Устройство для управления тиристорным ключом

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник постоянного напряжения, положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу тиристорного ключа, и резистор смещения, о тл ч аюшее ся тем, что, с целью обеспечения возможности управления полностью управляемыми тиристорами и уменьшения времени выключения тиристора, оно снабжено вторым ключом, конденсатором и пороговым элементом, причем выход первого ключа соединен с выходом второго ключа, вход которого подключен к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и через пороговый элемент, шунтированный конденсатором , соединен с выводом для подключения катода тиристора, ука (Л занный вывод через резистор смещения соединен с положительным вьгаодом источника постоянного напряжения . в сс 4 О 00 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (5D 4 Н 02 И 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3400321/24-07 (22) 25.02,82 (46) 28.02.87. Вюл. ¹ 8 (71) 1(роизводственное объединение

"Ворошиловградский тепловозостроительный завод им. Октябрьской революции" (72) В.Н.Панченко (53) 621.314.27 (088.8) (56) Патент ФРГ № 2360173, кл. Н 02 M 1/08, 1964.

Авторское свидетельство СССР № 746831, кл. Н 02 М 1/08, 1980. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник постоянного напряжения, положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу тиристорного ключа, и резистор смешения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности управления полностью управляемыми тиристорами и уменьшения времени выключения тиристора, оно снабжено вторым ключом, конденсатором и пороговым элементом, причем выход первого ключа соединен с выходом второго ключа, вход которого подключен к отридательному выводу источника постоянного напряжения и через пороговый элемент, шунтированный конденсатором, соединен с выводом для подключения катода тиристора, указанный вывод через резистор смещения соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, пз

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что резистор смещения выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ содержит р — и-р- и и — р-итранзисторы, три резистора, две RCцепи, шунтированные резистором, и диод, второй ключ содержит р — n-pи n — - р-п-транзисторы, три резистора, RC-цепь, шунтированную резистором, и диод, причем входом первого ключа является эмиттер и-р"n-транзистора, база которого через первый резистор соединена с отрипательным выводом источника постоянного напряжения и через первую КС-пепь — с коллектором р-n-p-транзистора, эмиттер которого является входом первого клю-. ча и соединен через диод с базой р"п-р-транзистора, к которой подключен один вывод второго резистора, база и эмиттер этого транзистора предназначены для подачи управляющего сигнала, коллектор и-р"п-транзистора через вторую КС-цепь соединен с одним выводом третьего резистор другим выводом второго резистора и эмиттером р-и-р -транзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, входом второго ключа является эмиттер Il-р-п-транзистора, коллектор которого через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база укаэанного транзистора через второй ре" . зистор соединена с отрицательным выводом источника постоянного напряжения и через RC-цепь — с коллектором р-п-р-транзистора, база которого через третий резистор соединена с об». щей точкой резисторов смещения.

3, Устройство по п.l, о т л и — ч а ю щ е е с я тем, что резистор смещения выполнен из двух последо4089 вательно соединенных резисторов, первый ключ содержит р-и-р и и-р-итРанзисторы три резистора и две RCцепи и два диода, второй ключ содержит р-п-р- и п-р-п-транзисторы, три резистора, RC-цепь и два диода, причем входом первого ключа является анод первого диода катод которогс соединен с эмиттером р-п-р-транзистора и одним выводом одного из резисторов смещения, коллектор этого транзистора через первую RC-цепь соединен с базой n-p-п-транзистора, которая через первый резистор соединена с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, база р-и-ртранзистора соединена с одним выводом второго резистора и через второй диод — с эмиттером этого транзистора, его база и эмиттер предназначены для подключения сигнала управления, эмиттер и-р-и-транзистора явля ется выходом второго ключа, коллектор этого транзистора через вторую

RC-цепь соединен с другим выводом второго резистора, одним выводом третьего резистора и эмиттером р-и-ртранзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора соединен с положительным выводом источника постоянного налряжения, эмиттер и-р-n- paaahc opa второго ключа соединен с выводом порогового элемента

1и через первый диод — с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, коллектор и-р-и-транзис тора через первый.резистор соединен с выходом второго ключа, база этого транзистора через второй резистор подключена к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и через RC-цепь — к коллектору р-и-ртранзистора, база которого через второй диод соединена с его эмиттером и через третий резистор - с общей точкой резисторов смещения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления силовыми ключами различных устройств преобразовательной техники.

Известно устройства для управления тиристором, содержащее источник постоянного напряжения и устройство формирования импульсов включения силового ключа, состоящее из фототран

34089

3 11 зистора, включенного коллектором и эмиттером последовательно с источником постоянного напряжения.

К недостаткам этого устройства относятся ограниченные частотные возможности оптронов, что не позволяет сформировать крутые фронты тока управления силовым ключом и ис-. польэовать предельные частотные возможности тиристорных и транзисторных силовых ключей.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является устройство для управления тиристорным ключом, содержащее источник постоянного напряжения, положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу тиристорного ключа, и резистор смешения.

К недостаткам этого устройства относится наличие дополнительного источника постоянного напряжения, неудовлетворительная форма управляющего импульса, увеличенное время выключения силового ключа и невозможность управления полностью управляемыми тиристорами и тиристорами с комбинированным выключением.

Целью изобретения является уменьшение времени выключения тиристора и обеспечение возможности управления полностью управляемыми тиристорами.

Цель достигается тем, что устройство для управления тиристорным клю-. чом, содержащее источник постоянноГо напряжения, положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу тирис- . торного ключа, а резистор смещения снабжен вторым ключом, конденсатором и пороговым элементом, причем выход первого ключа соединен с выходом второго ключа, вход. которого подключен к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и через пороговый элемент, шунтированный конденсатором, соединен с выводом для подключения катода тиристора, укаэанный вывод через резистор смещения соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения.

40 содержит р-и-р- и п-р-п-транзисторы, три резистора, две RC-цепи, шунтированные резистором, и диод, второй ключ, содержит р-n-n- и и-р-и-транзисторы, три резистора, RC-цепь, шунтированную резистором, и диод, причем входом первого ключа является эмиттер п-р-п-транзистора, база которого через первый резистор соединена с отрицательным выводом источника постоянного напряжения и через первую

RC-цепь, шунтированную резистором - с коллектором р-п-р-транзистора, эмиттер которого является входом первого ключа, и соединен через диод с базой того же транзистора, к которой подклю-, чен один вывод второго резистора, база и эмиттер этого транзистора предназначены для подачи сигнала управления, коллектор и-р-и-транзистора через вторую RC-цепь, шунтированную резистором, соединен с одним выводом третьего резистора, другим выводом второго резистора и эмиттером р-и-ртранзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, входом второго ключа является эмиттер и-р-и-транзистора, коллектор которого через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база указанного транзистора через второй резистор соединена с отрицательным выводом источника постоянного напряжения и через

RC — öåïü, шунтированную резистором— с коллектором р-п-р-транзистора, база которого через третий резистор соединена с общей точкой резистора смещения.

Резистор смещения может быть выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ содержит р-п-р- и п-р-п-транзисторы, три резистора и две RC-цепи, шунтированные резистором, и два диода, второй ключ содержит р-и-р- и и-р-итранзисторы, три резистора, RC-цепь, шунтированную резистором, и два диода, причем входом первого ключа является анод первого диода, катод которого соединен с эмиттером р-Il ртранзистора с одним выводом одного иэ резисторов смещения, коллектор этого транзистора через первую RC-цепь, шун- °

