Лекуанг Чуен, В. П. Лунин, В. Я. Фролов
Рис. 1. Осциллограмма напряжений на управляющем электроде тиристора при различных значениях анодного тока: ти = 1 В/дел, тl= 200 A/дел, mt = 50 мкс/дел
Определение возможного разбаланса токов в параллельных ветвях с тиристорами является одной из важных задач при проектировании мощных полупроводниковых коммутирующих устройств. Это объясняется тем, что степень неравномерности распределения тока, обусловленная неидентичностью вольтамперных характеристик приборов (ВАХ) и конструктивными факторами, определяет количество тиристоров в силовом блоке, коэффициент использования их по току, габариты и надежность. Учитывая, что современные методы конструирования полупроводниковых блоков позволяют практически полностью устранить влияние конструктивных факторов, представляется целесообразным выявление предельного разбаланса токов в цепях с тиристорами из-за разброса их ВАХ.
Аналитическое решение этой задачи встречает серьезные трудности из-за отсутствия достаточной информации о характеристиках приборов при изменении теплового состояния их структуры. Это вызывает необходимость проведения экспериментальных исследований. Однако существующие методики измерения токов в параллельных ветвях с помощью измерительных трансформаторов или шунтов не позволяют получить достоверную информацию, так как вносимые в силовую цепь датчики являются причиной принудительного выравнивания токов.
Как показывают экспериментальные исследования, дополнительно вносимая погрешность измерений при этом может достигать значений, соизмеримых с реальным разбалансом токов. Прежде всего это касается коммутационных режимов работы тиристорных блоков.
В настоящей работе рассматривается возможность измерения анодного тока в тиристоре по изменению напряжения на управляющем электроде.
Суть предлагаемой методики состоит в том, что градуировочные кривые исследуемых тиристоров, а именно зависимости напряжения на управляющем электроде от величины коммутируемого тока, скорости его нарастания и длительности протекания снимаются при одинаковом тепловом состоянии полупроводниковых приборов и при тех же условиях проводятся опытные исследования. При этом с целью уменьшения погрешности измерений при осциллографировании фиксировать значения напряжения и тока необходимо сразу после снятия импульса управления.
Рис. 1 иллюстрирует явно выраженную зависимость изменения напряжения на управляющем электроде от величины протекающего через прибор тока. В представленном на осциллограмме диапазоне токов напряжение на управляющем электроде тиристора увеличивается в среднем от (1,5...2) В до (2,5...4) В. При изменении величины анодного тока можно получить семейство кривых Uyэ= f(l), по которым строятся зависимости, учитывающие соотношения между напряжением на управляющем переходе и максимальной величиной коммутируемого тока в фиксированные моменты времени.
Рис. 2. Зависимости напряжения на управляющем электроде от величины коммутируемого
Такие зависимости для четырех тиристоров типа Т2-800 (рис. 2) были получены при различных скоростях нарастания анодного тока и неизменной его длительности. Скорость тока di/dt регулировалась в пределах (5... 100) А/мкс, что соответствует режимам работы тиристоров в быстродействующих коммутирующих устройствах. Зависимости на рис. 2 свидетельствуют о существенной неравномерности распределения тока по тиристорам.
Рис. 3. Результаты измерения распределения тока по тиристорам типа Т2-800
Причем по мере распространения включенного состояния структуры приборов неравномерность распределения тока увеличивается (рис. 3), что объясняется разбросом вольтамперных характеристик тиристоров и обусловлено технологией их изготовления. На начальном участке нарастания анодного тока (см. рис. 2) зависимости 1—4 (t = 25 мкс) имеют явно выраженный характер изменения в отличие от таковых при t = 140 мкс. Это обстоятельство дает возможность более точно измерить анодный ток тиристоров в динамических режимах их переключения.
Полученный расбаланс токов для исследуемых тиристоров показан на рис. 3, где ток (пунктирная линия) является результатом суммирования значений токов в четырех тиристорах, а ток получен с помощью измерительного шунта, введенного в общую цепь нагрузки. Построенные зависимости I — f(t) имеют хорошее совпадение и подтверждают достоверность методики измерений. Относительное расхождение сопоставляемых результатов не превышает 5%. Из представленных на рис. 3 зависимостей также видно, что максимальный разбаланс токов для тиристоров 3 и 4 в момент времени t = 140 мкс составляет 42% относительно усредненного значения тока и является определяющим при выборе количества параллельно соединенных приборов.
Выводы
1. Предлагаемая методика измерения тока в параллельно соединенных тиристорах исключает дополнительное введение элементов в основную токовую цепь, тем самым исключая принудительное выравнивание токов.
2. Разработанный метод экспериментального определения разбаланса токов в тиристорах по падению напряжения на управляющих электродах обеспечивает требуемую точность измерений, прост в реализации и может быть использован для контроля нагрузки током тиристоров в процессе их работы.
