Устройство для управления двухоперационным тиристором

(51)5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН рающую 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 10,отрицательный, зажим которого соединен с управляющим электродом ДТ 2 и катодом накопительного диода 9.Причем полупроводниковый ключ 7 в цепи эапирания 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- Я коограничивающий резистор заменен на дроссель, зашунтированный обратным диодом. 2 э.п. ф-лы, 7 ил.вел%30ргетический институ Г.Гуния, А.В.Жегло 1.цдв 9, й. ЯСЫааег, М.в И реп) ОТО// 4, Н,24, 17 ОекещЬег,еобразовапольэовано импульсных автономных овательных ся двухопеувеличен и рационноПоста в известн операцио цепь отпи ных посл полностью вого ключ рания, с ся увеличеовременномов, а также ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(57) Изобретение оттельной технике и мв преобразователяоперационных тирибретения - уводновременном увмых токов, а такжезапирания ДТ, Изоб р. Применение мощных тиристоров (О.Г. БулаВ. Одынь) Электротехни,О ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЫМ ТИРИСТОРОМ носится к преобразоваожет быть использовано х с применением двухсторов (ДТ), Цель изоеличение КПД при еличении коммутируеувеличение надежности ретение содержит отпиИзобретение относится к и тельной технике и может быть и при построЕнии тиристорных регуляторов, стабилизаторов, инверторов и других преобра устройств, в которых использую рационные тиристоры,Целью изобретения являе ние КПД устройства при одн увеличении коммутируемых тое надежности запирания двухопего тиристора.вленная цель достигается тем, что ое устройство управления двухнным тиристором, содержащее рания, состоящую из соединенедовательно источника питания,управляемого полупроводникоа и резистора, а также цепь запиостоящую из последовательно55 соединенных источника питания, полупроводникового ключа и дросселя, причем цепи отпирания и запирания соединены параллельно и подключены первым общим концом к катоду двухоперацион ного тиристора, между управляющим электродом и катодом которого подключена защитная цепь, полупроводнйковый ключ в цепи запирания выполнен неполностью управляемым (нап ример, 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 двухоперационного тиристора и катодом накопительного диода, анод которого соединен со вторым общим концом цепей отпирания и запирания, а также со вторым силовым электродом до пол нител ьно го транзистора.Кроме того, с целью повышения надежности работы усройства между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора введен дополнительный токоограничиваюьций резистор,Кроме того, с целью повышения надежности работы устройства и дополнительного повышения его КПД, между анодом накопигельного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора введен дополнительный токоограничивающий дроссель, зашунтированн ый диодом, анод которого соединен с анодом 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, -а фиг, 5 - временные диаграммы, поясня;ощие 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 ка и отрицательные токи управления, формируемые предлагаемым устройством яб и прототипом яд,Изображенное на фиг. 2 устройство управления 1 двухоперационным тиристором 2 содержит цепь отпирания, состоящую из источника питания 3, полностью управляемого полупроводникового ключа 4 и резисгора 5, а также цепь запирания, состоящую из последовательно соединенных источника питания 6, неполностью управляемого полупроводникового ключа 7 и дросселя 8,причем цепи отпирания и запирания соеди 5 нены параллельно и первым общим концомподключены к катоду двухоперационного тиристора, а вторым общим концом - к анодунакопительного диода 9 и второму силовому. электроду дополнительного транзистора 10,"0 первый силовой электрод которого соединенс положительным зажимом источника накачки 11 и вторым силовым электродом вспомогательного полностью управляемогополупроводникового ключа 12, первый сило 15 вой электрод которого соединен с катодомдвухоперационного тиристора 2, к управляющему электроду которого подключены