управление работой электронных вентилей с изолированным затвором

Формула изобретения

1. Способ управления работой электронного вентиля, имеющего электрически изолированный управляющий электрод (затвор G), способный управлять переключением вентиля (4), в частности способ управления работой биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), при осуществлении которого: начинают процесс запирания вентиля (процесс запирания), когда вентиль (4) полностью открыт, отводят с затвора (G) определенное количество заряда (заряд затвора), носителем которого является затвор (G), до тех пор, пока это не повлияет на рабочее состояние вентиля (4), измеряют отведенное количество заряда затвора и управляют вышеупомянутым процессом запирания и/или процессом запирания на протяжении последовательного цикла многократного запирания и открытия вентиля в зависимости от измеренного количества заряда.

2. Способ управления работой электронного вентиля, имеющего электрически изолированный управляющий электрод (затвор G), способный управлять переключением вентиля (4), в частности способ управления работой биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), при осуществлении которого: начинают процесс запирания вентиля (процесс запирания), когда вентиль (4) полностью открыт, отводят с затвора (G) определенное количество заряда (заряд затвора), носителем которого является затвор (G), пока не будет достигнуто заданное рабочее состояние вентиля (4), измеряют временной интервал, на протяжении которого с затвора отводят указанное количество заряда, и управляют вышеупомянутым процессом запирания и/или процессом запирания на протяжении последовательного цикла многократного запирания и открытия вентиля в зависимости от измеренного временного интервала.

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором количество заряда затвора или временной интервал измеряют на протяжении или в течение начальной стадии процесса запирания, причем за начальной стадией (t1; t2) следует вторая стадия (t2; t3) того же процесса запирания, и при увеличении измеренного заряда затвора разрядный ток, который разряжает затвор (G) на второй стадии процесса запирания, уменьшают по сравнению с другими процессами запирания вентиля (4), и наоборот.

4. Способ по предыдущему пункту, в котором указанной второй стадией является стадия, на которой в результате дальнейшего уменьшения заряда затвора значительно ослабляется ток, носителем которого является вентиль (4).

5. Способ по п.1 или 2, в котором начало временного интервала (t1; t2) определяется моментом времени (t1), в который блок (3) управления вентилем принимает управляющий сигнал, инициирующий начало процесса запирания.

6. Способ по п.1 или 2, в котором временной интервал (t1; t2) завершается при наступлении заданного события, обнаруживаемом блоком (3) управления вентилем, регулирующим разрядку затвора (G).

7. Способ по предыдущему пункту, в котором заряд, носителем которого является затвор (G), является насыщенным на момент начала временного интервала (t1; t2), и временной интервал (t1; t2) завершается, когда заряд, носителем которого является затвор (G), становится ненасыщенным.

8. Способ по п.6, в котором временной интервал (t1; t2) завершается, когда напряжение в цепи коллектор-эмиттер вентиля (4), увеличивающееся в процессе запирания, достигает заданного порогового значения.

9. Способ измерения тока (ток вентиля), носителем которого является электронный вентиль (4), имеющий электрически изолированный управляющий электрод (затвор G), способный управлять переключением вентиля, в частности биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), при осуществлении которого: начинают процесс запирания вентиля (процесс запирания), когда вентиль (4) полностью открыт, отводят с затвора (G) определенное количество заряда (заряд затвора), носителем которого является затвор (G), до тех пор, пока это не повлияет на рабочее состояние вентиля (4), измеряют отведенное количество заряда затвора и

определяют ток (IV) вентиля в зависимости от измеренного количества заряда.

10. Способ измерения тока (ток вентиля), носителем которого является электронный вентиль (4), имеющий электрически изолированный управляющий электрод (затвор G), способный управлять переключением вентиля, в частности биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), при осуществлении которого: начинают процесс запирания вентиля (процесс запирания), когда вентиль (4) полностью открыт, отводят с затвора (G) определенное количество заряда (заряд затвора), носителем которого является затвор (G), пока не будет достигнуто заданное рабочее состояние вентиля (4), измеряют временной интервал, на протяжении которого с затвора отводят указанное количество заряда, и определяют ток (IV) вентиля в зависимости от временного интервала.

