放电管特性及选用

放电管特性及选用
吴清海
放电管的分类
放电管要紧分为气体放电管和半导体放电管，其中气体放电管由烧结的材料不同分为玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管，玻璃气体放电管和陶瓷气体放电管具有相同的特性。

气体放电管要紧有密封的惰性气体组成，由金属引线引出，用陶瓷或是玻璃进行烧结。

其工作原理为，当加在气体放电管两头的电压达到气体电离电压时，气体放电管由非自持放电过度到自持放电，放电管呈低阻导通状态，能够刹时通过较大的电流，气体放电管击穿后的维持电压能够低到30V之内。

气体放电管同流量大，但动作电压较难操纵。

半导体放电管由故态的四层可控硅结构组成，当浪涌电压超过半导体放电管的转折电压V BO时放电管开始动作，当放电管动作后在返送装置，的作用下放电管两头的电压维持在很低（约20V以下）时就能够够维持其在低阻高通状态，起到吸收浪涌爱惜后级设备的作用。

半导体放电管的爱惜机理和应用方式和气体放电管相同。

半导体放电管动作电压操纵精准，通流量较小。

放电管动作后只需要很低的电压即可维持其低阻状态，因此放电管属于开关型的SPD。

当正常工作时放电管上的漏电流可忽略不计；击穿后的稳固残压低，爱惜成效较好；耐流能力较大；在利用中应注意放电管的续流作用遮断，在适当场合中应有有效的续流遮断装置。

气体放电管
气体放电管：气体放电管由封装在小玻璃管或陶瓷管中相隔必然距离的两个电极组成；其电气性能要紧取决于气体压力，气体种类，电极距离和电极材料；一样密封在放电管中的气体为高纯度的惰性气体。

放电管要紧由：电极、陶瓷管(玻璃管)、导电带、电子粉、Ag-Cu 焊片和惰性气体组成。

在放电管的两电极上施加电压时，由于电场作用，管内初始电子在电场作用下加速运动，与气体分子发生碰撞，一旦电子达到必然能量时，它与气体分子碰撞时发生电离，即中性气体分子分离成电子和阳离子，电离出来的电子与初始电子在行进进程中还要不断地再次与气体分子碰撞发生电离，从而电子数按几何级数增加，即发生电子雪崩现象，另外，电离出来的阳离子也在电场作用下向阴极运动，与阴极表面发生碰撞，产生二次电子，二次电子也参加电离作用，一旦知足： r(ead-1)=1 时放电管由非自持放电过渡到自持放电，管内气体被击穿，放电管放电，现在放电电压称为击穿电压Vs。

其中，r表示一个正离子轰击阴极表面而
使阴极表面逸出的电子数，d为极间距离，a为电子的有效电离系数。

放电管放电后，管子从绝缘态变成导体，管内产生电流，随着电流的增加，放电管由辉光放电变成弧光放电，而现在管压降远远小于Vs,而且其值不随电流的转变而转变，现在放电管两头只要维持很低的电压即可维持其自持放电状态，显现一种稳态，从而达到吸收过压浪涌的作用。

当充气压力与极间距离的乘积为定值时，放电管有一最小击穿电压Vsm,它仅与阴极表面及气体种类有关，其值如下：
Vsm=Vi+(1/am)Log(1/r)
其中 Vi为气体的电离电位；am为在最小击穿电压下的有效电离系数；r为正离子打到阴极上产生的二次电子数。

放电管在机械结构必然的情形下，阴极发射材料和充入气体的成份及压力，是其特性是不是一致性的决定性因素。

阴极发射材料是气体放电管的关键，咱们一样要求它发射效率高，耐离子轰击能力强，溅射小，它的配方及处置工艺，不但对直流击穿电压有阻碍，也直接阻碍到放电管的其他各参数。

阴极发射材料涂复在电极两头，它有利于电子的发射，专门有利于初始电子的产生，由于不同的阴极材料具有不同的逸出功，因此，在其他条件相同的情形下，不同的阴极材料，其击穿电压是不同的，逸出功低，击穿电压低，逸出功高，击穿电压也高。

