ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ТОКА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРА

Полезная модель относится к преобразовательной технике и может быть использована для формирования импульсов тока управления тиристора в составе преобразователей различной мощности.
Известен трансформаторный формирователь импульсов для управления тиристора, содержащий диод, стабилитрон, транзистор, управляющий вход которого соединен с вторым выводом резистора, импульсный трансформатор, первый вывод первичной обмотки которого соединен с катодом демпфирующего диода и положительным выводом источника питания, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, управляемый формирователь импульсов напряжения прямоугольной формы, один из выводов которого соединен с общей шиной, второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с катодом тиристора (Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи / П.А.Воронин. - М.: Издательский дом «Додека-ХХI», 2001. - 196 с.).
GM
Недостатком известного устройства является то, что формируемые им импульсы тока не обеспечивают максимально возможную площадь области первоначального включения (ОПВ) силовых тиристоров, конструкции структур управления которых характеризуются относительно большой протяженностью первого управляющего р-n перехода, где на этапе задержки и формируется ОПВ. Обусловлено это тем, что импульсы тока управления тиристором формируются в цепи вторичной обмотки импульсного трансформатора напряжения, поэтому параметры тока управления зависят от множества факторов. Например, на этапе задержки включения силового тиристора, когда в управляющей области тиристорной структуры формируется ОПВ, для формирования ее максимально возможной площади необходимо сформировать в цепи управления к моменту переключения тиристора ток с амплитудой I не менее 1 А, что требует условия его формирования со скоростью нарастания
G
T
di/dt не менее 1 А/мкс. Однако из-за технологического разброса величин динамического сопротивления цепи управления тиристоров от прибора к прибору, а также от влияния индуктивности рассеяния импульсного трансформатора, параметры тока управления, а именно, скорость нарастания и амплитуда существенно варьируются от прибора к прибору и при определенных условиях не соответствуют оптимальным величинам, при которых достигается максимально возможная площадь ОПВ. При этом на этапе включения в результате протекания вдоль n-эмиттера, свободного от катодной металлизации, тока i в открытом состоянии, нарастающего с высокой скоростью, на этом участке формируется напряжение, противоположного по знаку напряжению сформированному на выходной обмотке импульсного трансформатора. В результате этого ток в цепи управления уменьшается, а при определенных условиях на этапе включения может отрицательным. Такие процессы существенно влияют на формирование ОПВ тиристоров, снижая ее площадь. Это снижает надежность работы тиристоров, использующихся при повышенной скорости нарастания тока в открытом состоянии в результате выделения в ОПВ тиристорной структуры повышенного уровня энергии потерь, что предопределяет повышение пиковой температуры в ней. Это обусловливает повышенную вероятность выхода тиристора из строя.
G
GM
T
Технический результат заключается в повышении надежности работы тиристора за счет обеспечения оптимальных величин параметров импульсов тока управления, а именно, скорости нарастания di/dt≥1 А/мкс и амплитуды I≥1 А, которые слабо зависят от параметров цепи управления тиристора, соединительной линии и параметров тока i в открытом состоянии. Кроме того, повышается помехоустойчивость работы тиристора по цепи управления.
Технический результат достигается тем, что формирователь импульсов тока управления тиристора содержит транзистор, управляющий вход которого соединен с вторым выводом первого резистора, импульсный трансформатор, первый вывод первичной обмотки которого соединен с катодом демпфирующего
диода и положительным выводом источника напряжения, отрицательный вывод которого, соединен с общей шиной, а второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с катодом тиристора, управляемый формирователь импульсов напряжения прямоугольной формы, один из выходов которого соединен с общей шиной. Потенциальный выход управляемого формирователя импульсов напряжения прямоугольной формы соединен с входом регулируемого блока преобразования формы импульсов напряжения, один из выходов которого соединен с общей шиной, а потенциальный его выход соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с точкой соединения второго силового вывода транзистора и первого вывода второго резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной питания, а выход операционного усилителя соединен с первым выводом первого резистора. Первый силовой вывод транзистора соединен с вторым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора и анодом демпфирующего диода. Первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с управляющим электродом тиристора.
На фиг.1 изображен формирователь импульсов тока управления тиристора, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.
Формирователь импульсов тока управления тиристора содержит (фиг.1) управляемый формирователь импульсов напряжения прямоугольной формы 1, один из выводов которого подключен к общей шине питания, а потенциальный вывод - с входом блока преобразования формы импульсов напряжения 2, один из выводов которого соединен с общей шиной, а его потенциальный вывод с неинвертирующим входом операционного усилителя 3, инвертирующий вход которого соединен с точкой соединения второго силового вывода транзистора 4 и первого вывода резистора 5, второй вывод которого соединен с общей шиной питания. Выход операционного усилителя 3 соединен с одним из выводов резистора 6, второй вывод которого соединен с управляющим выводом транзистора 4, первый силовой вывод которого соединен
с анодом демпфирующего диода 7 и вторым выводом первичной обмотки импульсного трансформатора 8, первый вывод которой соединен с катодом демпфирующего диода 7 и одним из выводов источника питания 9, второй вывод которого соединен с общей шиной. Вторичная обмотка импульсного трансформатора 8 соединена с управляющими электродами тиристора 10.
Устройство работает следующим образом.
1
СУ
1
2
T
2
С момента t подачи сигнала управления U на вход управляемого формирователя импульсов напряжения прямоугольной формы 1 на его выходе формируется импульс напряжения U заданной длительности, который подается на блок преобразования формы импульса напряжения 2, который преобразует входной импульс прямоугольной формы в импульс напряжения с определенными, заданными параметрами амплитуды и скорости нарастания U, который подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 3. Сигнал напряжения с выхода операционного усилителя через резистор 6 поступает на управляющий вывод транзистора 4. Операционный усилитель 3 вместе с транзистором 4, резисторами 5 и 6, импульсным трансформатором 8 и источником питания 9 образуют управляемый источник тока, поэтому в цепи первичной и вторичной обмотках импульсного трансформатора 8 формируется импульс тока, форма которого соответствует форме управляющего напряжения формирующегося на неинвертирующем входе операционного усилителя 3 с выхода блока преобразования формы импульса напряжения 2. При этом в управляющей цепи тиристора 10 формируется импульс тока, параметры которого заданы и слабо зависят от влияния индуктивности рассеяния импульсного трансформатора 8, параметров соединительной цепи между выходной обмоткой импульсного трансформатора 8 и цепью управления тиристора 10, а также от параметров вольтамперной характеристики последнего и параметров тока i в открытом состоянии. Демпфирующий диод 7 после окончания импульса тока с момента t обеспечивает сброс накопившейся энергии в трансформаторе.
Использование предложенного технического решения обеспечивает повышение надежности работы тиристора в результате формирования тока управления от источника тока, а не источника напряжения. Это обеспечивает заданные величины скорости нарастания и амплитуды тока управления, которые слабо зависят от динамического сопротивления управляющей цепи тиристора, параметров соединительной линии между выходной обмоткой импульсного трансформатора и цепью управления тиристора, а также электрических процессов в цепи управления тиристора, возникающих при его включении. Кроме того, подключение вторичной обмотки импульсного трансформатора непосредственно к выводам управляющих электродов тиристора повышает помехоустойчивость по цепи управления, так как управляющий переход тиристора в паузах между импульсами тока управления шунтируется малым активным сопротивлением вторичной обмотки импульсного трансформатора.