瞬态电压抑制器（气体放电管）

瞬态电压抑制器(气体放电管)

1.浪涌电压的产生及抑制原理

电子系统和网络线路经常受到外部瞬时过电压的干扰。这些干扰源主要包括:开关感性负载或启停大功率负载引起的操作过电压、线路故障等。雷电等自然现象引起的雷电浪涌。这种过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流)，是一种瞬态干扰。浪涌电压会严重危及电子系统的安全。消除浪涌噪声干扰和防止浪涌危害始终是关系到电子设备安全可靠运行的核心问题。为了避免浪涌电压对电子设备的损害，一般采用分流防御措施，即浪涌电压在极短的时间内与大地短路，使浪涌电流流入大地，从而达到削弱和消除过压过流的目的，从而保护电子设备的安全运行。

2浪涌电压抑制装置的分类

浪涌电压抑制装置基本上可以分为两种类型。第一种类型是撬杆装置。其主要特点是器件击穿后的残余电压很低，不仅有利于浪涌电压的快速放电，而且大大降低了功耗。另外，这类器件的漏电流小，器件的极间电容小，所以对电路影响不大。常用的撬棍器件有气体放电管、气隙浪涌保护器、硅双向对称开关(CSSPD)等。

另一类是箝位保护器，即保护器件击穿后，保护器件两端电压维持在击穿电压，不再上升，从而通过箝位起到保护作用。常用的钳形保护器有氧化锌压敏电阻(MOV)、瞬态电压抑制器(TVS)等。

3气体放电管的结构和基本原理

气体放电管由陶瓷密封，内部由两个或几个有间隙的金属电极组成，充有惰性气体(氩气或氖气)。当施加到两个电极端子的电压达到气体放电管中的气体击穿的点时，气体放电管开始放电，高电阻变为低电阻，使得电极两端的电压不超过击穿电压。

4气体放电管与其他浪涌抑制装置的参数比较

1)电弧斩波

它们是两个彼此相距很近的喇叭形电极。当两个电极之间的电势差达到一定水平时，间隙被击穿并点燃，从而将过电流释放到地面。

优点:放电能力强，电流容量大(100kA以上)，漏电流小；

缺点:残压高(2 ~ 4 kV)，反应时间慢(≤100ns)，续流(续流)。

2)金属氧化侧变阻器(金属氧化物侧变阻器)

在一定温度下，器件的电导率随着电压的增加而急剧增加。它是一种以氧化锌为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻器。没有过压时，处于高阻状态。一旦出现过压，电压立即被限制在某一值，其阻抗突然变为低值。

优点:电流容量大，残压低，反应时间快(≤50ns)，无续流(续流)；

缺点:漏电流大，老化速度相对较快。

3)瞬态电压抑制器

又称齐纳二极管，是专门用来抑制过压的器件。它的核心部分是一个大截面积的PN结，工作在雪崩状态时有很强的脉冲吸收能力。

优点:残压低，动作精度高，反应时间快(1010ω。

6气体放电管的应用实例

1)电话/传真机等各种通信设备的防雷应用。

其特点是低电流、高连续供电、无漏电流、可靠性高。

2)由气体放电管和压敏电阻组成的抑制电路。

气体放电管和压敏电阻组成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有一个致命的缺点:漏电流不稳定，性能不佳的压敏电阻在使用一段时间后可能会因漏电流增大而发热爆炸。为了解决这个问题，气体放电管串联在压敏电阻之间。但这样带来的缺点是反应时间是各个器件反应时间的总和。例如，如果压敏电阻的反应时间为25ns，气体放电管的反应时间为100ns，那么R2、G、R3的反应时间为150ns。为了提高反应时间，加入了R1压敏电阻，使反应时间可以达到25ns。

3)气体放电管在综合电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两级或三级组成，利用各种浪涌抑制器件的特性可以实现可靠的保护。气体放电管一般放在线路的输入端，作为一级浪涌保护器件，承受较大的浪涌电流。二次保护装置采用压敏电阻，可以在μs时间范围内响应更快。对于高灵敏度的电子电路，可以使用三级保护器件TVS来响应ps时间范围内的浪涌电压。当雷电等浪涌来临时，TVS先启动，会将瞬时过电压精确控制在一定水平；如果浪涌电流大，压敏电阻启动，放出一定的浪涌电流；两端电压会增加，直到驱动前级气体放电管放电，并向地放出大电流。

7结论

各种电子系统和通信网络经常会受到外界电磁干扰，这些电磁干扰主要来自电力线的瞬变过程、雷击、宇宙射电等。这些干扰会使系统发生故障，甚至损坏硬件。为了解决这些问题，有必要找出问题的根源，然后选择合适的浪涌抑制装置来解决。

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