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。

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(duì)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??；

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(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)比見表1所列。

表1 幾種常用浪涌抑制器參數(shù)比較