Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 50

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

Ікер

Ікер0

ікзмін   Ікермакс 1К.З.макс

а)

б)

Рис. 10.19 - ВАХ кола керування тиристора

Тут криві з максимальним RexMaKC і мінімальним RexMiH вхідними опорами обмежують поле розкиду параметрів кола керування. У зоні 1 вмикання тиристорів не гарантується, тому що для деяких екземп­лярів струм керування може виявитись меншим за струм вмикання. Зона 2 обмежена знизу лініями Uxep0A і І 0А, зумовленими напругою і струмом вмикання при мінімальній робочій температурі навколишньо­го середовища. Зі збільшенням температури ці лінії, як випливає із фізики роботи тиристорів, зміщуються донизу. Зверху зона обмежена гіпер­болою - геометричним місцем точок максимальної потужності керу­вання Ркермакс, що визначаються максимально припустимими напругою UKepMaKC і струмом 1кермакс. При розрахунку СЗ тиристорів необхідне до­тримання умов:

І-вих Ікеро; Uвих Uкеро; IeuxUeux — Ркермакс 5 (10.23)

де Івих, Ueux - вихідні струм та напруга СЗ, тобто пряма ЕХХмаКСІКз.макс х.х.максІк.з.макс - максимальні значення напруги Х.Х. й струму К.З.), що відповідає внутрішньому опорові вихідного пристрою СЗ, повинна лежати усередині зони 2. Оскільки тиристор, власне кажучи, вмикається електричним зарядом, то зі зменшенням тривалості керуючого імпульсу його амплітуда повинна бути збільшена.

Граничні значення імпульсної потужності Р1макс, P2макс і т.д. зміщу­ються вниз при збільшенні струму керування.

У довідкових матеріалах наводять сім'ю кривих максимально при­пустимої потужності керуючого імпульсу. Необхідна тривалість імпульсу t. визначається з умов роботи ЕК у регуляторах.

Варто підкреслити - у довідкових матеріалах також вказуються мінімальні значення параметрів сигналу керування, що не приводять до вмикання тиристора - струм, що не вмикає, і напруга, що не вми­кає. Ці параметри характеризують ступінь завадостійкості тиристор­них схем.

Виходячи з вищенаведеного, алгоритм розрахунку вихідного каска­ду СЗ зводять до такого.

1) Для проектованої силової схеми визначають необхідну тривалість імпульсу керування. Якщо для даної тривалості t. крива гранично до­пустимої потужності не подана на характеристиках даного типу тирис­торів (рис. 10.19,а), то за обмежувальну криву приймають найближчу з більшим значенням Рмакс для необхідного t..

2) З урахуванням умов досягнення мінімальних габаритів СЗ прово­дять лінію навантаження через точку A (рис. 10.19,а) деякої усередне­ної ВАХ 0АК, що проходить через точку A в координатах UKppQ, Ікерд. Для цієї точки за кривою 0АК знаходять

Uкер0

Rx0 = ——. (10.24)

1 кер0

3) Внаслідок того, що максимальна віддача потужності вихідним каскадом СЗ (імпульсним підсилювачем) досягається за рівності його внутрішнього опору опорові навантаження, приймають (рис. 10.19,б)

Re = Rex о. (10.25)

4) Із рівняння лінії навантаження, що проходить через точку А,

Uкер = Uкер0 + Re кер0 Ікер ) (10.26)

знаходять мінімальну напругу Х.Х. вихідного каскаду:

ЕХ. X ін = Uкер0 + І кер 0 Rs (10.27)

5) Зменшують розрахункове значення внутрішнього опору для вра­хування зростання його при нагріванні елементів, застосованих у схемі вихідного каскаду імпульсного підсилювача, тобто:

Re = Rexo[(i М — Jd \, (10.28)

де ви - температурний коефіцієнт опору;

D - дисперсія відхилень номінальних значень опору резистора у відносних одиницях.

