RU2016480C1 - Device for control over turn-off thyristor - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: first 5 and second 4 transistors of adding conduction are coupled through first 9 and second 8 sources of direct voltage correspondingly to cathode of turn-off thyristor which controlling electrode is connected to emitter of first transistor and to emitter of second transistor through resistor 13 which base is linked to base of first transistor through resistor 12 and directly to output of intermediate amplification stage. It incorporates first 2 and second 3 transistors of adding conduction which emitters are connected through first 2 and second 3 transistors of adding conduction which emitters are properly coupled through first 6 and second 7 transistors of supplementary sources of direct voltage to controlling electrode of thyristor and bases are united and linked to output of input amplifier of controlling signal. EFFECT: improved operational characteristics. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления мощными запираемыми тиристорами (ЗТ). The invention relates to a conversion technique and can be used to control powerful lockable thyristors (ST).

Известны устройства для управления ЗТ или силовыми транзисторами, содержащие первый и второй выходные транзисторы дополняющей проводимости, коллекторы которых через первый и второй источники постоянного напряжения соответственно предназначены для подключения к катоду ЗТ, эмиттеры которых предназначены для присоединения к управляющему электроду (УЭ) или к базе управляемого прибора, а базы соединены с входом устройства [1]. Known devices for controlling a ZT or power transistor, containing the first and second output transistors of complementary conductivity, the collectors of which through the first and second DC voltage sources, respectively, are designed to connect to the cathode of the ZT, the emitters of which are designed to connect to a control electrode (UE) or to a controlled base instrument, and the bases are connected to the input of the device [1].

Запираемым тиристорам характерно, что их запирающий ток управления много раз выше отпирающего тока управления. Поэтому также запирающие транзисторы устройства управления требуют практически много раз большего базового тока, чем отпирающие транзисторы, что схемы аналогов не обеспечивают. Lockable thyristors are characterized by the fact that their locking control current is many times higher than the locking control current. Therefore, the locking transistors of the control device also require almost many times greater base current than the locking transistors, which analog circuits do not provide.

Более совершенным является устройство для управления ЗТ, содержащее первый, запирающий, и второй, отпирающий, транзисторы дополняющей проводимости, коллекторы которых через первый и второй источники постоянного напряжения соответственно предназначены для подключения к катоду ЗТ, для подключения к УЭ которого предназначен эмиттер первого выходного транзистора, а база второго выходного транзистора соединена с выходом промежуточного каскада усиления, вход которого соединен с выходом входного усилителя управляющего сигнала [2]. Схема обеспечивает в 20 раз больший базовый ток запирающего выходного транзистора, чем отпирающего. More perfect is a device for controlling a CT, containing the first, locking, and the second, unlocking, transistors of complementary conductivity, the collectors of which through the first and second DC voltage sources are respectively designed to be connected to the cathode of the CT, for which the emitter of the first output transistor is designed, and the base of the second output transistor is connected to the output of the intermediate amplification stage, the input of which is connected to the output of the input amplifier of the control signal [2]. The circuit provides a 20 times greater base current of the gate output transistor than the unlock gate.

Недостатками прототипа являются:
1) Транзистор промежуточного каскада усиления насыщается во время запертого состояния тиристора. При отпирающем сигнале на выходе входного усилителя этот транзистор запирается только через значительное время задержки (через несколько микросекунд), что задерживает отпирание ЗТ.The disadvantages of the prototype are:
1) The transistor of the intermediate amplification stage is saturated during the locked state of the thyristor. With the unlocking signal at the output of the input amplifier, this transistor is locked only after a significant delay time (after a few microseconds), which delays the unlocking of the ST.

2) При запирании первого и отпирании второго выходного транзистора их базовые токи ограничены сравнительно большим резистором в коллекторной цепи транзистора промежуточного каскада усиления, вследствие чего переходной процесс медленный и через выходные транзисторы текут большие импульсные сквозные токи, которые расходуют бесполезно мощность. 2) When locking the first and unlocking the second output transistor, their base currents are limited by a relatively large resistor in the collector circuit of the transistor of the intermediate amplification stage, as a result of which the transient process is slow and large pulsed through currents flow through the output transistors, which consume useless power.