要求击穿电压稳固，就必需要求阴极材料具有稳固的逸出功。

气体放电管中填充的气体是阻碍放电管特性的另一要紧因素，在制备进程中由于极限真空的阻碍，在放电管的填充气体中存在有其他杂质，在制作中应提高排气系统的极限真空度，电极材料要真空除气，采纳高纯度的惰性气体，并维持气体压力的一致性。

半导体放电管
半导体放电管和气体放电管具有相同的外在特性和爱惜机理。

半导体过压爱惜的工作原理为：浪涌电压超过其转折电压V BO时放电管动作，起到旁路的作用，其中半导体放电管有一个返送装置，就像一个可自动切换的开关，其电流-电压(I-V)特性曲线如图1中所示；
图1 半导体放电管工作原理
图中I PP(非重复峰值脉冲电流)：施加时可不能损坏装置的特定波幅和波形的峰值脉冲电流的额定最大值；
I T (导通电流)：在导通条件下通过装置的电流；
V T (导通电压)：在特定电流I T的导通条件下跨过装置的电压；
I H (维持电流)：将装置维持在导通状态所需的最小电流
I BO (转折电流)：在转折电压V BO处的瞬态电流；
V BO(转折电压)：当浪涌电压超过反向击穿电压V BR，即将返送时跨过装置的最大电压，此值是在特定的电压增加率和电流增加率下测量的；
V D (闭态电压)：装置处在断开状态时两头的DC电压；
I D (泄漏电流)：装置处在断开状态时流过的极小的电流。

半导体放电管返送装置在电压低于转折电压V BO时通常处于高阻状态。

在那个状态之前，流过装置的泄漏电流ID超级小，当电压超过V BO时，装置立刻返送而进入低阻状态，现在，跨过装置两头的电压为导通电压 V T（约为5伏），流过装置的电流为导通电流I T，放电管维持在低阻状态，直至通过装置的电流降至低于其维持电流I H。

放电管的应用
气体放电管和半导体放电管压敏电阻TVS二极管的特性比较如下表：
半导体放电管气体放电管压敏电阻TVS二极管
保护方式负阻负阻箝位箝位
原理固态四层可控硅结构气体电离导电
类似雪崩二极管的混合
体
雪崩二极管
响应时间< 1ns> 1μs<1μs< 1ns
电容50PF1PF500PF50PF
最大瞬间电流(8/200)μs3000A20,000A6500A50A
最大漏电流10μA1PA10μA20μS
重复使用可靠性无限重复使用可能蜕化可能蜕化可能损坏
主要优点
精确导通、无限重复使
用、快速响应
瞬间电流最大价廉低电压使用、价廉
主要缺点瞬间电流较小响应时间缓慢电容大、会蜕化瞬间电流最小放电管要紧应用在对电压浪涌冲击比较灵敏的电子电路中，和爱惜电路并联利用，当有电压浪涌发生时，放电管动作，放电管动作后的低阻起到旁路和爱惜后级电子电路的作用，应用电路图如图2。

图2 放电管应用电路
因放电管属于开关型SPD，当放电管动作以后只需要极低的电压即可维持导通的状态，存在有浪涌后的续流问题。

因此在放电管在防浪涌应用中须有靠得住的续流遮断器，保证浪涌事后电路能正常工作。

气体放电管在浪涌爱惜应用中大多和压敏电阻串联一起利用，起到响应速度快，通流量大的作用，同时压敏电阻起到浪涌事后的续流遮断的作用。

放电管在选历时候要紧考虑到的参数有：放电管的动作电压，放电管的最大经受8/20 us 浪涌电流；还有确实是元器件的安装和尺寸。

气体放电管和半导体放电管在外在特性参数相同时能够直接互换利用。

放电管利用中的注意事项
1，因放电管属于开关型SPD，在防浪涌应用中须有续流遮断装置，保证浪涌事后电路
能正常工作。

2，当刹时通过较大的浪涌冲击电流时，放电管会显现爆裂现象，在应用中应注意。

放电管经常使用厂家和型号
气体放电管要紧的厂家有EPCOS：电压从200V~5000V，浪涌电流在30KA以上，封装有直插和表面装贴；君耀公司：电压从75V～800V，浪涌电流在20KA以上，封装只有直插。

半导体放电管要紧的厂家有Teccor：电压从5V～550V，电流50A～3000A；上海科特：电压230V，电流100A I pp。