6) Збільшують напругу Х.Х. вихідного каскаду на значення, що вра­ховує максимальні коливання напруги мережі живлення СЗ, тобто:

ЕХ. Х.імін = ЕХ. X ін

(1 +-—). (10.29)

U мном

7) Перевіряють неперевищення значення допустимої імпульсної по­тужності, що виділяється в керуючому переході, за фактичною наван­тажувальною прямою і обмежувальною характеристикою входу.

8) Вибирають конкретну схему СЗ і проводять її розрахунок. Зазначимо, що розглянута СЗ тиристорів на базі підсилювача-фор-

мувача є універсальною схемою і може використовуватися у різних типах перетворювачів як постійного, так і змінного струму. Однак, вона усе-таки досить складна, і тому у регуляторах поряд із цією схемоютакож застосовуються СЗ, у яких для створення імпульсів керування використовується анодна напруга силового тиристора ЕК. Варіанти таких схем наведені на рис. 10.20,а,б. Ці схеми досить прості, і, крім того, імпульс керування тут подається на тиристор тільки протягом часу його вмикання. Цим визначається висока економічність схем за споживаною потужністю. Найбільш ефективні вони у регуляторах змінного струму з високим рівнем напруги мережі.

им = Umsin®\ uM = UmsinV\

+ о-

fu

o—

Від СК

о

r1

ro6m

^7   ^ v

Kb

l'Kep \7vsi її-*—/"

vt

Zh

\£vd2 fu \\

ro6m

r2 fcVD

a)

VS2

Від СК

O

6)

Рис. 10.20 - Схеми запуску тиристорів від анодної напруги: а) з тиристорним оптроном; б) з симісторним оптроном

Роль імпульсних підсилювачів у схемах рис. 10.20,а,б виконують оптронні ключі, за допомогою яких формуються імпульси керування для надійного вмикання тиристорів ЕК, а також виключається потенці­альний зв'язок між силовими колами і колами керування (забезпечується електричне розділення кіл). У якості оптронних ключів використову­ють або оптронний тиристор V (рис. 10.20,а), або оптронний симістор V

(рис. 10.20,б).

Робота цих схем полягає у тому, що при наявності сигналу на виході системи керування СК транзистор VT вмикається і на керуюче коло оптронних ключів подається необхідна для їхнього вмикання напруга. Коли напруга на аноді силового тиристора, наприклад, VS1, досягнезначення, при якому струм через обмежуючий резистор Ro6m досягне величини струму вмикання Ікерд цього тиристора, він відкривається і шун­тує головне коло оптронного ключа. При цьому струм у колі керування VS1 припиняється. Тобто струм у колі керування тиристора існує тільки протягом часу його вмикання. У протилежну півхвилю напруги мережі у такий самий спосіб буде відкриватися паралельний силовий тиристор.

За відсутності сигналу від СК оптронні ключі вимкнені і керуючі сиг­нали на тиристори ЕК не подаються.

Діоди VD1 і VD2 призначені для захисту кіл керування тиристорів ЕК від дії недопустимої зворотної напруги. Усі резистори, окрім Ro6m та R1, що задає величину струму світлодіода оптрона, є узгоджувальними елементами. Вони підвищують завадостійкість схеми.

Очевидно, що час вмикання te силових тиристорів у даних схемах буде максимальним при активному навантаженні (LH = 0; Rh Ф 0) і куті керування а = 0. Цей час можна визначити з виразу:

Ікер0 ( ro6m + rh )

sin col = --;

ТІ

U фш

1 .   Ікер0 (R обм

te =— arcsin —--; (10.30)

со Vфш

при Rh << Ro6m

1 •   Їкер0 Ro6m

te = — arcsin —--

с Uфш

де со = 2nf;

ифт - амплітудне значення фазної напруги мережі.

