SU1737661A1 - Тиристорный ключ - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени . Тиристорный ключ содержит последовательно соединенные двухоперационный тиристор 1 и источник 2 напр жени , параллельно которым подключена вспомогательна  цепь, состо ща  из последовательно соединенных накопительного диода 3 и зашунтированного обратным диодом 4 дроссел . Дл  увеличени  коммутируемых токов при одновременном повышении перегрузочной способности введен однооперационный тиристор 6, включенный параллельно вспомогательной цепи, причем силовыми выводами тиристорного ключа  вл ютс  анод и катод однооперационного тиристора . 5 з.п.ф-лы, 5 ил. (Л

Description

VI

CJ

VI о о

Фиг.1

Изобретение относитс  к преобразовательной технике и может быть использовано при построении тиристорных импульсных регул торов, стабилизаторов, автономных инверторов и других преобразовательных устройств, в которых используютс  полностью управл емые ключи.

Известны полностью управл емые ти- ристорные ключи, содержащие одноопера- ционный тиристор и узел принудительной коммутации, причем в узле принудительной коммутации используетс  целый р д элементов - коммутирующие конденсаторы, дроссели, вспомогательные тиристоры, диоды .

Однако такие ключи обладают большими дополнительными потер ми энергии, им свойственны перенапр жени , возникающие на элементах ключа. Кроме того, наличие емкостных и индивидуальных элементов, вспомогательных диодов и тиристоров ухудшает массогабаритные показатели полностью управл емого тиристорного ключа. В р де случаев режим работы узла принудительной коммутации оказывает вли ние на форму напр жени  на нагрузке.

Эти недостатки устран ютс  в полностью управл емых тиристорных ключах, содержащих двухоперационный тиристор с демпфирующей цепью.

Наиболее близкий к предлагаемому  вл етс  тиристорный ключ, содержащий двухоперационный тиристор с демпфирующей цепью, действие которой основано на инерционных свойствах низкочастотного диода. Данна  демпфирующа  цепь содержит последовательно соединенные источник напр жени , транзистор, зашунтированный обратным диодом, и накопительный диод.

Недостатком данного тиристорного ключа  вл етс  ограниченна  коммутируема  мощность в режиме длительного (условно-непрерывного ) протекани  анодного тока. Таким образом, данный тиристорный ключ имеет ограниченную область применени  (по коммутируемому току). Кроме того, перегрузочна  способность этого тиристорного ключа ниже, чем у полностью управл емыхключей ,содержащих однооперационный тиристор с узлом принудительной коммутации.

Целью изобретени   вл етс  увеличение коммутируемых токов при одновременном повышении перегрузочной способности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный тиристорный ключ, содержащий последовательно соединенные двухоперационный тиристор и источник напр жени , параллельно которым подключена вспомогательна  цепь, состо ща  из последовательно соединенных накопительного

диода и зашунтированного обратным диодом элемента, формирующего пр мой ток через накопительный диод, введен одно- операционный тиристор, анодом подключенный к катоду накопительного диода, а

катодом - к положительному выводу источника напр жени , причем силовыми выводами тиристорного ключа  вл ютс  анод и катод однооперационного тиристора, а элемент , формирующий пр мой ток через накопительный диод, выполнен в виде дроссел . Кроме того, с целью обеспечени  обратной вентильной прочности, введен дополни- тельный диод, включенный между однооперационным тиристором и вспомогательной цепью, причем катод дополнительного диода соединен с катодом однооперационного тиристора. Элемент, формирующий пр мой ток через накопительный диод, выполнен в видеуправл емого ключа. С целью повышению надежности запирани  и увеличени  коммутируемой мощности источник напр жени  выполнен в виде источника двупол рных импульсов. С целью упрощени  введены цепь отпирани , состо ща  из последовательно соединенных токоограничител  и диода, и цепь запирани , состо ща  из последовательно соединенных токоограничител  и обратного диода, причем цепи отпирани  и запирани 

соединены параллельно и подключены между управл ющим электродом двухопераци- онного тиристора и катодом однооперационного тиристора.