11. Устройство для измерения тока (ток вентиля), носителем которого является электронный вентиль (4), имеющий электрически изолированный управляющий электрод (затвор G), способный управлять переключением вентиля, в частности биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), содержащее: разрядный блок (18), содержащий соединяемый с затвором (G) контакт и способный возбуждать разрядный ток (IG) от затвора, измерительный блок (19), выполненный с возможностью измерения количества заряда (заряд затвора), который отводят с затвора (G) до тех пор, пока это не повлияет на рабочее состояние вентиля (4), пусковой блок (19), выполненный с возможностью запуска измерения количества заряда, когда вентиль полностью открыт, выключающий блок (14, 19), выполненный с возможностью прекращения измерения количества заряда при наступлении заданного события.

12. Устройство для измерения тока (ток вентиля), носителем которого является электронный вентиль (4), имеющий электрически изолированный управляющий электрод (затвор G), способный управлять переключением вентиля, в частности биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), содержащее: разрядный блок (18), содержащий соединяемый с затвором (G) контакт и способный возбуждать разрядный ток (IG) от затвора, измерительный блок (19), выполненный с возможностью измерения временного интервала, на протяжении которого с затвора отводится определенное количество заряда затвора, пусковой блок (19), выполненный с возможностью запуска измерения временного интервала, когда вентиль полностью открыт, выключающий блок (14, 19), выполненный с возможностью прекращения измерения временного интервала при достижении заданного рабочего состояния вентиля (4).

13. Устройство по предыдущему пункту, содержащее блок (3) управления вентилем, который включает в себя измерительный блок (19) или соединен с измерительным блоком, причем блок (3) управления вентилем выполнен с возможностью управления процессом запирания вентиля (4) путем регулирования дальнейшей разрядки затвора (G) в зависимости от результата измерения, осуществляемого измерительным блоком (19).

14. Устройство по п.12 или 13, в котором измерительный блок (19) содержит блок измерения времени, выполненный с возможностью определения по меньшей мере окончания временного интервала, на протяжении которого с затвора (G) отводится указанное количество заряда затвора.

15. Устройство по предыдущему пункту, в котором блок (19) измерения времени соединен с сигнальным входом для приема пускового сигнала, который инициирует начало процесса разрядки затвора (G).

16. Устройство по п.12 или 13, в котором выключающий блок (14, 19) содержит компаратор (14), соединенный с источником эталонного сигнала и выполненный с возможностью сравнения эталонного сигнала с сигналом, представляющим рабочее состояние вентиля (4).

17. Устройство (1) для управления работой преобразователя, содержащее устройство по одному из предыдущих пунктов, причем преобразователь (3, 4) содержит множество электронных вентилей (4), которые во время работы преобразователя (3, 4) многократно включаются и выключаются для преобразования, в частности преобразования постоянного тока в переменный ток и/или наоборот, а выход измерительного блока (19) соединен с устройством (5) управления преобразователем, которое соединено с каждым из множества блоков (3) управления вентилями и выполнено с возможностью управления работой множества блоков (3) управления вентилями и тем самым управления работой преобразователя (3, 4).

18. Устройство по предыдущему пункту, в котором каждый из блоков (3) управления вентилями содержит измерительный блок (19).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к управлению работой электронных вентилей, имеющих изолированный затвор, в частности к управлению работой биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ). В частности, изобретение относится к включающим такие вентили силовым преобразователям высокой мощности, например, для снабжения электроэнергией приводного электродвигателя тягового железнодорожного подвижного состава. Кроме того, изобретение относится к соответствующему устройству. Термин "затвор" включает в себя любой электрически изолированный управляющий электрод, который используется для управления коммутационным состоянием вентиля.

