Brevet FR2580127A1 — publié le 19861010

La présente invention se rapporte à des perfec- tionnements à un circuit d'attaque pour un thyristor interruptible. Le thyristor interruptible (appelé ci-après "GTO") est un élément du type appelé à auto-extinction o0 un courant principal peut être mis "hors circuit" en forçant un courant négatif à s'écouler vers une électrode de gâchette. Comme il ne nécessite pas de circuit de commutation, il présente l'avantage que les dispositifs peuvent être de plus petites dimensions. Il est par conséquent venu en usage intensif dans des circuits vibreurs, divers dispositifs inverseurs, etc. Cependant, afin d'interrompre le courant principal (courant d'anode) du GTO au moyen de l'électrode de gâchette, le courant inverse de gâchette qui est forcé à s'écouler doit augmen- ter rapidement, pour présenter le plus longtemps possible d'atténuation et pour avoir une valeur de crête suffisamment importante pour correspondre au courant de mise hors circuit ou de passage à l'ouverture de l'anode. La figure 1 est un schéma montrant un exemple typi- que d'un circuit d'attaque de l'art antérieur pour un GTO. D'abord, l'agencement de ce circuit sera expliqué. En se référant à la figure, le chiffre 2 désigne le circuit d'attaque pour attaquer le GT0O 1. Un élément de commutation capable de se mettre "en circuit" et "hors circuit", par exemple, un transistor 4 du type n-p- n, une réêistance 5 et un condensateur 6 sont reliés en série dans cet ordre entre l'anode d'une source 3 de courant continu et l'électrode de gâchette G du GTO 1. La cathode de la source de courant continu 3 est reliée à la cathode K du GT0O 1. De plus, une résistance 7 et une diode 8 sont connectées en série et ce circuit en série est connecté en parallèle avec le condensateur 6. Par ailleurs, une bobine de réactance 10 est connectée en /1 série avec un thyristor 9 pour décharger le condensa- teur 6 en tant que courant inverse de gâchette du GTO 1, et ce circuit en série est connecté entre la cathode K du GTO 1 et le noeud du condensateur 6 et de la résis- tance 7. Le symbole A indique l'anode du GTO 1. La figure 2 est un schéma montrant les formes d'onde de diverses parties pour élucider le fonctionnement du circuit de la figure 1. Le fonctionnement de ce circuit sera d'abord expliqué en se référant à la figure 2. A l'état Uhors circuit" du thyristor 9, un courant de base Ib tel qu'indiqué en (a) sur la figure 2 est forcé à s'écouler en un temps t1, pour mettre "en circuit" le transistor n-p-n 4.Alors, un courant impulsionnel iGM, qui augmente brusquement et a une grande valeur de crête comme cela est montré en (c) sur la figure 2, s'écoule de la source de courant continu 3 à travers la résistance 5 ainsi que le conden- sateur 6. Subséquemment, un courant direct de gâchette i nécessaire pour maintenir l'allumage du GTO 1 comme cela est montré en (d) sur la figure 2 s'écoule à travers la résistance 7 ainsi que la diode 8. C'est-à-dire que le courant haut de gâchette (iGM + iG) ayant un flanc menant abrupt et un flanc arrière suffisant comme cela est montré en (f) sur la figure 2 s'écoule en correspondance avec la période de mise en circuit du transistor n-p-n 4, et le GTO 1 est allumé. Ensuite, en un temps t2 le transistor n-p-n 4 est mis "hors circuit" et le thy- ristor 9 est simultanément allumé en forçant un courant de gâchette IG à s'écouler comme cela est montré en (b) sur la figure 2. Alors, la charge stockée dans le condensateur 6 à la polarité illustrée du fait du courant impuisionnel iGM se décharge à travers la bobine de réactance 10 et le courant inverse de gâchette iGR comme cela est montré en (e) sur la figure 2 s'écoule de la cathode K-vers l'électrode de gâchette G du GTO 1 jusqu'à ce que le courant principal (courant d'anode) du GTO 1 soit interrompu. Le fonctionnement pendant cet intervalle de temps sera décrit en plus de détail. Pendant un certain temps, comme le courant inverse de gâchette iGR a commencé à s'écouler à travers le GTO 1, le trajet entre la cathode K et l'électrode de gâchette G du GTO 1 est à un état presque en court-circuit du fait des porteurs stockés, et le courant inverse de gâchette iGR du GTO 1 augmente à l'allure (-diGR/dt) qui est sensiblement déterminée par l'inductance de la bobine de réactance 10 et la tension chargée du condensateur 6. Cependant, lorsque -la jonction entre la cathode K et l'électrode de gâchette G a récupéré après une période ts (temps de stockage), une tension d'avalanche se développe dans la cathode K et l'électrode de gâchette G et le courant inverse de gâchette iGR s'atténue brus- quement. Comme on l'a indiqué précédemment, afin d'inter- rompre le courant d'anode du GTO 1 au moyen de la gâchette, le temps d'atténuation du courant inverse de gâchette iGR doit être maintenu suffisamment long (au moins égal au temps de traînage du GTO 1). La bobine de réactance 10 est par conséquent insérée même lorsque la montée (-diGR/dt) du courant inverse de gâchette iGR est un peu sacrifiée. Comme le circuit d'attaque de l'art antérieur pour le GTO 1 est agencé comme on l'a décrit ci-dessus, l'al- lure de montée du courant inverse de gâchette iGR est sacrifiée pour assurer son temps d'atténuation. Pour cette raison, le