如何关断晶闸管（单向晶闸管）的阳极电流？

如何关断晶闸管（单向晶闸管）的阳极电流？

晶闸管是一种常见的半导体器件，由于其特殊的电气特性，在各种电子设备和工业控制系统中广泛使用。晶闸管作为一种单向导电器件，其特性在开关状态和导通状态之间切换，而其关断行为是电路设计中一个重要的问题。本文将着重介绍如何关断晶闸管的阳极电流，为此将从以下三个方面逐一展开。

1. 晶闸管的工作原理

晶闸管是一种特殊的半导体器件，通过控制其门极电压来实现开关动作。晶闸管由四个PN结组成，可以看作是由一个PNPN结构组成，其中PNPN结构被称为“整流器”。当晶闸管的电压超过其额定电压时，PNPN结构中最内侧的P区会发生击穿现象，使得该区域彻底导通，从而形成低阻通路。在此过程中，晶闸管将一个或多个PN结反向击穿，进而使得整个器件导通。

当晶闸管导通后，它可以承载相当大的电流。这是由于PNPN结的内部结构具有低导通电阻的特性，使得整个结构可以承受很高的电流。同时，由于晶闸管具有单向传导性质，因此其导通时具有饱和电压降，这使得其具有比可控硅更低的功率损耗。因此，在一些高功率带载条件下，晶闸管常常比可控硅更加可靠和优秀。

2. 晶闸管的关断控制

晶闸管的关断控制方式比较多，包括：1）降温关断；2）控制电路加大门极正向偏压；3）在阳极电流经过0时断开门极电压；4）反向电流穿越0点时，逐渐减小门极电压；5）向晶闸管输入负脉冲。

在这里我们重点讨论从阳极电流经过0点时断开门极电压的方式进行关断控制。这种方式通常被称为换流关断。

换流关断是一种在阳极电流经过0点时断开门极电压的控制方式。此时，由于晶闸管的电流无法维持导通状态，因此晶闸管将被强制关断。具体方式为：在晶闸管电路中添加一段换流电路，在晶闸管阳极和负载之间串联一个电感，同时在电感两端并联一个二极管。当晶闸管处于导通状态时，电感中存储的磁能将会持续提供电流给负载，同时二极管会在线路上形成回路，防止电感中的磁能迅速崩解。当阳极电流经过0点时，由于电感中储存的磁能已经减少到零，此时二极管表现为发生发向电晶体的反向偏置电压，此时晶闸管被强制关断。

为了防止换流过程中可能会产生较大的电压和电流冲击，通常会在晶闸管环路中包含降压电路和阻尼电路，以确保换流过程平缓无冲击。

3. 实例分析

接下来我们将通过一个实例来具体介绍晶闸管的关断过程。

假设我们需要使用晶闸管控制一个电阻负载，负载电阻为100欧姆，晶体管最大额定电流为1千安，在这种情况下，我们需要选择一个1500伏特，1千安的晶闸管。此外，为了保护晶体管，我们需要在晶闸管阳极和负载电源间以及负载电源和地间分别串联一个小型电感。此时我们可以按照下面的方式进行连接：

1）将负载连接到晶闸管的阳极端口

2）将晶闸管的阴极端口连接到负载电源上

3）在晶闸管与负载之间串联两个相等的小型电感

4）在隔离开的两段电感上并联两个小型二极管，以形成换流回路

此时，当晶闸管处于导通状态时，磁场将储存在电感中，同时二极管在线路上形成回路。

当晶闸管被强制关断时，电感中储存的磁场能量将会转化为运动能量，并流入负载，逐渐将负载电流降至零。此时二极管将会在线路中形成反向电流回路，保证了换流过程的平缓。一旦负载电阻降至零，尽管电流可能不断流动，但随着时间的推移，由于负载电阻已经降为零，整个电路将逐渐消耗掉电流，并逐渐归于静止状态。

综上所述，晶闸管关断控制是电路中一个重要的问题，在日常的电气工程设计和安装中具有广泛的应用。除了换流关断方式外，晶闸管的关断还有多种方式，包括通过紧急关断电路、机械开关、门极负脉冲控制、加强电源电压和输入负脉冲等方式来实现。因此，在实际应用中，需要根据具体情况来选择合适的关断控制方式。