Обычно преобразователи включают в себя множество электронных вентилей, которые во время работы преобразователя многократно включаются и выключаются для преобразования тока и/или напряжения. Процессом переключения каждого из электронных вентилей управляет блок управления вентилем, который непосредственно соединен с электронным вентилем. В частности, преобразователем может являться преобразователь постоянного тока в переменный, который преобразует постоянный ток в переменный ток, и/или наоборот. Точнее изобретение относится к преобразователям высокой мощности для применения в таких областях, как снабжение электроэнергией приводных (тяговых) электродвигателей тягового железнодорожного подвижного состава.

Преобразователи указанного выше типа хорошо известны из практики. Например, преобразователем может являться преобразователь постоянного тока в переменный, у которого сторона постоянного тока (первый преобразователь) посредством промежуточной цепи постоянного тока соединена с преобразователем переменного тока в постоянный (вторым преобразователем), который соединен с сетью переменного тока. Сторона переменного тока первого преобразователя может быть соединена с нагрузкой трехфазным переменным током, такой как асинхронный электродвигатель. Предусмотрено устройство управления преобразователем, которое управляет работой электронных вентилей преобразователя и таким образом работой преобразователя. На каждый из вентилей предусмотрен блок управления вентилем, при этом каждый из блоков управления вентилями соединен с устройством управления преобразователем. Для обеспечения быстрой передачи управляющих сигналов из устройства управления преобразователем в блоки управления вентилями в качестве управляющих сигналов могут использоваться световые импульсные сигналы, передаваемые по линии передачи оптических сигналов, такой как стекловолоконный кабель. Устройство управления преобразователем и блоки управления вентилями имеют соответствующие устройства преобразования для преобразования аналоговых или цифровых сигналов в оптические сигналы, или наоборот.

Для управления таким преобразователем обычно необходима информация о токах фаз (фазных токах) на стороне переменного тока преобразователя. Обычно для измерения фазных токов используют преобразователи тока. Недавно стали использовать измерительные устройства на эффекте Холла. Однако изготовление и монтаж таких измерительных устройств, а также соответствующей кабельной проводки является дорогостоящим и трудоемким. К тому же для измерительного устройства на эффекте Холла необходим источник питания. Кроме того, чтобы обеспечить работу преобразователя, могут потребоваться дублирующие измерительные устройства.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки способа, позволяющего с меньшими усилиями и затратами осуществлять измерения тока, носителем которого является вентиль (ток вентиля). Другой задачей является создание соответствующего устройства.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является улучшение переключения вентиля.

Подразумевается, что термин ток вентиля означает ток, который протекает через вентиль при открытом вентиле. Когда вентиль полностью открыт, через него может протекать максимальный ток вентиля. Когда вентиль заперт, через него не может протекать ток вентиля.

На практике вентилем может являться БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором, англ. сокр. IGBT от Insulated Gate Bipolar Transistor). Вместе с тем, в настоящем изобретении также может применяться любой вентиль, имеющий изолированный затвор (такой как полевой МОП-транзистор, англ. сокр. MOSFET, от Metal Oxide Field Effect Transistor), способный управлять открытием и запиранием (закрытием) вентиля.

В основу настоящего изобретения положено осознание следующего физического эффекта: когда вентиль полностью открыт, заряд, который несет затвор, обычно является насыщенным. Это означает, что заряд может быть отведен с затвора без значительного воздействия на рабочее состояние вентиля, т.е. влияние на ток вентиля не оказывается, а напряжение в цепи коллектор-эмиттер остается равным приблизительно нолю. Однако количество заряда, которое может быть отведено без изменения рабочего состояния вентиля (т.е. повторного насыщения заряда затвора), зависит от величины тока вентиля. Это, в частности, имеет место при многократном включении и выключении вентиля, вследствие чего затвор многократно заряжается и разряжается.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения для разрядки затвора используют стабилизированный (неизменяющийся по величине) ток и определяют временной интервал пропускания стабилизированного разрядного тока. В частности, временной интервал может начаться после того, как блок управления вентилем примет от внешнего устройства, такого как устройство управления преобразователем, пусковой сигнал, который инициирует начало процесса запирания вентиля. Кроме того, завершение временного интервала может определяться заданным рабочим состоянием вентиля, например достижением заданного порогового значения напряжения в цепи коллектор-эмиттер. Например, временной интервал может измеряться счетчиком, соединенным с генератором, который периодически генерирует синхронизирующие импульсы. Вместе с тем, в качестве альтернативы могут применяться другие способы определения временного интервала.