3) Во время прохождения прямого тока управления ЗТ из второго источника питания постоянным напряжением отвлекается большая мощность (10 Вт), что бесполезно расходуется на резисторе в коллекторной цепи второго выходного транзистора. 3) During the passage of the direct current control of the CT from the second DC power supply, a large power (10 W) is distracted, which is uselessly spent on the resistor in the collector circuit of the second output transistor.

4) Постоянный ток управления зависит от падения напряжения на УЭ ЗТ и от напряжения второго источника питания, которое из-за мощного выходного каскада зависит от относительной длительности периода отпертого состояния тиристора (отпирающего выходного тока устройства). 4) The constant control current depends on the voltage drop on the UE of the ZE and on the voltage of the second power source, which, due to the powerful output stage, depends on the relative duration of the unlocked state of the thyristor (unlocked output current of the device).

Целью настоящего изобретения является увеличение быстродействия, уменьшение потребляемой мощности и повышение стабильности выходного тока устройства. The aim of the present invention is to increase performance, reduce power consumption and increase the stability of the output current of the device.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для управления запираемым тиристором, содержащем первый и второй выходные транзисторы дополняющей проводимости, коллекторы которых через первый и второй источники постоянного напряжения соответственно предназначены для подключения к катоду запираемого тиристора, для подключения к управляющему электроду которого предназначен эмиттер первого выходного транзистора, а база второго выходного транзистора соединена с выходом промежуточного каскада усиления, вход которого соединен с выходом входного усилителя управляющего сигнала, согласно предлагаемому изобретению введены первый и второй дополнительные источники напряжения, первый и второй резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером второго выходного транзистора, а второй - с эмиттером первого выходного транзистора, база которого соединена с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с выходом промежуточного каскада усиления, первый вывод питания которого соединен с первым выводом питания входного усилителя и первым выводом первого дополнительного источника напряжения, второй вывод которого соединен с эмиттером первого выходного транзистора, и первым выводом второго дополнительного источника напряжения, второй вывод которого соединен с вторым выводом питания входного усилителя и промежуточного каскада усиления, выполненного в виде первого и второго транзисторов дополняющей проводимости, коллекторы которых использованы в качестве первого и второго выводов питания промежуточного каскада усиления соответственно, эмиттеры соединены с первым выводом резистора, используемым в качестве выхода промежуточного каскада усиления, а базы соединены с первыми выводами конденсатора и диода, вторые выводы которых соединены с вторым выводом резистора, использованным в качестве входа промежуточного каскада усиления. This goal is achieved by the fact that in the device for controlling a lockable thyristor, containing the first and second output transistors of complementary conductivity, the collectors of which through the first and second DC voltage sources are respectively designed to connect to the cathode of the lockable thyristor, for connecting to the control electrode of which the emitter of the first output transistor, and the base of the second output transistor is connected to the output of the intermediate amplification stage, the input of which is connected to in the course of the input amplifier of the control signal, according to the invention, the first and second additional voltage sources are introduced, the first and second resistor, the first output of which is connected to the emitter of the second output transistor, and the second to the emitter of the first output transistor, the base of which is connected to the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the output of the intermediate amplification stage, the first output of which is connected to the first output of the input amplifier and the first output of the first additional voltage source, the second output of which is connected to the emitter of the first output transistor, and the first output of the second additional voltage source, the second output of which is connected to the second output terminal of the input amplifier and the intermediate amplification stage, made in the form of the first and second complementary conductivity transistors, the collectors of which are used as the first and second power leads of the intermediate amplification stage, respectively, the emitters are connected to the first terminal of the resistor, used as the output of the intermediate amplification stage, and the bases are connected to the first terminals of the capacitor and diode, the second conclusions of which are connected to the second terminal of the resistor used as the input of the intermediate amplification stage.

