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氣體放電管在浪涌抑制電路的應用

2017-09-09 溫州創捷防雷電器有限公司 914
  擇要:論說了浪涌電壓爆發的機理,引見了氣體放電管的任務原理、個性參數和在浪涌抑制電路中的運用。
關鍵詞:浪涌電壓抑制;氣體放電管;運用
1  浪涌電壓的爆發和抑制原理
在電子系統和網絡路線上,一再見遭到外界瞬時過電壓攪擾,這些攪擾源重要蘊含:由于通斷感性負載或啟停大功率負載,路線阻攔等爆發的利用過電壓;由于雷電等天然景遇誘發的雷電浪涌。這類過電壓(或過電流)稱為浪涌電壓(或浪涌電流),是一種瞬變攪擾。浪涌電壓會嚴重危險電子系統的恬適任務。消除浪涌噪聲攪擾,住手浪涌危險始終是相干電子設備恬適穩定運轉的核心題目。為了住手浪涌電壓危害電子設備,一般給與分流進攻辦法,即將浪涌電壓在無比短的時間內與大地短接,使浪涌電流分流上天,達到減弱息爭除過電壓、過電流的目的,從而起到保護電子設備恬適運轉的作用。
2  浪涌電壓抑制器件分類
浪涌電壓抑制器件根本上可以分為兩大類型。第一種類型為橇棒(crow bar)器件。其重要特性是器件擊穿后的殘壓很低,是以不僅無利于浪涌電壓的迅速泄放,而且也使功耗大大低落。其它該類型器件的泄電流小,器件極間電容量小,以是對路線影響很小。經常使用的撬棒器件蘊含氣體放電管、氣隙型防雷器、硅雙向對稱開關(CSSPD)等。
另外一種類型為箝位保護器,即保護器件在擊穿后,其兩端電壓堅持在擊穿電壓上再也不回升,以箝位的形勢起到保護作用。經常使用的箝位保護器是氧化鋅壓敏電阻(MOV),瞬態電壓抑制器(TVS)等。
3  氣體放電管的構造及根本原理
氣體放電管給與陶瓷密閉封裝,外部由兩個或數個帶間隙的金屬電極,充以惰性氣體(氬氣或氖氣)造成,根本形狀如圖1所示。當加到兩電極端的電壓達到使氣體放電管內的氣體擊穿時,氣體放電管便開端放電,并由高阻釀成低阻,使電極兩端的電壓不超過擊穿電壓。
浪涌保護器,防雷器,壓敏電阻
(a)  BB型                            (b)BBS型
圖1  氣體放電管的根本形狀
4  氣體放電管與其它浪涌抑制器件參數對照
1)火花間隙(Arc chopping)
為兩個狀況象牛角的電極,相互間有很短的距離。當兩個電極間的電位差達到肯定水平凡,間隙被擊穿打火放電,由此將過電流釋放上天。
益處:放電手段強,通流容量大(可做到100kA以上),泄電流小;
漏洞:殘壓高(2~4kV),反應時間慢(≤100ns),有扈從電流(續流)。
2)金屬氧化物壓敏電阻(Metal oxside varistor)
該器件在肯定溫度下,導電性能隨電壓的添加而急劇增大。它是一種以氧化鋅為重要因素的金屬氧化物半導體非線性電阻。沒有過壓時呈高阻值狀況,一旦過電壓,立即將電壓限定到肯定值,其阻抗突變為低值。
益處:通流容量大,殘壓較低,反應時間較快(≤50ns),無扈從電流(續流);
漏洞:泄電流較大,老化速度絕對較快。
3)瞬態抑制二極管(Transient voltage suppressor)
亦稱齊納二極管,是一種專門用于抑制過電壓的器件。其核心局部是具備較大截面積的PN結,該PN結任務在雪崩狀況時,具備較強的脈沖吸收手段。
益處:殘壓低,行徑精度高,反應時間快(<1ns),無扈從電流(續流);
漏洞:耐流手段差,通流容量小,一般只要幾百安培。
4)氣體放電管(Gas discharge tube)
氣體放電管可以用于數據線、有線電視、交流電源、電話系統等方面舉辦浪涌保護,一般器件電壓范疇從75~10000V,耐襲擊峰值電流20000A,可經受高達幾千焦耳的放電。
益處:通流量容量大,絕緣電阻高,泄電流小;
漏洞:殘壓較高,反應時間慢(≤100ns),行徑電壓精度較低,有扈從電流(續流)。
