Статический ключ постоянного тока

 

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для коммутации токов и формирования импульсов тока. Статический ключ постоянного тока содержит 2 тиристора (1, 2), 5 резисторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 Н 03 К 17/56 г

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБР

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873428/21 (22) 02,07.90 (46) 23.08;93. Бюл. № 31 (71) Конструкторское бюро "Орбита" Рижского производственного объединения "Радиотехника" (72) В.И. Михалев (56) Тиристоры. Технический справочник.

Перевод с английского / Под ред. Лабунцова В.А, и др., 1971, с. 189.

Авторское свидетельство СССР

¹ 738165, кл. Н 03 К 17/56, 1980.

„„5U„„ I8356GG А1

ЕТЕНИЯ (54) СТАТИЧЕСКИЙ КЛЮЧ ПОСТОЯННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для коммутации токов и формирования импульсов тока. Статический ключ постоянного тока содержит 2 тиристора (1, 2), 5 резисторов (3 — 7), 1 управляющее устройство (8) в виде генератора постоянного тока, 1 конденсатор (9). 2 ил.

1835600

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в импульсных устройствах для коммутации токов и формирования импульсов тока.

Целью изобретения является обеспечение устойчивой работы ключа при наличии тока управления одновременно на управляющих электродах тиристоров и расширение функциональных возможностей ключа.

На фиг. 1 приведена схема, показывающая принцип действия статического ключа; на фиг. 2 — конкретный вариант воплощения статического ключа в терморегуляторе.

Статический ключ содержит(см. фиг. 1) тиристоры 1 и 2, аноды которых через резисторы 3, 4 подключены к положительной клемме источника питания, а катоды объединены и через резистор 5 подключены к отрицате lbHoA клемме источника питания.

Управляющие электроды тиристоров через 20 резисторы 6 и 7 подключены к генератору тока 8. а коммутирующий конденсатор 9; включенный между анодами тиристоров.

Статический ключ, показанный на фиг.

1, работает следующим образом. Допустим, 25 что параметры тиристоров одинаковы, а значит выполняется условие 1вкл.=1вкл.TI=

=1вкл.72, ГдЕ 1вкл — тОК ВКЛЮЧЕНИЯ тИрИСтара по управляющему электроду, необходимый

ДЛЯ ЕГО ВКЛЮЧЕНИЯ. 1вкл.т1 И !вкл.T2 — таКИ 30 включения тиристора 1 и тиристора 2 соответственно по управляющему электроду.

Резистор 3(R3) в анодной цепи тиристора 1(T1) и резистор 4(R4) в анодной цепи тиристора 2(T2) взяты одного номинала, а также одинаковы резистор 6 (86) и резистор

7(R7), т.е. ВЗ=В4 и В6=В7. Сумма токов включения тиристоров равна току !гт генератора тока 8. Или

1вкл71+1вкл.т2=1гт !вкл.тт=1вкл,72=0,51 гт. (1) где Irr — ток Генератора тока.

Если ток Iгт генератора тока 8 меньше на некоторую величину Л 1 суммы токов управления, то тиристоры будут закрыты:

1упр. 71+I ynp.72=1гт 6 I

ГДЕ Iупр.71 И 1упр.Т2 ТОКИ В ЦЕПЯХ УПРаВЛЕНИЯ тиристоров, Резистор 6 и переход тиристора 1 управляющий электрод — катод (У.Э. -K1) и резистор 7 и переход тиристора 2 управляющий электрод-катод (У.Э. -К2) образуют две идентичные параллельные цепи, питание которых осуществляется от.генератора тока 8 током (1 гт- Ь 1). Отсюда токи в каждой из цепей будут по величине равными и чиспенно равны половине питающего тока, т.е, 0,5(1гт — Л 1).

1упр.т1=(упр.72=0,5(1гт Л 1)

1упр. 71— = 1вкл.71 Л (3) (4) Поэтому, если в одной из цепей управления взять резистор переменным, допустим R7, тогда, уменьшая его номинал от заданного, ток в цепи резистора R7 и У,Э.—

К2 будет увеличиваться и, когда достигнет тока включения, равного 0,51гт, тиристор 2 влючится:

0,5(lгт- А l)+0,5(1гт — 1)=1гт — Л!

