氣體放電管在浪涌抑制電路的應用

擇要：論說了浪涌電壓爆發的機理，引見了氣體放電管的任務原理、個性參數和在浪涌抑制電路中的運用。關鍵詞：浪涌電壓抑制；氣體放電管；運用1  浪涌電壓的爆發和抑制原理在電子系統和網絡路線上，一再見遭到外界瞬時過電壓攪擾，這些攪擾源重要蘊含：由于通斷感性負載或啟停大功率負載，路線阻攔等爆發的利用過電壓；由于雷電等天然景遇誘發的雷電浪涌。這類過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變攪擾。浪涌電壓會嚴重危險電子系統的恬適任務。消除浪涌噪聲攪擾，住手浪涌危險始終是相干電子設備恬適穩定運轉的核心題目。為了住手浪涌電壓危害電子設備，一般給與分流進攻辦法，即將浪涌電壓在無比短的時間內與大地短接，使浪涌電流分流上天，達到減弱息爭除過電壓、過電流的目的，從而起到保護電子設備恬適運轉的作用。2  浪涌電壓抑制器件分類浪涌電壓抑制器件根本上可以分為兩大類型。第一種類型為橇棒（crow bar）器件。其重要特性是器件擊穿后的殘壓很低，是以不僅無利于浪涌電壓的迅速泄放，而且也使功耗大大低落。其它該類型器件的泄電流小，器件極間電容量小，以是對路線影響很小。經常使用的撬棒器件蘊含氣體放電管、氣隙型防雷器、硅雙向對稱開關（csspd）等。另外一種類型為箝位保護器，即保護器件在擊穿后，其兩端電壓堅持在擊穿電壓上再也不回升，以箝位的形勢起到保護作用。經常使用的箝位保護器是氧化鋅壓敏電阻(mov)，瞬態電壓抑制器（tvs）等。3  氣體放電管的構造及根本原理氣體放電管給與陶瓷密閉封裝，外部由兩個或數個帶間隙的金屬電極，充以惰性氣體（氬氣或氖氣）造成，根本形狀如圖1所示。當加到兩電極端的電壓達到使氣體放電管內的氣體擊穿時，氣體放電管便開端放電，并由高阻釀成低阻，使電極兩端的電壓不超過擊穿電壓。

