Brevet FR2000697A1 — publié le 19690912

II® invention se rapporte aux circuits pour la commande de thyristors et plus particulièrement à de tels circuits pour rendre simultanément conducteurs des thyristors "branchés en une chaîne en série. 5 Selon l'invention, on prévoit pour un thyristor un circuit de commande comprenant un circuit bistable et un moyen de commande répondant à un premier signal pour faire passer le circuit bistable à un état dans lequel il peut agir pour développer une impulsion pointue initiale d'une polarité afin de rendre 10 conducteur le dit thyristor en même temps qu'une sortie à courant constant de la dite polarité, associée à la dite impulsion mais de niveau moindre, afin de maintenir la conduite de la gâchette du thyristor, et répondant à un second signal pour faire passer le circuit bistable à son autre état dans lequel il peut agir 15 pour développer une sortie de courant constante de là polarité contraire afin d'inverser la conduite de la gâchette du thyristor. Le circuit bistable peut être un multivibrateur relié à un premier étage à courant constant et à un second pour développer respectivement les dites sorties de l'une et de l'autre des 20 polarités, ces deux étages étant reliés à des sources stabilisées de polarités appropriées, le multivibrateur pouvant fonctionner pour conduire le prçmier étage à courant constant à travers un circuit à impulsions de pointe afin de développer les impulsions poïntues. 25 Le moyen de commande peut comprendre des transformateurs d'impulsions alimentés séparément par le premier signal et par le second et ils peuvent comprendre additionnellement des éléments photo-sensibles reliés à ces tr ans format eurs d'impulsions, le premier signal et le second étant des faisceaux de lumière. 30 Avec de tels signaux de lumière, les transformateurs d'impulsions, peuvent être supprimés, les éléments photo-sensibles étant reliés, directement au circuit bistable. La "lumière" peut en fait être des faisceaux laser et peut être dirigée à travers des guides de lumière à fibres optiques, par exemple du type représenté dans le brevet français de. la même société du 17 octobre 1968 pour "Dispositif pour irradier des éléments à semi-conducteurs activés par la lumière". L'invention établit aussi pour un thyristor un circuit de commande comprenant un circuit de conduite pouvant agir en 40 réponse à un premier signal d'entrée pour développer une impulsion 35 o901002 2000697 pointue d'une polarité afin de rendre conducteur le dit thyristor et un circuit bistable pouvant agir pour prendre un état en réponse au dit premier signal et développer une sortie à courant constant de la dite polarité, associée à la dite impulsion mais 5 de niveau moindre, afin de maintenir la conduite de la gâchette du dit thyristor et pouvant agir pour prendre son autre état en réponse à -un second signal d'entrée et développer une sortie à courant constant de la polarité contraire afin d'inverser la conduite de la gâchette du dit thyristor. 10 L'invention est particulièrement utile dans les réseaux en ponts de thyristors, dans des convertisseurs de courant alternatif en courant continu où des thyristors dans chaque branche de pont sont reliés ensemble dans une chaîne en série entre les bornes d'une source d'alimentation et doivent être tous r«ndus 15 conducteurs en même temps et, dans cette application, un circuit de commande séparé est associé à chaque thyristor. La source de puissance pour ces circuits peut avantageusement être prélevée d'une chaîne de division comprenant un nombre correspondant de circuits auxiliaires reliés en série entre les bornes de la 20 source d'alimentation et, quand on utilise des transformateurs d'impulsions, leurs étages de conduite peuvent aussi être alimentés par ces circuits auxiliaires. Dans ce dernier cas, on peut n'utiliser qu'un seul étage de conduite comme une alimentation centrale pour l'alimentation de tous les transformateurs d'impul-25 sions pour développer les premiers signaux d'entrée et on peut utiliser un autre étage de conduite pour l'alimentation de tous les transformateurs d'impulsions pour développer les seconds signaux d'entrée. L'invention établit ainsi un