Управление тиристорами. 
Электрические и электронные аппараты

Управляющий импульс тока обычного тиристора формируется для его включения при наличии на тиристоре прямого напряжения. Полярность напряжения, формирующего ток управления, соответствует положительному напряжению на управляющем электроде тиристора относительно катода, что соответствует прямому смещению управляющего р-п-перехода. Параметры импульса управления должны соответствовать входным характеристикам тиристора. Кроме того, импульс должен иметь большую скорость нарастания тока при включении и повышенную амплитуду в начальный момент. Это ускоряет процесс включения и снижает возможность выхода тиристора из строя из-за повышенной скорости нарастания анодного тока di_A/dt. После завершения процесса включения импульс управления желательно «обнулить», так как продолжительный импульс увеличивает потери мощности в тиристоре. Однако необходимо учитывать, что при наличии в нагрузке индуктивной составляющей процесс включения затягивается, и в этом случае импульс должен иметь повышенную длительность для гарантированного включения.

Типовая схема управления тиристором, использующая импульсный трансформатор Т, выполненная по схеме двухкаскадного усилителя на основе транзисторов VT1 и VT2, представлена на рис. 12.12. Диод VD1 предотвращает перенапряжение на транзисторе VT1, а диод VD2 ограничивает обратное напряжение на управляющем переходе тиристора VS. Резистор R6 ограничивает ток управляющего электрода тиристора и одновременно ток коллектора транзистора VT1.

Рис. 12.12. ФИУ тиристора.

Запираемый тиристор, например GTO, выключается импульсом отрицательного тока управляющего электрода. Поэтому ФИУ запираемых тиристоров должны обеспечить формирование управляющих импульсов тока на включение и выключение тиристора. Ток включения должен иметь положительную полярность, т. е. протекать от управляющего электрода к катоду, как в обычном тиристоре. Импульс тока на выключение должен иметь обратную полярность. Амплитуда выключающего тока соизмерима по величине с выключаемым током тиристора. Однако длительность импульса выключающего тока мала, и поэтому его энергия также незначительна (от единиц до нескольких десятков джоулей). Это позволяет использовать в качестве источников управляющих импульсов конденсаторы с требуемой величиной запасенной энергии. Принцип формирования управляющих импульсов запираемых тиристоров виден из рис. 12.13, где ключи 5_ВКЛ и 5_ВЬ1КЛ обеспечивают формирование токов включения г_вкл и выключения г_выкл при разряде конденсаторов С2 и С1, которые должны периодически заряжаться от дополнительных источников питания системы управления -U_x и +U₂. В качестве ключей обычно используются транзисторы [2].

В тиристорах, коммутируемых по управляющему электроду, драйвер должен иметь минимальное значение индуктивности в цепи формирования импульсов управления. Для этой цели созданы специальные тиристоры с интегрированным управлением, в которых ФИУ конструктивно объединен с тиристором.

Рис. 12.13. Схема, поясняющая принцип управления запираемым тиристором.

Гальваническая развязка цепей управления и силовой части схемы, как правило, широко используется в силовых электронных устройствах с различными видами силовых электронных ключей. Функцию развязки цепей обычно выполняют ФИУ (драйверы). Характерным примером является драйвер тиристора с выходным импульсным трансформатором (см. рис. 12.12). С увеличением длительности импульсов управления мощность выходных трансформаторов возрастает, а их удельные массогабаритные показатели ухудшаются. Поэтому при длительных импульсах управления становится целесообразным использовать для гальванической развязки высокочастотные трансформаторы, на вход которых подается переменное напряжение повышенной частоты с последующим выпрямлением и фильтрацией выходного напряжения.

Другим широко распространенным способом гальванической развязки является использование оптопар, имеющих законченное конструктивное исполнение в виде отдельного компонента или разделенных оптоволоконным кабелем, проводящим световой поток. На рис. 12.14 представлен пример структурной схемы с ФИУ, вход которого гальванически развязан с системой управления, формирующей маломощный сигнал управления, поступающий на оптопару, состоящую из светодиода и фототранзистора.

Выходной сигнал последнего поступает на формирователь импульса управления ФИ У, которому необходим дополнительный источник питания U_w имеющий, как правило, свою гальваническую развязку с силовыми цепями.

Рис. 12.14. Схема с гальванической развязкой на основе оптопары.