Питание входного усилителя и промежуточного каскада усиления от отдельных источников питания позволяет значительно уменьшить потребляемая устройством мощность, так как для питания оконечного каскада требуются более высокие напряжения, чем для предварительных каскадов. The power supply of the input amplifier and the intermediate amplification stage from individual power sources can significantly reduce the power consumed by the device, since higher voltages are required to power the terminal stage than for the preliminary stages.

Подключение резистора между эмиттерами первого и второго выходного транзистора уменьшает зависимость постоянного тока управления от падения напряжения на УЭ-катод ЗТ и от напряжения питания оконечного каскада, так как второй выходной транзистор работает в схеме стабилизатора тока. Применение дополнительно отдельного питания предварительных каскадов позволяет уменьшить потребляемую выходным каскадом мощность, так как сумма напряжений на втором резисторе и на втором выходном транзисторе при прохождении отпирающего тока через УЭ тиристора может быть меньше минимального допустимого напряжения первого дополнительного источника напряжения. Кроме того, второй выходной транзистор не насыщается и при его запирании сквозные токи малые. Применение второго выходного транзистора по схеме стабилизатора тока (т.е. в активном режиме) целесообразно только при отдельном питании предварительных каскадов, так при общем питании напряжение между эмиттером и коллектором второго выходного транзистора больше, чем в случае отдельного питания и на транзисторе расходуется большая мощность. Connecting a resistor between the emitters of the first and second output transistor reduces the dependence of the direct current control on the voltage drop on the UE cathode of the CT and on the supply voltage of the terminal stage, since the second output transistor operates in a current stabilizer circuit. The use of an additional separate power supply of the preliminary stages allows reducing the power consumed by the output stage, since the sum of the voltages at the second resistor and at the second output transistor when the gate current passes through the thyristor UE can be less than the minimum allowable voltage of the first additional voltage source. In addition, the second output transistor is not saturated and when it is turned off, the through currents are small. The use of a second output transistor according to the current stabilizer circuit (i.e., in active mode) is advisable only with separate power supply of the preliminary stages, since with a common power supply, the voltage between the emitter and the collector of the second output transistor is greater than in the case of a separate power supply and a large power is consumed on the transistor .

При запирании тиристора промежуточный каскад активен только на время перезаряда конденсатора, которое выбирается немножко больше длительности импульса обратного (запирающего) тока управления тиристора. В запертом состоянии тиристора оба транзистора промежуточного каскада заперты и каскад мощности не потребляет. Первый выходной транзистор держится открытым с помощью тока через резистор с большим сопротивлением, который включен между выходом входного усилителя и эмиттером первого выходного транзистора. When the thyristor is locked, the intermediate stage is active only for the time the capacitor is recharged, which is selected slightly longer than the pulse width of the reverse (blocking) thyristor control current. In the locked state of the thyristor, both transistors of the intermediate stage are locked and the power stage does not consume. The first output transistor is kept open by current through a resistor with a large resistance that is connected between the output of the input amplifier and the emitter of the first output transistor.

Первый транзистор промежуточного каскада форсирует запирание первого выходного транзистора противоположного типа проводимости и отпирание выходного транзистора однотипного с первым транзистором промежуточного каскада, вследствие чего их переключение быстрое и сквозные токи малые. В установившемся состоянии транзисторы одного типа (первый транзистор промежуточного каскада усиления и второй выходной транзистор) работают как повторители напряжения с малыми базовыми токами. Диод смещен в прямом направлении и влияет мало на передачу сигнала. Наоборот, во время запертого состояния тиристора, диод смещен в обратном направлении и препятствует прохождению базового тока промежуточных транзисторов. The first transistor of the intermediate stage forces the locking of the first output transistor of the opposite type of conductivity and the unlocking of the output transistor of the same type with the first transistor of the intermediate stage, as a result of which their switching is fast and the through currents are small. In the steady state, transistors of the same type (the first transistor of the intermediate amplification stage and the second output transistor) operate as voltage followers with small base currents. The diode is forward biased and has little effect on signal transmission. On the contrary, during the locked state of the thyristor, the diode is biased in the opposite direction and prevents the passage of the base current of the intermediate transistors.