各類浪涌抑制器件的希獨特性為器件在閾值電壓如下都泛起高阻抗,一旦超過閾值電壓,則阻抗便急劇升高,都對尖峰電壓有肯定的抑建造用。但各自都出漏洞,是以按照細心的運用處合,一般給與上述器件中的一個可以幾個的組合來組建相應的保護電路。各類浪涌抑制器件的參數對照見表1所列。
表1  幾種經常使用浪涌抑制器參數對照   氣體放電管 壓敏電阻 浪涌抑制二極管
類型 橇棒 箝位 箝位
反應時間 <1μs <50ns <1ns
典范榜樣電容量/pF 1 500~5000 50
泄電流 <1pA 5~10μA 200μA
最大放電電流/A(8×20μs波形) 20000 6500 50
5  氣體放電管的重要參數
1)反應時間指從外加電壓超過擊穿電壓到爆發擊穿景遇的時間,氣體放電管反應時間一般在μs數量極。
2)功率容量指氣體放電管所能經受及散發的最大能量,其定義為在平穩的8×20μs電流波形下,所能經受及散發的電流。
3)電容量指在特定的1MHz頻率下測得的氣體放電管兩極間電容量。氣體放電管電容量很小,一般為≤1pF。
4)直流擊穿電壓當外施電壓以500V/s的速率回升,放電管爆發火花時的電壓為擊穿電壓。氣體放電管具備多種不同規格的直流擊穿電壓,其值取決于氣體的種類和電極間的距離等因素。
5)溫度范疇其任務溫度范疇一般在-55℃~+125℃之間。
6)電流—電壓個性曲線以美國克來電子公司CG2-230L氣體放電管為例,如圖2所示。
7)絕緣電阻是指在外施50或100V直流電壓時丈量的氣體放電管電阻,一般>1010Ω。
浪涌保護器,防雷器,壓敏電阻
圖2  電流—電壓個性曲線
6  氣體放電管的運用示例
1)電話機/傳真機等各類通信設備防雷運用
如圖3所示。特性為低電流量,高繼續電源,無泄電流,高穩定性。
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圖3  通信設備防雷運用
2)氣體放電管和壓敏電阻組合造成的抑制電路
圖4是氣體放電管和壓敏電阻組合造成的浪涌抑制電路。由于壓敏電阻有同等命漏洞:具備不波動的泄電流,性能較差的壓敏電阻應用一段時間后,因泄電流變大可以會發熱自爆。為處置這一題目在壓敏電阻之間串入氣體放電管。但這又帶來了漏洞等于反應時間為各器件的反應時間之和。譬喻壓敏電阻的反應時間為25ns,氣體放電管的反應時間為100ns,則圖4的R2,G,R3的反應時間為150ns,為刷新反應時間列入R1壓敏電阻,這樣可使反應時間為25ns。
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圖4  氣體放電管和壓敏電阻共同運用
3)氣體放電管在綜合浪涌保護系統中的運用
自動掌握系統所需的浪涌保護系統一般由二級或三級構成,利用各類浪涌抑制器件的特性,可以完成穩定保護。氣體放電管一般放在路線輸入端,做為一級防雷器件,經受大的浪涌電流。二級保護器件給與壓敏電阻,在μs級時間范疇內更快地響應。對付高天真的電子電路,可給與三級保護器件TVS,在ps級時間范疇內對浪涌電壓爆發響應。如圖5所示。當雷電等浪涌到來時,TVS首先起動,會把瞬間過電壓切確掌握在肯定的程度;若是浪涌電流大,則壓敏電阻起動,并泄放肯定的浪涌電流;兩端的電壓會有所進步,直至鞭策前級氣體放電管的放電,把大電流泄放到地。
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圖5  三級保護
7  結語
各類電子系統,以及通信網絡等,一再見遭到外來的電磁攪擾,這些攪擾重要來自電源路線的暫態歷程、雷擊閃電、以及宇宙射電等。這些攪擾會使得系統行徑失誤甚至硬件毀壞。針對這些題目,要做好片面的預防保護辦法,就需求先找到題目的本源,再選用合適的浪涌抑制器件予以處置。
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