气体放电管的特性_气体放电管的特征参数、应用电路及使用注意事项

一、浪涌电流说明

在使用器件抑制系统中的瞬态干扰时，前提需要明确应用场合和测试规范标准。继续上一推，先分析《GB/T 17626.5 电磁兼容试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》，规范规定不测试不同形状的开路电压和短路电流波形：

对于连接到对称通信线路的端口，使用开路电压波形为10/700s(波前时间为10s，半峰时间为700s)的组合波发生器，该发生器对应的短路电流波形为5/320 s.

对于连接电源线和短距离信号互连线的端口，使用1.2/50s的组合波发生器，该发生器对应的短路电流波形为8/20 s。

这两个波形本身并不矛盾。数值上的线性是由于发生器的有效输出阻抗固定在2(110%)，但它们的外观彼此相反。浪涌发生器输出波形的确定取决于负载设备端口的输入阻抗。当作为负载的被测设备端口呈现高阻抗时(如端口无保护电路，或保护电路断开或不开始工作)，判断标准为规定的开路电压波形；当作为负载的被测设备端口呈现低阻抗时(如保护电路短路)，判据是规定的短路电流波形。

二、关于气体放电管

压敏电阻的峰值电流耐受能力确实很大，但是箝位效果比较差，箝位电压会比较高。同时箝位吸收引起的发热会破坏自身结构，泄漏电流会随着浪涌次数的增加而增加。

气体放电管是两类雷电浪涌抑制器件中“开关器件”的代表。放电管本身的寄生电容很小，可以看作是一个低电容的对称开关。当放电管两端电压高于击穿电压时，开关断开，将浪涌能量直接泄放到地。它的抑制作用可以用下图形象地表示出来：

1、变阻器结构

气体放电管(GDT)，又称陶瓷气体放电管，是由金属电机和陶瓷管壳组成的密封气体放电器件。其结构如下图所示，有二极管和二极管，一般用于对地过压保护。具体来说，它采用金属化陶瓷绝缘外壳和电焊技术将少量气体(主要是稀有气体氖和氩)密封在里面。通过改变内部气体压力、电机涂层材料成分和电极间距，可以改变GDT的DC击穿电压、冲击击穿电压、工频电流耐受能力和寿命。

气体放电管的工作过程可以解释为：a .当气体放电管两端的电压超过击穿电压时，放电管内的气体被电离，放电管开始放电。放电管两端电压迅速下降到辉光放电电压，管内电流开始增大(70~150V，与管的性质有关，下同)。b、管内电流进一步增大，放电管内的稀有气体进入放电状态。此时灯管两端电压很低(10~35V)，这种状态会维持一段时间。c、当流过GDT的电流下降到维持放电状态的电压(10~100mA)以下时，放电停止，放电结束，恢复到原来的电压值。

在放电过程中，稀有气体放电的能量消耗很小，气体放电管本身的能量消耗也很小，能量基本都排到地。因为气体放电需要一个过程，气体放电管对应的时间比较长，通常是几百ns甚至 s。

2、特征参数

气体放电管的工作过程是：当电压超过击穿电压时，气体放电管放电，浪涌能量直接泄放到地，当管电流低于放电电流时，放电终止。以下参数通常被认为是选择：

1)

2)脉冲火花放电电压(Impulsespark-over voltage):系统工作在高上升速率(1kV/s，或电压波形为100 V/s或5kV/s)时测得的击穿电压，一般是一个电压区间，代表一般保护中的击穿电压。

3)额定放电电流(使用寿命):

50Hz交流电流的额定有效值通常规定最大电流有效值可在10次放电(每次放电1s)和1次(9次循环0.18s)后使用。

8/20s波形的额定放电电流通常规定单次使用可通过的最大放电电流和10次可通过的最大放电电流。

4)绝缘电阻：放电管不着火时的绝缘电阻。一般用50V(DC)测试90V和150V放电管；其他规格的放电管测试电压为100V(DC)。绝缘电阻要求为1 ~ 10。

5)电容：放电管电极间的电容一般为2~10pF。

另外需要注意的是，气体放电管标注的击穿电压一般是击穿电压范围中间的电压值。比如之前用的带TDK的气体放电管，规格是800V，实际工作击穿电压是一个电压范围。其产品规格有以下标志：