катоднакопительного диода 9 и отрицательный заким источника накачки 11, причем между20 управляющим "электродом и катодом тиристора 2 включена защитная цепь 13,На фиг, 3 представлено устройство управления 1 (см, фиг. 2), снабженное дополнительным токоограничивающим резистором25 14, включенным между анодом накопительного диода 9 и вторым силовым электродомдополнительного транзистора 10,На фиг. 4 представлено устройство управления 1 см, фиг, 2), снабженное дополни 30 тельным токоограничивающим дросселем 15,включенным между анодом накопительного . диода 9 и вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10, причемдроссель 15 зашунтирован диодом 16, анод35 которого соединен с анодом накопительногодиода 9, а катодом - со вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10,Устройство управления двухоперационным тиристором работает следующим обра 40 зом,В момент временито, когда необходимоотпереть двухоперационный тиристор 2,подают импульсы управления на полностьюуправляемые полупроводниковые ключи 4 и45 12 (например, транзисторы), на ключ 4 -отпирающий, а на ключ 12 - запирающий(см, фиг. 5,а,б). Ключ 12 запирается, а ключ4 открывается, обеспечивая подачу положительного тока управления ра на двухопера 50 ционный тиристор 2 (см, фиг. 5,е), Токуправления гг, протекая по контуру 3 - 4 - 5 -9-входная цепь тиристора 2 - 3. отпирает тиристор 2 (см. фиг. 5,д), а затем поддерживаетего во включенном состоянии, что позволяет двухоперационному тиристору устойчиво работать на нагрузку индуктивного характера и несколько снижает падение напряжения на нем в открытом состоянии, В момент времени т, за время т до начала выключения тиристора 2, подают импульс управле 1833955ния на транзистор 10 (см. фиг, 5,в). Транзистор 10 работает в активном режиме и ограничивает ток накачки ндк (ндк = 3 Б, где Д - коэффициент усиления транзистора 10, ь - ток базы транзистора 10), который протекает на интервале г через накопительный диод 9 по контуру 11 - 10 - 9 - 11, обеспечивая накопление требуемого заряда в диоде 9. В момент времени т 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 я 6 начинает протекать по контуру б - входная цепь тиристора 2-9 - 8 - 7 - б, обеспечивая запирание тиристора 2 (см, интервал (12, тз) на фиг. 5), Ток ва, протекающий через накопительный диод 9 в обратном направлении, приводит к рассасыванию накопленного в диоде 9 заряда. В момент 1 з, когда рассасывание накопленного заряда в диоде 9 заканчивается и он восстанавливает свое свойство непроводимости в обратном направлении, прекращается протекание отрицательного тока управления яс, после чего неполностью управляемый ключ 7 восстанавливает свои непроводящие свойства, С момента времени тз к входной цепи двух- операционного тиристора 2 через находящийся в проводящем состоянии ключ 12, прикладывается отрицательное напряжение смещения от источника 11, повышая б 0/б( - стойкость тиристора 2 на интервале его непроводящего состояния (см, интервал (тз, т 4) на фиг. 5).В момент 14, 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,Работаустройств управления 1 двухоперационным 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 нак 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 индуктив костьюа, значительно превышающей неконтролируемую индуктивность монтажа, задавать требуемую (оптимальную для данного двухоперационного тиристора) скорость нарастания отрицательного тока 10 управления бвв/бт. Это обеспечивает повышение надежности запирания двухоперационного тиристора.В устройствах управления, изображенных на фиг. 2 - 4, значительно снижается 15 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 20 которой изображены форма отрицательноготока управления яа, протекающего через управляющий переход двухоперационного тиристора, и отрицательные токи управления, формируемые предлагаемым 25 устройством яа и прототипом яа, Заштрихованная область(см. фиг, 7) представляет заряд, который протекает в виде тока через защитную цепь и переходит в тепловую энергию, выделяемую в данной цепи, 30 Эту энергию можно рассчитать из следующих выражений:- для прототипа:- для предлагаемого устройстваЦ 0 ф 2 Чюр = Оя 6(т)бс -вс,(1)сс,где О - напряжение на защитной цепи,Из анализа этих выражений с учетом 45 фиг. 7 видно, что рассеиваемая энергия взащитной цепи предлагаемого устройства значительно меньше по сравнению с прототипом, т.