На фиг. 1-4 изображены схемы тиристорных ключей; на фиг. 5 - временные диаграммы , по сн ющие принцип их работы. Тиристорный ключ, изображенный на фиг. 1 и 3, содержит последовательно соединенные двухоперационный тиристор 1 и источник 7 напр жени , параллельно которым подключены вспомогательна  цепь, состо ща  из накопительного диода 3 и зашунтированного обратным диодом 4 элемента , формирующего пр мой ток через накопительный диод 3, и однооперационный тиристор 6.

Тиристорный ключ, изображенный на фиг. 2, снабжен дополнительным диодом 7,

включенным между однооперационным тиристором 6 и вспомогательной цепью, причем катод дополнительного диода 7 соединен с катодом однооперационного тиристора 6.

Тиристорный ключ, изображенный на фиг. 4, дополнительно снабжен цепью отпирани , состо щей из последовательно соединенных токоограничивающего элемента 8 и диода 9, и цепью запирани , состо щей из последовательно соединенных токоограничивающего элемента 10 и обратного диода 11, причем цепи отпирани  и запирани  соединены параллельно и подключены между управл ющим электродом двухопераци- онного тиристора 1 и катодом однооперационного тиристора 6.

Тиристорный ключ работает следующим образом.

Пусть до момента to силовой одноопе- рационный тиристор 6 открыт и проводит ток нагрузки н. В момент времени to отпирают двухоперационный тиристор 1, осуществл   перевод тока с тиристора 6 на тиристор 1. В контуре 2-6-1-2 начинает протекать ток, скорость нарастани  которого ограничиваетс  монтажными индуктив- ност ми данного контура. В момент времени ti заканчиваетс  рассасывание избыточного зар да у анодного р-n перехода тиристора 6, этот р-n переход восстанавливает блокирующие свойства и начинаетс  спад тока в контуре 2-6-1-2. С момента ti на тиристоре 6 по вл етс  обратное анодное напр жение. Соответственно, к дроссе- л,ю 5 также с момента ti прикладываетс  напр жение и в контуре 2-5-3-1-2 происходит нарастание тока. Скорость этого нарастани  определ етс  значением напр жени  источника 2 и индуктивностью дроссел  5. При протекании тока по указанному контуру происходит накопление зар да в диоде 3 на интервале (to, t2). Интервал (to, t2) tB.cx.  вл етс  также временем, предоставл емым схемой дл  выключени  од- нооперационного тиристора 6. В момент времени tz подают запирающий импульс управлени  на двухоперационный тиристор 1. Последний начинает запиратьс  и его анодный ток переводитс  на вспомогательную цепь. Двухоперационный тиристор 1 запираетс  в облегченном режиме, так как на этапе спада анодного тока к нему не прикладываетс  анодное напр жение, Следовательно , потери при запирании тиристора 1 практически отсутствуют. В момент времени ta заканчиваетс  процесс рассасывани  избыточных носителей около р-n перехода диода 3, а затем на интервале (ta, t) протекает процесс восстановлени  обратной вен- тильной прочности диода 3. Инерционность этого процесса ограничивает скорость нарастани  анодного напр жени  на тиристорах 6 и 1. В момент Т4 коммутационные процессы в тиристорном ключе заканчиваютс  и схема готова к следующей коммутации .

При использовании в качестве элемента , формирующего пр мой ток через накопительный диод, управл емого ключевого элемента 5 (см. фиг. 3), например, однооперационного тиристора,отличие в работе ти- ристорного ключа заключаетс  в том, что можно посредством регулируемой задержки At между отпиранием двухоперацион- ного тиристора 1 и ключевого элемента 5 регулировать накапливаемый в диоде 3 зар д и, соответственно, врем  облегченного выключени  независимо от времени, предоставл емого дл  запирани  тиристора 6. Это позвол ет увеличить КПД и надежность тиристорного ключа, за счет уменьшени  мощности, выдел ющейс  в элементах тиристорного ключа, и уменьшени  средней мощности источника 2 напр жени .

При использовании в качестве источника 2 напр жени  источника двупол рных импульсов отличие в работе тиристорного ключа состоит в том, что в момент времени t2 измен етс  пол рность напр жени  источника 2 и к двухоперационному тиристору 1 прикладываетс  обратное напр жение, т.е. он работает в режиме комбинированной коммутации (см. пунктир на фиг. 5). Это позвол ет увеличить .надежность запирани  двухоперационного тиристора и увеличит коммутируемую им мощность.

