气体放电管选型丨原理丨应用丨放电管参数丨规格丨参数丨放电管资料丨开关 管资料丨防雷元件----放电管开关管 TVS TVS TVS TVS 管区别 气体放电管原理选型及应用 气体放电管按照高效率弧光放电的气体物理原理工作。从电气的角度看，气体放电管就 是压敏开关。一旦施加到放电管上的电压超过击穿电压，毫微秒内在密封放电区形成 电弧。 高浪涌电流处理能力和几乎独立于电流的电弧电压对过压进行短路。当放电结束，放电管熄 灭，内阻立即返回数百兆欧姆。 气体放电管近乎完美的满足保护性元件的所有要求。它能将过压可靠的限制在允许的数 值范围内，并且在正常的工作条件下，由于高绝缘阻抗和低电容特性，放电管对受保护的系 统实际上不发生任何影响。 一般来说，当浪涌电压超过系统绝缘的耐电强度时，放电管被击穿放电，从而在短时间 内限制浪涌电压及减少干扰能量。当具有大电流处理能力的弧光放电时，由于弧光电压低， 仅几十伏左右，从而防止了浪涌电压的进一步上升。气体放电管即利用这一自然原理实现了 对浪涌电压的限制。 气体放电管主要参数： 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。 6）绝缘电阻是指在外施 50 或 100V 直流电压时测量的气体放电管电阻,一般>1010Ω 气体放电管的应用示例 1）电话机/传真机等各类通讯设备防雷应用 如图 3 所示。特点为低电流量，高持续电源，无漏电流，高可靠性。 图 3 通讯设备防雷应用 2）气体放电管和压敏电阻组合构成的抑制电路 图 4 是气体放电管和压敏电阻组合构成的浪涌抑制电路。由于压敏电阻有一致命 缺点：具有不稳定的漏电流，性能较差的压敏电阻使用一段时间后，因漏电流变大可能会发 热自爆。为解决这一问题在压敏电阻之间串入气体放电管。但这又带来了缺点就是反应时间 为各器件的反应时间之和。例如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，为改善反应时间加入 R1 压敏电阻,这样可 使反应时间为 25ns。 图 4 气体放电管和压敏电阻配合应用 （如是家用电 220V 交流电源，以上方案压敏和放电管选用方式，R1\R2\R3 用 S20K385E2， 放电管 G 用 N81-A600X，这个电路能过的是 8/20 波形 10KA 的冲击波也就是他的防护等级， 这个电路的残压会在 1100 左右，后面看用的是什么元件耐压是多少需不需要再做一级保护， 如果受保护设备承受不住这个电压，再加颗 TVS 可解决。） 3）气体放电管在综合浪涌保护系统中的应用 自动控制系统所需的浪涌保护系统一般由二级或三级组成，利用各种浪涌抑制器件的 特点，可以实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端，做为一级浪涌保护器件，承受 大的浪涌电流。二级保护器件采用压敏电阻，在μs 级时间范围内更快地响应。对于高灵敏 的电子电路，可采用三级保护器件 TVS，在 ps 级时间范围内对浪涌电压产生响应。如图 5 所示。当雷电等浪涌到来时，TVS 首先起动，会把瞬间过电压精确控制在一定的水平；如果 浪涌电流大，则压敏电阻起动，并泄放一定的浪涌电流；两端的电压会有所提高，直至推动 前级气体放电管的放电，把大电流泄放到地。 熄弧特性 交流工作状态下： 浪涌过后，一般放电管会熄弧，因为交流电压过零会降至放电管的弧光电压以下，但是在低 阻抗的电情况下，此熄弧特性不能完全实现。这种情况的出上是因为电路的低内阻和着火后 的放电管的低电阻欧姆）所造成的。放电管实际通过的电流可能超过大续流量，此电流可高 达几千安培。（备注：浪涌过后，放电管的续流应该受到限制，否则放电管可能启动周边元 件。） 直流电工作状态下： 在通讯系统防护上一般使用直流电源。在持续的直流电压下，浪涌过后放电管应该能够熄弧。 因为通讯线路一般具有高阻抗性，故用于其中的放电管能轻易满足此要求。当系统中存在高 直流电压或低阻抗时，必须根据个别情况对放电管的熄弧性能进行确认。 带失效保护卡功能的放电管： 在电源线和通讯线路搭接时，通常电流会长时间的持续通过击穿后的放电管，从而使放电管 升温。这种情况下，为了避免周边硬件过热，可通过保护卡装置来监测其受热情况。配置在 短路簧片上的分离器（锡焊料或塑料），开始时使短路簧片与电极保持一定的距离，当温度 超过使用材料的熔点时锡焊料熔化，簧片偏压使簧片下降并接触放电管电极，使放电管短路。 开关放电管的原理及应用： 气体放电原理不仅可以用于过压保护，还可用于开关领域。与气体放电管不同的是，开 关放电器属于有源部件，经过数十次点火后，仍具有稳定的性能。开关放电器可用于需要产 生高压冲击的应用。