к,50 сво(1) Фна(с)д 1.следовательно, увеличивается КПД устрой ства.В качестве ключа в цепи запирания используется, в отличие от противопоставляемого устройства, неполностью управляемый ключ (нап ример, одноопе рацион н ый тири- стор), выключение которого происходит без.;.,:.:; От с кл очевом режиме и.яссев: яя на коллектореГЛ ТОСЬ:, :1 С:" ." Т.Е, ТЕПЛОВЫДС,;. ьш "с егулировка на;и о, я я е.,ио.:,с; . заряда при этом, о - " ссу;.1 Стлляе Гся током 1 накз 451, устройство для упрааления двухоперационным тиристором, содержащее цепь отпирания, состоящуо из последовательно соединенных источника питания, полностью 50 управляемого полупроводникового ключа ирезистора, и цепь запирания, сос Гоящу о из последовательно соединенных ис Гочкика питания, полупроводникового клочя и дросселя, причем цепи отплрания и зяпирания соединены параллельно и первьм общим концом подклочены к катоду дзухоперационного тиристора, между управляющим электродом и катодом которого подключеназащитная цепь, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения КПД,.: явной коммутации "естест, чнг:," О,.язом, т,е, после спада к нулюкя,: лзлнном выше контуре б - входная: С :",", "11 я.исторя - регулитреугольной формы, а не прямоугольной (ТОК 1 нак,1,2) КаК дЛя уотройСТВ ПО . 1 И П, 2 формулы изобретения, т,е, энергия, вцлаляющаяся на токоогра ниц ител е (тра нзи стор 10 5 в активном режиме, резистор 14, дроссель15) в цепи накачки (контур 11 - токоограни"читель в 9 в);- в устройствах по и, 1 и п, 2 формулыизобретения10- в устройстве по п, 3 формуль Изобре- тения где 0 - напряжение на токоогряничителе,Из этих выражений и фиг, б видо. что энергия, выделяющаяся на токоогрякичителе в устройствах по п, 1 и п. 2 воокугц изобретения больше, чем в устройстве Г,о и, 3 формулы изобретения, т.к,2 12, 1 нэк 1,2с 1 Т. 1 накз(Т)с 1 Т.1 следовательно, КПД устройства по п. 3 1 ормулы изобретсния выше, чем у устройств Г 1 Ои, 1 и и, 2 формулы изобретения,Регулировка накапливяемого зарядя Гдиоде 9 при этОм Осугцествляется кяк иустройстве, изображенном на ф 1 Г. 3,Предложенные устройства упоявле;Иядвухоперационнцм тирисгором выгодо эт 40 личаются не только от вцбранно, о г 1 ротсти.па, но и от известных устройств управлениядвухоперационным тиристором. Формула изобретенияустройства при одновременном увеличении коммутируемых токов, а также увеличении надежности запирания двухоперационного 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 предназначенный для подключения к катоду двухоперационного тиристора, а вторым силовым электродом - к первому силовому электроду дополнительного транзистора и к положительному зажиму источника накачки, отрицательный зажим которого соединен с управляющим электродом двухоперационного тиристора и катодом накопительного диода, анод которого соединен с вторым силовым электродом дополнительного транзистора и вторым общимконцом цепей отпирания и запирания,2. Устройство по и. 1. отл и ч а ю ще ес я тем, что, с целью повышения надежно 5 сти работы устройства, между анодом накопительного диода и вторым силовымэлектродом дополнительного транзисторавключен дополнительный токоограничивающий резистор.10 3, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства при одновременномдополнительном повышении КПД, междуанодом накопительного диода и вторым си 15 ловым электродом дополнительного транзистора включена цепь из параллельносоединенных второго токоограничивающего дросселя и диода, причем последнийвключен встречно по отношению к накоои 20 тельному диоду,1833955 Составитель О. Булат Техред М.Моргент ал Реда Л. Павло орректор В. Петраш Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Га суг) каз 2691ВНИИПИ Государствен113 Тиражо комитета по изо, Москва, Ж, Ра Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССшская наб., 4/5