circuit de commande pour 30 développer une conduite continue pour les thyristors par contraste avec l'impulsion courte unique de gâchette utilisée dans les systèmes précédents, la conduite continue étant récurrente et comprenant une montée rapide, une impulsion à fort courant, par exemple de polarité positive, amorcée par le premier signal 35 d'entrée suivi d'un niveau positif à courant constant et finalement vin niveau négatif à courant constant amorcé par le second signal d'entrée. L'impulsion à montée rapide est établie pour rendre conducteurs les thyristors et le niveau à courant constant; positif qui suit est maintenu juste au-dessus de ce niveau de gâchette. Le niveau négatif peut être fixé de façon empirique et 01002 ? 2000697 .agit pendant la période de blocage du thyristor, cette partie du signal agissant pour étouffer tous signaux étrangers qui pourraient autrement avoir tendance à rendre les thyristors conducteurs et agissant additionnellement pour stabiliser les caractéristiques de blocage des thyristors et raccourcir les temps de basculement à l'état bloqué. Pour bien faire comprendre l'invention, on en décrira maintenant, à titre d'exemple, line forme d'exécution en référence au dessin annexé, dans lequel : les figures 1A et 1B montrent ensemble une chaîne en série de thyristors branchés entre les bornes de la source et disposés pour être rendus conducteurs simultanément en réponse à des signaux de lumière ; la figure 2 est une représentation graphique de la forme d'onde de commande des thyristors ; la figure 3 est un schéma de circuit détaillé des circuits de commande de gâchettes représentés aux figures 1A et 1B ; la figure 4 est une modification d'une partie du circuit de commande de gâchettes représenté sur la figure 3 ; et la figure 5 est une modification du circuit représenté sur les figures 1A et 1B dans laquelle des signaux de lumière sont -appliqués directement aux circuits de commande de gâchettes. En référence maintenant aux figures 1A et 1B, une chaîne en série de thyristors 1 et de leurs inductances associées 2 limitant di/dt est branchée entre les bornes d'alimentation 3 et 4, par exemple d'un convertisseur de courant alternatif en courant continu. En parallèle avec cette chaîne en série sont branchés des réseaux auxiliaires diviseurs de tension 6 en nombre correspondant, comprenant chacun une résistance 7 et un condensateur 8, en même temps qu'un redresseur en pont 9 pour développer une source de puissance en courant continu pour des circuits de commande associés chacun à un thyristor. En particulier, ces circuits comprennent un réseau d'alimentation auxiliaire 11 à la fois pour alimenter un étage de conduite 12 pour des transformateurs d'impulsions 13, 14 et pour développer une tension bipolaire (par rapport à la cathode du thyristor.1) pour les circuits 16 de commande de gâchettes. La tension bipolaire est prélevée de deux diodes de Zener 17, 18 branchées entre les bornes de la sortie de courant 6901002 * 2000697 •continu du pont redresseur 9» la jonction entre ces diodes étant directement reliée à la cathode du thyristor associé 1 tandis que les tensions positive et négative correspondantes sont appliquées au circuit de commande. Des condensateurs 19» 20 sont 5 respectivement en dérivation sur les diodes de Zener 17, 18 et, pour permettre au condensateur 19 de se charger complètement dans le réseau d'alimentation associé- au transistor terminal 1 de la chaîne en série, un thyristor supplémentaire 22 est introduit dans cette chaîne. Sans ce thyristor 22 , un chemin de 10 décharge permanent pour le condensateur 19 serait créé à travers le pont redresseur 9- Un circuit de commande séparé est prévu pour le thyristor 22, ce thyristor "basculant automatiquement à l'état passant en réponse à la conduction des autres thyristors 1 par claquage 15 d'une diode de Zener 23, la tension Zener de cette diode étant à un niveau plus petit que celui de la diode de Zener 18 pour garantir que le courant de charge principal ne s'écoule pas directement à travers le réseau d'alimentation 11. Les deux étages de conduite 12 pour les transformateurs 20 d'impulsions 13, 14- sont, comme mentionné ci-dessus, alimentés par ce réseau d'alimentation 11 et chacun comprend un photo-transistor 24 suivi d'un émetteur suiveur 25 pour amorcer un thyristor 26 et décharger ainsi un condensateur 28 dans les enroulements primaires des transformateurs appropriés 13, 14. ^5 Les photo-transistors 24 de ces deux étages sont successivement amorcés par la lumière, les sorties des transformateurs d'impulsions 13 étant utilisées comme signaux de commande de conduction pour les thyristors 1 tandis que les sorties des tranformateurs d'impulsions 14 sont utilisées comme signaux de "blocage. 