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气体放电管在浪涌抑制电路的应用

1. 浪涌电压的产生和抑制原理 

在电子系统和网络线路上,经常会受到外界瞬时过电压干扰,这些干扰源主要包括:由于通断感性负载或启停大功率负载,线路故障等产生的操作过电压;由于雷电等自然现象引起的雷电浪涌。这种过电压(过电流)称为浪涌电压(浪涌电流),是一种瞬变干扰

            浪涌电压会严重危害电子系统的安全工作。消除浪涌噪声干扰,防止浪涌危害一直是关系电子设备安全可靠运行的核心问题。为了避免浪涌电压损害电子设备,一般采用分流防御措施,即将浪涌电压在非常短的时间内与大地短接,使浪涌电流分流入地,达到削弱和消除过电压、过电流的目的,从而起到保护电子设备安全运行的作用。

2. 浪涌电压抑制器件分类 

           浪涌电压抑制器件基本上可以分为两大类型。

             第一种类型为橇棒(crow bar)器件。

             其主要特点是器件击穿后的残压很低,因此不仅有利于浪涌电压的迅速泄放,而且也使功耗大大降低。

             另外该类型器件的漏电流小,器件极间电容量小,所以对线路影响很小。

常用的撬棒器件包括气体放电管、气隙型浪涌保护器、硅双向对称开关(CSSPD)等。 

               另一种类型为箝位保护器。

                  即保护器件在击穿后,其两端电压维持在击穿电压上不再上升,以箝位的方式起到保护作用。

              常用的箝位保护器是氧化锌压敏电阻(MOV)瞬态电压抑制器(TVS)等。

 

3. 气体放电管的构造及基本原理 

 

          

 

 

             气体放电管采用陶瓷密闭封装,内部由两个或数个带间隙的金属电极,充以惰性气体(氩气或氖气)构成,基本外形如图1所示。

             当加到两电极端的电压达到使气体放电管内的气体击穿时,气体放电管便开始放电,并由高阻变成低阻使电极两端的电压不超过击穿电压

4. 气体放电管与其它浪涌抑制器件参数比较:

 

1) 火花间隙(Arc chopping) 

            为两个形状象牛角的电极,彼此间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到一定程度时,间隙被击穿打火放电,由此将过电流释放入地。

             优点:放电能力强,通流容量大(可做到100kA以上)漏电流小

             缺点:残压高(24kV),反应时间慢(≤100ns)有跟随电流(续流)

2) 金属氧化物压敏电阻(Metal oxide varistor) 

 

             该器件在一定温度下,导电性能随电压的增加而急剧增大。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。没有过压时呈高阻值状态,一旦过电压,立即将电压限制到一定值,其阻抗突变为低值。

                   优点:通流容量大,残压较低,反应时间较快(≤50ns)无跟随电流(续流)

 

                     缺点:漏电流较大老化速度相对较快

3) 瞬态抑制二极管(Transient voltage suppressor) 

 

                   亦称齐纳二极管,是一种专门用于抑制过电压的器件。其核心部分是具有较大截面积的PN,该PN结工作在雪崩状态时,具有较强的脉冲吸收能力。

 

                    优点:残压低动作精度高反应时间快(<1ns)无跟随电流(续流)

                     缺点:耐流能力差,通流容量小,一般只有几百安培。

4) 气体放电管(Gas discharge tube) 

气体放电管可以用于数据线、有线电视、交流电源、电话系统等方面进行浪涌保护,一般器件电压范围从7510000V,耐冲击峰值电流20000A,可承受高达几千焦耳的放电。

 

               优点:通流量容量大绝缘电阻高漏电流小

 

                缺点:残压较高反应时间慢(≤100ns)动作电压精度较低有跟随电流(续流) 

              各种浪涌抑制器件的共同特点为器件在阈值电压以下都呈现高阻抗一旦超过阈值电压,则阻抗便急剧下降,都对尖峰电压有一定的抑制作用。

                   但各自都有缺点,因此根据具体的应用场合,一般采用上述器件中的一个或者几个的组合来组建相应的保护电路。

型号/规格

UN3E6-250MM

品牌/商标

UN