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​ 转载--- 电源研发精英圈 2019-07-26 20:00 TVS、压敏、放电管做雷击哪个更好! 在雷电放电的过程中，由于瞬间放电产生了强烈的电磁脉冲，在临近的设备或电子线路上感应了幅值和变化速率都很高的浪涌电压电流，对某些电子设备产生毁灭性的的破坏，而过压/浪涌防护器件就是为各类电子设备提供防护的，避免设备内部的电子元器件遭受雷击浪涌的损坏。压敏电阻、气体放电管、TVS管（瞬间抑制二极管）三种器件都限压型的浪涌保护器件，都被用来在电路中用作浪涌保护，但是却有不少客户认为TVS二极管不如气体放电管和压敏电阻。关于TVS二极管和气体放电管、压敏电阻谁在限压/浪涌防护中作用更大的问题，元芳，你怎么看？ ​ 有比较才能够凸显出优劣，从而找到最佳的方案。这一招不管是在市场招商还是电子保护器件的选型都是适用的。但是在这里居然能够看到有人说TVS二极管不如气体放电管和压敏电阻，这个很多工程师们就不同意了。工程师从反应时间、通流容量以及工作原理三个方面分析了三种过压/浪涌防护器件的优劣，也深深的让小编感受到了TVS二极管的强大，瞬间就能理解TVS二极管为什么应用范围那么广泛了。小编也不藏私，以下就是某电子FAE工程师分析三种过压/浪涌防护器件优劣的三点： 1 在反应时间上 快： TVS二极管的反应速度是最快的，为皮秒级 中： 压敏电阻介于TVS和气体放电管之间 压敏电阻略慢，为纳秒级； 慢： 而气体放电管最慢，通常为几十个纳秒甚至更多。 2 在通流容量上 小： TVS二极管通常只有几百A; 中： 压敏电同样介于TVS和气体放电管之间， 而压敏电阻按不同规格，可通过数KA到数十KA的单次8/20uS浪涌电流； 大： 而对于气体放电管来说通常十KA级别8/20μS浪涌电流可导通数百次。 2 从原理上看 TVS管基于二极管雪崩效应； 压敏电阻器基于氧化锌晶粒间的势垒作用； 而气体放电管则是基于气体击穿放电。 另一个不能忽略的特点是二极管可以很方便地与其它器件集成在一个芯片上，现有很多将EMI过滤和RFI防护等功能与TVS管集成在一起的器件，不但减少设计所采用的器件数目降低成本，而且也避免PCB板上布线时易诱发的伴生自感。 ---end--- ​

市场中的放电管大致分为两大类：气体放电管和固体放电管，而气体放电管又根据材质的不一样分为陶瓷气体放电管和玻璃气体放电管。虽然同为放电管，都可以提供浪涌防护、过压保护，但是其应用的范围领域以及产品本身还是有很多不同的。 气体放电管与固体放电管的不同点： 1、通流量不同。陶瓷气体放电管的8/20μs波峰值电流常用的有5kA、10kA、20kA等几种（当然还有更大的，达100kA以上），10 /1000μs波峰值电流在几十至几百A之间；玻璃放电管的8/20μs波峰值电流现有500A、1kA、3kA三种；半导体过压保护器的10 /1000μs波峰值电流在几十至上百A之间。 2、反应速度不同。陶瓷气体放电管最慢，玻璃放电管和半导体放电管的响应速度都很快，在ns量级； 3、电容不同。陶瓷气体放电管和玻璃放电管的电容都很小，在3pF以下，特别适用于高数据传输率的应用上；半导体放电管的容值范围在几十至百pF，是这三种过压保护器件中电容值最大的，由于电容量较高，只适用于低频数据传输。 4、击穿电压精准度不同。陶瓷气体放电管最低，玻璃放电管较低，半导体放电管的击穿电压可以做得很准确； 5、脉冲击穿电压不同。陶瓷气体放电管，半导体放电管高，玻璃放电管的击穿电压可以做得很高，最高的达5kV。 6、防护应用不同。气体放电管多英语高功率一级保护，而固体放电管更适用于低功率的二级保护。 7、失效模式不同。气体放电管失效模式为开路，固体放电管失效模式为短路。