Диод в описанной схеме включения имеет значение только при применении для питания предварительных каскадов отдельных источников напряжения, так как в случае общего с выходным каскадом питания установившиеся токи второго транзистора промежуточного каскада усиления и первого выходного транзистора не могут быть больше обратного тока тиристора (тока утечки). The diode in the described switching circuit is relevant only when applying separate stages of voltage sources to power the preliminary stages, since in the case of a common power supply with the output stage, the steady-state currents of the second transistor of the intermediate amplification stage and the first output transistor cannot be greater than the reverse thyristor current (leakage current).

Транзисторы промежуточного каскада не насыщаются, их переключение быстрое и сквозные импульсные токи отсутствуют. The transistors of the intermediate stage are not saturated, their switching is fast and there are no through pulsed currents.

Применение отличительных признаков в описанном сочетании не известно. The use of distinguishing features in the described combination is not known.

На чертеже изображена схема устройства. Устройство содержит входной усилитель 1, промежуточный каскад усиления с транзисторами 2 и 3 противоположного типа проводимости и выходной каскад с транзисторами 4 и 5 дополняющей проводимости. Входной усилитель и промежуточный каскад питается от двух включенных последовательно источников питания 6 и 7, общая точка которых предназначена для соединения с УЭ тиристора. Выходной каскад питается также от двух включенных последовательно источников напряжения, общая точка которых предназначена для соединения с катодом тиристора. Коллекторы транзисторов подключены к крайним клеммам источников питания. The drawing shows a diagram of the device. The device comprises an input amplifier 1, an intermediate amplification stage with transistors 2 and 3 of the opposite type of conductivity, and an output stage with transistors 4 and 5 of complementary conductivity. The input amplifier and the intermediate stage are powered by two power supplies 6 and 7 connected in series, the common point of which is designed to connect to the thyristor UE. The output stage is also powered by two voltage sources connected in series, the common point of which is designed to connect to the cathode of the thyristor. The transistor collectors are connected to the extreme terminals of the power sources.

Между выходом входного усилителя и соединенными между собой базами транзисторов промежуточного каскада включены диод 10 и конденсатор 11, причем анод диода соединен с выходом входного усилителя. Between the output of the input amplifier and the interconnected bases of the transistors of the intermediate stage, a diode 10 and a capacitor 11 are connected, the anode of the diode connected to the output of the input amplifier.

Между базами и эмиттерами выходных транзисторов включены резисторы 12 и 13. Between the bases and emitters of the output transistors, resistors 12 and 13 are included.

База транзистора 4 соединена с эмиттерами транзисторов 2 и 3 и через резистор 14 - с выходом входного усилителя. Эмиттер транзистора 5 подключен к общей клемме источников питания выходного каскада. Между базой и эмиттером транзисторов 2 и 3 подключен резистор 15. The base of transistor 4 is connected to the emitters of transistors 2 and 3 and through a resistor 14 to the output of the input amplifier. The emitter of the transistor 5 is connected to a common terminal of the power sources of the output stage. Between the base and the emitter of transistors 2 and 3, a resistor 15 is connected.

Устройство для управления запираемым тиристором работает следующим образом. A device for controlling a lockable thyristor operates as follows.

Предположим, что в указанный момент времени на выходе входного усилителя 1 действует положительное напряжение. Тогда диод 10 смещен в прямом направлении и обеспечивает прямой базовой ток транзистора 2, который открыт, и обратное смещение на базе транзистора 3, который закрыт. Эмиттерный ток транзистора 2 течет в базу транзистора 4, который работает в схеме эмиттерного повторителя, обеспечивая постоянный ток управления тиристора. Транзистор 5 имеет отрицательное смещение на базе и закрыт. Конденсатор 11 заряжен до падения напряжения на диоде 10. Suppose that at a specified point in time at the output of the input amplifier 1 is a positive voltage. Then the diode 10 is biased in the forward direction and provides the direct base current of the transistor 2, which is open, and the reverse bias on the base of the transistor 3, which is closed. The emitter current of transistor 2 flows to the base of transistor 4, which operates in an emitter follower circuit, providing a constant thyristor control current. Transistor 5 has a negative bias at the base and is closed. The capacitor 11 is charged until the voltage drops across the diode 10.

