如何關斷晶閘管（單向晶閘管）的陽極電流？

晶閘管是一種常見的半導體器件，由于其特殊的電氣特性，在各種電子設備和工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用。晶閘管作為一種單向導電器件，其特性在開關狀態(tài)和導通狀態(tài)之間切換，而其關斷行為是電路設計中一個重要的問題。本文將著重介紹如何關斷晶閘管的陽極電流，為此將從以下三個方面逐一展開。

1. 晶閘管的工作原理

晶閘管是一種特殊的半導體器件，通過控制其門極電壓來實現(xiàn)開關動作。晶閘管由四個PN結組成，可以看作是由一個PNPN結構組成，其中PNPN結構被稱為“整流器”。當晶閘管的電壓超過其額定電壓時，PNPN結構中最內(nèi)側的P區(qū)會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，使得該區(qū)域徹底導通，從而形成低阻通路。在此過程中，晶閘管將一個或多個PN結反向擊穿，進而使得整個器件導通。

當晶閘管導通后，它可以承載相當大的電流。這是由于PNPN結的內(nèi)部結構具有低導通電阻的特性，使得整個結構可以承受很高的電流。同時，由于晶閘管具有單向傳導性質，因此其導通時具有飽和電壓降，這使得其具有比可控硅更低的功率損耗。因此，在一些高功率帶載條件下，晶閘管常常比可控硅更加可靠和優(yōu)秀。

2. 晶閘管的關斷控制

晶閘管的關斷控制方式比較多，包括：1）降溫關斷；2）控制電路加大門極正向偏壓；3）在陽極電流經(jīng)過0時斷開門極電壓；4）反向電流穿越0點時，逐漸減小門極電壓；5）向晶閘管輸入負脈沖。

在這里我們重點討論從陽極電流經(jīng)過0點時斷開門極電壓的方式進行關斷控制。這種方式通常被稱為換流關斷。

換流關斷是一種在陽極電流經(jīng)過0點時斷開門極電壓的控制方式。此時，由于晶閘管的電流無法維持導通狀態(tài)，因此晶閘管將被強制關斷。具體方式為：在晶閘管電路中添加一段換流電路，在晶閘管陽極和負載之間串聯(lián)一個電感，同時在電感兩端并聯(lián)一個二極管。當晶閘管處于導通狀態(tài)時，電感中存儲的磁能將會持續(xù)提供電流給負載，同時二極管會在線路上形成回路，防止電感中的磁能迅速崩解。當陽極電流經(jīng)過0點時，由于電感中儲存的磁能已經(jīng)減少到零，此時二極管表現(xiàn)為發(fā)生發(fā)向電晶體的反向偏置電壓，此時晶閘管被強制關斷。

為了防止換流過程中可能會產(chǎn)生較大的電壓和電流沖擊，通常會在晶閘管環(huán)路中包含降壓電路和阻尼電路，以確保換流過程平緩無沖擊。

3. 實例分析

接下來我們將通過一個實例來具體介紹晶閘管的關斷過程。

假設我們需要使用晶閘管控制一個電阻負載，負載電阻為100歐姆，晶體管最大額定電流為1千安，在這種情況下，我們需要選擇一個1500伏特，1千安的晶閘管。此外，為了保護晶體管，我們需要在晶閘管陽極和負載電源間以及負載電源和地間分別串聯(lián)一個小型電感。此時我們可以按照下面的方式進行連接：

1）將負載連接到晶閘管的陽極端口

2）將晶閘管的陰極端口連接到負載電源上

3）在晶閘管與負載之間串聯(lián)兩個相等的小型電感

4）在隔離開的兩段電感上并聯(lián)兩個小型二極管，以形成換流回路

此時，當晶閘管處于導通狀態(tài)時，磁場將儲存在電感中，同時二極管在線路上形成回路。

當晶閘管被強制關斷時，電感中儲存的磁場能量將會轉化為運動能量，并流入負載，逐漸將負載電流降至零。此時二極管將會在線路中形成反向電流回路，保證了換流過程的平緩。一旦負載電阻降至零，盡管電流可能不斷流動，但隨著時間的推移，由于負載電阻已經(jīng)降為零，整個電路將逐漸消耗掉電流，并逐漸歸于靜止狀態(tài)。

綜上所述，晶閘管關斷控制是電路中一個重要的問題，在日常的電氣工程設計和安裝中具有廣泛的應用。除了換流關斷方式外，晶閘管的關斷還有多種方式，包括通過緊急關斷電路、機械開關、門極負脈沖控制、加強電源電壓和輸入負脈沖等方式來實現(xiàn)。因此，在實際應用中，需要根據(jù)具體情況來選擇合適的關斷控制方式。