Brevet FR2579389A1 — publié le 19860926

La présente invention se rapporte à un circuit amortisseur pour un thyristor interruptible et plus particulièrement à des perfectionnements à un circuit amortisseur pour supprimer l'augmentation anormale la tension anode - cathode d'un thyristor interruptible Le thyristor interruptible (appelé ci-après "GT0" est un élément du type à auto- extinction o un courant principal peut étre interrompu en forçant un courant négatif a s'écouler à travers une gâchette Comme il ne nécessite pas de cirucit de commutation, il présente l'avantage que les dispositifs peuvent être plus petits. Il est par conséquent venu en usage intensif dans les circuits vibreurs divers dispositifs inverseurs, etc, cependant à moins que l'allure de montée de la tension d'anode du GTO pendant l'opération d'interruption ne soit maintenue en-dessous d'une valeur prescrite pour l'élément GTO lors de l'interruption du courant principal (courant d'anode) du GTO au moyen de la gâchette, le passage à l'ouverture du GTO fera défaut et le GTO sera détruit à cette occasion. La figure 1 est un schéma de circuit qui montre un exemple de l'art antérieur d'un circuit amortisseur pour supprimer l'allure de montée de la tension d'anode (dV/dt) d'un GTO. En se référant à la figure, le circuit amortisseur 2 est relié à l'anode 7 et à la cathode 8 du GTO 1. Ce circuit amortisseur 2 comprend une diode 3, un condensateur 4 et une résistance 5. Le condensateur 4 et la diode 3 sont reliés en série et sont reliés aux bornes de l'anode 7 et de la cathode 8. La diode 3 a son anode reliée à l'anode 7 du GTO 1 par le condensa- teur 4 et asa cathode reliée à la cathode 8 du GT0O 1 afin d'avoir la même polarité que celle du GTO 1. La résistance 5 est reliée en parallèle avec la diode 3. Par ailleurs, un circuit d'attaque de gâchette 6 pour appliquer, à l'électrode de gâchette 9 du GTO 1, un courant impulsionnel pour le mettre "en circuit" ou "hors circuit" est relié entre l'électrode de gâchette 9 et la cathode 8. Une inductance 10 reliée à l'anode 7 est l'inductance de fuite d'un circuit principal (non représenté). La figure 2 montre des formes d'onde pour expliquer l'opération de passage à l'ouverture du GTO I de la figure 1. En se référant maintenant à la figure 2, le fonctionnement du circuit de la figure 1 sera décrit. Lorsqu'un courant principal IA s'écoule de l'anode 7 vers la cathode 8 du GTO 1, un courant inverse de gâchet- te IGR commence à s'écouler de la cathode 8 vers l'élec- trode de gâchette 9 du GTO 1. Alors, le courant princi- pal IA commence à diminuer brusquement après un certain retard fixe ts. A ce moment, une tension de pointe abrupte est produite par l'inductance de fuite (induc- tance parasite) 10 qui existe dans le circuit principal. Tandis que la tension de pointe est sur le point d'être appliquée entre l'anode 7 et la cathode 8 du GTO 1, un courant de dérivation s'écoule temporairement à travers le condensateur 4 par la diode 3, donc un changement brusque du courant principal est retenu et l'allure d'augmentation de la tension d'anode (dV/dt) pendant l'opération d'interruption peut être maintenue à la valeur prescrite. L'allure dV/dt dans ce cas est gros- sièrement exprimée par dV/dt = IGQ/C ou IGQ désigne un courant de passage à l'ouverture (le courant principal immédiatement avant passage à l'ouverture) et C désigne la capacité du condensateur 4. Les charges stockées dans le condensateur 4 pendant l'interruption du courant d'anode se déchargent rapidement à travers la résistance pendant la période de passage à la fermeture du GTO 1, donc il peut être prêt pour le cycle suivant de passage à l'ouverture. Par ailleurs, si f désigne la fréquence de récur- rence fermé/ouvert du GTO 1 et que Vc désigne une tension du circuit (la tension chargée du condensateur 4), une perte de puissance Ws par ce circuit amortisseur 2 estexprimée par W = (1/2) C.V2.f et elle est propor- tionnelle à la capacité C du condensateur 4. Le circuit amortisseur de l'art antérieur pour le GTO est construit comme décrit ci-dessus. Par consé- quent, dans le cas o le courant principal IAet par conséquent le courant de passage à l'ouverture IGQ change, la capacité C du condensateur 4 doit être établie en conformité avec sa valeur maximale. En conséquence, cela pose un problème par le fait que pour une charge légère dont le courant de passage à l'ouverture IGQ est plus faible que la valeur maximale - une perte excessive se produit dans l'amortisseur étant donné la capacité inutilement importante du condensateur (la perte dans l'amortisseur est la perte de puissance qui se