现在，打开汽车前灯使用的高压气体放电灯就像点燃气体火焰一样简单。 这些点火器的性能主要取决于开关部件的特性。需要配置极速开关，该开关在不导电状态下， 具有高绝缘阻抗，且损失极小。同时还应尽可能的小、坚固，应具有很高的可靠性及温度适 应性。 爱普科斯开关放电器充分利用电弧放电的特点：电弧放电形成的速度（< 50 ns）及其 强大的电流负载能力使其能产生瞬间冲击（10 µs）以及极强的电流、电压上升时间和低损 失。不导电状态下的绝缘电阻源于极低的泄电流，高达数兆欧姆。 我们的开关放电器的结构及其生产过程标准（ISO TS 16949）满足汽车行业多部件可靠 性的严格要求。十五年的实践经验证明，我们的开关放电器在氙气前灯应用方面具有极高的 功能性及可靠性优势 通用技术信息 脉冲点火器基本电路包括充电电阻器、点火电容器、开关放电器和高压变压器。 当达到开关器要求的点火电压，电容器内储存的电能将通过变压器的一次侧释放，同时在二 次侧产生需要的高压。其波幅取决于火花隙的点火电压、使用的电容以及变压器的绕线比。 通过选择合适的充电电阻器可以设定其重复频率。 开关放电器的结构与二极气体放电管的结构相似。通过匹配设计特点，如电极的间隙和形状、 电极启动装置、气体的类型和压力以及点火装置的数量、类型和位置，可以设定开关应用以 及开关使用寿命需要的电气特性。 CAS02X/CAM02X 系列 应用：煤气炉和中央供暖系统的点火器。 原理：开关放电器在点火变压器一次侧产生电流脉冲，进而通过其绕组比在二次 侧产生点燃混合气体需要的高压，一般为 12 kV。 SSG 系列 应用：视频和数据投影仪高压/超高压气体放电灯冷/热点火器、普通照明（如体育馆和工作 室照明、商店商品照明）、特殊应用（如内窥镜检查照明、背投电视和微型电视）。 原理：点火电路产生的高压脉冲与镇流器产生的工作电压叠加。由于开关放电器的损失很低， 所以点火电路的设计可以使少量脉冲即可点燃高压气体放电灯。 FS 系列 应用：汽车前灯使用的氙气灯以及建筑和采矿行业的辅助照明灯点火器。 特点：FS 系列具有广阔的温度适应性（–40 °C 至+170°C），而击穿电压范围相对较小。 通常，一次脉冲即可点燃气体放电灯。 原理：与 SSG 系列相同。 1)元件使用期间的开关操作次数和击穿电压主要取决于点火电路的参数，即点火电容器的电 容以及高压变压器的一次绕组电感。由于电路的布局由用户确定，因此这些数据为包括在表 格中。采用标准化测试电路获得开关次数数据和击穿电压数据表可根据要求提供。 陶瓷气体放电管属于开关组件，用于电源防雷器共模电路中将雷电流泄放入地，也可用在差 模电路中与压敏电阻串联而阻断其漏电流。在信号防雷器中常用于第一级泄放浪涌电流，由 于其反应速度慢，还要用第二级作限压保护。在选择陶瓷气体放电管时应注意：陶瓷气体放 电管不能直接用在电源上做差模保护；击穿电压要大于线路上最大信号电频电压；耐电流不 能小于线路上可能出现的最大异常电流；还有脉冲击穿电压须小于被保护线路电压。 压敏电阻选用时应注意的是：连续施加在压敏电阻两端的电源电压，不能超过规格表中列出 的¡°最大持续工作电压¡±值。还要充分考虑到电网（或电路）工作电压的波动幅度, 选取压 敏电阻的压敏电压值时，要留有足够的余量。国内一般的波动幅度为 30%。通过压敏电阻 的最大浪涌电流不应超过技术规格书中的¡°最大冲击电流¡±值(也就是最大通流量)。考虑到 要耐受多次冲击时，应该选用能耐受 10 次以上冲击的浪涌电流值。 压敏电阻的箝位电压必 须小于被保护的部件或设备能承受的最大电压（即安全电压）。 压敏电阻与 TVS 管的区别 压敏电阻能承受更大的浪涌电流，而且其体积越大所能承受的浪涌电流越大，最 大可达几十 kA 到上百 kA；但压敏电阻的漏电流较大，非线性特性较差（动态电 阻较大），大电流时限制电压较高，且所能耐受的冲击电流的大小随冲击次数的 增加而减小（降额特性），较易老化。TVS 管的非线性特性和稳压管完全一样， 动态电阻较小，限制电压较低，且不易老化，使用寿命长，但通流能力较小 （10/1000μs 波峰值电流在几 A 至几百 A 之间）。再有就是反应速度不同，TVS 管的反应速度极快，为 ps 级，而压敏电阻反应速度稍慢，为 ns 级。 开关型防雷器和限压型防雷器的区别 开关型防雷器为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要 作用是泄放雷电能量；限压型防雷器为氧化锌压敏电阻器件，其雷电能量泻放能 力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因此， 一般在建筑物入口处选用如开关型防雷器来泄放雷电能量，然后，在后级电路使 用限压型防雷器来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两 种防雷器需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。 