0.51 гт+(0,51гт- Л 1)=1гт — Л 1 (5) 1вкл.71=0,51гт+ ЬЬ1 т (6) где he! — величина приращения тока включения к величине !вкл при снижении прямого напряжения на закрытом тйристоре.

Теперь, чтобы открыть тиристор 1 необходимо увеличить ток его управления на величину

/ (0,51гт + ЛЬ 1)-(0,51гт- Ь !)l+ ЛЛ 1(7) Последняя формула показывает, что ключ будет иметь устойчивое состояние, когда один тиристор закрыт, а другой отВ формуле (5) первое слагаемое есть ток управления тиристора Т2, а второе слагаемое есть ток управления тиристора Т1. Из формулы (5) видно, что при увеличении тока в цепи R7 и У.Э.— К2. ток в цепи резистора 6 и У.Э.— К1 будет уменьшаться и в момент включения тиристора 2 будет меньше начального на величину 0,5 1. Следовательно, при включении тиристора 2 тиристор 1 останется закрытым, а коммутирующий конденcamp 9 эарядится по цепи; резистор 3, открытый тиристор 2 и резистор 5 (Я5), Известно, что при снижении прямого напряжения на закрытом тиристоре, ток включения по управляющему электроду тиристора, необходимый для его включения, возрастает, а падение напряжения 05 на резисторе В5 есть снижение прямого напряжения на закрытом тиристоре 1 на величину 05. Поэтому дпя включения тиристора 1, когда он закрыт, а тиристор 2 открыт, требуется больший ток управления на некоторую величину, равную 6Л I, чем в момент включения тиристора 2. Величина 1упрт! в момент включения тиристора 2 была равна 0,51« — h, (см. формулу 5), а ток включения тиристора 1 (Innn.Tl) при открытом тиристоре 2 будет

1835600 упр. T1+lynp.2= гт вкл.Т14 1вкл.т2=!гт (8) (1) 40

50 (9) крыт, даже если Л I будет равно нулю. То есть, исходя из формулы (2) можно записать следующее: при Д!=0

Таким образом устойчивое состояние ключа будет сохраняться и при токе генератора тока равном сумме токов включения тиристоров, и определяться неравенство номинала резистора 7 по отношению к номиналу резистора 6 на величину Л R, где

Л R — изменение номинала резистора на величину, при которой происходит переключение ключа.

При 1вкл=0,51гт тиристор 2 открыт, тиристор 1 закрыт, конденсатор 9 заряжен и, значит, йт меньше Яв. Если увеличивать номинал резистора 7, то ток управления открытого тиристора.2 начнет уменьшаться, а ток управления закрытого — увеличиваться.

Когда ток управления закрытого тиристора

1 достигнет величины 0,51гт+ Л Л I ан откроется. Через открытый тиристор 1 к тиристору 2 будет приложена напряжение заряженного конденсатора 9 закрывающей полярности и тиристор 2 закроется. Открытый тиристор 1 создаст на резисторе 5 падение напряжения U5, ток включения тиристора 2 станет больше тока управления

0,51гт на величину Л Л! и тиристор 2 останется закрытым после разряда конденсатора 9.

Ключ примет другое состояние, когда тиристор 1 открыт, тиристор 2 закрыт, конденсатор 9 перезаряжен по цепи: резистор 4, открытый тиристор 1, резистор 5. Если теперь номинал резистора 7 уменьшать да первоначального значения, то ключ примет исходное состояние.

Поэтому статический ключ будет переключаться из одного устойчивого состояния в другое и обратно, при токе управления, равном токам включения тиристоров, при изменении номинала резистора в цепи управляющего электрода на величину ЛR, Значит сравнение номинала резистора 6 с номиналом резистора 7 осуществляется с точностью Л R, или, другими словами, ключ способен выполнять измерительную функцию, Если ток управления выбрать больше, чем 2 !вкл=1гт на величину меньшую

Ь Ь 1, то статический ключ не будет иметь устойчивого состояния, т.е. при условии

I вкл. T1+ I вкл.Т2=! гт

1гт<21упр<1гт+

Поскольку тиристор закрывается путем воздействия скачка отрицательного напря5

30 жения на аноде от коммутирующего конденсатора 9. то он останется закрытым и после разряда коммутирующего конденсатора 9 при токе управления, равном по условию (9).