produit pendant la charge et la décharge du condensateur et qui est pour la plus grande part consommée par la résistance du circuit P"mor..sseur). Cela a posé un problème grave en particulier dans un appareil qui doit avoir une capa- cité de supporter une surcharge pendant un court temps. La présente invention a pour but d'éliminer le problème ci-dessus décrit et a pour objet un circuit amortisseur pour un GTO selon lequel, même lorsque la grandeur d'un courant de passage à l'ouverture change, la perte du circuit amortisseur peut être rendue mini- male en conformité avec le changement. Selon l'invention, pour atteindre l'objectif ci-dessus, outre un circuit amortisseur principal, au moins un sous-circuit amortisseur est disposé entre l'anode et la cathode d'un GTO et ce sous-circuit amortisseur est actionné sélectivement selon la gran- deur d'un courant principal s'écoulant à travers le GTO, pour ainsi maintenir au minimum la perte dans l'en- semble du circuit amortisseur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raîtront 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 l'invention, et dans lesquels: la figure 1 est un schéma de circuit montrant un exemple d'un circuit amortisseur de l'art antérieur pour un GTO; - la figure 2 montre des formes d'onde pour expliquer le fonctionnnement du GTO montré sur la figure 1 à l'interruption de son courant principal; la figure 3 est un schéma de circuit montrant un mode de réalisation de l'invention; la figure 4 est un graphique montrant un exemple de la relation entre la capacité d'un condensateur amortisseur et la grandeur d'un courant de passage à l'ouverture par la gâchette ou d'interruption; et la figure 5 est un schéma de circuit partiel montrant un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est un schéma de circuit montrant un mode de réalisation de cette invention. Dans cette inven- tion, les mêmes parties que dans le circuit de la figure 1 ont reçu les mêmes chiffres de référence et ne seront pas décrites en détail. En se référant à la figure 3, un circuit amortisseur principal 2 semblable à celui de la figure 1 est relié entre l'anode 7 et la cathode 8 d'un GT0 1, et des sous-circuits amortisseurs 2a et 2b sont également reliés. Comme les sous-circuits amortisseurs 2a et 2b sont agencés de manière identique, l'agencement du sous-circuit amortisseur 2a sera typiquement décrit ici. Le sous-circuit amortisseur 2a comprend un condensateur 4a, un thyristor lia, une résistance 5a et une diode 12a. Le condensateur 4a et le thyristor lia sont reliés en série et sont reliés entre l'anode 7 et la cathode 8. Le thyristor lia a son anode reliée à l'anode 7 du GTO 1 par le condensateur 4a et sa cathode est reliée à la cathode 8 du GTO 1 afin d'avoir la même polarité que celle du GTO 1. La diode 12a et la résistance 5a sont reliées en série et sont reliées entre l'anode et la cathode du thyristor lia. La diode 12a a sa cathode reliée à l'anode du thyristor lia et son anode est reliée à la cathode du thyristor lia par la résistance 5a afin d'être de polarité opposée à celle du thyristor lia. Par ailleurs, le trajet de courant principal du GTO 1 est pourvu d'un détecteur de courant 13 pour détec- ter la valeur du courant principal du GTO 1. La sortie de ce détecteur 13 est appliquée à un circuit de commande 14. Ce circuit de commande 14 est un circuit qui sert à actionner sélectivement les sous-circuits amortisseurs 2a et 2b selon la grandeur de la valeur du courant prin- cipal du GTO 1. Le circuit de commande 14 comprend un moyen 15a d'ajustement du courant, un comparateur 16a et un générateur d'impulsions d'allumage 17a qui sont prévus pour le sous-circuit amortisseur 2a ainsi qu'un moyen d'ajustement de courant 15b, un comparateur 16b et un générateur d'impulsions d'allumage 17b qui sont prévus pour le souscircuit amortisseur 2b. Une entrée de chacun des circuits comparateurs 16a et 16b reçoit la sortie du détecteur de courant 13. Les autres entrées des compara- teurs 16a et 16b reçoivent respectivement les sorties des moyens d'ajustement de courant 15a et 15b. Les sorties des comparateurs 16a et 16b sont respectivement appliquées aux générateurs d'impulsions d'allumage 17a et 17b. Les sorties des générateurs d'impulsions d'allumage 17a et 17b sont respectivement appliquées aux gâchettes du thyristor lia du sous-circuit amortisseur 2a et du thyristor 1lb du sous-circuit amortisseur 2b. On décrira maintenant le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 3. D'abord, on expliquera le fonctionnement en mode de charge stable o le courant de passage à l'ouverture du GTO est comparativement