При смене полярности напряжения на выходе входного усилителя потенциал баз транзисторов 2, 3 и 4 скачкообразно уменьшается, базовый ток транзисторов 2 и 4 меняет знак, на резисторе 12 возникает напряжение, которое обусловливает отпирающий ток транзистора 5. После смещения эмиттерных переходов транзисторов 2 и 4 в обратном направлении они запираются обратными базовыми токами, а транзисторы 3 и 5 получают прямые базовые токи и отпираются. Эмиттерный ток транзистора 3 течет в базы транзисторов 4 и 5, запирая транзистор 4 и отпирая 5, эмиттерный ток которого является током запирания тиристора. Резистор 12 защищает транзистор 5, ограничивая его базовый ток. Конденсатор 11 начинает перезаряжаться, диод 10 запирается. When changing the polarity of the voltage at the output of the input amplifier, the potential of the bases of transistors 2, 3, and 4 abruptly decreases, the base current of transistors 2 and 4 changes sign, a voltage appears on resistor 12, which causes the unlocking current of transistor 5. After the emitter junctions of transistors 2 and 4 are shifted to in the opposite direction, they are locked by reverse base currents, and transistors 3 and 5 receive direct base currents and are unlocked. The emitter current of transistor 3 flows into the base of transistors 4 and 5, locking transistor 4 and unlocking 5, the emitter current of which is the thyristor blocking current. The resistor 12 protects the transistor 5, limiting its base current. The capacitor 11 begins to recharge, the diode 10 is locked.

Время перезарядки конденсатора надо установить выбором его значения большим длительности импульса обратного тока тиристора. The recharge time of the capacitor must be set by choosing its value greater than the thyristor reverse current pulse duration.

К концу перезаряда конденсатора транзистор 3 опять запирается, чему способствует резистор 15. Во время фазы запертого состояния тиристора транзистор 5 открыт током через резистор 14. At the end of the overcharging of the capacitor, the transistor 3 is again locked, which is facilitated by the resistor 15. During the phase of the locked state of the thyristor, the transistor 5 is open by current through the resistor 14.

Резистор 14 можно включить также между базой транзистора 5 и выходом входного усилителя, так как сопротивление резистора 12 много меньше его сопротивления. Resistor 14 can also be turned on between the base of transistor 5 and the output of the input amplifier, since the resistance of resistor 12 is much less than its resistance.

Во время запертого состояния тиристора транзисторы надежно закрыты резистором 15. During the locked state of the thyristor, the transistors are securely closed by a resistor 15.

При следующей смене полярности напряжения на выходе входного усилителя с низкого на высокий потенциал, потенциал на базах транзисторов 2, 3 и 4 скачкообразно увеличивается. Через конденсатор начинает течь ток в базы транзисторов 2, 4 и 5, отпирая транзисторы 2 и 4 и запирая транзистор 5. Во время перезарядки конденсатора базовые токи этих транзисторов имеют по сравнению с установившимся состоянием повышенное значение, что ускоряет процесс переключения транзисторов 2, 4 и 5. Когда напряжение на конденсаторе достигает нулевого значения, диод 10 смещается в прямое направление, потенциалы баз транзисторов 4 и 5 начинают повторять выходной потенциал входного усилителя и схема возвращается в исходное состояние. The next time the polarity of the voltage at the output of the input amplifier changes from low to high potential, the potential at the bases of transistors 2, 3, and 4 jumps. The current begins to flow through the capacitor to the base of transistors 2, 4 and 5, unlocking transistors 2 and 4 and locking transistor 5. During the recharging of the capacitor, the base currents of these transistors have an increased value compared to the steady state, which accelerates the switching process of transistors 2, 4 and 5. When the voltage across the capacitor reaches zero, the diode 10 is shifted in the forward direction, the base potentials of transistors 4 and 5 begin to repeat the output potential of the input amplifier and the circuit returns to its original state.