多数工程师在为产品设计防护方案时，有关感应雷、雷击浪涌和瞬态浪涌的防护都会将气体放电管作为一级防护器件。而各类应用实例也不难看出陶瓷气体放电管就是一个很好的保护器件。并联在电路上，器件不动作时，阻值很高，等效电容低，可视为开路，对电路几乎没有影响。当有异常脉冲时，达到动作电压值后内阻瞬间下降，并释放电流。当异常高压消失，就会自动恢复到高阻状态，电路正常工作。下面就跟小硕一起来了解气体放电管的工作原理、主要参数和陶瓷气体放电管的选型要点： 气体放电管的工作原理 陶瓷放电管用陶瓷密闭封装，内部由两个或多个带间隙的金属电极，充以惰性气体氩气，氖气构成。气体放电管的工作原理可以简单地总结为气体放电。当两级间产生足够大的电量,则会造成极间间隙被放电击穿,这时其便由绝缘状态转变成为导电状态,这种现象 与短路较为相似。当处于导电状态下时,两极间的电压会较低,一般是在20～50V之间,因此,其能够对后级电路起到很好的保护作用。 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，顾也有工程师称其为陶瓷放电管、陶瓷气体放电管。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。 1)反应时间指从外加电压超过击穿电压到产生击穿现象的时间，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承受及散发的最大能量，其定义为在固定的8×20μs电流波形下，所能承受及散发的电流。 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的速率上升，放电管产生火花时的电压为击穿电压。气体放电管具有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)温度范围其工作温度范围一般在-55℃～+125℃之间。 1010Ω。 陶瓷气体放电管该如何选择 1、气体放电管的加入不能影响线路的正常工作，这就要保证气体放电管的直流击穿电压的下限值必须高于线路的最大正常工作电压。据此确定所需放电管的标称直流击穿电压值。 2、确定线路所能承受的最高瞬时电压值，要确保放电管的冲击击穿电压值必须低于此值。以确保当瞬间过压来临时，放电管的反映速度快于线路的反映速度，抢先一步将过电压限制在安全值。这是放电管的一个最重要的指标。 3、根据线路中可能窜入的冲击电流强度，确定所选用放电管必须达到的耐冲击电流能力(如：在室外一般选用10kA以上等级;在入室端一般选用5kA等级;在设备终端处一般选用2kA左右等级)。 4、当过电压消失后，要确保放电管及时熄灭，以免影响线路的正常工作。这就要求放电管的过保持电压尽可能高，以保证正常线路工作电压不会引起放电管的持续导通(即续流问题)。 5、若过电压持续的时间很长，气体放电管的长时间动作将产生很高的热量。为了防止该热量所造成的保护设备或者终端设备的损坏同时也为了防止发生任何可能的火灾，气体放电管此时必须配上适当的短路装置，我们称之为FS装置( 即“失效保护装置”)。 ——秦晋电子科技 fuse-tech.com

  陶瓷气体放电管工作原理及选型应用【SOCAY】                      SOCAY （Sylvia）   1、 产品简述 陶瓷气体放电管（Gas Tube）是防雷保护设备中应用最广泛的一种开关器件，无论是交直流电源的防雷还是各种信号电路的防雷，都可以用它来将雷电流泄放入大地。其主要特点是：放电电流大，极间电容小（≤3pF），绝缘电阻高（≥10 9 Ω ），击穿电压分散性较大（±20%），反应速度较慢（最快为0.1～0.2 μ s）。按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。   2、 工作原理 气体放电管由封装在充满惰性气体的陶瓷管中相隔一定距离的两个电极组成。 其电气性能基本上取决于气体种类、气体压力以及电极距离，中间所充的气体主要是氖或氩, 并保持一定压力,电极表面涂以发射剂以减少电子发射能。这些措施使得动作电压可以调整 ( 一般是 70 伏到几千伏 ) ，而且可以保持在一个确定的误差范围内。当其两端电压低于放电电压时，气体放电管是一个绝缘体 ( 电阻 Rohm100M Ω) 。当其两端电压升高到大于放电电压时，产生弧光放电，气体电离放电后由高阻抗转为低阻抗, 使其两端电压迅速降低，大约降几十伏。