Ключевой элемент с защитой

 

1. КЛЮЧЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ С ЗАЩИТОЙ , содержащий последовательно соединенные дроссель и п тиристоров, каждьй с соответствующим блоком управления , и источник управляющих импульсов , отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в блок управления каждого тиристора введены ойтронный ключ, конденсатор, пе)емножитель , a также пиковый вьшрямитель , причем вход оптронного ключа соединен с выходом источника управляющих импульсов, первый вход перемножителя соединен с выходом оптронного 1:люча, второй через конденсаторс анодом тиристора, выход - с управляюцрм электродом тиристора, вход пикового вьтрймителя подключен парапггельно тиристору, a выход соединен с шинами питания оптронного ключа и перемножителя. 2. Ключевой элем€;нт по п. 1, о т л и ч a ю D и и с я тем, что оптронный ключ выполнен на транзисторе , включенном по схеме с 1эмиттером, в базовую цкпь которого введен сптрон. 3.Ключевой элемент по пп. 1 и 2, о т j; и ч a ющ и и с я тем, что перемножитель содержит два резистора и два транзистора разкого типа проводимости , причем эмиттеры транзисторов объединены, база транзистора / п-р-п типа проводимости соединен ; через первый резистор с его коллектором , и непосредственно - с конденсатором , a его коллектор соединен с положительным выводом пикового выпрямителя , база транзистора р-п-р типа проводимости соединена с выходом оптронного ключа, a коллектор соединен с управляющим электродом тиристора непосредственно и с катодом - через второй резистор. 4.Ключевой элемент по по пп.1-3, ;о р т л и ч a ю щ и и с я тем, что о пиковый выпрямитель содержит, резис9д тор, диод, конденсатор и стабилитрон , причем анод стабилитрона соеvj динен с катодом тиристора, катод че .рез резистор - с анодом тиристора и через диод - с положительными ши-. нами пита.ния оптронного ключа и пёремножителя a конденсатор включен между катодом тиристора и выходом .пикового выпрямителя.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

MUWnH

РЕСПУБЛИК ае аи

gag Н 02 M 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ ГВИДЕТЕП СТВУ

3. Ключевой элемент по пп.1 H 2 . о т т и ч а юшийся тем, что перемножитель содержит два резистора и два транзистора разного типа про" водимости, причем эмиттеры транзис" торов обьединены, база транзистора а-р-и тийа проводимости соединена через первый резистор с его коллектором, и непосредственно — с конденсатором, а его коллектор соединен с положительным выводом пикового выпрямителя, база транзистора р-и-р типа проводимости соединена с выходом оптронного ключа, а коллектор соединен с управляющим электродом тиристора непосредственно и с катодом — через второй резистор.

4. Ключевой элемент по по нп. 1-3, р т л и ч а ю шийся тем, -что пиковый выпрямитель содержит резистор, диод, конденсатор и стабилитрон, причем анод стабилитрона сое-! динен с катодом тиристора, катод через резистор - с анодом тиристора и через диод - с положительными ши- . нами питания оптронного ключа и перемножителя а конденсатор включен между катодом тиристора и выходом ,пикового выпрямителя .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

rIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3581179/24-07 (22) 21.04.83 (46) 15.05.84. Бюл. М 18 (72). Ю.И. Максимовский, В.В. Морозов и Б.Ф. Полторацкий (53) 621.314 .572(088.8) (56) 1. Патент США У 4275430, кл. 361-91 (Н02Н 3/20), 1981.

2. Патент США У 4084207, кл. 361-91 (Н 02 Н 3/20), 1978. (54) (57) 1. КЛЮЧЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ С ЗАЩИТОЙ, содержащий последовательно со единенные дроссель и п тиристоров, каждый с соответствующим блоком управления, и источник управляющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия, в блок управления каждого тиристора введены оптронный ключ, конденсатор, перемножитель, а также пиковый выпрямитель, причем вход оптронного ключа соединен с выходом источника управляющих импульсов, первый вход перемножителя соединен с выходом оптронного ключа, второй через конденсаторс анодом тиристора, выход - с управляющим электродом тиристора, вход пикового выпрямителя подключен параллельно тиристору, а выход соединен с шинами питания оптронного ключа и перемножителя.

