气体放电管在浪涌抑制电路的应用

2017-09-09 温州创捷防雷电器有限公司 602
  择要:论说了浪涌电压爆发的机理,引见了气体放电管的任务原理、个性参数和在浪涌抑制电路中的运用。
关键词:浪涌电压抑制;气体放电管;运用
1  浪涌电压的爆发和抑制原理
在电子系统和网络路线上,一再见遭到外界瞬时过电压搅扰,这些搅扰源重要蕴含:由于通断感性负载或启停大功率负载,路线阻拦等爆发的利用过电压;由于雷电等天然景遇诱发的雷电浪涌。这类过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流),是一种瞬变搅扰。浪涌电压会严重危险电子系统的恬适任务。消除浪涌噪声搅扰,住手浪涌危险始终是相干电子设备恬适稳定运转的核心题目。为了住手浪涌电压危害电子设备,一般给与分流进攻办法,即将浪涌电压在无比短的时间内与大地短接,使浪涌电流分流上天,达到减弱息争除过电压、过电流的目的,从而起到保护电子设备恬适运转的作用。
2  浪涌电压抑制器件分类
浪涌电压抑制器件根本上可以分为两大类型。第一种类型为橇棒(crow bar)器件。其重要特性是器件击穿后的残压很低,是以不仅无利于浪涌电压的迅速泄放,而且也使功耗大大低落。其它该类型器件的泄电流小,器件极间电容量小,以是对路线影响很小。经常使用的撬棒器件蕴含气体放电管、气隙型防雷器、硅双向对称开关(CSSPD)等。
另外一种类型为箝位保护器,即保护器件在击穿后,其两端电压坚持在击穿电压上再也不回升,以箝位的形势起到保护作用。经常使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根本原理
气体放电管给与陶瓷密闭封装,外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)造成,根本形状如图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,气体放电管便开端放电,并由高阻酿成低阻,使电极两端的电压不超过击穿电压。
浪涌保护器,防雷器,压敏电阻
(a)  BB型                            (b)BBS型
图1  气体放电管的根本形状
4  气体放电管与其它浪涌抑制器件参数对照
1)火花间隙(Arc chopping)
为两个状况象牛角的电极,相互间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到肯定水平凡,间隙被击穿打火放电,由此将过电流释放上天。
益处:放电手段强,通流容量大(可做到100kA以上),泄电流小;
漏洞:残压高(2~4kV),反应时间慢(≤100ns),有扈从电流(续流)。
2)金属氧化物压敏电阻(Metal oxside varistor)
该器件在肯定温度下,导电性能随电压的添加而急剧增大。它是一种以氧化锌为重要因素的金属氧化物半导体非线性电阻。没有过压时呈高阻值状况,一旦过电压,立即将电压限定到肯定值,其阻抗突变为低值。
益处:通流容量大,残压较低,反应时间较快(≤50ns),无扈从电流(续流);
漏洞:泄电流较大,老化速度绝对较快。
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。其核心局部是具备较大截面积的PN结,该PN结任务在雪崩状况时,具备较强的脉冲吸收手段。
益处:残压低,行径精度高,反应时间快(<1ns),无扈从电流(续流);
漏洞:耐流手段差,通流容量小,一般只要几百安培。
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、电话系统等方面举办浪涌保护,一般器件电压范畴从75~10000V,耐袭击峰值电流20000A,可经受高达几千焦耳的放电。
益处:通流量容量大,绝缘电阻高,泄电流小;
漏洞:残压较高,反应时间慢(≤100ns),行径电压精度较低,有扈从电流(续流)。
各类浪涌抑制器件的希独特性为器件在阈值电压如下都泛起高阻抗,一旦超过阈值电压,则阻抗便急剧升高,都对尖峰电压有肯定的抑建造用。但各自都出漏洞,是以按照细心的运用处合,一般给与上述器件中的一个可以几个的组合来组建相应的保护电路。各类浪涌抑制器件的参数对照见表1所列。
表1  几种经常使用浪涌抑制器参数对照   气体放电管 压敏电阻 浪涌抑制二极管
类型 橇棒 箝位 箝位
反应时间 <1μs <50ns <1ns
典范榜样电容量/pF 1 500~5000 50
泄电流 <1pA 5~10μA 200μA
最大放电电流/A(8×20μs波形) 20000 6500 50
5  气体放电管的重要参数
1)反应时间指从外加电压超过击穿电压到爆发击穿景遇的时间,气体放电管反应时间一般在μs数量极。
2)功率容量指气体放电管所能经受及散发的最大能量,其定义为在平稳的8×20μs电流波形下,所能经受及散发的电流。
3)电容量指在特定的1MHz频率下测得的气体放电管两极间电容量。气体放电管电容量很小,一般为≤1pF。
4)直流击穿电压当外施电压以500V/s的速率回升,放电管爆发火花时的电压为击穿电压。气体放电管具备多种不同规格的直流击穿电压,其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。
5)温度范畴其任务温度范畴一般在-55℃~+125℃之间。
6)电流—电压个性曲线以美国克来电子公司CG2-230L气体放电管为例,如图2所示。
7)绝缘电阻是指在外施50或100V直流电压时丈量的气体放电管电阻,一般>1010Ω。
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图2  电流—电压个性曲线
6  气体放电管的运用示例
1)电话机/传真机等各类通信设备防雷运用
如图3所示。特性为低电流量,高继续电源,无泄电流,高稳定性。
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图3  通信设备防雷运用
2)气体放电管和压敏电阻组合造成的抑制电路
图4是气体放电管和压敏电阻组合造成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有同等命漏洞:具备不波动的泄电流,性能较差的压敏电阻应用一段时间后,因泄电流变大可以会发热自爆。为处置这一题目在压敏电阻之间串入气体放电管。但这又带来了漏洞等于反应时间为各器件的反应时间之和。譬喻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,为刷新反应时间列入R1压敏电阻,这样可使反应时间为25ns。
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图4  气体放电管和压敏电阻共同运用
3)气体放电管在综合浪涌保护系统中的运用
自动掌握系统所需的浪涌保护系统一般由二级或三级构成,利用各类浪涌抑制器件的特性,可以完成稳定保护。气体放电管一般放在路线输入端,做为一级防雷器件,经受大的浪涌电流。二级保护器件给与压敏电阻,在μs级时间范畴内更快地响应。对付高天真的电子电路,可给与三级保护器件TVS,在ps级时间范畴内对浪涌电压爆发响应。如图5所示。当雷电等浪涌到来时,TVS首先起动,会把瞬间过电压切确掌握在肯定的程度;若是浪涌电流大,则压敏电阻起动,并泄放肯定的浪涌电流;两端的电压会有所进步,直至鞭策前级气体放电管的放电,把大电流泄放到地。
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图5  三级保护
7  结语
各类电子系统,以及通信网络等,一再见遭到外来的电磁搅扰,这些搅扰重要来自电源路线的暂态历程、雷击闪电、以及宇宙射电等。这些搅扰会使得系统行径失误甚至硬件毁坏。针对这些题目,要做好片面的预防保护办法,就需求先找到题目的本源,再选用合适的浪涌抑制器件予以处置。