Одним из преимуществ использования стабилизированного разрядного тока является высокая точность результатов измерений. Другим преимуществом является то, что существуют блоки управления вентилями, так называемые приводы затворов (GDU, от английского - Gate Drive Units), которые представляют собой высокоточные усилители источника тока, способные вырабатывать высокостабилизированный разрядный ток. Кроме того, блоки управления вентилями этого типа также включают в себя другие элементы и устройства, которые могут использоваться для измерения количества заряда, отводимого с затвора, например блок цифровой обработки (такой как программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA, от английского - field programmable gate array), специализированная интегральная микросхема (ASIC, от английского - Application-Specific Integrated Circuit) или сложное устройство с программируемой логикой (CPLD, от английского - Complex Programmable Logic Device), счетчик, компаратор и преобразователь сигналов, а также сигнальный выход и вход для обмена сигналами с устройством управления преобразователем.

Дополнительной идеей, предложенной в изобретении, является использование результата измерения с целью его дополнительного контроля или по меньшей мере одного из последующих процессов запирания вентиля. В частности, блок управления вентилем способен корректировать (адаптировать) величину разрядного тока, разрядное напряжение и/или адаптировать выбор времени процесса разрядки в зависимости от результата измерения. Например, для выбора разрядного тока достаточно очень простой логической схемы. Можно с высокой степенью воспроизводимости определить поведение напряжения в цепи коллектор-эмиттер в течение процесса запирания. В результате, может быть повышена точность выбора времени для процесса переключения и тем самым сокращены потери при переключении и повышена безопасность переключения.

Можно обходиться без дополнительных измерительных приборов, таких как измерительный прибор на эффекте Холла. Также может быть исключена соответствующая кабельная проводка и монтажные работы. Может быть упрощена, и могут быть уменьшены размеры системы электроснабжения устройства управления преобразователем. Также может быть уменьшен ее вес.

Способ измерения тока вентиля может быть, в частности, осуществлен, когда вентиль полностью открыт. В одном из предпочтительных вариантов осуществления измерение начинают в тот момент, когда начинается процесс запирания вентиля. На этой начальной стадии запирания вентиля ток вентиля еще может свободно протекать через вентиль (открытое состояние). Когда вентиль полностью открыт, затвор является носителем электрического заряда, положительного или отрицательного в зависимости от типа вентиля. На начальной стадии (которую можно назвать первой стадией ) с затвора отводят определенное количество заряда и измеряют это количество заряда или количественный параметр, зависящий от него.

Ток вентиля определяют в зависимости от измеренного количества заряда или другого количественного параметра. Термин определение не ограничен расчетом абсолютного значения тока вентиля. Вместо этого может быть определен уровень тока вентиля относительно предыдущего уровня. В более общем смысле может быть определен показатель или параметр тока вентиля, и этот показатель может использоваться, например, в процессе управления вентилем.

Измерение может быть начато в первом заданном рабочем состоянии вентиля и/или в первый момент времени, которым является момент начала разрядки затвора или который на фиксированное время отличается от момента начала.

Измерение предпочтительно осуществляют в каждом из множества блоков управления вентилями преобразователя, а результаты измерений передают в устройство управления преобразователем. Например, преобразователь имеет три ветви, каждая из которых представляет собой последовательное соединение двух вентилей и соединена с напряжением постоянного тока, при этом контакт каждой из ветвей между двумя вентилями соединен со стороной переменного тока преобразователя. В этом случае каждый из блоков управления вентилями способен измерять напряжение постоянного тока, если соответствующий управляемый вентиль находится в отрытом состоянии, а другой вентиль той же ветви находится в закрытом состоянии. Например, устройство управления преобразователем может обрабатывать измеренные значения, принимаемые от различных вентилей одной ветви, и может управлять переключением этих вентилей на основании значений измерений, принимаемых от обоих вентилей.

