SU1134089A1 - Устройство дл управлени тиристорным ключом - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник посто нного напр жени , положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен дл  подключени  к управл ющему входу тиристорного ключа, и резистор смещени , о тл ч аюшее с  тем, что, с целью обеспечени  возможности управлени  полностью управл емыми тиристорами и уменьшени  времени выключени  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 посто нного напр жени  и через пороговый элемент, шунтированный конденсатором , соединен с выводом дл  подключени  катода тиристора, ука (Л занный вывод через резистор смещени  соединен с положительным вьгаодом источника посто нного напр жени . в сс 4 О 00 СО

Description

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с   тем, что резистор смещени  выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ содержит р - п-р- и п - р-птранзисторы , три резистора, две RCцепн , шунтированные резистором, и диод, второй ключ содержит р - п-ри . п - р-п-транзисторы, три резистора , RC-цепь, шунтированную резистором , и диод, причем входом первого ключа  вл етс  эмиттер п-р-п-транзистора , база которого через первый резистор соединена с отрицательным выводом источника посто нного напр жени  и через первую RC-пепь - с коллектором р-п-р-транзистора, эмиттер которого  вл етс  входом первого ключа и соединен через диод с базой р-п-р-транзистора, к которой подключен один вывод второго резистора, база и эмиттер этого транзистора предназначены дл  подачи управл ющего сигнала, коллектор п-р-п-транзистора через вторую RC-цепь соединен с одним вьшодом третьего резистору другим выводом второго резистора и эмиттером р-п-р транзистора второго ключа, другой вывод -третьего резистора подключен к положительному выводу источника посто нного напр жени , входом второго ключа  вл етс  эмиттер п-р-п-транзистора, коллектор которого через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база указанного транзистора через второй реэистор соединена с отрицательным выводом источника посто нного напр жени  и через RC-цепь - с коллектором р-п-р-транзистора база которого через третий резистор соединена с общей точкой резисторов смещени .

3, Устройство по п., о т л ичающеес  тем, что резистор смещени  выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ соде{)жит р-п-р и п-р-птранзисторы , 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  вл етс  анод первого диода, катод которог соединен с эмиттером р-п-р-транзистора и одним выводом одного из резисторов смещени , коллектор этого транзистора через первую RC-цепь соединен с базой п-р-п-транэистора, котора  через первый резистор соединена с отрицательным выводом источника посто нного напр жени , база р-п-ртранзистора соединена с одним выводо второго резистора и через второй диод - с эмиттером этого транзистора , его база и эмиттер предназначены дЛ  подключени  сигнала управлени , эмиттер п-р-п-транзистора  вл етс  выходом второго ключа, коллектор этого транзистора через вторую RC-цепь соединен с другим выводом второго резистора, одним вьшодом третьего резистора и эмиттером р-п-ртранзистора второго ключа, другой вьшод третьего резистора соединен с положительным выводом источника посто нного напр жени , эмиттер п-р-п-транэйстора второго ключа соединен с вьюоДом порогового элемента и через первый диод - с отрицательным выводом источника посто нного напр жени , колле стор п-р-п-транзисг тора через первый- резистор соединен с выходом второго ключа, база этого транзистора через второй резистор подключена к отрицательному выводу источника посто нного напр жени  и через RC-цепь - к ко.ллектору р-п-ртранзистора , база которого через второй диод соединена с его эмиттером и через третий резистор - с общей точкой резисторов смещени .

1

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано дл  управлени  силовыми ключами различных устройств преобразовательной техники.

Известно устройство дл  управлени  тиристором, содержащее источник посто нного напр жени  и устройство формировани  импульсов включени  силового ключа, состо щее из фототран ч

зйстора, включенного коллектором и эмиттером последовательно с источником посто нного напр жени .

К недостаткам этого устройства относ тс  ограниченные частотные возможности оптронов, что не позвол ет сформировать крутые фронты тока управлени  силовым ключом и ис-пользовать предельные частотные возможности тиристорных и транзисторных силовых ключей.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству  вл етс  устройство дл  управлени  тиристорным ключом, содержащее источник посто нного напр жени , положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен дл  подключени  к управл ющему входу тиристорного ключа, и резистор смешени .