2. Ключевой элемент по п. 1, отличающийся тем, что оптронный ключ выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим

,.эмиттером, в базовую цепь которого введен сптрон.

92677. 2

Поставленная цель достигается тем, что в ключевой элемент с защитой, содержащий последовательно соединенные дроссель и и тиристоров, каждый с соответствующим блоком управления, и источник рравляющнх импульсов, в блок управления каждого тиристора введены оптронный ключ, конденсатор, перемножитель, а также пиковый выпря10 митель, причем вход оптронного ключа

25

А Т (1) где 4 т - разброс во времени срабатывания тиристора, включающий и разброс, обусловленный разным уровнем запуска по напряжению или току управляющего электрода. Кроме того, устройство — прототип содержит в цепи управления каждого тиристора .триггер, фиксирующий открытое состояние тиристоров в рабочем состоянии и источник управляющих импульсов (2g.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие всей цепи, обусловленное требованием (1) на величину индуктивности защитных дросселей, а также низкая надежность вследствие того, что со временем ус" ловие (1) может нарушаться вследствие изменения параметров тиристоров в ,процессе срока службы.

Ф 10

Изобретение относится к импульсной технике большой мощности и может быть использовано в импульсных модуляторах и устройствах быстродействующей защиты мощных СВЧ приборов.

Известны ключевые элементы на тиристорах с защитой от перенапряжений как по линии анодно"катодной цепи, так и по цепи управления 513.

Недостатком таких технических решений является то, что они не обеспечивают надежной защиты тиристоров при последовательном их соеди кении от перегрузок, возникающих вследствие неодновременнрсти срабатывания (открывавия) тиристоров.

Неизбежный разброс по уровню напряжения срабатывания приводит к тому, что та часть тиристоров, которая открывается с запаздыванием, оказывается перегруженной напряжением и, если не,принять специальных мер, выходит из строя.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее цепь последовательно соединенных тиристоров, в которую включены дроссели защиты, препятствующие быстрому нарастанию тока в цепи. Дроссели защищают. тирис" торы в том случае, если постоянная времени нарастания тока в цепи Г, обусловленная дросселями, удовлетворяет условию

Целью изобретения является повы.шение надежности и быстродействия устройства. соединен с выходом источника управляющих импульсов, первый вход перемножителя соединен с выходом оптронного ключа, второй через конденсатор — с анодом тиристора, выход - с управляющим электродом тиристора, вход пи- кового выпрямителя подключен параллельно тирнстору, а выход с9единен с шинами питания оптронного ключа и перемножителя.

Оптронный ключ выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, в базовую цепь которого введен оптрон.

Перемножитель содержит два резистора и два транзистора разного типа проводимости, причем эмиттеры транзисторов объединены, база транзис-. тора и-р-и типа проводимости соедиЗ0 иена через первый резистор с его кол лектором и непосредственно с конденсатором, à его коллектор соединен с положительным выводом пикового выпрямителя, база транзистора р-и-р типа проводюиости соединена с выхо- дом оптронного ключа, а коллектор соединен с управляющим электродом тнристора непосредственно и с катодом — через второй резистор.

Пиковый выпрямитель содержит резистор, диод, конденсатор и стабилитрон, причем анод стабилитрона со. единен с катодом тиристора, катод через резистор — с анодом тиристора и через анод с положительными шинами питания оптронного ключа и перемножителя, а. конденсатор включен между катодом тиристора и выходом пикового выпрямителя.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— временные диаграммы изменения напряжения на выходе источника управляющих импульсов О „р, анодного напряжения иа одном из тиристоровО

И-K ТИРИСТ напряжения на выходе пиковых выпря35

55,мителейО ы„ „ и токов управляющих электрОДОв тиристоров3„pp д для

3 10 трех режимов тиристоров (кривые 1., iIl Ш).