В частности, с целью обеспечения непрерывной работы устройство управления преобразователем может многократно принимать измеренные значения по меньшей мере от одного блока управления вентилем и может использовать по меньшей мере часть из принимаемых значений для управления работой множества блоков управления вентилями.

По меньшей мере один блок управления вентилем способен генерировать измерительный сигнал, который представляет измеренное значение и который может быть преобразован в цифровой сигнал и/или в импульсный сигнал (например, световой импульсный сигнал), передаваемый устройству управления преобразователем.

Кроме того, в изобретении предложено устройство для измерения тока (ток вентиля), носителем которого является электронный вентиль, имеющий электрически изолированный управляющий электрод (затвор), способный управлять переключением вентиля, в частности биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ). Предлагаемое в изобретении устройство содержит

разрядный блок, содержащий соединяемый с затвором контакт и способный возбуждать разрядный ток от затвора,

измерительный блок, выполненный с возможностью измерения количества заряда (заряд затвора), отводимого с затвора, или измерения количественного параметра, зависящего от отводимого количества заряда,

пусковой блок, выполненный с возможностью запуска измерения количества заряда или другого количественного параметра, когда вентиль полностью открыт,

выключающий блок, выполненный с возможностью прекращения измерения количества заряда или другого количественного параметра при наступлении заданного события.

Устройство может иметь блок управления вентилем, который включает в себя измерительный блок или соединен с измерительным блоком. Блок управления вентилем выполнен с возможностью управления процессом запирания вентиля путем регулирования дальнейшей разрядки затвора в зависимости от результата измерения, осуществляемого измерительным блоком.

Измерительный блок может содержать блок измерения времени, выполненный с возможностью определения по меньшей мере окончания временного интервала, на протяжении которого с затвора отводится определенное количество заряда. По меньшей мере означает, что также может определяться начало временного интервала. В частности, начало и окончание временного интервала можно инициировать с использованием соответствующих сигналов. Сигналы принимает, например, счетчик, который определяет начало и окончание временного интервала, начиная или прекращая процесс отсчета.

В частности, блок измерения времени может быть соединен с сигнальным входом для приема пускового сигнала, который инициирует начало процесс разрядки затвора.

Выключающий блок может иметь компаратор, который соединен с источником эталонного сигнала и способен сравнивать эталонный сигнал с сигналом, представляющим рабочее состояние вентиля.

Кроме того, в изобретении предложено устройство для управления работой преобразователя, которое содержит описанное выше устройство. Преобразователь содержит множество электронных вентилей, которые во время работы преобразователя многократно включаются и выключаются для преобразования, в частности преобразования постоянного тока в переменный ток, и/или наоборот. Выход измерительного блока соединен с устройством управления преобразователем, которое соединено с каждым из множества блоков управления вентилями и выполнено с возможностью управления работой множества блоков управления вентилями и тем самым управления работой преобразователя.

Каждый из блоков управления вентилями может содержать измерительный блок в том или ином варианте.

По сравнению с обычными устройствами необходимы лишь незначительные изменения аппаратных средств. В частности, измерительный сигнал может поступать из блока управления вентилем в устройство управления преобразователем. Тем не менее, поскольку для передачи сигналов из блоков управления вентилями в устройство управления преобразователем обычно предусмотрены сигнальные линии, дополнительные затраты невелики. Существующие решения обеспечивают выполнение соответствующих требований к изоляции, касающихся электрической изоляции между измерительным блоком в устройстве управления вентилем, с одной стороны, и сигнальной линией, с другой стороны. Таким образом, дополнительные расходы невелики.

Измерительным блоком существующего типа, используемым в устройстве управления вентилем, может являться резистивный делитель напряжения, способный измерять напряжение в цепи коллектор-эмиттер. За счет этого напряжение в цепи коллектор-эмиттер может использоваться для определения окончания временного интервала (в частности окончания начальной стадии разрядки затвора). Результат измерения напряжения может быть передан устройству управления преобразователем.

Далее со ссылкой на приложенные чертежи описан пример настоящего изобретения (который соответствует предпочтительному варианту осуществления изобретения).