Величина опору обмежуючого резистора Rq6m за умови максималь­ної передачі потужності визначається з виразу (10.24). Однак отрима­не у такий спосіб значення опору повинне обов'язково задовольняти нерівності

ифш sin а

Ro6m >^фш-. (10.31)

1 кермакс

При активно-індуктивному навантаженні (LH Ф 0; Rh Ф 0; Rh << Ro6m ) час вмикання силових тиристорів буде визначатися з виразу:

(1 -е т -= Ікеро, (10.32)

ro6m

де т =- - стала часу кола керування;

ro6m U 4>mSin а т

-= І cm - стале значення струму у колі керування;

ro6m

Ro6m - знаходять із виразів (10.24) і (10.31). Після відповідних перетворень маємо:

U ln(1 - *fi). (10.33)

1 cm

При виборі типу оптронного ключа для розглянутих схем необхідно виходити з такого:

1) робоча напруга оптронного ключа повинна відповідати робочій напрузі силових тиристорів, тобто їхні класи за напругою повинні бути рівноцінними;

2) максимальний допустимий імпульсний струм оптронного ключа повинен бути не меншим за І      силового тиристора;

J кермакс L L 7

3) максимальний час протікання струму через оптронний ключ ви­значається з виразу (10.30) або (10.33).

Розглянуті варіанти СЗ придатні і для вмикання потужних симісторів та оптронних тиристорів.

У нерегульованих ЕК, призначених для нечастих вмикань, замість оптронних ключів зазвичай використовують недорогі і високонадійні магнітокеровані герметичні малопотужні контакти - геркони.

СЗ силових біполярних і польових транзисторів являють собою звичайні імпульсні підсилювачі, що забезпечують за сигналом керу­вання стрибкоподібний перехід цих транзисторів у режим насичення (повністю відкритий стан). Тобто СЗ забезпечують роботу транзис­торів у ключовому режимі, що і є основним робочим режимом при ви­користанні цих приладів у складі регулятора.

На рис. 10.21 наведено СЗ силового біполярного транзистора, що являє собою двокаскадний підсилювач, виконаний на малопотужних бі­полярних транзисторах VT1 і VT2 із різним типом провідності. За наявності

_TL

VT

позитивного керуючого імпульсу напруги U на вході транзисто­ра VT1, потужний транзистор VT під дією великого колекторного струму транзистора VT2 зна­ходиться у режимі насичення (R5 << R6). За відсутності ім­пульсу транзистор VT під дією негативної напруги U2 знаходить­ся у режимі відтинання. СЗ тако­го самого типу може використо-Рис. 10.21 - Схема запуску силового   вуватися і для керування силовим

біполярного транзистора польовим транзистором.

При створенні СЗ двоопераційних тиристорів і силових БТІЗ слід враховувати специфіку процесів при комутації цих приладів.

Так при вимиканні двоопераційного тиристора необхідно короткочасно (на 10-100 мкс) створити досить значний запираючий струм керуван­ня. Як правило, відношення анодного запираючого струму до струму керування не повинне перевищувати 5-10 разів. Цього можна досягти, наприклад, підмикаючи за сигналом керування попередньо зарядже­ний конденсатор необхідної ємності до керуючого переходу тиристора. При цьому тривалість протікання розрядного струму і його величина повинні бути достатніми для надійного запирання тиристора.

При проектуванні кіл керування БТІЗ необхідно враховувати ефект Міллера, пов'язаний із впливом напруги колектор-емітер через пара­зитну ємність між затвором і колектором Сзк на потенціал затвору транзистора. При цьому зміна напруги Uke діє як деяке окреме джере­ло струму у колі керування затвором, причому струм через ємність СзК

може бути визначений як І3 = С3к . Ємність СзК не постійна, а

змінює своє значення зі зміною напруги Uke , тобто Сзк = f (Uke )• Найбільші зміни СзК відбуваються при малих значеннях Uke .

Завдяки ефекту Міллера, при вмиканні та вимиканні БТІЗ струм затво­ру спочатку використовується для перезаряду ємності колектор-затвор. Слід зазначити, що зміни СзК і Uke зв'язані так, що для перезаряду ємності Сзк завжди вистачає струму затвора. Це означає, що при більшому

? +иж1

TL(ON)

UKep

IT(OFF) 1

VT1

QK

R3

З

-o-

VT3

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка