Устройство для управления двухоперационным тиристором
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 токоограничивающий резистор, включенный между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора. Для повышения надежности с одновременным увеличением КПД дополнительный токоо 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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)s Н 02 М 1/08
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4777772/07 (22) 05.01.90 (46) 15.08.93. Бюл. № 30 (71) Московский энергетический институт (72) О.Г.Булатов, P.Ã.Ãóíèÿ, А.В.Жеглов и
С.В. Одынь (56) W. Bosterling, Н. udwig, R. Schlmmer, M.
Tscharn. Реах!в . mit dern ОТО//
//Еlectrotechnik. Б4, Н.24, 17 Dezember, 1982, с. 16 — 24.
Булатов О.Г. и др. Применение мощных двухоперационных тиристоров (О.Г. Булатов, П.С, Лыщак, С.B. Одынь) Электротехника, 1988, ¹ 5, с, 22-27, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ
ДВУХОПЕРАЦИОНHblM ТИРИCTOPOM (57) 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 отпиИзобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении тиристорных импульсных регуляторов, стабилизаторов, автономных инверторов и других преобразовательных устройств, в которых используются двухоперационные тиристоры.
Целью изобретения является увеличение КПД устройства при одновременном увеличении коммутируемых токов, а также
„„ Ы„„1833955 А1 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 токоограничивающий резистор, включенный между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора.
Для повышения надежности с одновременным увеличением КПД дополнительный токоограничивающий резистор заменен на дроссель, зашунтированный обратным диодом. 2 э.п. ф-лы, 7 ил.
В увеличение надежности запирания двухоперационного тиристора, Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство управления двухоперационным тиристором, содержащее цепь отпирания, состоящую из соединенных последовательно источника питания, полностью управляемого полупроводникового ключа и резистора, а также цепь запирания, состоящую из последовательно
1833955 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 ус ройства между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора введен дополнительный токоограничивающий 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 устройствапрототипа; 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
IRr, и отрицательные токи управления, формируемые предлагаемым устройством iRr* и прототипом iRr**.
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
55 двухоперационному тиристору устойчиво работать на нагрузку индуктивного характера и несколько снижает падение напряжения на нем в открытом состоянии. В момент времени t>, за время т до начала выключения тиристора 2, подают импульс управлеиз последовательно соединенных источника питания 6, неполностью управляемого полупроводникового ключа 7 и дросселя 8, причем цепи отпирания и запирания соединены 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, первый силовой электрод которого соединен с положительным зажимом источника накачки 11 и вторым силовым электродом вспомогательного полностью управляемого полупроводникового ключа 12, первый силовой электрод которого соединен с катодом двухоперационного тиристора 2, к управляющему электроду которого подключены катод накопительного диода 9 и отрицательный за>ким источника накачки 11, причем между управляющим "электрбдом и катодом тиристора 2 включена защитная цепь 13, На фиг. 3 представлено устройство управления 1 (см, фиг. 2), снабженное дополнительным токоограничивающим резистором
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 дополни30 тельным токоограничивающим дросселем 15, включенным между анодом накопительного . диода 9 и вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10, причем дроссель 15 зашунтирован диодом 16, анод которого соединен с анодом накопительного диода 9, а катодом — со вторым силовым электродом дополнительного транзистора 10.
