При попадании управляющих импульсов с группы транзисторов 16-18 ключи этой группы запираются. На тран;зисторах 16-18 и импульсных трансфор аторах 19-21 возникает перенапряжеЬие, которое через датчик 27 напряжения и релейный элемент 26 вызывает включение управляемого ключа 25. Далее схема работает аналогично описанной. При этом ток стабилизатора 2 тока не прерывается и нормальная работа группы транзисторов 3-5 обеспечивается.

На фиг. 2 представлено устройство, второй вариант.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, связанный через стабилизатор 2 тока, основную группу управляемых ключей 3 и 4 и импульсные трансформаторы 5 и .6 с управляющими переходами вентилей 7 и 8, управляемый ключ 9, шунтирующий стабилизатор тока, связанный с блоком 10 управления, датчиком 11 напряжения и релейным элементом 12. .В цепь между стабилизатором тока и дополнительным управляемым ключом включены последовательно . И дополнительных групп управляемых ключей 13, 14, ... 13 +И, 14+и с импульсными трансформаторами 15, 16, ..., 154-и, 16+И, шунтированных дополнительньвли управляег.«лми ключами 17,... 17+11, связанны11и с блоком управления через релейные элементы 18,...18+ ft с датчиками 19,...19+Vi напряжения , включенньи 1и параллельно дополнительным ключом.

Для потенциальной развязки управляе /ых ключей 17 . . . , 17+ И в блоке управления предусмотрены ячейки потенциальной развязки, через которые ключи 17 ,.. .,17+ И связаны с блоком управления (на чертегче не показаны)

устройство (второй вариант) работг.ет (при п 1) следующим образом.

Блок 10 управления поочередно замыкает ключи 3 и 4 и независимо от них замыкает поочередно ключи 13 и 14 в каждой из групп управляемых ключей. Поскольку в каждой группе всегда есть замкнутые ключи, стабилизированный ток поступает от стабилизатора 2 тока через шипульсные трансФорматоры на управляющие переходы соответствующих тиристоров. При этом управление тиристорами осуществляется в режиме источника тока.

При попадании управляющих импульсов какой-либо группы управляемых

ключей, например, 3 и 4, ключи этой группы размыкаются. На ключах 3 и 4 и импульсных трансформаторах 5 и 6 возникает перенапряжение, которое через датчик 11 напряжения и релейный 5 элемент 12 вызывает включение управляемого ключа 9. Напряжение на этой группе ключей 3 и 4 и импульсных трансформаторах 5 и 6 падает, релейный элемент 12 возвращается в исходQ ное состояние, управляемый ключ 9 разг/ыкается. Система работает как стабилизатор напряжения и поддерживает напряжение на группе 3 и 4 и импульсных трансфор -1аторов 5 и 6. При

этом ток стабилизатора 2 тока не

5

прерывается и работа, остальных основнь1х групп ключей, на которые поступают управляющие импульсы, обеспечивается. При возобновлении подачи очередного управляющего импульса от

0 блока 10 управления один из ключей 3 и 4 зa 4ыкaeтcя, напряжение на зажимах датчиков 11 напряжения падает и управляемый ключ 9 выключается. При стабилизации напряжения на

5 группе ключей 3 и 4 и импульсных трансформаторах 5 и 6 управляемый ключ 9 непрерывно включается и выключается, что несколько увеличивает потери. На время паузы в подаче имQ пульсов от блока 10 управления можно от него же подавать открывающий импульс на управляемый ключ 9. При этом сокращается количество его переключений и уменьшаются потери в нем.

5 В этом случае сигнал от датчика 11 напряжения обеспечивает защиту группы ключей 3 и 4 от каких-либо нарушений, например, при прекращении подачи открывающего импульса от блока 10 управления на вход управляемого

ключа 9. При пропадании упрачлякядих импульсов с основных групп управляемых ключей 13 и 14 ключи этой группы запираются. На группе основных управляемых ключей 13 и 14 возникает перенапряжение, которое через датчик 19 напряжения и релейный элемент 18 вызывает включение управляемого ключа 17. Дальше схема работает аналогично описанной раиее. При этом ток стаби0 .лизатора тока 2 не прерывается и нормальная ра.бота управляемых ключей,на которые поступают управляющие импульсы от блока Ю управления,обеспечивается.

е Таким образом, включение транзисторов обратной проводимости в первом варианте устройства для управленияполупроводниковыми ключами и включение м дополнительных групп управляемых ключей, датчиков напряжения и релейных элементов с дополнительными ключами во втором варианте устройстIва позволяет расширить его функциональные возможности, применить для управления любыми схемами преобразо5 вателей: выпрямителями (нулевыми,моетоиыми, с групповым соединением вентилей), инверторами, непосредственными преобразовагелями частоты и др.

Формула изобретения

1. Устройство для управления полпровод ник osuf/m вентилями, содержащее источник постоянного напряжения связанный через стабилизатор тока, импульсный трансформатор, база-коллекторные переходы, транзисторов с блоком управления, управляемый ключ, соединенный со стабилизатором тока, причем один вход управляемого ,ключа подключен к блоку управления, ДРУГОЙ - к релейному элементу, а выход - к датчику напряжения, выход которого соединен с релейным элементом, а два его входа - с блоком управления и со стабилизатором тока, эмиттеры транзисторов объединены и подключены к блоку управления, отличающееся т, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительными группами транзисторов противоцоложной проводимости, импульсными трансформаторами, управляемым ключом, датчиком напряжения и релейным элементом, причем источник напряжения связан через стабилизатор тока, дополнительные импульсные трансформаторы, база-коллекторные переходы дополнительных транзисторо с блоком управления, эмиттеры транзисторов первой и дополнительной групп объединены и подключены к блоку управления, дополнительный управляег ый ключ выходами подключен к стабилизатору тока и к общей точке датчиков напряжения, подключенной к блоку управления, входы дополнительного управляемого ключа подключены к блоку управления и к дополнительному релейному элементу, вход которого соединен с дополнительным датчиком напряжения.

2. Устройство для управления полупроводниковыми вентилями, содержащее источник постоянного напряжения, связанный через стабилизатор тока, группу управляелвлх ключей и иглпуЛьсные трансформаторы с управляющими переходами вентилей, управляе.««лй ключ, подключенный к стабилизатору тока, блоку управления и через релейный элемент к датчику напряжения, соединенному со стабилизатором тока и с группой управляемых ключей, управляющие входы которых подключены к блоку управления, выходы управляемого ключа и датчика напряжения объединены, отлич-ающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено И дополнительньили группами управляемых ключей, и группами импульсных трансформаторов, Ю управляелвлми ключами, h релейными элементами и h датчиками иапряжениЯ, причем И дополнительных управляемых.ключей соединены последовательно и включены между основным управляемым ключом и стабилизатором тока, h дополнительных датчиков напряжения соединены последовательно и включены между основным датчиком напряжения и стабилизатором, тока, Ь групп управляемых ключей соединены через импульсные трансформаторы последовательно и включены между обгпей точкой импульсных трансформаторов и стабилизатором тока, при этом общие точки импульсных трансформаторов и управляемого ключа с датчиком напряжения объединены.

Источники информации, принятые внимание .при -экспертизе

1. Патент США № 576083, кл. Н 02 М 1/08, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР 45 по заявке 2800649/24-07, кл. fr 02 М 1/08, 1979.

.

k f

L

2

Фиг.1

.г