temps de stockage (ts) dans le mode interruptible s'allonge, ce qui a conduit au problème que, non seulement la performance de fonctionnement d'un dispositif utilisant le GTO 1 se détériore, mais le GTO 1 lui-même est occasionnellement détruit parce qu'une période de concentration de courant est excessive pendant le processus transitoire de l'interruption. Par ailleurs, comme les deux éléments de commutation du transistor 4 du type n-p-n pour forcer le courant direct de gâchette iG à s'écouler et le thyristor 9 pour forcer le courant inverse de gâchette iGR à s'écouler doivent être alternativement attaqués et commandés afin d'être opérationnellement opposés l'un à l'autre, cela pose un problème par le fait qu'un circuit de commande devient compliqué. La présente invention a pour but d'éliminer les problèmes ci-dessus mentionnés et a pour objet un circuit d'attaque pour un GTO, qui produise un courant inverse de gâchette qui augmente rapidement, et ayant un temps suffisamment long d'atténuation et dont le contrôle soit facile. Le circuit d'attaque d'un GTO selon l'invention consiste en ce qu'un premier élément de commutation et la bobine primaire d'une réactance sont reliés en série entre l'anode d'une source de courant continu et la gâchette du GTO. que la cathode de la source de courant continu est connectée à la cathode du GTO et que la bobine secondaire de la réactance magnétiquement couplée à la bobine primaire et un second élément de commutation adapté à se mettre "en circuit" à ou au-delà d'une tension prédéterminée sont connectés en série entre l'électrode de gâchette et la cathode du GTO. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raitront plus clairement au cours de la description ex- plicative qui va suivre faite en référence à plusieurs dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de de l'invention,, et dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant un circuit d'attaque de l'art antérieur pour un GTO; la figure 2 est un schéma montrant les formes d'onde en diverses parties pour expliquer le fonctionne- ment du circuit de la figure 1; la figure 3 est un s.chéma,ontrant un circuit d'attaque pour un GTO qui est un mode de réalisation de la présente invention; la figure 4 est un schéma montrant les formes d'onde en diverses parties pour expliquer le fonction- nement du circuit de la figure 3; et les figures 5(A) et 5(B) sont des schémas montrant chacun un circuit partiel dans un circuit d'attaque d'un GTO qui est un autre mode de réalisation de l'in- vention. Des modes de réalisation de cette invention seront maintenant décrits en se référant aux dessins. Dans la description des modes de réalisation, des parties recouvrant celles de l'art antérieur seront occasionnellement omises. La figure 3 est un schéma montrant un circuit d'attaque pour un GTO qui est un mode de réalisation de la présente invention. L'agencement de ce dispositif sera d'abord décrit. En se référant à la figure, le chiffre 2 désigne le circuit d'attaque pour attaquer le GTO 1. Une réactance 11 a une bobine primaire 12 ayant un certain nombre de spire N1 et une bobine secondaire 13 ayant un certain nombre de spires N2 (N1I N2) qui sont mécaniquement couplées l'une à l'autre. Un transis- tor 4 du type n-p-n, une résistance 7 et la bobine primaire 12 sont connectés en série dans cet ordre entre l'anode d'une source d'alimentation au courant continu 3 et l'électrode de gâchette G du GTO 1. Dans ce cas, le transistor 4 du type n-p-n est employé comme élément de commutation capable de se mettre "en circuit" et "hors circuit", cependant tout autre élément ayant une fonction équivalente peut être utilisé. La cathode de la source 3 est connectée à la cathode K du GTO 1. De plus, la bobine secondaire 13 et un élément de commutation 14 adapté à se mettre "en circuit" à une tension prédéter- minée sont connectés en série et le circuit en série est connecté entre l'électrode de gâchette G et la cathode K du GTO 1. L'élément de commutation 14 adapté à se mettre "en circuit" à la tension prédéterminée est par exemple une diode avalanche. Par ailleurs, un circuit en série qui se compose d'une résistance 5 et d'une diode 15 de polarité opposée à l'élément de commutation 14 est connecté en parallèle avec cet élément de commutation 14. Le symbole A indique l'anode du GTO 1. La figure 4est un schéma montrant les formes d'onde de diverses parties pour élucider le fonctionnement du circuit de la figure 3. Le fonctionnement de ce circuit sera maintenant décrit en se référant à la figure 4. Tandis qu'un courant direct de gâchette iG tel qu'indiqué en (d) sur la figure 4 s'écoule de la source 3 de courant continu à travers le transistor 4 du type n-p-n ainsi que la bobine primaire 12 de la réactance il vers la gâchette G puis vers la cathode K du GTO 1, lorsque le transistor 4 est mis "hors circuit" en un temps t2 comme cela est illustré en (a) sur la figure 4, une tension se développe dans la bobine secondaire 13 de la réactance il qui met "en circuit" l'élément de commutation 14. En conséquence, le courant direct de gâchette iG s'étant écoulé à travers la bobine primaire 12 jusqu'à ce moment, est multiplié par le rapport des spires (N1/N2) de la même polarité que