Резистор смешения может быть выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ тированную резистором, соединен с базой п-р-п-транзистора, которая через первый резистор соединена с от1)34089 6 рицательным выводом источника постоянного напряжения, база р-и-р-транзистора соединена с одним выводом второго резистора и через второй диод — с эмиттером этого транзистора, его база и эмиттер предназначены для подключения сигнала управления, эмиттер.п-р-п-транзистора является выходом второго ключа, коллектор этого транзистора через вторую КСцепь, шунтированную резистором, соединен с другим выводом второго резистора, одним выводом третьего резистора и эмиттером р-и-р-транзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, эмиттер и-р-и-транзистора второго ключа соединен с вы- водом порогового элемента и через первый диод - c отрицательным выводом источника постоянного напряжения, коллектор п-.р-п-транзистора через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база этого транзистора через второй резистор подключена к отрицательному выводу источника постоянного напряжения и через КС цепь, шунтированную резистором, к коллектору р-п-р-транзистора, база которого через второй диод соединена с его эмиттером и через третий резистор — с обшей точкой резисторов смещения.

На.фиг, 1 — 3 изображены принципиальные схемы предложенного устройства (варианты), Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, связанный ,одним зажимом через ключ 2 с управля ющим выводом тиристорного ключа 3.

Второй ключ 4 включен между управляющим выводом ключа 3 и вторым зажимом источника I, который связан через пороговый элемент 5, выполненный в виде диода или стабилитрона, с силовым выводом ключа 3.

Пороговый элемент 5 зашунтирован, конденсатором 6, К силовому выводу ключа 3 подключен резистор 7 смеще-, ния. В цепь ключа 4 может быть включен ограничивающий резистор 8 (фиг.1),: в цепь порогового элемента — огра-. ничивающий резистор 9, а управляющий

1 переход тиристорного ключа 3 зашунтирован диодом 10 и резистором 11.

При использовании тиристоров с несверторы, ключи и т.п).

Полностью управляемые тиристоры

45 имеют относительно большое время включения,.что приводит к уменьшению скорости нарастания тока управле- . ния силового ключа. Необходимость развязки цепей управления вспомога50 тельных ключей приводит к усложнению устройства. Усложняется алгоритм

5

f5

40 колькими управляющими электродами цепи включения и выключения могут быть разделены с помощью диодов 12 и 13 (фиг .2).

Вариант устройства (фиг.3) содержит, кроме того, дополнительный резистор 14 смещения, источник 15 управляющего сигнала, транзисторы

16 и 17 ключа 2, транзисторы 18.и

19 ключа 4, PC-цепи 20;21,22 шунтированные резисторами, резисторы 23, 24,25,26,27, диоды 28 и 29.

Устройство работает следующим образом.

В исходном сослоянии ключ 2 разомкнут, а ключ 4 замкнут. Ключ 3 заперт падением напряжения на пороговом элементе 5 от тока смещения, протекающего по резистору 7.

Для отпирания ключа 3 размыкают ключ 4 и замыкают ключ 2.

Для выключения ключа 3 размыкают ключ 2 и замыкают ключ 4. По цепи

-управления ключа 3 в обратном направлении проходит ток разряда конденсатора 6, который значительно больше тока смещения и достаточен для выключения полностью управляемого тиристора.

Для комбинированного выключения тиристора размыкают ключ 2 и замыкают ключ 4 одновременно с подачей обратного смещения на тиристор ключа 3.

Применение комбинированного выклю чения тиристоров позволяет существенно уменьшить их время выключения повысить стойкость к скорости на растания прямого напряжения, что особенно важно в. устройствах с искус ственной коммутапией тиристоров (инуправления.

С целью уменьшения количества гальванически развязанный цепей, повышения скорости нарастания тока управления силового вентиля .и упрощения алгоритма управления ключ 2 выполнен на транзисторах !6,17, а ключ 4 — на транзисторах 18 и 19 фиг.3) . Первый зажим источника 1 через делитель из резистора 23 и цепи 21 транзистор 16 соединен с уп: равляющим выводом тиристора ключа

3 ° База транзистора 16 через резистор 24, обеспечивающий заданный режим, связана с вторым зажимом источника 1, а через цепь 20 и транзистор 17 — с первым зажимом источника 1. К средней точке делителя под- ® ключен эмиттер транзистора 18 и через резистор 25 — база транзистора

17, коллектор транзистора 18 через цепь 22 и резистор 26 связан с вторым зажимом источника 1.

