如何關斷晶閘管（單向晶閘管）的陽極電流？

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控制系統中廣泛使用。晶閘管作為一種單向導電器件，其特性在開關狀態和導通狀態之間切換，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結構中最內側的P區會發生擊穿現象，使得該區域徹底導通，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，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一個電感，同時在電感兩端并聯一個二極管。當晶閘管處于導通狀態時，電感中存儲的磁能將會持續提供電流給負載，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。當陽極電流經過0點時，由于電感中儲存的磁能已經減少到零，此時二極管表現為發生發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生較大的電壓和電流沖擊，通常會在晶閘管環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兩個相等的小型電感

4）在隔離開的兩段電感上并聯兩個小型二極管，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，由于負載電阻已經降為零，整個電路將逐漸消耗掉電流，并逐漸歸于靜止狀態。

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。因此，在實際應用中，需要根據具體情況來選擇合適的關斷控制方式。