Устройство содержит (для первого тиристора) источник управляющих импульсов 1, оптронный ключ 2, перемножитель 3, конденсатор 4, дроссель 5, тиристор 6, пиковый выпрямитель 7, оптрон 8, тринзисторы 9-11, конденсатор 12, диод 13, резисторы 14-16 и стабилитрон 17. Соответственно обозначаются элементы в блоке управления ,и-го тиристора, íî с дополнительной отметкой tl.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (до прихода управляющего импульса) все тиристоры

6-6 и закрыты. При этом одинаковое падение напряжения на тиристорах 66 и обеспечивается посредством резисторов .14-14 и и стабилитронов 1717 и пиковых выпрямителей 7-7 и.

Конденсаторы 12-12 и через диоды 1313.п заряжены до одинаковых напряжений, которые поданы на оптронные ключи 2-2 п и перемножители 3-3 и. При этом оптронные ключи разомкнуты и на управляющих электродах тиристоров 66 и отсутствуют сигналы.

Процесс открывания ключевого эле мента начинается в момент to поступления сигнала от источника управляющих импульсов U>„„z < (см. фиг. 2) .

При этом светопоток от оптрона 8 (далее рассмотрим для простоты ячейку одного тиристора 6) открывает транзистор 9, замыкая оптронный ключ 2, что приводит к открыванию транзистора 11 в перемножителе 3.

Крутизна нарастания тока в транзисторе 11 перемножителя определяется транзисррром 10. В исходный момент она задается величиной резистора 15, а далее временной производной от анодного напряжения на тиристоре 6, которая поступает на баьу транзистора 10 через конденсатор 4 обратной связи.

Таким образом, на выходе перемножителя ток приблизительно пропорционален напряжению входного сигнала умноженному на скорость нарастания напряжения обратной связи, снимаемо92677 4 го с анода тиристора. При этом у тиристора, который открылся раньше, на:пример во время Ф1(когда э„„ „,,=

= Э

nepar т

) крутизна нарастания то- ка запуска управляющего электрода . Уменьшается (кривая 18), а у еще закрытых тиристоров — увеличивается (кривая 19) по сравнен:по с ситуацией без обратной связи (конденсатор .4

10 отключен), проиллюстрированной кривой 20. Это приводит к тому, что ток управляющего электрода запаздываю щего тиристора достигает своего порогового значения (например.Э„,„;, ) в момент времени Ф за промежуток уремени t - + значительно меньший

1 .промежутка времени -1„, который был бы у того же тиристора без обратной связи. У открытого же тиристора нарастание тока управления уменьшается. Эти два фактора способ ствуют существенному уменьшению величины временного разброса-задержки

Включения тиристоров 4Т, что позволяет значительно уменьшить индуктивность дросселя 5 и тем самым повысить общее быстродействие устройства. Выравнивающее действие обратной связи способствует также ослаб ленню требований на временную стабильность характеристик тиристоров и элементов цепей управления, что в целом повышает надежность предлагаемого ключевого элемента. При полном срабатывании ключевого элемента на

35 выходах пиковых детекторов напряжение падает до величины, определяемой резисторами 14-14 п, которая может быть всегда выбрана такой, чтобы ток

40 на выходе перемножителя обеспечивал открытое состояние всех теристоров °

Поэтому применение триггеров, как это сделано в прототипе, в предло-. женном устройстве не1 елесообразно.

Данное техническое решение обеспечивает повышение быстродействия устройства в 3 раза при прочих равных условиях по сравнению с подобным устройством-прототипом, надежности, как за счет лучшего запуска

50 тиристоров, так и за счет исключения трансформаторов и потенциальных ис" точников питания из цепей запуска тиристоров.

1092677, 1092677, Ърог е

Ь 1 2 д г.2

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская.наб., д. 4/5

Заказ 3272/41

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель О. Мещерякова

Редактор M. Товтин Техред M.Êóçüìà Корректор Ю. Макаренко