Введение дополнительных цепей отпирани  и запирани  позвол ет исключить формирователь импульсов управлени  дл  двухоперационного тиристора 1, что значительно упрощает Тиристорный ключ.

Тиристорный ключ (см. фиг. 4) работает аналогично описанному, причем при пол рности на зажимах источника 2, указанной на фиг. 4 без скобок, по цепи 2-8-9 - входна  цепь тиристора 1-2 протекает отпирающий ток управлени  тиристора 1, а с момента tz при изменении пол рности напр жени  источника 2 (см. пол рность в скобках фиг. 4), по цепи 2 - входна  цепь тиристора 1-11- 10-2 протекает запирающий ток управлени  тиристора 1.

Однооперационные тиристоры выпускаютс  на предельные рабочие токи существенно большие, чем наиболее мощные двухоперационные тиристоры. Перегрузочна  способность у однооперационного тиристора выше, чем у двухоперационного. Кроме того, как видно из принципа работы тиристорного ключа, ток нагрузки протекает через однооперационный тиристор на этапе провод щего состо ни  ключа, а через двухоперационный тиристор - только на этапе коммутации однооперационного тиристора.

Таким образом, в предлагаемом устройстве двухоперационный тиристор работает в импульсном режиме, а как показали экспериментальные исследовани , в таком режиме работы двухоперационного тиристора в несколько раз возрастает предельно запираемый ток по сравнению с режимом длительно протекающего тока. Кроме того, двухоперационный тиристор включаетс  и выключаетс  в облегченном режиме (включение тиристора происходит при низком напр жении , а при выключении нарастание напр жени  на нем осуществл етс  после спада анодного тока), т.е. тепловыделение в его полупроводниковой структуре на этапах включени  и выключени  практически отсутствует , что дополнительно увеличивает предельно запираемый ток.

Таким образом, в предлагаемом устройстве благопри тные услови  работы двухоперационного тиристора (импульсный режим с большой скважностью, а также облегченные услови  включени  и выключени ) позвол ют существенно увеличить предельный коммутируемый двухопераци- онным тиристором ток и как бы подт нуть его к коммутируемому току более мощного однооперационного тиристора.

Таким образом двухоперационный и од- нооперационный тиристоры в предлагаемом устройстве используютс  в наиболее благопри тных режимах эксплуатации. Это позвол ет существенно увеличить коммутируемый тиристорным ключом ток и повысить его перегрузочную способность по сравнению с прототипом.

Claims (6)

1. Тиристорный ключ, содержащий последовательно соединенные двухоперационный тиристор и источник напр жени , параллельно которым подключена вспомогательна  цепь, состо ща  из последовательно соединенных накопительного диода и зашунтированного обратным диодом элемента , формирующего пр мой ток через накопительный диод, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  коммутируемых токов одновременном повышении перегрузочной v способности,введен

однооперационный тиристор, анодом подключенный к катоду накопительного диода, а катодом - к положительному выводу источника напр жени , причем силовыми выводами тиристорного ключа  вл ютс  анод и катод однооперационного тиристора.

2.Тиристорный ключ по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что элемент, формирующий пр мой ток через накопительный диод, выполней в виде дроссел .

3.Тиристорный ключ по п. 2, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что, с целью обеспечени  обратной вентильной прочности, введен дополнительный диод, включенный между одпооперационным тиристором и вспомогательной цепью, причем катод дополнительного диода соединен с катодом однооперационного тиристора.

4.Тиристорный ключ по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что элемент, формирующий

пр мой ток через накопительный диод, выполнен в виде управл емого ключа.

5.Тиристорный ключ по пп. 1-4, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

надежности запирани  и увеличени  коммутируемой мощности, источник напр жени  выполнен в виде источника двупол рных импульсов.

6.Тиристорный ключ по п. 5, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что, с целью упрощени ,

введены цепь отпирани , состо ща  из последовательно соединенных токоограничи- тел  и диода, и цепь запирани , состо ща  из последовательно соединенных токоограничител  и обратного диода, причем цепи отпирани  и запирани  соединены параллельно и подключены между катодом одно- операционного тиристора и управл ющим электродом двухоперационного тиристора.

2SJ

7

j6r

, f

+3Фиг . 2

2SJ

V

7

% 4/

j

J0T

0W2.J

V

V У

0г/2.4

9&г. f

b ts 4