气体放电管概览

PC板元器件保护

如今,以微处理器为基础的电子设备越来越容易受到雷电引起的电压电涌和瞬时电气开关的影响,因为这些设备的芯片密度高,具有二进制逻辑功能,并连接到不同的网络,因此变得更加敏感和复杂。这些设备对公司的通信和信息处理至关重要,通常会对公司的底线产生影响;因此,为这些设备投保,以防范这些潜在的代价高昂的破坏性事件,是非常谨慎的做法。气体放电管或 GDT 可作为独立组件使用,也可与其他组件组合成多级保护电路 - 气体管可作为高能量处理组件。由于 GDT 的电容极低,因此通常用于保护通信和数据线直流电压应用。不过,它们在交流电源线路上也具有非常诱人的优势,包括无泄漏电流、高能量处理和更好的报废特性。

气体放电管技术

气体放电管一般为充有一定压力惰性气体(无放射性)的密封管,并带有两到三个电极。一般采用陶瓷制成,两端用金属盖密封,后者同时还起到电极的作用。其主要用途在于保护信号线路,也可用于其它方面。

气体放电管可视为一种超快速开关,工作原理就是在击穿状态下, 导电气体急剧改变, 从开路状态瞬间进入一种类似导通的状态(弧光压降约为20V)。 因此,气体放电管的工作可分为四个工作区域:

  • 无效域: 其特点是绝缘电阻可近似于认为无穷大(>10G );

  • 辉光域: 达到击穿后,导电性突增; 假若气体放电管所通过的电流小于0.5A(粗略估值,不同类型的元器件或有差异),则两个端子之间的电压即为辉光压降,范围在80-100V之间;

  • 弧光域: 随着电流继续加大,气体放电管的端压则从辉光压降转为弧光压降(20V)。该区域内气体放电管放电性能最好,因为此时的放电电流可达数千安培,且两端弧光压降不会增加。

  • 熄灭: 待两端电压差约等于辉光压降时,气体放电管恢复至最初的绝缘性能水平。

End of Life

气体放电管标称能够耐受若干次电涌冲击,而不至于一次性损毁或丧失基本特性(一般的冲击耐受测试中,各电极须承受10次5kA的冲击)。不过,如果持续承受大电流(例如10Arms持续15秒:模拟交流电源线搭接到信号线路上的情形)将造成其完全失效。 因此,如果在寿命结束时需要进入安全失效模式(如当线路监测到发生GDT进入短路时将故障情况报告给用户),则应选择带有失效保护功能(外加失效安全机构)的气体放电管。

气体放电管选型:

决定气体放电管性能的主要电气特性有:

  • 直流击穿电压(V)

  • 冲击放电电压(V)

  • 放电电流(kA)

  • 绝缘电阻(Gohms)

  • 电容(pF)

  • 安装:(表面贴装、标准引线,定制引线、支架等)

  • 包装:(卷带、盘带、编带盒装)

直流击穿电压范围:

  • 最低75Vdc

  • 平均230Vdc

  • 高压500Vdc

  • 超高压1000至3000Vdc

击穿电压的容差范围一般是±20%

放电电流

这取决于气体的性质,体积和电极材料等。这是GDT的主要特征,也是区分GDT与其他保护装置(压敏电阻、齐纳二极管等)的特征: 标准器件标称耐受5~20kA@8/20μs冲击。该装置可以承受重复(如10次冲击)而不会使元器件性能发生破坏或劣化。

冲击放电电压

施加规定上升率和极性的冲击电压,在放电电流流过GDT前,其两端子间的电压最大值。 制造厂通常给出在上升斜率为dV/dt=1kV/μs时的击穿电压,dV/dt越大则冲击放电电压值越高。

绝缘电阻与电容

这些特性使得气体放电管在正常工作条件下几乎不可见。气体放电管具有超高绝缘电阻(>10G )和超低电容 (<1pF)。

维护

CITEL 气体放电管在正常情况下无需维护或更换。它们可以承受反复的电涌电流而不会损坏。

尽管如此,谨慎的做法是为最坏的情况做好准备,为此,CITEL 设计了 SPT203 模型,用于测试气体放电管和浪涌保护器的状态。

标准

CITEL气体放电管符合各大主要电信服务商(法国电信公司、英国电信公司等)的规格要求, 同时遵守ITU-TK12国际建议标准和IEC 61643-311标准的相关规定。

同样也符合RoHS的相关标准。