Устройство для управления запираемым тиристором проходило лабораторные испытания на макете для управления ЗТ типа ТЗ123-400. Экономический эффект в сравнении с базовой моделью - прототипом - проявляется в уменьшенной мощности потерь, увеличенном быстродействии и повышенной стабильности прямого тока управления к изменению параметров тиристора. The device for controlling a lockable thyristor was laboratory tested on a prototype for controlling a type 3Z TZ123-400 ST. The economic effect in comparison with the basic model - the prototype - is manifested in a reduced power loss, increased speed and increased stability of the direct control current to a change in the thyristor parameters.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗАПИРАЕМЫМ ТИРИСТОРОМ, содержащее первый и второй выходные транзисторы дополняющей проводимости, коллекторы которых через первый и второй источники постоянного напряжения соответственно предназначены для подключения к катоду запираемого тиристора, для подключения к управляющему электроду которого предназначен эмиттер первого выходного транзистора, а база второго выходного транзистора соединена с выходом промежуточного каскада усиления, вход которого соединен с выходом входного усилителя управляющего сигнала, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия, уменьшения потребляемой мощности и повышения стабильности выходного тока, введены первый и второй дополнительные источники напряжения, первый резистор и второй резистор, первый вывод которого соединен с эмиттером второго выходного транзистора, а второй - с эмиттером первого выходного транзистора, база которого соединена с первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с выходом промежуточного каскада усиления, первый вывод питания которого соединен с первым выводом питания входного усилителя и первым выводом первого дополнительного источника напряжения, второй вывод которого соединен с эмиттером первого выходного транзистора и первым выводом второго дополнительного источника напряжения, второй вывод которого соединен с вторыми выводами питания входного усилителя и промежуточного каскада усиления, выполненного в виде первого и второго транзисторов дополняющей проводимости, коллекторы которых использованы в качестве первого и второго выводов питания промежуточного каскада усиления соответственно, эмиттеры соединены с первым выводом резистора, использованным в качестве выхода промежуточного каскада усиления, а базы соединены с первыми выводами конденсатора и диода, вторые выводы которых соединены с вторым выводом резистора, использованным в качестве входа промежуточного каскада усиления. A device for controlling a lockable thyristor, containing the first and second output transistors of complementary conductivity, the collectors of which through the first and second DC voltage sources are respectively designed for connecting to the cathode of the lockable thyristor, for connecting to the control electrode of which the emitter of the first output transistor is designed, and the base of the second output transistor connected to the output of the intermediate amplification stage, the input of which is connected to the output of the input amplifier controlling drove, characterized in that, in order to increase speed, reduce power consumption and increase the stability of the output current, the first and second additional voltage sources, the first resistor and the second resistor, the first output of which is connected to the emitter of the second output transistor, and the second to the emitter, are introduced the first output transistor, the base of which is connected to the first output of the first resistor, the second output of which is connected to the output of the intermediate amplification stage, the first power output of which is connected to the first output terminal of the input amplifier and the first terminal of the first additional voltage source, the second terminal of which is connected to the emitter of the first output transistor and the first terminal of the second additional voltage source, the second terminal of which is connected to the second terminals of the input amplifier and the intermediate amplification stage, made in the form of the first and second complementary conductivity transistors, the collectors of which are used as the first and second power leads of the intermediate stage Accordingly, emitters are connected to the first output of the resistor used as the output of the intermediate amplification stage, and the bases are connected to the first outputs of the capacitor and diode, the second conclusions of which are connected to the second output of the resistor used as the input of the intermediate amplification stage.