气体放电管在浪涌抑制电路的应用

择要：论说了浪涌电压爆发的机理，引见了气体放电管的任务原理、个性参数和在浪涌抑制电路中的运用。关键词：浪涌电压抑制；气体放电管；运用1  浪涌电压的爆发和抑制原理在电子系统和网络路线上，一再见遭到外界瞬时过电压搅扰，这些搅扰源重要蕴含：由于通断感性负载或启停大功率负载，路线阻拦等爆发的利用过电压；由于雷电等天然景遇诱发的雷电浪涌。这类过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变搅扰。浪涌电压会严重危险电子系统的恬适任务。消除浪涌噪声搅扰，住手浪涌危险始终是相干电子设备恬适稳定运转的核心题目。为了住手浪涌电压危害电子设备，一般给与分流进攻办法，即将浪涌电压在无比短的时间内与大地短接，使浪涌电流分流上天，达到减弱息争除过电压、过电流的目的，从而起到保护电子设备恬适运转的作用。2  浪涌电压抑制器件分类浪涌电压抑制器件根本上可以分为两大类型。第一种类型为橇棒（crow bar）器件。其重要特性是器件击穿后的残压很低，是以不仅无利于浪涌电压的迅速泄放，而且也使功耗大大低落。其它该类型器件的泄电流小，器件极间电容量小，以是对路线影响很小。经常使用的撬棒器件蕴含气体放电管、气隙型防雷器、硅双向对称开关（csspd）等。另外一种类型为箝位保护器，即保护器件在击穿后，其两端电压坚持在击穿电压上再也不回升，以箝位的形势起到保护作用。经常使用的箝位保护器是氧化锌压敏电阻(mov)，瞬态电压抑制器（tvs）等。3  气体放电管的构造及根本原理气体放电管给与陶瓷密闭封装，外部由两个或数个带间隙的金属电极，充以惰性气体（氩气或氖气）造成，根本形状如图1所示。当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时，气体放电管便开端放电，并由高阻酿成低阻，使电极两端的电压不超过击穿电压。

(a)  bb型                            (b)bbs型图1  气体放电管的根本形状4  气体放电管与其它浪涌抑制器件参数对照1）火花间隙（arc chopping）为两个状况象牛角的电极，相互间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到肯定水平凡，间隙被击穿打火放电，由此将过电流释放上天。益处：放电手段强，通流容量大（可做到100ka以上），泄电流小；漏洞：残压高（2～4kv），反应时间慢（≤100ns），有扈从电流（续流）。2）金属氧化物压敏电阻（metal oxside varistor）该器件在肯定温度下，导电性能随电压的添加而急剧增大。它是一种以氧化锌为重要因素的金属氧化物半导体非线性电阻。没有过压时呈高阻值状况，一旦过电压，立即将电压限定到肯定值，其阻抗突变为低值。益处：通流容量大，残压较低，反应时间较快（≤50ns），无扈从电流（续流）；漏洞：泄电流较大，老化速度绝对较快。3）瞬态抑制二极管（transient voltage suppressor）亦称齐纳二极管，是一种专门用于抑制过电压的器件。其核心局部是具备较大截面积的pn结，该pn结任务在雪崩状况时，具备较强的脉冲吸收手段。益处：残压低，行径精度高，反应时间快（<1ns），无扈从电流（续流）；漏洞：耐流手段差，通流容量小，一般只要几百安培。4）气体放电管(gas discharge tube)气体放电管可以用于数据线、有线电视、交流电源、电话系统等方面举办浪涌保护，一般器件电压范畴从75～10000v，耐袭击峰值电流20000a，可经受高达几千焦耳的放电。益处：通流量容量大，绝缘电阻高，泄电流小；漏洞：残压较高，反应时间慢（≤100ns），行径电压精度较低，有扈从电流（续流）。各类浪涌抑制器件的希独特性为器件在阈值电压如下都泛起高阻抗，一旦超过阈值电压，则阻抗便急剧升高，都对尖峰电压有肯定的抑建造用。但各自都出漏洞,是以按照细心的运用处合,一般给与上述器件中的一个可以几个的组合来组建相应的保护电路。各类浪涌抑制器件的参数对照见表1所列。表1  几种经常使用浪涌抑制器参数对照 　 气体放电管 压敏电阻 浪涌抑制二极管类型 橇棒 箝位 箝位反应时间 <1μs <50ns <1ns典范榜样电容量/pf 1 500～5000 50泄电流 <1pa 5～10μa 200μa最大放电电流/a（8×20μs波形） 20000 6500 505  气体放电管的重要参数1）反应时间指从外加电压超过击穿电压到爆发击穿景遇的时间，气体放电管反应时间一般在μs数量极。2）功率容量指气体放电管所能经受及散发的最大能量，其定义为在平稳的8×20μs电流波形下，所能经受及散发的电流。3）电容量指在特定的1mhz频率下测得的气体放电管两极间电容量。气体放电管电容量很小，一般为≤1pf。4）直流击穿电压当外施电压以500v/s的速率回升，放电管爆发火花时的电压为击穿电压。气体放电管具备多种不同规格的直流击穿电压，其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。5）温度范畴其任务温度范畴一般在－55℃～＋125℃之间。6）电流—电压个性曲线以美国克来电子公司cg2－230l气体放电管为例，如图2所示。7）绝缘电阻是指在外施50或100v直流电压时丈量的气体放电管电阻,一般>1010ω。

图2  电流—电压个性曲线6  气体放电管的运用示例1）电话机/传真机等各类通信设备防雷运用如图3所示。特性为低电流量，高继续电源，无泄电流，高稳定性。

图3  通信设备防雷运用2）气体放电管和压敏电阻组合造成的抑制电路图4是气体放电管和压敏电阻组合造成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有同等命漏洞：具备不波动的泄电流，性能较差的压敏电阻应用一段时间后，因泄电流变大可以会发热自爆。为处置这一题目在压敏电阻之间串入气体放电管。但这又带来了漏洞等于反应时间为各器件的反应时间之和。譬喻压敏电阻的反应时间为25ns，气体放电管的反应时间为100ns，则图4的r2,g,r3的反应时间为150ns，为刷新反应时间列入r1压敏电阻,这样可使反应时间为25ns。

图4  气体放电管和压敏电阻共同运用3）气体放电管在综合浪涌保护系统中的运用自动掌握系统所需的浪涌保护系统一般由二级或三级构成，利用各类浪涌抑制器件的特性，可以完成稳定保护。气体放电管一般放在路线输入端，做为一级防雷器件，经受大的浪涌电流。二级保护器件给与压敏电阻，在μs级时间范畴内更快地响应。对付高天真的电子电路，可给与三级保护器件tvs，在ps级时间范畴内对浪涌电压爆发响应。如图5所示。当雷电等浪涌到来时，tvs首先起动，会把瞬间过电压切确掌握在肯定的程度；若是浪涌电流大，则压敏电阻起动，并泄放肯定的浪涌电流；两端的电压会有所进步，直至鞭策前级气体放电管的放电，把大电流泄放到地。

图5  三级保护7  结语各类电子系统，以及通信网络等，一再见遭到外来的电磁搅扰，这些搅扰重要来自电源路线的暂态历程、雷击闪电、以及宇宙射电等。这些搅扰会使得系统行径失误甚至硬件毁坏。针对这些题目，要做好片面的预防保护办法，就需求先找到题目的本源，再选用合适的浪涌抑制器件予以处置。