放电管测试条件： 标称冲击放电电流 8/20 µs 指 8/20 µs 波形的额定放电电流。 – ITU-T 和 DIN VDE 要求：10 次放电。 – ITU-T 的附加要求：连续放电期间无 DUT 温度累积。 最大单次冲击放电电流 8/20 µs 波形的单次负载 冲击放电电流 10/350 µs 一次 10/350 µs 额定放电电流放电 标称耐工频电流 交流电流 50 Hz/1s 的额定有效值。 – ITU-T 要求：10 次放电（无 DUT 温度累积）。 – DIN VDE 要求：5 次放电。 交流放电电流 交流电流在 9 周期/50 Hz 时的额定有效值。 – RUS PE-80 要求：11 周期/60 Hz 最大续流量 对于 EF 系列，我们设定此特性为在浪涌衰减至 下一过零的交流电压期间，从电流供应源通过放电管的最 大允许电流。在 30 秒钟时限内这种放电可以重复 10 次。 使用寿命 额定放电电流 10/1000 µs 条件下 300 次放电。 技术规格备索。 绝缘电阻 Rins 未着火放电管的绝缘电阻： – 爱普科斯气体放电管 > 10 10 Ω –ITU-T 要求： > 109 Ω –DIN VDE 要求： > 1010 Ω 一般情况下，用测试电压 100V DC 来测试放电管。90 和 150 V DC 型号的放电管的测试电压为 50V DC。 电容 C 放电管自身电容（不加卡簧）： 爱普科斯气体放电管： 0.5 pF … 3 pF （依型号而定） ITU-T 要求： < 20 pF DIN VDE 要求： < 5 pF 三极管测试形式 参照相关的测试方法，检测任意一端电极 a/b 到中间电极 c 之间的特定击穿电压、绝缘电阻及电容。 除非另有说明，本目录上所注明的脉冲或交流耐电流是从 两端电极同时加载到中间电极上的总电流。 卓越品质 通过内部质量管理体系以及公司范围内基于“六西格玛”的零差错运动，爱普科斯不断改善 过程控制，不断提高产品质量。众多的奖项已说明顾客对这一严格的质量控制途径的认可。 UL 认证 爱普科斯气体放电管已经过认证，符合 UL 497B 的要求的（文件号 E163070）及符合 UL 1449 的（文件号 E214013）。 质量监控 100% 测试 发货前，放电管和开关放电器已经过单独测试，符合正常工作要求。 抽检 测试中，我们采用了基于以下国际标准的抽检： DIN ISO 2859（属性测试） DIN ISO 3951（变量测试） 这些质量监控过程涵盖动态（SPC）过程控制、过程步骤、型式和发货检验以及可靠性检验。 除非另有规定，否则我们的发货检验（包括模拟客户进货检验）采用 Vsdc 和 Rins 测试，并 达到测试级别 II 的可接受质量水平（0.65）。平均出货质量以 ppm 进行测量，并以这些数值 为基础进行评价。 对于开关放电器，我们采用了应用寿命测试（见单独数据表）。 可靠性检验 以下测试，我们采用了国际标准 IEC 或 DIN EN 60068： 寿命测试 温度循环测试： 放电管： –40°C ... + 90°C 开关放电器： –40°C ... + 125°C 湿度测试（相对湿度= 93%） 连续冲击测试（a = 400 ms–2 ） 振动测试（f = 10 to 500 Hz ） 引线拉力/弯曲测试 引线扭转强度测试 可焊性测试 机械尺寸检测 这些测试中使用的频率和应力参数取决于元件的型号。 产品和包装符合 DIN EN 24180 要求（应力、振动和冲击测试），同时通过实际条件下的运 输测试进行监控。 电气应力 大多数国际规范都确定了气体放电管的故障模式。 我们的气体放电管研制基于以下国际标准：ITU-T、K12、I EC6 1 6 4 3 - 3 1 1 ( EN6 1 6 4 3 - 3 1 1 )、I EC6 1 6 4 3 - 1 1(EN61643-11)、RUS PE-80/IEEE 465.1,DINVDE0845 以及中国国家 标准 GB9043。气体放电管用在模块和设备上，使这些设备可以满足各种法规要求包括 ITU K20/K21、IEC61000-4-5 以及 Telcordia GR1361/GR974/1089。 以上参数及标准均来自 EPCOS 原厂资料或实际应用领域的结论的整理，如果不当之处请联 系深圳思迪凯电子邓先生以便修正。技术交流可加 Q-Q：573931095 本文资料制作人：邓晓明 资料提供单位：深圳市思迪凯电子有限公司