На фиг.1 схематически показано устройство 1, включающее преобразователь постоянного тока в переменный и устройство управления преобразователем,

на фиг.2 - схема одного из электронных вентилей, показанных на фиг.1, и детали соответствующего блока управления вентилем,

на фиг.3 - детали блока управления вентилем и

на фиг.4 - ток вентиля, ток затвора и напряжение в цепи коллектор-эмиттер как функции времени в процессе запирания вентиля.

Показанный на фиг.1 преобразователь постоянного тока в переменный содержит шесть электронных вентилей 4a-4f, которыми в данном примере являются БТИЗ. Каждый из вентилей 4a-4f объединен с одним блоком 3a-3f управления вентилем, который соединен с затвором соответствующего вентиля 4a-4f. Шесть вентилей 4a-4f расположены в виде трех ветвей, при этом каждая из ветвей содержит по два вентиля 4а, 4b; 4с, 4d; 4е, 4f, которые последовательно соединены друг с другом, за счет чего каждая из ветвей соединяет электрические линии 2а, 2b промежуточной цепи постоянного тока. Контакт (обозначенный кружком) между двумя вентилями каждой ветви соединен с одной из трех линий 6а, 6b, 6с переменного тока.

Устройство управления преобразователем для управления работой блоков 3a-3f управления вентилями соединено с блоками 3a-3f управления вентилями сигнальными линиями 7a-7f. Во время работы преобразователя устройство 5 управления преобразователем передает импульсные сигналы блокам 3a-3f управления вентилями, в частности световые импульсные сигналы. Например, соответствующий блок 3 управления вентилем срабатывает на выключение связанного с ним вентиля 4, если этот блок 3 управления вентилем принял начало светового импульса. Если световой импульс завершается, блок 3 управления вентилями срабатывает на выключение связанного с ним вентиля 4.

Согласно настоящему изобретению каждая из сигнальных линий 7a-7f также может использоваться для передачи сигналов обратной связи блока 3 управления вентилями в устройство 5 управления преобразователем, включая сигналы, которые отображают значения измеренного напряжения на соответствующем вентиле. Каждая из сигнальных линий 7a-7f включает множество сигнальных соединений, например множество стекловолоконных кабелей.

На фиг.2 показан предпочтительный вариант осуществления блока 3a-3f управления вентилями, например блока 3b управления вентилем. Для ясности на фиг.2 показаны только компоненты блока 3b управления вентилем, которые используются для измерения напряжения. Другие компоненты опущены.

Блок 3b управления вентилем представляет собой резистивный делитель напряжения, который состоит из последовательного соединения двух резисторов 15, 16. Последовательное соединение с одного конца соединено с положительным потенциалом источника питания блока 3b управления. Другой конец последовательного соединения (соединительная точка В, которая может быть соединена с нулевым потенциалом или землей) соединен со стороной ветви, соединенной с линией 2а постоянного тока. Соединительная точка А между двумя резисторами соединена с ветвью БТИЗ 4а, 4b, а именно контактной точкой между БТИЗ 4а, 4b. Это соединение между соединительной точкой А и ветвью реализовано посредством по меньшей мере одного диода 27, 28, при этом точка А соединена с анодом диода(-ов).

В показанном примере используют последовательное соединение двух диодов 28, 29. В альтернативных вариантах осуществления может использоваться большее число диодов. Обычно размеры диода или диоды следует выбирать таким образом, чтобы они были способны выдерживать максимальную разность потенциалов (предотвращать пробой) между ветвью и точкой А, если потенциал в ветви превысит потенциал в точке А. При условии, что потенциал в ветви ниже потенциала в точке А (что зависит в основном от уровня положительного потенциала), потенциал в точке А приблизительно равен потенциала в ветви между двумя вентилями 4а, 4b. Например, положительный потенциал может составлять порядка +20 В, резистор 15 может иметь сопротивление 1 кОм, а резистор 16 может иметь сопротивление 100 Ом.

