АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМ ТИРИСТОРОМ
ADAPTIVE DEVICE FOR CONTROLLING POWER THYRISTOR

Заявляемое техническое решение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления силовыми тиристорами выпрямителей, автономных инверторов и тиристорных контакторов.
Известно устройство для управления тиристором, в котором для ограничения тока управления тиристора включают последовательно с управляющим электродом дополнительное ограничительное сопротивление [1]. Из-за разброса входных вольтамперных характеристик тиристоров напряжение питания устройства управления тиристорами должно быть достаточно большой величины 10-15 B. Так как напряжение на управляющем электроде тиристора находится в диапазоне 2-4 B, мощность, рассеиваемая на ограничительном резисторе, в 3-7 раза превышает мощность, рассеиваемую на управляющем электроде тиристора.
Также известно устройство управления тиристором, описанное в авторском свидетельстве СССР №576083 «Устройство для управления полупроводниковым вентилем» (кл. МПК H02M 1/08, дата приоритета 26.11.1974 г.) [2]. В данном устройстве импульс управления тиристором подается на управляющий электрод через стабилизатор тока, который стабилизирует ток управления тиристора на уровне, обеспечивающем гарантированное включение тиристора во всех условиях эксплуатации, и позволяет примерно в два раза уменьшить величину потребляемой мощности от источника питания по сравнению с устройством [1]. Кроме того, при этом обеспечивается минимальная мощность рассеивания на управляющем электроде тиристора.
Недостатком устройств [1 и 2] можно считать то, что мощность, потребляемая от источника питания, достаточно велика.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению и потому принятому за прототип является «Устройство для управления силовым тиристором» по авторскому свидетельству СССР №964894 (кл. МПК H02M 1/08, дата приоритета 28.11.1981 г.) [3].
Это устройство содержит источник питания, стабилизатор тока управления силового тиристора, выполненный на двух транзисторах, и датчик тока управления тиристора, выполненный на резисторе. Один из транзисторов стабилизатора тока является ключевым устройством, а другой - пороговым устройством. При поступлении импульса запуска начинает протекать ток ключевого устройства, который является одновременно током управления тиристора. При росте тока управления увеличивается падение напряжения на резисторе датчика тока. Когда напряжение на этом резисторе достигнет величины, при которой откроется транзистор порогового устройства, ток коллектора этого транзистора начнет уменьшать ток базы ключевого транзистора. Выходное сопротивление ключевого транзистора при этом будет увеличиваться, в результате чего рост тока управления тиристора прекратится и он будет стабилизироваться при изменении выходного напряжения источника питания и входной вольтамперной характеристики силового тиристора.
К недостаткам этого устройства можно отнести то, что падение напряжения на транзисторе, стабилизирующем ток, не позволяет уменьшить до минимума мощность, потребляемую от источника питания, и неоптимальную форму импульса управления тиристором, который должен иметь крутой короткий 5-10 мкс пик тока с амплитудой, в 5-10 раз большей тока удержания тиристора в открытом состоянии, для уменьшения времени включения тиристора.
Задачей заявляемого технического решения является получение минимально возможной потребляемой мощности от источника питания и формирование оптимальной формы импульса тока управления тиристором.
Указанная задача решается за счет того, что транзистор, стабилизирующий ток управления тиристора, исключается, а сигнал с датчика тока через пороговое устройство подается на вход управления выходным напряжением источника питания.
Заявляемое техническое решение поясняется фиг. 1, на которой представлена структурная схема адаптивного устройства для управления силовым тиристором, реализующего минимально возможную потребляемую мощность от источника питания и формирование оптимальной формы импульса тока управления тиристором за счет регулирования выходного напряжения источника питания.
Заявляемое адаптивное устройство для управления силовым тиристором содержит источник питания (1) с подключенным к нему через датчик тока (2) и ключевое устройство (3) тиристором (4). Выходной сигнал датчика тока (2) подается на вход порогового устройства (5), выход которого соединен с входом управления выходным напряжением источника питания (1).
Заявляемое устройство работает следующим образом. При подаче на вход ключевого устройства (3) импульса запуска Uзап ключевое устройство (3) через датчик тока (2) подключает источник питания (1) к входу управления тиристора (4). В результате этого начинает протекать большой форсирующий ток управления тиристора (4). На входе датчика тока (2) появляется сигнал больше порога срабатывания порогового устройства (5), в результате чего на вход управления выходным напряжением источника питания(1) поступает сигнал, который уменьшает напряжение на выходе источника питания (1). Это напряжение уменьшается до тех пор, пока ток управления тиристором (4) не уменьшится до величины, при которой сигнал на выходе датчика тока (2) не станет равным порогу срабатывания порогового устройства (5). При этом величина тока управления тиристора (4) обеспечивает гарантированное поддержание тиристора (4) во включенном состоянии и не зависит от изменения входной вольтамперной характеристики тиристора (4), например при изменении температуры тиристора (4). Таким образом, адаптивное устройство для управления силовым тиристором обеспечивает стабилизированное значение тока управления тиристора (4) и оптимальную форму этого тока. Величина форсированного тока управления тиристора (4) определяется величиной выходного напряжения источника питания (1) до подачи импульса Uзап, а его длительность - величиной емкости конденсатора на выходе источника питания (1) и задержкой выходного сигнала порогового устройства (5).
Высокая экономичность адаптивного устройства управления тиристором обусловлена тем, что величина выходного напряжения источника питания (1) автоматически подстраивается под входную вольтамперную характеристику тиристора (4) при заданной величине тока управления тиристора, при этом от источника питания (1) потребляется минимально возможная мощность. Заявляемое устройство в 1,5-2 раза экономичнее известного устройства управления силовым тиристором [3].
При необходимости управления двумя и более тиристорами, например, в трехфазных тиристорных контакторах ключевое устройство (3) выполняется в виде управляемого генератора импульсов, а выводы управления тиристоров подключают к ключевому устройству (3) через трансформаторы, причем первичные обмотки трансформаторов включают последовательно.
Минимальная мощность, рассеиваемая на управляющем электроде современных силовых тиристоров и обеспечивающая гарантированное включение тиристора во всех условиях эксплуатации, имеет величину 1-2 Вт. Современные импульсные источники питания с выходной мощностью несколько Вт имеют небольшие габаритные размеры. Датчик тока (2) может быть выполнен на резисторе, пороговое устройство (5) и ключевое устройство (3) - на транзисторах. Поэтому заявляемое устройство может быть реализовано в габаритных размерах зарядного устройства для сотового телефона.
Источники информации
1. Абрамович М.И. и др. «Диоды и тиристоры в преобразовательных устройствах». Москва: Энергоатомиздат, 1992 г., стр. 134-162.
2. Авторское свидетельство СССР №576083, кл. МПК H02M 1/08, дата приоритета 20.11.1974 г.
3. Авторское свидетельство СССР №964894, кл. МПК H02M 1/08, дата приоритета 28.01.1981 г.