К недостаткам этого устройства относитс  наличие дополнительного источника досто нного напр жени , неудовлетворительна  форма управл ющего импульса, увеличенное врем  выключени  силового ключа и невозможность управлени  полностью управл емыми тиристорами и тиристорами с комбинированным выключением.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение времени выключени  тиристора и обеспечение возможности управлени  полностью управл емыми тиристорами ,

Цель достигаетс  тем, что устройство дл  управлени  тиристорным ключом , содержащее источник посто нного напр жени , положительный вывод которого соединен с входом первого ключа выход которого предназначен дл  подключени  к управл ющему входу тирис- торного ключа, а резистор смещени  снабжен вторым ключом, конденсатором и пороговым элементом, причем выход первого ключа соединен с выходом второго ключа, вход, которого подключен к отрицательному выводу источника посто нного напр жени  и через пороговый элемент, шунтированный конденсатором , соединен с выводом дл  подключени  катода тиристора, указанный вывод через резистор смещени  соединен с положительным выводом источника посто нного напр жени .

Резистор смещени  может быть выполнен из двух пох:ледовательно соединенных резисторов, первый ключ

94

содержит р-п-р- и п-р-п-транзисторы, три резистора, две RC-цепи, шунтированные резистором, и диод, второй ключ, содержит р-п-п- и п-р-п-транзисторы , три резистора, КС-цепь, шунтированную резистором, и диод, причем входом первого ключа  вл етс  эмиттер п-р-п-транзистора, база которого через первый резистор соедине на с отрицательным выводом источника посто нного напр жени  и через первую RC-цепь, шунтированную резистором - с коллектором р-п-р-транзистора, эмиттер которого  вл етс  входом первого

ключа, и соединен через диод с базой того же транзистора, к которой подключен один вывод второго резистора, база и эмиттер этого транзистора предназначены дл  подачи сигнала управлени , коллектор п-р-п-транзистора через вторую RC-цепь, шунтированную резистором , соединен с одним вьшодом третьего резистора, другим выводом второго резистора и эмиттером р-п-ртранзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора подключен к положительному вьшоду источника посто нного напр жени , входом второго ключа  вл етс  эмиттер п-р-п-транзйстора , коллектор которого через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база указанного транзистора через второй резистор соединена с отрицательным выводом источ-

ника посто нного напр жени  и через RC-цепь, шунтированную резистором с коллектором р-п-р-транзистора, база которого через третий резистор соединена с общей точкой резистора

смещени .

Резистор смещени  может быть выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ со- ,

держит р-п-р- и п-р-п-транзисторы, три резистора и две КС-цепи, шунтированные резистором, и два диода, второй ключ содержит р-п-р- и п-р-птранзисторы , три резистора, RC-цепь,

шунтированную резистором, и два диода , причем входом первого ключа  вл етс  анод первого диода, .катод которого соединен с эмиттером р-п-ртранзистора с одним выводом одного из