faible. Dans ce cas, la grandeur du courant principal s'écoulant à travers le GTO 1 est plus faible que les valeurs établies par les moyens d'ajustement de courant 15a et 15b, donc des signaux à un faible niveau sont délivrés par les comparateur 16a et 16b. En conséquence, aucune impulsion d'allumage n'est produite par les générateurs d'impulsions d'allumage 17a et 17b et les deux sous-circuits amortisseurs 2a et 2b sont maintenus inactifs. Dans ce cas en conséquence, le dispositif comprenant le GTO fonctionne seulement avec le circuit amortisseur principal 2 qui comprend le condensateur 4 d'une capacité comparativement faible, et donc la perte de puissance du circuit amortisseur est maintenue à un minimum. Par ailleurs, dans le cas o, en tenant compte d'une fluctuation de charge ou analogue, le courant de passage à l'ouverture du GTO 1 a dépassé la valeur établie par le moyen d'ajustement de courant 15a, le thyristor Ila qui lui correspond est allumé pour actionner le sous-circuit amortisseur 2a. Dans ce cas, en consé- quence, le dispositif comprenant le GTO fonctionne avec le, circuit amortisseur principal 2 et le sous-circuit amortisseur 2a et la capacité de tout le condensateur amortisseur peut être accrue à une valeur correspondant au courant de passage à l'ouverture. Par ailleurs, dans le cas o, étant donné une charge accrue, le courant de passage à l'ouverture du GTO 1 a dépassé la valeur établie par le moyen d'ajus- tement de courant 15b, le thyristor 1lb qui lui correspond s'allume également. Dans ce cas, en consé- quence, le dispositif comprenant le GTO fonctionne avec la totalité du circuit amortisseur principal 2 et des sous-circuits amortisseurs 2a et 2b. Par conséquent, la capacité du condensateur amortisseur peut être encore accrue pour répondre à l'augmentation du courant de passage à l'ouverture. Comme on l'a décrit ci-dessus, avec le mode de réalisation de la figure 3, le ou les sous-circuits amortisseurs nécessaires est ou sont actionnés selon la grandeur du courant de passage à l'ouverture du GTO 1. Par conséquent, il est toujours possible de maintenir la capacité du condensateur amortisseur à la valeur optima- le et de maintenir la perte de puissance du circuit amor- tisseur au minimum. La figure 4 est un graphique montrant un exemple de la relation entre la capacité C du conden- sateur amortisseur et la valeur du courant IGQ qui peut être arrêté sous la commande de la gâchette. Sur la base de la relation montrée sur-la figure 4, les capa- cités des condensateurs 4, 4a et 4b et les valeurs de courant de passage à l'ouverture correspondant aux capa- cités respectives peuvent être établies à des valeurs pratiques. Le circuit en série qui comprend la diode 12a et ou 12b et la résistance 5a ou 5b en parallèle avec le thyristor Ila ou ilb peut décharger les charges stockées du condensateur 4a ou 4b pendant la période de mise en circuit du GTO 1, de façon à être prêt pour le cycle 2-579389 suivant de passage à l'ouverture. La figure 5 est un schéma de circuit montrant un autre mode de réalisation de cette invention. Ce mode de réalisation est une amélioration de la partie du circuit de décharge du mode de réalisation montré sur la figure 3 et seule la partie qui le caractérise est illustrée sur la figure 5. En se référant à la figure, une diode 18a est reliée entre le noeud A de la diode 3 et du condensateur 4 et le noeud B du thyristor lia et du condensateur 4a. Cette diode 18a a son anode reliée à la cathode du thyristor lia par la résistance 5 et sa cathode reliée à l'anode du thyristor lla afin d'avoir une polarité opposée à celle du thyristor lia. De plus, une diode 18b est reliée entre le noeud A ci-dessus mentionné et le noeud C du thyristor iib et du condensateur 4b. Cette diode 18b a son anode reliée à la cathode du thyristor 11b par la résistance 5 et sa cathode reliée à la cathode du thyristor 11b afin d'avoir une polarité opposée à celle du thyristor ilb. 20. Selon le mode de réalisation de la figure 5 indiqué ci-dessus, les charges stockées dans le condensateur 4a sont déchargées à travers la résistance 5 ainsi que la diode 18a tandis que les charges stockées dans le condensateur 4b sont déchargées par la résistance 5 ainsi que la diode 18b. Ainsi, selon ce mode de réalisation de la figure 5, la résistance de décharge 5 du circuit amortisseur principal 2 peut être utilisée également pour les résistances de d-cherge des sous-circuits amortis- seurs 2a et 2b, et le circuit peut être simplifié. Bien que les modes de réalisation ci-dessus aient été montrés comme étant pourvus de deux sous-circuits amortisseurs, il