30 En particulier, ces sorties d'impulsions sont délivrées au circuit 16 de commande de gâchettes qui est prévu pour produire un courant de sortie de la forme représentée sur la figure 2, c'est-à-dire une montée rapide initiale, une impulsion à fort courant suivie d'une conduite de gâchette positive à 55 courant constant pendant la période de conduction du thyristor 1 et une conduite de gâchette négative à intensité constante pendant sa période de "blocage. Le circuit de commande de gâchette est représenté en détails sur la figure 3 et, en référence maintenant à cette figure, un multivibrateur comprenant deux transistors 29, 30 40 6901002 2000697 reçoit son signal de conduction du transformateur 13 par l'intermédiaire d'une diode de Zener 31 et son signal de blocage du transformateur 14 par l'intermédiaire d'une diode de Zener 32. Ces diodes ne sont pas conductrices tant que la tension à travers 5 leurs réseaux associés 33-34- à résistance et capacité ne dépasse pas leur tension de claquage Zener ; ainsi, en choisissant des valeurs appropriées, on peut choisir un seuil de courant qui, par sécurité, est au-dessus du niveau de tous courants erratiques probables. En outre, des diodes 35, 36, 37, 38 sont ■ Lors du passage à la période de ' ftonductionj l'impulsion d'entrée en provenance du transformateur 13 est appliquée au transistor 29 du multivibrateur en le rendant conducteur et la sortie de ce transistor rend conducteur un autre transistor 40 dont la sortie est à son tour amplifiée par un transistor 41• dans un étage à courant constant "positif" avant application à l'électrode de commande du thyristor 1. La conduite à courant continu pour ces transistors se fait à travers les résistances 20 42, 43 sur chacune desquelles est branché en dérivation un circuit-à résistance et capacité en série de façon à donner initialement la courte conduite de conduction à forte intensité, comme mentionné ; de plus, la pointe est obtenue par un circuit, à résistance et capacité en série, qui est en dérivation sur la 25 résistance d'émetteur 44 du transistor 41. Quand le transistor 29 est rendu conducteurj l'autre transistor 30 du multivibrateur est évidemment bloqué. Dans cette situation "d'état permanentune conduite de gâchette positive continue est appliquée aux thyristors à travers jO l'étage à courant constant, .tous les thyristors de la chaîne étant amorcés simultanément par la pointe d'impulsion initiale à fort courant. A l'instant où la chaîne de thyristors est bloquée, déterminé par la polarité de la tension à travers les bornes 35 d'alimentation 3 et 4 ou par la commutation à une autre chaîne, " une impulsion d'entrée en provenance du transformateur 14 est appliquée au transistor 30 du multivibrateur en le rendant conducteur et en bloquant le transistor 29. Quand ce transistor 29 est bloqué, le transistor 40 est bloqué et avec lui le tran-40 âistor 41 de l'étage à courant constant positif est aussi 6901002 2000697 îiloqué, le transistor 40 étant bloqué par suite de la disposition d'une diode de Zener 46 et d'une résistance 47 qui ensemble garantissent que la tension d'émetteur se trouve au-dessous du niveau de la ligne d'alimentation positive vers laquelle la base 5 est élevée quand le transistor 29 passe à l'état bloqué ; en outre, une diode 48 empêche la base du transistor 40 de s'élever au-dessus du niveau de cette ligne d'alimentation. En même temps, la commutation de ce dernier transistor entraîne le basculement à l'état passant d'un transistor 50 dans un étage à courant >jo constant "négatif", ce qui fait que la partie "de blocage" du courant négatif est appliquée au thyristor 1. Comme