3、使用注意事项

作为瞬态干扰抑制和保护器件，气体放电管的选择还应保证接入电路能在不影响电路正常工作过程的情况下箝位浪涌电压。总的来说，有几点：

1)被保护电子设备的正常工作电压应低于气体放电管的最低DC击穿电压，并留有一定余量。

2)气体放电管吸收能力强，但吸收速度很低(0.1~0.3s)，适用于初次浪涌能量的初级吸收，或与压敏电阻配合使用。

3)浪涌过电压过去后，气体放电管不能立即熄灭，特别是当保护电路由低阻抗电源供电时(例如，由50Hz交流电网供电)。由于放电管在起弧后也是低阻，分压均匀，不能立即实现灭弧，实际电流可能会超过限值很多倍。如果续流时间过长，很容易过载爆裂。DC电源的高阻抗就不存在这个问题。因此，在使用端口网络时，应分析其阻抗特性。

4)焊接断销时，也需要先将销固定，防止GDT内部结构在操作过程中受损。

5)电极引线长度对电压限制也有很大影响。由于引线的寄生电感和电阻，瞬时大电流会造成瞬时高电压，不利于设备保护；PCB走线也需要短而宽的走线，使电路的截面积尽可能大。

4、应用电路：

1)单一用途：将线路上的浪涌能量释放到大地。一般线路和地之间用单个气体放电管，两个二极管或者一个三极管都可以，但实际上两个二极管还不如一个三极管。首先，两个气体放电管的体积比单个三极管的体积大。其次，两个二极管的结构特性不可能完全一致，放电必须有先后顺序，这会导致瞬态差模过电压；但不管三极管的两侧是否不同，当三极管的一侧开始放电时，内部气体电离产生的自由电子会迅速扩散并引起另一部分迅速放电，使两条线同时释放能量。

注：气体放电管直接用于共模浪涌抑制时，应保证气体放电管的放电导通残压大于线间电压差的1.7倍，以保证气体放电管吸收浪涌后不会因两端电压过高而引起续流。

为了防止气体放电管放电后电流继续，当线路与地电压差较大时，可以在放电管上串联压敏电阻等器件来限制续流。这使得两个输入线的浪涌抑制方法不同，但可以使电流流过气体放电管

2)与压敏电阻配合使用：由于放电管中存在残压，如果选用残压较高的放电管(要满足最大输入电压的1.7倍)，放电管的点火击穿电压也会很高，可能无法保护一些保护电压较低的设备。因此，可以将残压较低的放电管与压敏电阻串联使用，这样可以降低浪涌电压的阈值，在一定程度上保护压敏电阻(施加在压敏电阻两端的电压)

此外，由于压敏电阻本身寄生电容较大，其漏电流较大，而气体放电管的漏电流很小，使得系统几乎没有漏电流。当没有瞬态电压时，GDT将MOV从系统中分离出来，使得支路漏电流极低。当电压过压时，放电管产生的压降很低，此时放电管放电，此时压敏电阻主要起作用。干扰过去后，它会恢复切断状态，将变阻器与大地隔离。如果压敏电阻在吸收浪涌能量的过程中发生短路，也可以用气体放电管隔离。

另外，在通信电路中，压敏电阻必须与放电管串联使用，因为压敏电阻的分布电容很大(几百pF到几千pF)，而放电管的分布电容很小(只有几PF)，不会对信号造成短路。

3)由于制造时的参数差异，最好不要并联使用气体放电管。

原标题：瞬态干扰吸收器件说明(二)——气体放电管[20220316]

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审计唐子红