К общей точке цепи 22 и резистора

26 подключена база транзистора 19, который соединяет управляющий вывод . тиристорного ключа 3 с выводом порогового элемента 5. База транзистора

18 через резистор 27 связана с общей точкой резисторов 7 и 14.

В исходном состоянии транзисторы

l6 и 17эакрыты, а транзисторы 18 и . 19 открыты, поскольку потенциал общей точки резисторов 14 и 7 отрицательный по отношению к потенциалу эмиттера транзистора 18, а транзистор 19 открыт током, протекающим по цепи 22.

Отпирающий входной сигнал от ис- точника 15 открывает транзистор 17.

По цепи: транзистор 17, цепь 20, база транзистора 16 начинает протекать ток, что приводит к появлению .. тока в резисторе 23 и цепи 21, а также к дополнительному току базы тран-. зистора 17 через резистор 25.

Происходит лавинообразное отпи — 40 рание транзисторов 16 и 17.

При отпирании транзистора 16 эмит-. тер транзистора 18 становится отрицательным по отношению к базе, запираются транзисторы 18 и 19. Ток эмит- 4 тера транзистора 16 протекает по уп-равляющему переходу транзисторного ключа 3:-и он отпирается. Напряжение на конденсаторе 6 равно падению нап ряжения на пороговом элементе 5. gp

Входной сигнал противоположной полярности от источника 15 запирает транзистор 17, закрывается транзистор 16, открываются транзисторы

18 и 19. Через управляющий переход ключа 3 и транзистор 19 протекает ток разряда конденсатора 6, и ключ 3 выключается. При комбинированном выключении одновременно с этим на

1134089 8 силовой ключ 3 подают напряжение отрицательной полярности.

Обратное напряжение на управляющем переходе ключа 3 ограничивается диодом 10. Для ограничения тока разряда в цепь коллектора транзистора

19 включен резистор 8.

Для получения форсированной части отпирающего и запирающего импульсов управления ключа 3 использованы форсирующие цепи 20,21,22.

Постоянная времени цепи 22 определяется длительностью запирающего импульса ключа 3. В установившемся режиме ток коллектора транзистора 19 значительно меньше тока транзистора 16 и практически не влияет на величину и скорость нарастания управляющего импульса силового ключа 3.

Для повышения надежности и помехоустойчивости в эмиттерные цепи транзисторов 17 и 19 включены диоды 28 и 29.

Применение высокочастотных транзисторов в устройстве позволяет получить длительность фронта отпирающего и запирающего импульсов силового ключа, равную долям микросекунды, не зависящую от параметров отпираюшего и запирающего импульсов источника 15 благодаря лавинообраэ ному процессу отпирания и запирания транзисторов 16 и 17.

Малая длительность управляющих импульсов устройства, низкие требования к фронтам позволяют включить на входе помехоподавляющие цепочки и исключить ложное срабатывание устройства. Помехи по цепи источника питания могут быть легко отфильтрованы конденсатором фильтра. При этом источник постоянного напряжения может быть удален от силового ключа.

Применение устройствй для управления силовыми транзисторами позволяет также свести к минимуму коммутационной потери.

Из изложенного видно, что устройство для управления тиристорным ключом позволяет уменьшить время выключения силового ключа, управлять силовыми транзисторами, тиристорами различных типов, обеспечивает скорость нарастания тока управления около 10 А/мкс и выше, имеет высокую помехоусточивость и минимальное число гальванически развязанных цепей.

11 34089

ЦЩЩП11 Заказ 4ÎÇ/3 ТиРаж 661 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4