Устройство управления двухоперационным тиристором работает следующим обра40 зом, В момент временито, когда необходимо отпереть двухоперационный тиристор 2, подают импульсы управления на полностью управляемые полупроводниковые ключи 4 и
45 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 !рай на двухоперационный тиристор 2 (см. фиг. 5,е), Ток управления !рг, 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
1833955 ния на транзистор 10 (см. фиг. 5,в). Транзистор 10 работает в активном режиме и ограничивает ток накачки lHBK (lHBK = P l g, где P— коэффициент усиления транзистора 10, lg— 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 t2 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 — r). Транзистор 10 и ключ 4 запираются, а ключи 7 и 12 открываются и отрицательный ток управления lRG начинает протекать по контуру 6 — входная цепь тиристора 2-9 — 8 — 7 — 6, обеспечивая запирание тиристора 2 (см. интервал (t2, тз) на фиг. 5). Ток iRG, протекающий через накопительный диод 9 в обратном направлении, приводит к рассасыванию накопленного в диоде 9 заряда. В момент tg, когда рассасывание накопленного заряда в диоде 9 заканчивается и он восстанавливает свое свойство непроводимости в обратном направлении, прекращается протекание отрицательного тока управления tRG, после чего неполностью управляемый ключ 7 восстанавливает свои непроводящие свойства, С момента времени t3 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 (ta. t4) 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, Работаустройств управления 1 двухоперационным тиристором 2, изображенных на фиг. 3 и ч, отличается от приведенного выше тем, что транзистор 10 работает не в активном, а ключевом режиме, При этОм ограничение тока накачки i a 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 индуктив5 костью LG, значительно превышающей неконтролируемую индуктивность монтажа, задавать требуемую (оптимальную для данного двухоперационного тиристора) скорость нарастания отрицательного тока
10 управления dlRG/dt. 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 отрицательного тока управления tRG. протекающего через управляющий переход двухоперационного тиристора, и отрицательные токи управления, формируемые предлагаемым
25 уСтрсйСтвсм 1яа* и пратстипсм IRG**. 3aштрихованная 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:
12 12
35 p = (f lRG*+(t)dt — 3 1г11 ()г 1) — для предлагаемого устройства
40 *
Wp = U(f lRG*(t)dС вЂ” J lRG(t)dt), где U — напряжение на защитной цепи, Из анализа этих выражений с учетом
45 фиг. 7 видно, что рассеиваемая энергия в защитной цепи предлагаемого устройства значительно меньше по сравнению с прототипом, т.к, 50 1
iRG*(t) dt « f iRG**(t)dt, следовательно, увеличивается КПД устрой55 ства.
В качестве ключа в цепи запирания используется, в отличие от противопоставляемого устройства, неполностью управляемый ключ (нап ример, одноопе рацион н ый тиристор), выключение которого происходит без
1833950, ..:;::. ль,ой коммутации "естест," „;!!!г<" „.а1зом, т.е, после спада к нулю ...,: ;:зл!!Ном выше контуре б — входная
".--,— ><- .-1-;,, чrc позволяет увеличить
„:;.:.cp0 лствог! управления!
: !. Г! РОГ! ОДЯ Щего состоя ниЯ
„-...-, д",,.<ОГ!яра!!!1онного плристо; .р,-- Гк!.!г.! Напряжением ! .:01дклг.:!ветс:1 к входной цепи !
"! с T!,Г. Истaра ключом 12), .:в .:,:-::да>!!!!Ост!.- его работы, т,е. .: !Ов, -ю:.:ение двухопера . } к< тной!Ст лак Мо>КНО
:.:> 0;!0<.1-ал!>!! -.. л режим выключеt0::;: !!.. регулируя в зависи !Одк«гс тока !т ток ,:::: !i,!1. „., = H "ii0T накапливае.:.,:, !э;Cttett!Ic накопленного
Н нн-,: 0.:>Co!t;t< .T Per >ЛИРОВатЬ
; тэ: упр:-!вг!ения, формируе:,... Г.Е.,::Е!!ЬШЕКИЕ (УВЕЛИЧЕ-!
;,":. : ; I 0 Г 0 !1 д и 0 д е 9 3 а р я д а
":.,""и!о I,òåf!:1tle!.è!0) амп.:-:-г.,-,--, —. >;;0го тока управления
>1 0I! а е!1ьныи ТОК yn.: -„,:::, .:i> .::, . устройством, будет
": : - : 0 " "НОД !ОМУ
:С.! . Л01-О!!!!.Л1ЕЛЬКО УВЕЛИ;:.1- :ВЛ -.КИЯ И УМЕКЬ!
1, ; -:: < е! -: !.10 t I г а <1> И Г . 2, . i !Л-,к диода 9 про,: 1:!, Который рабо.,. т>!:!с, т,е, 1!!а!< =- /3 !i .
:: .: > ". ", рлкзистора — регули.::,,, С В:! Л р", .". "ft I. 11 ЕЛ Ь К 0 Г 0 1 О К О 0 Г;; c
;:-О:-,.:, ..< 00!!0 с...ая IB коллекторе !
