如何關(guān)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(dǎo)體器件，由于其特殊的電氣特性，在各種電子設(shè)備和工業(yè)控制系統(tǒng)中廣泛使用。晶閘管作為一種單向?qū)щ娖骷?，其特性在開關(guān)狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)之間切換，而其關(guān)斷行為是電路設(shè)計中一個重要的問題。本文將著重介紹如何關(guān)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(dǎo)體器件，通過控制其門極電壓來實現(xiàn)開關(guān)動作。晶閘管由四個PN結(jié)組成，可以看作是由一個PNPN結(jié)構(gòu)組成，其中PNPN結(jié)構(gòu)被稱為“整流器”。當(dāng)晶閘管的電壓超過其額定電壓時，PNPN結(jié)構(gòu)中最內(nèi)側(cè)的P區(qū)會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，使得該區(qū)域徹底導(dǎo)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(jié)反向擊穿，進(jìn)而使得整個器件導(dǎo)通。

當(dāng)晶閘管導(dǎo)通后，它可以承載相當(dāng)大的電流。這是由于PNPN結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有低導(dǎo)通電阻的特性，使得整個結(jié)構(gòu)可以承受很高的電流。同時，由于晶閘管具有單向傳導(dǎo)性質(zhì)，因此其導(dǎo)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(guān)斷控制

晶閘管的關(guān)斷控制方式比較多，包括：1）降溫關(guān)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(fù)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(jìn)行關(guān)斷控制。這種方式通常被稱為換流關(guān)斷。

換流關(guān)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(dǎo)通狀態(tài)，因此晶閘管將被強(qiáng)制關(guān)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(fù)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(dāng)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電感中存儲的磁能將會持續(xù)提供電流給負(fù)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(dāng)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(qiáng)制關(guān)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(guān)斷過程。

假設(shè)我們需要使用晶閘管控制一個電阻負(fù)載，負(fù)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(hù)晶體管，我們需要在晶閘管陽極和負(fù)載電源間以及負(fù)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(jìn)行連接：

1）將負(fù)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(fù)載電源上

3）在晶閘管與負(fù)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(dāng)晶閘管處于導(dǎo)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(dāng)晶閘管被強(qiáng)制關(guān)斷時，電感中儲存的磁場能量將會轉(zhuǎn)化為運(yùn)動能量，并流入負(fù)載，逐漸將負(fù)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(fù)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(fù)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?fàn)顟B(tài)。

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