气体放电管受到瞬态高能量冲击时，它能以 10 -6 秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，通过高达数十千安的浪涌电流。   3 、特性曲线          Vs 导通电压， Vg 辉光电压， Vf 弧光电压， Va 熄弧电压   4 、主要特性参数 ①直流击穿电压Vsdc：在放电管上施加100V/s的直流电压时的击穿电压值。这是放电管的标称电压，常用的有90V、150V、230V、350V、470V、600V、800V等几种，我们有最高3000V、最低70V的。其误差范围：一般为±20%，也有的为±15%。 ②脉冲（冲击）击穿电压Vsi：在放电管上施加1kV/ μ s的脉冲电压时的击穿电压值。因反应速度较慢，脉冲击穿电压要比直流击穿电压高得多。 陶瓷气体放电管对低上升速率和高上升速率电压的响应如下图所示。   ③冲击放电电流Idi：分为8/20 μ s波（短波）和10/1000 μ s波（长波）冲击放电电流两种。常用的是8/20 μ s波。冲击放电电流又分为单次冲击放电电流（8/20 μ s波冲击1次）和标称冲击放电电流（8/20 μ s波冲击10次），一般后者约为前者的一半左右，有2.5 kA、5 kA、10 kA、20 kA …… 等规格。   5 、命名规则   6 、封装及分类 按电极数分，有二极放电管和三极放电管（相当于两个二极放电管串联）两种。其外形为圆柱形,有带引线和不带引线两种结构形式（有的还带有过热时短路的保护卡）。 两极： 1206-xxxAHIP Series 1812-xxxCHIP Series 2E-8*6(S) Series 2E-4 Series 2E-5 Series 2E-6 Series 2E-7 Series 2E-8*6 Series 2E-8*8 Series 三极： 3E-5(S) Series 3E-5(SS) Series 3E-6 Series 3E-7 Series 3E-8 Series 3E-8(T) Series   7 、产品特点 优点：①击穿（导通）前相当于开路，电阻很大，没有漏电流或漏电流很小；②击穿（导通）后相当于短路，可通过很大的电流，压降很小；③脉冲通流容量（峰值电流）很大； 2.5kA~100kA ；④具有双向对称特性。⑤电容值很小，小于 3pF 。 缺点：①由于气体电离需要一定的时间，所以响应速度较慢，反应时间一般为 0.2 ～ 0.3μs(200 ～ 300ns) ，最快也有 0.1μs(100ns) 左右，在它未导通前，会有一个幅度较大的尖脉冲漏过去，而起不到保护作用。②击穿电压一致性较差，分散性较大，一般为± 20% 。③击穿电压只有几个特定值。   8 、选型及应用 使用指导： ①在快速脉冲冲击下，陶瓷气体放电管气体电离需要一定的时间（一般为0.2～0.3 μ s，最快的也有0.1 μ s左右），因而有一个幅度较高的尖脉冲会泄漏到后面去。若要抑制这个尖脉冲，有以下几种方法：a、在放电管上并联电容器或压敏电阻；b、在放电管后串联电感或留一段长度适当的传输线，使尖脉冲衰减到较低的电平；c、采用两级保护电路，以放电管作为第一级，以TVS管或半导体过压保护器作为第二级，两级之间用电阻、电感或自恢复保险丝隔离。 ②直流击穿电压Vsdc的选择：直流击穿电压Vsdc的最小值应大于可能出现的最高电源峰值电压或最高信号电压的1.2倍以上。 ③冲击放电电流的选择：要根据线路上可能出现的最大浪涌电流或需要防护的最大浪涌电流选择。放电管冲击放电电流应按标称冲击放电电流（或单次冲击放电电流的一半）来计算 ④陶瓷气体放电管因击穿电压误差较大，一般不作并联使用。 ⑤续流问题：为了使放电管在冲击击穿后能正常熄弧，在有可能出现续流的地方（如有源电路中），可以在放电管上串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流，使它小于放电管的维持电流。  

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