А именно, заряженный конденсатор 9 через открытый тиристор (см. фиг. 1), например, тиристор 1 оказывается подключенным параллельно тиристору 2, flocne разряда конденсатора 9 напряжение между его выводами равно нулю и, значит равно нулю мгновенное напряжение между анодом и катодом закрытого тиристара 2. После этого момента напряжение на выводах конденсатора 9 (значит и пр мае напряжение на закрытом тиристоре), вследствие его заряда по цепи: резистор 4, открытый тиристор 1, резистор 5, — будет расти, пока значение прямого напряжения на тиристоре 2 не достигнет величины, при которой изменяющийся ток включения тиристорэ 2 окажется равным выбранному току управления, Тогда тиристор 2 откроется.

Теперь этот заряд, накопленный емкостью конденсатор 9 через открывшийся тиристор 2 будет приложен в закрывающей полярности к открытому тиристору 1 и последний закрывается, Закрытый тиристор 1 будет находиться в закрытом состоянии до момента, когда конденсатор 9 переэарядиться и прямое напряжение на тиристоре

1 достигнет величины, при которой произойдетт его включение. Указанный процесс будет продолжаться пока будет подано напряжение источника питания.

Анализ работы статического ключа позволяет сделать вывод о том, что в зввисимости от параметром схемы управления и режима управления возможны три вэрианта работы схемы, что соответствует цели изобретения — выявление новых функциональных возможностей. Заявляемая конструкция обеспечивает следующие режимы работы схемы:

1. Режим переключения (при котором ключ имеет два устойчивых состояния), котарый определяется условием Вв+ RT и формулой (2).

В этом режиме, если уменьшать номинал резистора в цепи управления тиристорам на Л R, а затем восстановить ега, то ключ будет иметь одной устойчивое состояние. Если теперь уменьшать номинал реэистара в другой цепи управления тиристорам на Л R, а затем восстановить его, то ключ примет другое устойчивое состояние.

2, Режим одного устойчивого состояния, определяемый условием Вв > RT и формулой (6).

1835600

Если R6 > R7, то тиристор 1 закрыт, а тиристор 2 открыт. Это исходное состояние можно изменить уменьшая номинал резистора R6 нв величину h R при неизменном

R7, и если потом восстановить значение номинала резистора R6, то ключ восстановит исходное состояние. Аналогично работает ключ если R6

3. Режим генерации (при котором нет устойчивого состояния) определяется условием В6=В7 и формулой (9), Можно добавить, что режим генерации возможен и при условии режима одного устойчивого состояния, при R6 > R7, если в схему ключа ввести элемент (элементы), осуществляющий положительную обратную связь.

Для упрощения анализа работы ключа было выбрано допущение об идентичности

ПараМЕтраВ рЕЗИСтарОВ, ОдНаКО ПрИ 1вкл.т1

4кл.т2 работа ключа не изменится, если в цепи управления тиристора с большим током включения номинал резистора выбрать меньшим, чем в цепи управления тиристора с меньшим током включения, 2

При этом произойдет только перераспределения тока в цепях управления от генератора тока, в зависимость состояния ключа от

Р сохранится

1вкл.Tt + 1вкл.i2 илИ 61 вкл.=1вкл.Т2 1вкл.т1, 10 включения тиристоров, обеспечить режим

15 переключения, т,е. такой режим, когда ключ имеет. два устойчивых состояния при равен20

40! вкл.T1 В6 1вкл.т1 R6

1вкл.Т1 + Ь !вкл.

1вкл. Т2

55! вкл.т1! вкл.т1 + !вкл. Ывкл.! вкл. Т1

1/(1 + Ь1 вкл l 1вкл.Т1) где Ь 1вкл — разность токов включения тиристоров, Напряжение в точке соединения генератора тока и резисторов управления общее для цепей управления. поэтому при ! вкл,T1+ Л1 вкл.=1вкл.т2

1вкл.т1 1 6=1вкл.Т2 R7 (1вкл. T1+ 4 1 вкл)Й7=1вкл.т1 В6

Если Гвкл.=О, имеет место при идентичных тиристорах, то R7 R6 Если Л!вкл в О, номинал резистора Й7 будет меньше номинала резистора R6 при большем токе включения тиристора 2 на величину

В заявляемой конструкции статического ключа осуществляется непрерывное уп.равление постоянным током от генератора тока в отличие от импульсного управления.