(a)  bb型                            (b)bbs型圖1  氣體放電管的根本形狀4  氣體放電管與其它浪涌抑制器件參數對照1）火花間隙（arc chopping）為兩個狀況象牛角的電極，相互間有很短的距離。當兩個電極間的電位差達到肯定水平凡，間隙被擊穿打火放電，由此將過電流釋放上天。益處：放電手段強，通流容量大（可做到100ka以上），泄電流小；漏洞：殘壓高（2～4kv），反應時間慢（≤100ns），有扈從電流（續流）。2）金屬氧化物壓敏電阻（metal oxside varistor）該器件在肯定溫度下，導電性能隨電壓的添加而急劇增大。它是一種以氧化鋅為重要因素的金屬氧化物半導體非線性電阻。沒有過壓時呈高阻值狀況，一旦過電壓，立即將電壓限定到肯定值，其阻抗突變為低值。益處：通流容量大，殘壓較低，反應時間較快（≤50ns），無扈從電流（續流）；漏洞：泄電流較大，老化速度絕對較快。3）瞬態抑制二極管（transient voltage suppressor）亦稱齊納二極管，是一種專門用于抑制過電壓的器件。其核心局部是具備較大截面積的pn結，該pn結任務在雪崩狀況時，具備較強的脈沖吸收手段。益處：殘壓低，行徑精度高，反應時間快（<1ns），無扈從電流（續流）；漏洞：耐流手段差，通流容量小，一般只要幾百安培。4）氣體放電管(gas discharge tube)氣體放電管可以用于數據線、有線電視、交流電源、電話系統等方面舉辦浪涌保護，一般器件電壓范疇從75～10000v，耐襲擊峰值電流20000a，可經受高達幾千焦耳的放電。益處：通流量容量大，絕緣電阻高，泄電流小；漏洞：殘壓較高，反應時間慢（≤100ns），行徑電壓精度較低，有扈從電流（續流）。各類浪涌抑制器件的希獨特性為器件在閾值電壓如下都泛起高阻抗，一旦超過閾值電壓，則阻抗便急劇升高，都對尖峰電壓有肯定的抑建造用。但各自都出漏洞,是以按照細心的運用處合,一般給與上述器件中的一個可以幾個的組合來組建相應的保護電路。各類浪涌抑制器件的參數對照見表1所列。表1  幾種經常使用浪涌抑制器參數對照 　 氣體放電管 壓敏電阻 浪涌抑制二極管類型 橇棒 箝位 箝位反應時間 <1μs <50ns <1ns典范榜樣電容量/pf 1 500～5000 50泄電流 <1pa 5～10μa 200μa最大放電電流/a（8×20μs波形） 20000 6500 505  氣體放電管的重要參數1）反應時間指從外加電壓超過擊穿電壓到爆發擊穿景遇的時間，氣體放電管反應時間一般在μs數量極。2）功率容量指氣體放電管所能經受及散發的最大能量，其定義為在平穩的8×20μs電流波形下，所能經受及散發的電流。3）電容量指在特定的1mhz頻率下測得的氣體放電管兩極間電容量。氣體放電管電容量很小，一般為≤1pf。4）直流擊穿電壓當外施電壓以500v/s的速率回升，放電管爆發火花時的電壓為擊穿電壓。氣體放電管具備多種不同規格的直流擊穿電壓，其值取決于氣體的種類和電極間的距離等因素。5）溫度范疇其任務溫度范疇一般在－55℃～＋125℃之間。6）電流—電壓個性曲線以美國克來電子公司cg2－230l氣體放電管為例，如圖2所示。7）絕緣電阻是指在外施50或100v直流電壓時丈量的氣體放電管電阻,一般>1010ω。

圖2  電流—電壓個性曲線6  氣體放電管的運用示例1）電話機/傳真機等各類通信設備防雷運用如圖3所示。特性為低電流量，高繼續電源，無泄電流，高穩定性。

圖3  通信設備防雷運用2）氣體放電管和壓敏電阻組合造成的抑制電路圖4是氣體放電管和壓敏電阻組合造成的浪涌抑制電路。由于壓敏電阻有同等命漏洞：具備不波動的泄電流，性能較差的壓敏電阻應用一段時間后，因泄電流變大可以會發熱自爆。為處置這一題目在壓敏電阻之間串入氣體放電管。但這又帶來了漏洞等于反應時間為各器件的反應時間之和。譬喻壓敏電阻的反應時間為25ns，氣體放電管的反應時間為100ns，則圖4的r2,g,r3的反應時間為150ns，為刷新反應時間列入r1壓敏電阻,這樣可使反應時間為25ns。

圖4  氣體放電管和壓敏電阻共同運用3）氣體放電管在綜合浪涌保護系統中的運用自動掌握系統所需的浪涌保護系統一般由二級或三級構成，利用各類浪涌抑制器件的特性，可以完成穩定保護。氣體放電管一般放在路線輸入端，做為一級防雷器件，經受大的浪涌電流。二級保護器件給與壓敏電阻，在μs級時間范疇內更快地響應。對付高天真的電子電路，可給與三級保護器件tvs，在ps級時間范疇內對浪涌電壓爆發響應。如圖5所示。當雷電等浪涌到來時，tvs首先起動，會把瞬間過電壓切確掌握在肯定的程度；若是浪涌電流大，則壓敏電阻起動，并泄放肯定的浪涌電流；兩端的電壓會有所進步，直至鞭策前級氣體放電管的放電，把大電流泄放到地。

圖5  三級保護7  結語各類電子系統，以及通信網絡等，一再見遭到外來的電磁攪擾，這些攪擾重要來自電源路線的暫態歷程、雷擊閃電、以及宇宙射電等。這些攪擾會使得系統行徑失誤甚至硬件毀壞。針對這些題目，要做好片面的預防保護辦法，就需求先找到題目的本源，再選用合適的浪涌抑制器件予以處置。