氣體放電管在浪涌抑制電路的應(yīng)用
摘要:闡述了浪涌電壓產(chǎn)生的機(jī)理,介紹了氣體放電管的工作原理、特性參數(shù)和在浪涌抑制電路中的應(yīng)用。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/179475.htm關(guān)鍵詞:浪涌電壓抑制;氣體放電管;應(yīng)用
1 浪涌電壓的產(chǎn)生和抑制原理
在電子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)線路上,經(jīng)常會(huì)受到外界瞬時(shí)過電壓干擾,這些干擾源主要包括:由于通斷感性負(fù)載或啟停大功率負(fù)載,線路故障等產(chǎn)生的操作過電壓;由于雷電等自然現(xiàn)象引起的雷電浪涌。這種過電壓(或過電流)稱為浪涌電壓(或浪涌電流),是一種瞬變干擾。浪涌電壓會(huì)嚴(yán)重危害電子系統(tǒng)的安全工作。消除浪涌噪聲干擾,防止浪涌危害一直是關(guān)系電子設(shè)備安全可靠運(yùn)行的核心問題。為了避免浪涌電壓損害電子設(shè)備,一般采用分流防御措施,即將浪涌電壓在非常短的時(shí)間內(nèi)與大地短接,使浪涌電流分流入地,達(dá)到削弱和消除過電壓、過電流的目的,從而起到保護(hù)電子設(shè)備安全運(yùn)行的作用。
2 浪涌電壓抑制器件分類
浪涌電壓抑制器件基本上可以分為兩大類型。第一種類型為橇棒(crow bar)器件。其主要特點(diǎn)是器件擊穿后的殘壓很低,因此不僅有利于浪涌電壓的迅速泄放,而且也使功耗大大降低。另外該類型器件的漏電流小,器件極間電容量小,所以對線路影響很小。常用的撬棒器件包括氣體放電管、氣隙型浪涌保護(hù)器、硅雙向?qū)ΨQ開關(guān)(CSSPD)等。
另一種類型為箝位保護(hù)器,即保護(hù)器件在擊穿后,其兩端電壓維持在擊穿電壓上不再上升,以箝位的方式起到保護(hù)作用。常用的箝位保護(hù)器是氧化鋅壓敏電阻(MOV),瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)等。
3 氣體放電管的構(gòu)造及基本原理
氣體放電管采用陶瓷密閉封裝,內(nèi)部由兩個(gè)或數(shù)個(gè)帶間隙的金屬電極,充以惰性氣體(氬氣或氖氣)構(gòu)成,基本外形如圖1所示。當(dāng)加到兩電極端的電壓達(dá)到使氣體放電管內(nèi)的氣體擊穿時(shí),氣體放電管便開始放電,并由高阻變成低阻,使電極兩端的電壓不超過擊穿電壓。
(a) BB型 (b)BBS型
圖1 氣體放電管的基本外形
4 氣體放電管與其它浪涌抑制器件參數(shù)比較
1)火花間隙(Arc chopping)
為兩個(gè)形狀象牛角的電極,彼此間有很短的距離。當(dāng)兩個(gè)電極間的電位差達(dá)到一定程度時(shí),間隙被擊穿打火放電,由此將過電流釋放入地。
優(yōu)點(diǎn):放電能力強(qiáng),通流容量大(可做到100kA以上),漏電流小;
缺點(diǎn):殘壓高(2~4kV),反應(yīng)時(shí)間慢(≤100ns),有跟隨電流(續(xù)流)。
2)金屬氧化物壓敏電阻(Metal oxside varistor)
該器件在一定溫度下,導(dǎo)電性能隨電壓的增加而急劇增大。它是一種以氧化鋅為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻。沒有過壓時(shí)呈高阻值狀態(tài),一旦過電壓,立即將電壓限制到一定值,其阻抗突變?yōu)榈椭怠?
優(yōu)點(diǎn):通流容量大,殘壓較低,反應(yīng)時(shí)間較快(≤50ns),無跟隨電流(續(xù)流);
缺點(diǎn):漏電流較大,老化速度相對較快。
3)瞬態(tài)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。其核心部分是具有較大截面積的PN結(jié),該P(yáng)N結(jié)工作在雪崩狀態(tài)時(shí),具有較強(qiáng)的脈沖吸收能力。
優(yōu)點(diǎn):殘壓低,動(dòng)作精度高,反應(yīng)時(shí)間快(1ns),無跟隨電流(續(xù)流);
缺點(diǎn):耐流能力差,通流容量小,一般只有幾百安培。
4)氣體放電管(Gas discharge tube)
氣體放電管可以用于數(shù)據(jù)線、有線電視、交流電源、電話系統(tǒng)等方面進(jìn)行浪涌保護(hù),一般器件電壓范圍從75~10000V,耐沖擊峰值電流20000A,可承受高達(dá)幾千焦耳的放電。
優(yōu)點(diǎn):通流量容量大,絕緣電阻高,漏電流??;
缺點(diǎn):殘壓較高,反應(yīng)時(shí)間慢(≤100ns),動(dòng)作電壓精度較低,有跟隨電流(續(xù)流)。
各種浪涌抑制器件的共同特點(diǎn)為器件在閾值電壓以下都呈現(xiàn)高阻抗,一旦超過閾值電壓,則阻抗便急劇下降,都對尖峰電壓有一定的抑制作用。但各自都有缺點(diǎn),因此根據(jù)具體的應(yīng)用場合,一般采用上述器件中的一個(gè)或者幾個(gè)的組合來組建相應(yīng)的保護(hù)電路。各種浪涌抑制器件的參數(shù)對比見表1所列。
表1 幾種常用浪涌抑制器參數(shù)比較
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(yīng)時(shí)間 | 1μs | 50ns | 1ns |
典型電容量/pF | 1 | 500~5000 | 50 |
漏電流 | 1pA | 5~10μA | 200μA |
最大放電電流/A(8×20μs波形) | 20000 | 6500 | 50 |
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