В примере, проиллюстрированном на фиг.2, в компаратор 14 подают подвергнутое делению напряжение на резисторе 16, т.е. между контактами А, В. Этот компаратор сравнивает сигнал напряжения на линии 12 (которая соединяет контакт А с одним входом компаратора 14) с эталонным сигналом на линии 17, соединенной со вторым входом компаратора 14. Эталонным сигналом может являться, например, сигнал напряжения в диапазоне от 5 до 15 В, в частности 10 В (максимальное напряжение в цепи коллектор-эмиттер может составлять несколько тысяч вольт, когда вентиль заперт). На выходе компаратора 14 получают соответствующий опорный сигнал и передают его преобразователю 11 сигналов, который может входить в блок 13 цифровой обработки (фиг.3) блока 3b управления вентилем. Выход преобразователя 11 сигналов соединен с сигнальной линией 7b.

Кроме того, блок 3b управления вентилем имеет схему управлении током для регулирования тока вентиля 4b к затвору и от затвора G. Этой схемой может являться блок 13 цифровой обработки, в который входит преобразователь 11 сигналов. Схема соединена с усилителем 18 источника тока, способным возбуждать ток в направлении к источнику тока и от него. В частности, он способен вырабатывать высокостабилизированный ток.

На фиг.3 показаны подробности предпочтительного варианта осуществления блока 3b управления вентилем. Элементы или устройства, аналогичные описанным со ссылкой на фиг.2, обозначены такими же позициями. Позицией 20 обозначен элемент блока 13 цифровой обработки, который может быть реализован в виде аппаратного и/или программного средства, способного управлять усилителем 18 источника тока.

Компаратор 14 соединен с первым входом счетчика 19. Второй вход счетчика 19 соединен с генератором 24, который периодически передает синхронизирующие импульсы на постоянной частоте счетчику 19 и другим элементам блока 3b управления вентилем. Третий вход счетчика служит для приема пускового сигнала, который инициирует начало процесса запирания вентиля 4b. Другие элементы блока 13 цифровой обработки могут принимать и использовать этот же пусковой сигнал для инициирования процесса запирания. В частности, после приема пускового сигнала элемент 20 управляет усилителем 18 источника тока таким образом, чтобы начался процесс разрядки затвора G. Устройство 5 управления преобразователем генерирует инициирующий сигнал и по линии 7b передает его блоку 3b управления вентилем (на фиг.3 не показано соединение линии 23 с линией 7b).

После приема пускового сигнала счетчик 19 начинает процесс отсчета синхронизирующих импульсов. Как только компаратор 14 обнаруживает, что величина сигнала на линии 12 достигла величины эталонного сигнала на линии 17, т.е., что напряжение в цепи коллектор-эмиттер достигло заданного порогового значения, компаратор 14 передает счетчику 19 сигнал, прекращающий процесс отсчета. Число отсчитанных импульсов соответствует длительности временного интервала, на протяжении которого происходит разрядка затвора G с использованием стабилизированного тока. Таким образом, это число является показателем длительности и количества заряда, которое было отведено с затвора G. Согласно изобретению этот показатель также соответствует току вентиля, носителем которого являлся вентиль 4b непосредственно перед началом процесса запирания. Поскольку длительность временного интервала обычно составляет порядка нескольких микросекунд, величина тока остается постоянной по меньшей мере на протяжении первой части временного интервала до того, как вентиль начнет закрываться.

Данный показатель может использоваться внутри блока 13 цифровой обработки для управления вентилем 4b и передается преобразователю 11 сигналов, который по линии 7b передает соответствующий преобразованный сигнал устройству управления преобразователем.

На фиг.4 проиллюстрирован ток IG, IG' затвора и ток IV, IV' вентиля на протяжении двух различных процессов запирания вентиля. Кроме того, показано напряжение на вентиле 4b (напряжение VCE V в цепи коллектор-эмиттер). Символом t обозначено время. Функции первого процесса обозначены символами IG, IV и VCE V. Временные функции второго процесса обозначены символами IG', IV' и VCE V'. Как первым, так и вторым процессом может являться один из множества последовательных процессов запирания затвора (т.е. выключение) во время работы преобразователя, показанного на фиг.1. Первый процесс и второй процесс связаны с различными стадиями работы вентиля. Сплошными линиями показан первый процесс. Там, где второй процесс отличается от первого процесса, оно показан пунктирными линиями.