représenté sur la figure 2, le courant de sortie provenant de ces circuits de commande de gâchettes peut s'élever initialement jusqu'à une valeur de plusieurs ampères et rester «tc> ensuite constant par exemple à 250 mà avant d'être amené négativement jusqu'à une valeur constante d'environ 250 mk. La valeur positive est choisie pour être juste au-dessus du maarijau* requis pour amorcer tous les thyristors et la valeur négative est choisie pour être suffisante pour étouffer les effeti de tous 2o courants de terre erratiques sur les caractéristiques de blocage des thyristors. La largeur de l'impulsion pointue initiale peut être de l'ordre de 80 \*-s avec un temps de montée aussi petit que 0,4 ^s et, dans 1'exemple donné, les thyristors sont considérés pour leur utilisation dans un convertisseur à pont triphasé avec 25 une période de conduction pour chaque chaîne d'environ 6,6 11s pendant chaque cycle d'un système à courant alternatif d'une fréquence de 50 Hz. On comprendra qu'on peut apporter facilement diverses modifications aux circuits décrits sans s'écarter du cadre de l'in-30 vention et, par exemple, une telle modification est représentée sur la figure 4 qui montre une variante pour la conduite fort courant et le circuit de multivibrateur 51 employé dans le circuit de commande de gâchettes représenté sur la figure 3* Cet ensemble comprend essentiellement un transistor 52 qui 35 est rendu conducteur en réponse à une impulsion d'entrée en provenance du transformateur 13 et sa sortie résultante est appliquée directement à l'électrode de commande du thyristor 1 comme impulsion à fort courant à travers une résistance 53 et une diode de blocage 5^« En même temps, le transistor 29 du 40 multivibrateur est rendu conducteur, en bloquant le transistor 01002 7 2000697 -30 et en faisant que le transistor 41 de l'étage à courant constant positif (figure 3) est rendu conducteur à travers une résistance 56» ce qui applique l'impulsion à courant constant au thyristor 1. Après cela, une impulsion d'entrée provenant du transformateur 14 à l'instant approprié fait que le transistor 30 est rendu conducteur, ce qui assure le "blocage du transistor 41 ainsi que du transistor 29 en ayant pour effet que le transistor 50 dans l'étage à courant constant négâtif (figure 3) est rendu conducteur. Ainsi, une impulsion négative est appliquée au thyristor 1. Les caractéristiques de la conduite du courant avec ce circuit modifié sont semblables à celles représentées sur la figure 2 mais il y a absence de la forme exponentielle de l'impulsion positive initiale à fort courant. Cependant, tandis qu'avec le circuit de la figure 3 tous les thyristors de conduite, c'est-à-dire les transistors 29 et 40, sont conducteurs lors du passage à l'état conducteur pour le thyristor 1, ce qui permet au signal provenant de l'impulsion du transformateur d'impulsions 13 d'être directement appliqué au multivibrateur, ce n'est pas le cas avec le circuit de la figure 4 (le transis-tér 30 agit ici et est bloqué). Par conséquent, le signal d'entré® provenant du transformateur d'impulsions doit être appliqué directement au circuit de conduite séparé à fort courant de la figure 4, comme décrit, de façon à éviter l'influence de temps de blocage de transistors relativement longs mais la cohérence ou la continuité de l'impulsion initiale à fort courant avec la partie suivante à courant constant peut ne pas être aussi satisfaisante ici que dans l'autre forme d'exécution. Un autre circuit modifié est représenté sur la figure 5, dans laquelle les transformateurs d'impulsions sont supprimés et les circuits de commande de gâchette 16 sont directement activés par la lumière. Ces circuits de commande de gâchettes sont légèrement différents de ceux décrits ci-dessus et dans cet exemple le multivibrateur reçoit son signal de conduction d'un photo-transistor 58 activé par la lumière et son signal de blocage d'un photo-transistor 59 activé par la lumière, ces photo-transistors étant amorcés successivement. La forme d'onde de sortie provenant de ce circuit est la même que celle représentée sur la figure 2. 