ce courant direct de gâchette et est transféré à la bobine secondaire 13 du fait de l'opération de transformateur de courant et le courant résultant s'écoule en tant qu courant inverse de gâchette iGR montré en (e) sur la figure 4 de la cathode K vers la gâchette G du GTO 1 jusqu'à ce que le GTO 1 soit mis "hors circuit". Comme le transfert du courant de la bobine primaire 12 à la bobine secondaire 13 dans ce cas est accompli à une vitesse rapide qui est déterminée par l'allure de passage à l'ouverture du transistor 4, la montée (-diGR/dt) du courant inverse de gâchette iGR est rapide, et comme la valeur d'inductance de la bobine de réactance 13 peut être augmentée sans nuire à la montée du courant inverse de gâchette iGR, le temps d'atténuation de ce courant inverse de gâchette iGR peut être rendu suffisamment long. De plus, bien que le courant direct de gâchette iG de la bobine primaire 12 de la réactance il monte comparativement doucement comme cela est montré en (d) sur la figure 4 du fait de l'induc- tance de la bobine primaire 12, un courant impulsionnel iGM tel que montré en (c) sur la figure 4 est appliqué par la bobine secondaire 13. Il est par conséquent possible de fournir le courant haut de gâchette (iGM + iG) ayant une montée rapide et une valeur suffisante de crête comme cela est montré en (f) sur la figure 4. L'élément de commutation 14 adapté à se mettre "en circuit" à la tension prédéterminée ou au-delà, que l'on a donné comme exemple sous la forme d'une diode avalanche, peut bien être un circuit composé o un thyristor 16 et une diode Zener 17 sont combinés comme cela est montré sur la figure 5(A). Alternativement, une combinaison en série de diodes 18 et 19 ayant une chute de tension directe dépassant légèrement la chute de tension à travers la gâchette G et la cathode K du GTO I comme cela est illustré sur la figure 5(B) peut bien être utilisée. Dans ces cas, des effets semblabes à ceux du mode de réalisation qui précède peuvent être obtenus. Comme on vient de le décrire, selon cette invention, la gâchette d'un GTO est attaquée par le courant de la bobine primaire d'une réactance qui a des bobines primaire et secondaire magnétiquement couplées l'une àl'autre, tandis que la gâchette du GTO est attaquée de manière inverse par un courant de réactance qui se développe dans la bobine secondaire lorsque le courant de la bobine primaire a été interrompu afin d'interrompre le courant du circuit principal du GTO. Un courant inverse de gâchette augmente par conséquent rapidement et présente un temps suffisamment long d'atténuation, pour écourter en conséquence le temps de stockage en mode d'interruption, de façon que la performance de fonctionnement d'un dispo- sitif employant le GTO ne puisse être gâchée et que le GTO lui-même soit empêché d'être détruit par une période excessive de concentration de courant dans le processus transitoire de l'interruption. Un autre effet réside dans le fait que, comme le courant de gâchette du GTO peut être commuté en directions directe et inverse simplement en mettant "en circuit" et "hors circuit" le courant de la bobine primaire de la réactance, son circuit de contrôle peut être simple et peu coûteux. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Circuit d'attaque pour un thyristor interrup- tible caractérisé en ce qu'il comprend une réactance qui a des bobines primaire (12) et secondaire (13), un premier moyen de commutation (4) pour fournir un courant à travers ladite bobine primaire de ladite réactance à la gâchette (G) du thyristor interruptible (1) et un second moyen de commutation (14) pour fournir un courant de réactance à travers ladite bobine secondaire de ladite réactance à la gâchette du thyristor interruptible, de façon que la gâchette dudit thyristor soit attaquée par un courant direct, par le courant de la bobine primaire de ladite réactance tandis qu'elle est attaquée de manière inverse par le courant de réactance qui se développe dans ladite bobine secondaire lorsque le courant dans ladite bobine primaire a été interrompu. 2. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier moyen précité de commutation est relié entre une anode d'une source de courant en continu (3) et une borne de la bobine primaire (12) précitée, l'autre borne de ladite bobine primaire est connectée à une gâchette (G) du thyristor interruptible (1), une borne de ladite bobine secondaire (13) est connectée à un noeud d'une cathode de la source de courant continu etd'une catho- de dudit thyristor interruptible et le second moyen de commutation (14) est connecté entre l'autre borne de ladite bobine secondaire et la gâchette du thyristor interruptible et est mis "en circuit" par au moins une tension prédé- terminée. 3. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le second moyen de commutation précité a un moyen d'addition de courant connecté en paral- lèle avec lui, ledit moyen d'addition de courant forçant un courant dans la bobine secondaire à s'écouler directement vers la gâchette du thyristor interruptible. 4. Circuit selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen d'addition de courant précité est un circuit en série qui se compose d'un troisième moyen de commutation et d'une résistance.