В начале первого процесса ток IV вентиля значительно превышает ток IV вентиля в начале второго процесса. Это означает, что прежде чем вентиль начнет закрываться согласно первому процессу, с затвора необходимо меньшее количество заряда, чем согласно второму процессу. Поскольку эта информация известна из предшествующих процессов запирания вентиля (например, из процесса, который осуществлялся непосредственно перед первым процессом), ток IG затвора может быть включен раньше, чем согласно второму процессу, и в соответствии с инициирующим сигналом, который начинает процесс запирания вентиля. Тем не менее, как показано на фиг.4, этот случай не относится к рассматриваемому примеру. Оба процесса начинаются после приема пускового сигнала (в момент t1). В качестве альтернативы между приемом пускового сигнала и началом процесса запирания может быть предусмотрена задержка. В качестве дополнительной альтернативы, устройство управления преобразователем может учитывать различный ток вентиля и передавать инициирующий сигнал, который инициирует начало процесса разрядки раньше или позже в зависимости от величины тока вентиля. В этом случае (который может соответствовать случаю, показанному на фиг.4) после приема пускового сигнала блок управления вентилем может без задержки начать процесс разрядки. Таким образом, после приема пускового сигнала может быть начато измерение временного интервала согласно варианту осуществления, показанному на фиг.3.

В случае, показанном на фиг.4, измерение длительности временного интервала, который необходим для отвода заряда затвора, прежде чем вентиль начнет закрываться (начальная стадия процесса запирания) в обоих процессах начинают в момент t1. В первом процессе временной интервал завершается в момент t1'. Во втором процессе временной интервал завершается в момент t1. В обоих случаях временной интервал завершается, когда напряжение в цепи коллектор-эмиттер достигает заданного порогового значения или происходит другое заданное событие. Вместе с тем, в последующих процессах запирания вентиля окончание временного интервала может отличаться, если ток вентиля не меняется, но меняются внешние условия эксплуатации (например, температура и электрическая нагрузка, подключенная к вентилю). Это означает, что при управлении процессом запирания вентиля также могут быть учтены эти внешние условия эксплуатации.

В порядке пояснения используемой в описании терминологии: процесс запирания начинают путем разрядки затвора, когда вентиль полностью открыт, а затвор (или, более точно, заряд затвора) насыщен. Отвод определенного количества заряда затвора не повлияет (или существенно не повлияет) на ток, носителем которого является вентиль. Это означает, что на начальной стадии (или первой стадии) процесса запирания вентиль еще фактически полностью открыт. Затем на протяжении второй стадии, которая следует за первой стадией, в результате дальнейшей разрядки затвора происходит значительное ослабление тока, носителем которого является вентиль.

В любом случае длительность временного интервала (первой стадии) измеряют и учитывают на последующей второй стадии процесса запирания, на протяжении которой вентиль закрывается.

На второй стадии ток IG, IG' затвора адаптируют в зависимости от результата измерения. В примере, проиллюстрированном на фиг.4, абсолютная величина разрядного тока в первом процессе больше на протяжении второй стадии (т.е. отрицательные величины больше, и с затвора отводят большее количество заряда в единицу времени). Следовательно, напряжение в цепи коллектор-эмиттер (т.е. производная по времени напряжения в цепи коллектор-эмиттер, см. и VCE V и VCE V') может поддерживаться одинаковым на протяжении второй стадии любого процесса.

Длительность интервала [t1; t2] может составлять, например, от 1 до 5 микросекунд. С помощью цифрового датчика времени, работающего на стандартных синхронизирующих частотах, можно с высокой точностью определять изменения временного интервала. При использовании преобразователей, применимых для работы с большой мощностью, такой как снабжение электроэнергией приводных электродвигателей тягового железнодорожного подвижного состава, измерение тока вентиля может осуществляться с точностью от 10 до 50 А при токах вентиля, например, от 200 до 5000 А.