резисторов смещени , коллектор этого транзистора через первую RC-цепь, шун-тированную резистором, соединен с базой п-р-п-транзистора, котора  через первый резистор соединена с от5 рицательным выводом источника пост  нного напр жени , база р-п-р-тран зистора соединена с одним выводом второго резистора и через второй диод- с эмиттером этого транзистор его база и эмиттер предназначены дл  подключени  сигнала управлени  эмиттер п-р-п-транзистора  вл етс  выходом второго ключа, коллектор этого транзистора через вторую RCцепь , шунтированную резистором, сое динен с другим вьшодом второго резистора , одним выводом третьего резистора и эмиттером р-п-р-транзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора соединен с положительным выводом источника посто  ного напр жени , эмиттер п-р-п-тран зистора второго ключа соединен с вы водом порогового элемента и через первый диод - с отрицательным выводом источника посто нного напр жени коллектор птр-п-транзистора через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база этого транзистора через второй резистор подключе к отрицательному вьюоду источника посто нного напр жени  и через RC-цепь , шунтированную резистором, к коллектору р-п-р-транзистора, баз которого через второй диод соединена с его эмиттером и через третий резистор - с обшей точкой резисторов смешени . На.фиг,1 - 3 изображены принципиальные схемм предложенного устройства (варианты), . Устройство содержит источник 1 посто нного напр жени , св занный одним зажимом чере,зключ 2 с управл ющим выводом тиристорного ключа 3. Второй ключ 4 включен между управл  щим выводом ключа 3 и вторым зажимом источника 1, который св зан через пороговый элемент 5, выполненны в виде диода или стабилитрона, с си ловым вьшодом ключа 3. Пороговый элемент 5 з&шунтирован конденсатором 6. К силовому выводу ключа 3 подключен резистор 7 смеще ни . В цепь ключа 4 может быть вклю чен ограничивающий резистор 8 (фиг. в цепь порогового элемента - ограничивающий резистор 9, а управл ющи переход тиристорного ключа 3 защунтирован диодом 10 и резистором 11. При использовании тиристоров с нес89 6 . / колькими управл ющими электродами цепи включени  и выключени  могут быть разделены.с помощью диодов 12 и 13 (фиг.2). Вариант устройства (фиг.З) содержит , кроме того, дополнительный резистор 14 смещени , источник 15 управл ющего сигнала, транзисторы 16 и -17 ключа 2, транзисторы 18. и 19 ключа 4, РС-цепи 20, 21,22 шунтированные резисторами, резисторы 23, 24,25,26,27, диоды 28 и 29. Устройство работает следующим образом. Б исходном сосло нии ключ 2 разомкнут , а ключ 4 замкнут. Ключ 3 заперт падением напр жени  на пороговом элементе 5 от тока смещени , протекающего по резистору 7, Дл  отпирани  ключа 3 размыкают ключ 4 и замыкают ключ 2. Дл  выключени  ключа 3 размыкают ключ 2 и замыкают ключ 4. По цепи управлени  ключа 3 в обратном направлении проходит ток разр да конденсатора 6, который значительно больще тока смещени  и достаточен дл  выключени  полностью управл емого тиристора. Дл  комбинированного выключени  тиристора размыкают ключ 2 и замыкают ключ 4 одновременно с подачей обратного смещени  на тиристор ключа 3. Применение комбинированного выключени  тиристоров позвол ет существенно уменьшить их врем  выключени  повысить стойкость к скорости нарастени  пр мого напр жени , что особенно важно в- устройствах с искусгвенной коммутацией тиристоров (инверторы , ключи и т.п). Полностью управл емые тиристоры имеют относительно большое врем  включени ,- что приводит к уменьшению скорости нарастани  тока управле- . ни  силового ключа. Необходимость рйзв зки цепей управлени  вспомога- тельных ключей приводит к усложнению устройства. Усложн етс  алгоритм управлени , С целью уменьшени  количества гальванически разв занный цепей, повьппени  скорости нарастани  тока управлени  силового вентил  и упрощени  алгоритма управлени  ключ 2 выполнен на транзисторах 16,17, а ключ 4 - на транзисторах 18 и 19 Гфиг.З). Первый зажим источника 1 через делитель из резистора 23 и цепи 21 транзистор 16 соединен с уп ; равл ющим выводом тиристора ключа 3. .База транзистора 16 через резистор 24, обеспечивающий заданный режим , св зана с вторым зажимом Источ ника 1, а через цепь 20 и транзистор 17 - с первым зажимом -источника 1. К средней точке делител  подключен эмиттер транзистора I8 и через резистор 25 - база транзистора 17, коллектор транзистора 18 через цепь 22 и резистор 26 св зан с вторым зажимом источника Г. К общей точке цепи 22 и резистор 26 подключена база транзистора 19, который соедин ет управл ющий вывод тиристорного ключа 3 с выводом поро гового элемента 5. База транзистора 18 через резистор 27 св зана с общей точкой резисторов 7 и 14, В исходном состо нии транзисторы . 16 и 17закрыты, 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 источника 15 открьшает транзистор 17. По цепи: транзистор 17, цепь 20, база транзистора 16 начинает протекать ток, что приводит к по влению .. тока в резисторе 23 и цепи 21 , а та же к дополнительному току базы тран зистора 17 через резистор 25. Происходит лавинообразное отпирание транзисторов 16 и 17. При отпирании транзистора 16 эми тер транзистора 18 становитс  отри цательным по отношению к базе, запи раютс  транзисторы 18 и 19. Ток эми тера транзистора 16 протекает по уп равл ющему переходу транзисторного ключа 3 --и он отпираетс . Напр жени на конденсаторе 6 равно падению нап р жени  на пороговом элементе 5. Входной сигнал противоположной пол рности от источника 15 запирает транзистор 17, закрываетс  транзистор 16, открьшаютс  транзисторы 18. и 19. Через управл ющий переход ключа 3 и транзистор 19 протекает ток разр да конденсатора 6, и ключ выключаетс . При комбинированном выключении одновременно с этим на 98 силовой ключ 3 подают напр жение отрицательной пол рности. Обратное напр жение на управл ющем переходе ключа 3 ограничиваетс  диодом 10. Дл  ограничени  тока разр да в цепь коллектора транзистора 19 включен резистор 8. Дл  получени  форсированной части отпирающего и запирающего импульсов управлени  ключа 3 использованы форсирующие цепи 20,21,22. Посто нна  времени цепи 22 определ етс  длительностью запирающего импульса ключа 3. Б установивщемс  режиме ток коллектора транзистора 19 значительно меньше тока транзистора 16 и практически не вли ет на величину и скорость нарастани  управл ющего импульса силового ключа 3 . Дл  повышени  надежности и помехоустойчивости в эмиттерные цепи транзисторов 17 и 19 включены диоды 28 и 29. Применение высокочастотных транзисторов в устройстве позвол ет получить длительность фронта отпирающего и запирающего импульсов силового ключа, равную дол м микросекунды , не завис щую от параметров отпирающ.его и запирающего импульсов источника 15 благодар  лавинообразному процессу отпирани  и запирани  транзисторов 16 и 17. Мала  длительность управл ющих импульсов устройства, низкие требовани  к фронтам позвол ют включить на входе помехоподавл ющие цепочки и исключить ложное срабатывание устройства . Помехи по цепи источника питани  могут быть легко отфильтрованы конденсатором фильтра. При этом источник посто нного напр жени  может быть удален от силового ключа . Применение устройства дл  управлени  силовыми транзисторами позвол ет также свести к минимум коммутационной потери. Из изложенного видно, что устройство дл  управлени  тиристорным ключом позвол ет уменьшить врем  выключени  силового ключа, управл ть силовыми транзисторами, тиристорг ми различных типов, обеспечивает скорость нарастани  тока управлени  около 10 А/МКС и вьппе, имеет высокую помехоусточивость и минимальное число гальванически разв занных цепей.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ, содержащее источник постоянного напряжения, положительный вывод которого соединен с входом первого ключа, выход которого предназначен для подклю- чения к управляющему входу тиристорного ключа, и резистор смещения, о т'л и 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, указанный вывод через резистор смещения соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения.