:,;!;- t. ОР;, f 1О! 1Ь! : . ." T.Ã. ТЕПЛОВЫДС ,:;:. ук!Е;!Ь1, :.,и
{ ., " .." Г:,- :1,," СЯ ;3; >18>Н!Н:,1<-;!!1 ДЛИТЕЛЬНОСТИ . !!: !, :, -, :: .",; О., !!"::. тракзистооа 10. .>; 1 Л;, :: . t, : 0 П Г> / I I t И Т („- Л Ь К О Г 0 Т 0 К 0 О Г :! коi |! QГ ::»:,Р(>С< . !!Я ": > (CM. УСТРОЙСТВО
Ч1> н .1iit!!I >" 1 Ся !RCIF!8>! :, «",>т:,пг -;;.,::, >,"1 1;! в: гi!1я 1, т, к, т1>rlкзистор 1 О, ;- : >г- эой тве, работает в "....,:,;." л.; ре; .:,. .;";., а т=t <0 дополнительно г, ;.!1) устрой:rc! I по сравне,,-...!!агггвз; Ги по ll. 1 и и, 2 формулы .;-,,бп--.г<,,,;:, Уве II1 tе!-:!>!а КПД устройства сче !. :< ГО. IT0 накопление tt! —,",0cif;tit cTéë >ется током 1накз треугольной формы, а не прямоугольной (тОК 1нак.1,2) КаК дЛя уСтрОйСтВ 10 I!. 1 И П. 2 формулы изобретения, т,е, энергия, вы" àëÿющаяся на токоограничителе (транзистор 10 5 в активном режиме, резистор 14, дроссель 15) в цепи накачки (контур 11 — Toкоиграничитель-9 — 11): — в устройствах l10 и. 1 и и. 2 формулы изобретения 10 — в устройстве по п. 3 формулы изобретения 12 1йз= U J !»,з(т)«, 11 20 где U — напряжение на токоограничителе, Из этих выражений и фиг, б вид!!о, iT0 энергия, выделяющаяся на токоогра!!!л!ителе в устройствах по п. 1 и п. 2 Ор.:.уггы изобретения больше, чем в устройстве Г10 и, 3 формулы изобретения, т.!<, ! 2 12 1»к1,2(1)c1T > !г Iнакз(т)!Г1т. t1 t! следовательно, КПД >стройства по п. 3
Регулировка накапли!!аемого заряда Г диоде 9 при этом осуще",твляется как и устройстве, изобра>кенном на фиг. 3. Предложенные устройства yl!0aвле.-!Ия двухоперационным тирисгором в I!.0pI!o отличаются не только от вь!бра IHOI 0 г:.ротc-:ипа, но и от известных устройств управления двухоперациОнным тиристорОм. cD0рмулаизОбреreки5! 1. Устройство для управления дгухоперационным тиристором, содер>кащее цепь отпирания, состоящу о из последовательно соединенных источника питания, полностью ! О управляемого полупроводникового кл!Оча и резистора, и цепь запирания, состоящу 0 из последовательно соединенных источника питания, полупроводникового кл!оча и дросселя, причем цепи отп!лрания и запирания соединены параллельно и первым общим концом подкл!очены к катоду двухоперационного тиристора, между уп равляющим электродом и катодом которого подключена защит IBA цепь, 0 т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения КГ1Д 1833955 10 устройства 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 общим концом цепей отпирания и запирания, 2. Устройство по и. 1. о т л и ч а ю ще ес я тем, что, с целью повышения надежно5 сти работы устройства, между анодом накопительного диода и вторым силовым электродом дополнительного транзистора включен 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 одновременном дополнительном повышении КПД, между анодом накопительного диода и вторым си15 ловым электродом дополнительного транзистора включена цепь из параллельно соединенных второго токоограничивающего дросселя и диода, причем последний включен встречно по отношению к накопи20 тельному диоду, 1833955 1833955 o) g) п е) оп Редактор Л. Павлова Корректор В. Петраш Заказ 2691 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Щв г) Составитель О. Булатов Техред M.Ìîðãåíò ал
