МОЩНЫЙ ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫЙ ТИРИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

Полезная модель относится к области силовой электроники, а именно к гибридным схемам силовых полупроводниковых приборов, и может быть использована при создании мощных полностью управляемых ключей, т.е. ключей, включаемых и выключаемых по цепи управления.
Известна конструкция мощных полностью управляемых ключей, а именно модулей биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), представляющих собой сборки параллельно связанных чипов, размещенных в одном корпусе (http://www.abb/com semiconductors [1]).
Существенным недостатком таких ключей являются повышенное значение напряжения в открытом состоянии и невысокая стойкость к импульсным перегрузкам по току.
Наиболее близким к предлагаемому решению является решение, описанное в (V.Temple, MOS-controlled thyristor, IEEE Trans Electron Devices, vol ED-33, p1609, Oct, 1986, [2]), где сообщается о создании МОП-управляемого тиристора (МСТ). Однако в описанном приборе величина управляемого тока существенно ограничена падением напряжения на эммитерном переходе тиристора, шунтируемого встроенным МОП-транзистором при включении тиристора.
Техническим результатом предлагаемого решения является возможность существенного увеличения управляемого тока в сравнении с прототипом.
С этой целью для полностью управляемого тиристорно-транзисторного ключа предлагается новая схема, содержащая два последовательно соединенных тиристора, параллельно первому из которых в прямом направлении присоединены параллельно включенные низковольтный полевой транзистор и диодный столб, а к катоду первого тиристора и к аноду второго тиристора в прямом направлении присоединен транзистор с изолированным затвором (IGBT).
На фигуре 1 показана схема ключа по предлагаемому решению.
На фигуре 2 представлены вольт-амперные характеристики тиристора Т1 (Т133-320-10) и МОП-транзистора Tp1 (IRF 2804S-7P). Из рис.2 видно, что существует область значений коммутируемого тока (здесь - до 850 А), в которой падение напряжения на Tp1 ниже, чем падение напряжения на Tp1 в точке удержания. Предлагаемый ключ работает в этой области токов.
Работа ключа.
Для перевода ключа в открытое состояние на тиристоры Т1 и Т2 одновременно подаются управляющие импульсы.
Для обратного перехода ключа в закрытое состояние производится подача управляющих импульсов на затворы МОП-транзистора Tp1 и транзистора Тр2. Транзистор Tp1 шунтирует тиристор Т1, ток тиристора Т1 становится ниже тока удержания, и тиристор Т1 выключается. Ток продолжает протекать по цепи тиристор Т2 - транзистор Tp1 с параллельным диодным столбом D и через транзистор Тр2. Затем управляющий сигнал снимается с МОП-транзистора Tp1, рабочий ток продолжает протекать через цепь T2-D и транзистор Тр2,однако из-за высокого падения напряжения на диодах ток Т2 становится ниже тока удержания, и тиристор Т2 выключается. По истечении времени выключения тиристора Т2 снимается управляющий сигнал с транзистора Тр2 и ключ полностью переходит в закрытое состояние. Наличие в ключе транзистора Тр2 и диодного столба является обязательным условием безопасной работы низковольтного МОП-транзистора Tp1.
Пример реализации.
Изготовлен ключ по предлагаемому изобретению, где использованы тиристоры Т1 (Т133-320-10), тиристор Т2 (Т133-200-20), МОП-транзистор (IRF 2804S-7P), биполярный транзистор с изолированным затвором Тр2 (BSM 2000А177№2), диодный столб на основе диодов ВЛ - 320.
Управляемый ток ключа - 700 А, напряжение в закрытом состоянии 1700 В.