电路保护器件之气体放电管

1万 · 2013-7-25 22:06

气体放电管是一种开关型保护器件。

气体放电管的工作原理是气体放电。当两极间的电压足够大时，极间间隙将被放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路。导电状态下两极间维持的电压很低，一般在20〜50 V之间，因此可以起到保护后级电路的效果。

气体放电管的主要指标有响应时间、直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量、绝缘电阻、极间电容及续流遮断时间。

气体放电管的响应时间可以达到数百ns以至数s，在保护器件中是最慢的。

当线缆上的雷击过电压使防雷器中的气体放电管击穿短路时，初始的击穿电压基本为气体放电管的冲击击穿电压，一般在600V以上。放电管击穿导通后，两极间维持电压下降到20〜 50V。

另一方面，气体放电管的通流量比压敏电阻和TVS管要大。气体放电管与TVS管等保护器件合用时应使大部分的过电流通过气体放电管泄放，因此气体放电管一般用于保护电路的最前级，其后级的保护电路由压敏电阻或TVS管组成。这两种器件的响应时间很快，对后级电路的保护效果更好。

气体放电管的绝缘电阻非常高，可以达到千兆欧姆的量级。极间电容的值非常小，一般在5PF以下。极间漏电流非常小，nA为级。因此气体放电管并接在线路上对线路基本不会构成什么影响。

1万 · 2013-7-25 22:06

气体放电管的续流遮断是设计电路需要重点考虑的一个问题。如前所述，气体放电管在导电状态下续流维持电压一般为20-50 V。在直流电源电路中应用时，如果两线间电压超过15V，则不可以在两线间直接应用放电管。在50HZ交流电源电路中使用时，虽然交流电压有过零点，可以实现气体放电管的续流遮断，但气体放电管类的器件在经过多次导电击穿后，其续流遮断能力将大大降低，长期使用后，在交流电路的过零点也不能实现续流遮断。因此，在交流电源电路的相线对保护地线、中线对保护地线单独使用气体放电管是不合适的。在以上的线对之间使用气体放电管时需要与压敏电阻串联。在交流电源电路的相线对中线的保护中基本不使用气体放电管。

在防雷电路的设计中，应注重气体放电管的直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量等参数值的选取。设置在普通交流线路上的放电管，要求它在线路正常运行电压及其允许的波动范围内不能动作.

气体放电管主要可应用在交流电源口相线、中线的对地保护，直流电源口的工作地和保护地之间的保护，信号口中线对地的保护，射频信号馈线芯线对屏蔽层的保护。

气体放电管的失效模式在多数情况下为开路，因电路设计原因或其他因素导致放电管长期处于短路状态而被烧坏时，也可引起短路的失效模式。气体放电管使用寿命相对较短，经多次冲击后性能会下降。因此，由气体放电管构成的防雷器长时间使用后存在维护及更换的问题。

只看该作者 · 2013-8-15 10:55

气体放电管的应用示例

1）电话机/传真机等各类通讯设备防雷应用

如图所示。特点为低电流量，高持续电源，无漏电流，高可靠性。

通讯设备防雷应用

2）气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路

图4是气体放电管和压敏电阻组合构成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有一致命缺点：具有不稳定的漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因漏电流变大可能会发热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。但这又带来了缺点就是反应时间为各器件的反应时间之和。例如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，为改善反应时间加入R1压敏电阻,这样可使反应时间为25ns。

气体放电管和压敏电阻配合应用

3）气体放电管在综合浪涌保护系统中的应用

自动控制系统所需的浪涌保护系统一般由二级或三级组成，利用各种浪涌抑制器件的特点，可以实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端，做为一级浪涌保护器件，承受大的浪涌电流。二级保护器件采用压敏电阻，在μs级时间范围内更快地响应。对于高灵敏的电子电路，可采用三级保护器件TVS，在ps级时间范围内对浪涌电压产生响应。如图5所示。当雷电等浪涌到来时，TVS首先起动，会把瞬间过电压精确控制在一定的水平；如果浪涌电流大，则压敏电阻起动，并泄放一定的浪涌电流；两端的电压会有所提高，直至推动前级气体放电管的放电，把大电流泄放到地。