SU .,.1134089

2. Устройство по п.I, о т л и чают е е с я тем, что резистор смещения выполнен из двух последовательно соединенных резисторов, первый ключ содержит р - η-p- и η - р-птранзисторы, три резистора, две RCцепи, шунтированные резистором, и диод, второй ключ содержит р - п-ри. η - p-n-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-пепь - с коллектором р-п-р-транзистора, эмиттер которого является входом первого ключа 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 п-р-п-транзистора через вторую RC-цепь соединен с одним выводом третьего резистора другим выводом второго резистора и эмиттером р-п-р^транзистора второго ключа, другой вывод -третьего резистора подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, входом второго ключа является эмиттер ή-ρ-η-транзистора, коллектор которого через первый резистор соединен с выходом второго ключа, база указанного транзистора через второй ре- , эистор 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.1, о т л ичаюшееся тем, что резистор смещения выполнен из двух поспедо вательно соединенных резисторов, первый ключ содержит р-п-р и п-р-птранзисторы, три резистора и две RCцепи и два диода, второй ключ содержит р-п-р- и п-р-п-транэисторы, три резистора, RC-цепь и два диода, причем входом первого ключа является анод первого диода, катод которого соединен с эмиттером р-п-р-транзистора и одним выводом одного из резисторов смещения, коллектор этого транзистора через первую RC—цепь соединен с базой п-р-п-транэистора, которая через первый резистор соединена с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, база р-п-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 n-p-n-транзистора является выходом второго ключа, коллектор этого транзистора через вторую RC-цепь соединен с другим выводом второго резистора, одним выводом третьего резистора и эмиттером р-п-ртранзистора второго ключа, другой вывод третьего резистора соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, эмиттер п-р-п-транзйстора второго ключа соединен с выводом порогового элемента (И через первый диод - с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, коллектор п-р-п-транзисг? 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-п-ртранзистора, база которого через второй диод соединена с его эмиттером и через третий резистор - с общей точкой резисторов смещения.