est évident qu'un seul sous-circuit amortisseur ou plus de trois sous-circuits amortisseurs peuvent être bien disposés. Comme éléments de commutation à utiliser dans les sous-circuits amortisseurs 2a et 2b, les thyristors lia et 1lb peuvent être remplacés par des transistors. Dans ce cas, des circuits générateurs de signaux de commande de passage à la fermeture qui produisent les signaux de commande de passage à la fermeture des transistors pendant un intervalle fixe de temps en réponse aux sorties des circuits comparateurs 16a et 16b peuvent être prévus au lieu des générateurs d'impulsions d'allu- mage 17a et 17b. Comme on vient de le décrire, selon l'invention, un ou plusieurs sous-circuits amortisseurs sont sélec- tivement actionnés selon la grandeur du courant de passage à l'ouverture d'un GTO. Par conséquent, la capacité du condensateur d'un circuit amortisseur peut être toujours maintenue à une valeur appropriée et la perte du circuit amortisseur peut être toujours minimisée en conformité avec la grandeur du courant de passage à l'ouverture, donc on peut réaliser un dispositif GTO efficace. R E V E N DI C A T I 0 N S 1. Circuit amortisseur pour supprimer une aug- mentation anormale de la tension anode-cathode d'un thyristor interruptible caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit amortisseur principal (2) qui est relié entre l'anode et la cathode dudit thyristor, au moins un sous-circuit amortisseur (2a) qui est relié entre l'anode et la cathode dudit thyristor, un circuit de commande (14) qui actionne sélecti- vement ledit sous-circuit amortisseur selon une grandeur d'un courant principal s'écoulant entre ladite anode et ladite cathode dudit thyristor; ledit circuit amortisseur principal comprenant: un premier condensateur (4) qui est relié en paral- lèle avec ledit thyristor interruptible (1), une première diode (3) qui est reliée en parallèle avec ledit thyristor et en série avec ledit premier condensateur afin d'avoir la même polarité que ledit thyristor, un premier élément résistif (5) qui est relié en parallèle avec ladite première diode, ledit sous-circuit amortisseur comprenant: un second condensateur (4a) qui est relié en paral- lèle avec ledit thyristor (1), un élément de commutation (lia) qui est relié en parallèle avec ledit thyristor et en série avec ledit second condensateur et qui accomplit une opération de commutation en réponse à une sortie dudit circuit de commande, et un circuit de décharge qui décharge les charges stockées dans ledit second condensateur, pendant une période de passage à la fermeture dudit thyristor. 2. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en la ce que le circuit précité de décharge comprend: une seconde diode (12a) qui est reliée en parallèle avec l'élément de commutation afin d'avoir une polarité opposée à celle du thyristor (1) précité et un second élément résistif (5a) qui est relié en parallèle avec ledit élément de commutation et en série avec ladite seconde diode. 3. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de décharge précité estformé de: une diode (18a) qui est insérée entre un noeud du premier condensateur et de la première diode et un noeud du second condensateur et de l'élément de commutation et le premier élément résistif (5) précité. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 o l'élément de commutation précité est un thyristor qui est relié selon la même polarité que celle du thyristor (1) précité, 5. Circuit selon la revendication 4 caractérisé en ce que le circuit de commande précité comprend: un détecteur de courant qui détecte le courant principal s'écoulant à travers le thyristor (1); un comparateur qui compare une sortie dudit détecteur de courant à une valeur préétablie et qui détecte que le courant principal a dépassé une valeur prédéterminée, et un générateur d'impulsions d'allumage qui allume sélectivement ledit thyristor en tant qu'élément de commutation en réponse à une sortie dudit comparateur. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'élément de commutation précité est un transistor. 7. Circuit selon la revendication 6 caractérisé en ce que le circuit de commande précité comprend: un détecteur de courant qui détecte le courant principal s'écoulant à travers le thyristor (1) précité, un comparateur qui compare une sortie dudit détec- teur de courant à une valeur préétablie et qui détecte que le courant principal a dépassé une valeur prédéter- minée, et un circuit générateur de signaux de commande de passage à la fermeture qui met sélectivement ledit transistor en circuit en réponse à une sortie dudit comparateur.