6901002 s 2000697 En. fonctionnement, lors du passage à la période de conduction, le photo-transistor 58 est irradié, ce qui rend conducteur le transistor 30 de sorte qu'un signal négatif est appliqué à la hase du transistor 4-0 en le rendant aussi conduc-5 teur. A son tour, la sortie provenant de ce transistor rend conducteur le transistor 4-1 qui, comme précédemment, rend conducteur son thyristor associé 1 dans la chaîne en série, l'impulsion pointue initiale étant produite de la même manière que celle décrite en référence à la figure 3-10 Quand le transistor 30 est rendu conducteur, l'autre transistor 29 du multivibrateur est bloqué et des condensateurs 61 62 sont branchés entre les bornes dé deux résistances de r couplage dans cet étage afin d'accélérer le changement en réponse à l'impulsion de lumière très courte disponible pour les 15 photo-transistors. A l'instant où la chaîne de thyristors passe à l'état bloqué, le photo-transistor 59 irradié en rendant conducteur le transistor 29 du multivibrateur et en bloquant le transistor 30. Le transistor 30 étant bloqué, le transistor 40 est bloqué 20 avec le transistor 41. En même temps, la commutation du translata*" 40 a pour effet de rendre conducteur le transistor 50 en appliquant la partie négative de l'impulsion de gâchette au thyristor. 6901002 9 2000697 REVE.HDIOAQÎI OJS, 1. Circuit de coMtande pour un thyristor, caractérisé par un moyen de commande (13, 14 ou 58, 59) pour développer un premier signal d'entrée et un second, par vin circuit de conduite (52 - 54 5 ou 42 — 44) pouvant fonctionner pour développer une impulsion pointue d'une polarité pour rendre conducteur le dit thyristor et par un circuit bistable (29, -30), le circuit bistable pouvant être commandé pour prendre un état en réponse au dit premier signal et développer une sortie à courant constant de la dite 10 polarité, associée à la dite impulsion mais d'un niveau moindre afin de maintenir la conduite de gâchette sur le dit thyristor et pouvant être commandé pour prendre son autre état en réponse à un second signal d'entrée et développer une sortie à courant constant afin d'inverser la commande de gâchette sur le dit thyristor. 15 2. Circuit de commande selon la revendication 1, caracté risé en ce que le circuit bistable est un multivibrateur (29, 30) et est relié à un prea&er étage à courant constant et à un "second pour développer respectivement les dites sorties de l'une des polarités et de 1'autre, 20 3. Circuit de commande selon la revendication. 2, caracté risé en ce que chaque dit étage comporte une source '.stabilisée de polarité appropriée et comprend un commutateur (41) actionné par le multivibrateur et relié à cette source stabilisée. 4. Circuit de commande selon, la revendication 3, caracté-risé en ce que le circuit de conduite (52, 53, 54) ne répond - directement qu'au premier signal d'entrée. 5. Circuit de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de conduite est commandé par le circuit bistable et peut fonctionner en réponse au dit premier signal JO d'entrée appliqué à ce circuit bistable. 6. Circuit de commande selon la revendication 5» caractérisé en ce que le circuit de conduite comprend des réseaux à résistance et capacité (42, 43, 44) branchés à la fois dans le premier étage à courant constant•lui-même et entre' le multivi- 35 brateur et cet étage. 7. Circuit de commande selon l'une quelconque des revendications- 1 à 6e, caractérisé en ce que le moyen de commande pour développer le dit premier signal d'entrée et le second comprend des transformateurs d'impulsions (13, 14) alimentés séparément 40 en réponse à des signaux de lumière. 6901002 2000697 8. Circuit de comaande selon 1'une quelconque"des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de commande pour développer le premier signal d'entrée et le second comprend des éléments photo-sensibles (58, 59) alimentés par des signaux 5 de lumière. 9. Eéseau de commande pour une pluralité de thyristors reliés en une chaîne en série entre lés bornes d'une source de tension, caractérisé par un circuit de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, relié séparément à chaque thyiis- 10 tor, ces circuits étant reliés ensemble entre les bornes de la dite source pour prélever leur alimentation en puissance.