Это дает возможность работы схемы управления на минимально необходимых уровнях входного сигнала, т,е. достигается минимальная мощность по цепям управления, чем и достигается экономичная работа ключа, Устойчивая работа ключа обеспечивается также правильным выбором величины тока управления и изменением прямого напряжения на тиристорах в процессе работы.

Величина тока управления ключа позволяет при токе управления, меньшем токов стве номиналов резисторов управления, при токе управления равном токам включения тиристоров обеспечить режим одного устойчивого состояния ключа при неравенстве номиналов управления, а при токе управления, большем токов включения тиристоров и равенстве номиналов резисторов управления ключ работает в режиме генерации.

На фиг. 2 приведена конкретная схема макета терморегулятора в основе работы которого использован заявляемый статический ключ. Ниже рассмотрена схема терморегуляторэ.

Ток управления генератора тока 10 выбирается подстроечным резистором 11, равным сумме токов включения тиристоров 12,.

13, поэтому статический ключ работает в режиме одного устойчивого состояния при выбранном и неизменном сопротивлении переменного резистора 14 установки температуры, Если сопротивление датчика-терморезистора 15 больше сопротивления перемен ного резистора 14 установки температуры и, значит, по цепи датчик 15, управляющий электрод тиристора 12 течет ток меньше тока включения, то тиристор 12 закрыт светодиод 16 не горит, а другой тиристор 13 будет открыт, светодиод 17 оптрона

18 горит и открыт симметричный динисторный ключ 19. Поэтому в цепь управления симистора 20 через резистор 21 поступает сигнал управления, открывающий симистор

20, нагревательный элемент 22 окажется подключенным к источнику переменного напряжения и будет нагревать обьект, температуру которого необходимо поддерживать на определенном уровне.

Со временем температура будет увеличиваться, и у датчика 15, контролирующего этот параметр, будет снижаться сопротивление.

Процесс будет продолжаться до тех пор, пока сопротивление датчика 15 не окажется

1835600

Составитель В.Михалев

Техред М.Моргентал Корректор М. Андрушенко

Редактор

Заказ 2985 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 равным сопротивлению резистора 14 установки температуры. Этот процесс сопровождается увеличением управляющего тока закрытого тиристора 12 до значения, равного току его включения. В этот момент закрытый тиристор 12 открывается, зажигается светодиод 16 индикации, а коммутирующий конденсатор 23 закрывается тиристор 13, и включает оптрон 18 управления симисторным ключом 20. Нагревательный элемент 22 отключается закрытым симистором 20 от источника переменного напряжения и температура объекта начинает падать. Частота переключения статического ключа будет определяться тепловой инерционностью системы нагреватель-объект-датчик, петлей гистерезиса статического ключа: ., (терморегулятора).

Резистор 24 шунтирует переход управляющего электрода. Резисторы 25, 26 служат для ограничения тока, протекающего через тиристоры.

Использование заявляемого статического ключа расширяет область применения ключевых устройств вследствие выявленных новых свойств и возможных режимов его работы. Это позволяет по-новому выполнить известные устройства радиоэлектроники и автоматики на основании заявленной конструкции ключа: усилителя

5 импульсов, генераторы импульсов, формирователи импульсов, одновибраторы.

Формула изобретения

Статический ключ постоянного тока, содержащий два тиристора, катоды которых

10 соединены между собой, а аноды через соответствующие резисторы подключены к положительной клемме источника питания, конденсатор, включенный между анодами тиристоров, и блок управления, о т л и ч а ю15 шийся тем, что, с целью обеспечения устойчивой работы ключа при наличии тока управления одновременно на управляющих электродах тиристоров, введен дополнительный резистор, который включен

20 между объединенными катодами тиристорав и отрицательной клеммой источника питания, при этом блок управления выполнен в виде генератора постоянного тока, выход которого подключен к управляющим элект25 родам тиристоров через соответствующие резисторы управления.