读懂气体放电管和压敏电阻的性能及应用

针对这两种器件的优缺点，建议在实际的设计应用中根据电路的实际需求选择不同的保护器件，同时根据实际应用对这两种元器件进行串并联的组合使用，发挥各自的优点，克服各自的缺点，从而达到最佳的保护效果和最优的安全性能指标。

气体放电管

一、 气体放电管的工作原理及特性

气体放电管的工作原理是气体放电。当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时，两极间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平。也就是说在无浪涌时，处于开路状态，浪涌到来时，放电管内的电极板关合导通。浪涌消失时，极板恢复到原来的状态。

气体放电管包括二极管和三极管，电压范围从75V-3500V,超过一百种规格。放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电暂态过电流和限制过电压作用。

二、气体放电管的几个重要参数

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亦称为“直流点火电压”，常用的有90V、150V、230V、350V、470V、600V、800V等几种，最高可坐到3000V、最低70V。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/μs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。

3.冲击耐受电流：将放电管通过规定波形和规定次数的脉冲电流，使其直流放电电压和绝缘电阻不会发生明显变化的最大值电流峰值称为管子的冲击耐受电流。这一参数总是在一定波形和一定通流次数下给出的，制造厂常给出在8/20μs波形（短波）下通流10次的冲击耐受电流，也有给出在10/1000μs波形（长波）下通流300次的冲击耐受电流。

4.工频耐受电流：放电管通过工频电流5次，使管子的直流放电电压及绝缘电阻无明显变化的最大电流称为其工频耐受电流。当应用于一些交流供电线路或易于受到供电线路感应作用的通讯线路时，应注意放电管的工频耐受问题。经验表明，感应工频电流较小，一般不大于5A，但其持续时间却很长；供电线路上的过电流很大，可高达数百安培，但由于继电保护装置的动作，其持续时间却很短，一般不超过5s。

5. 绝缘电阻(IR):在Gas tube两端加上规定的电压，测试其电阻，通常数值都比较大(1GΩ)。

6. 电容(C):1MHz下气体放电管两极的电容，这个数值通常比较小(<10pF)。

三、气体放电管的优缺点

1.优点：电流通容量大；寄生电容小；残压较低；

2.缺点：放电时延性较大，动作灵敏度不够，响应时间较慢。

压敏电阻

一、压敏电阻的工作原理及特性

压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性的限压型电阻。

压敏电阻的伏安特性是连续和递增的，因此它不存在续流的遮断问题。

它的工作原理为压敏电阻的氧化锌和添加剂在一定的条件下"烧结",电阻就会受电压的强烈影响，其电流随着电压的升高而急剧上升，上升的曲线是一个非线性指数。当在正常工作电压时，压敏电阻处于一种高阻值状态。当浪涌到来时，它处于通路状态，强大的电流流过自身泄入大地。

二、压敏电阻的几个重要参数

1.压敏电压：压敏电压一般认为是在温度为20度时在压敏电阻上有1mA电流流过的时候，相应加在该电阻两端的电压。

压敏电压在交流电 中，一般比电 的峰值电压要高，为峰值电压的0.7倍，而峰值电压一般认为是交流电 电压的倍。用公式表示为：

VN = VNH ÷0.7

式中的VN为压敏电压；VNH 为电 额定电压。

2.漏电流：漏电流是指在正常情况下通过压敏电阻微安数量级的电流。漏电流越小越好。

对于漏电流特别应强调的是必须稳定，不允许在工作中自动升高，一旦发现漏电流自动升高，就应立即淘汰，因为漏电流的不稳定是加速防雷器老化和防雷器爆炸的 直接原因。因此在选择漏电流这一参数时，不能一味地追求越小越好，只要是在电 允许值范围内，选择漏电流值相对稍大一些的防雷器。

3.响应时间：响应时间是指加在防雷器两端的电压等于压敏电压所需的时间，达到这一时间后防雷器完全导通。压敏电阻的响应时间为25ns左右。

4.寄生电容：寄生电容一般是指电感，电阻，芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。实际上，一个电阻等效于一个电容，一个电感，和一个电阻的串连，在低频情况下表现不是很明显，而在高频情况下，等效值会增大，不能忽略。在计算中我们要考虑进去。ESL就是等效电感，ESR就是等效电阻。不管是电阻，电容，电感，还是二极管，三极管，MOS管，还有IC,在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值，电感值。压敏电阻一般都有较大的寄生电容，它的寄生电容一般在几百微微法到几千微微法之间，因而它不利于对高频电子系统的保护。因为这种寄生电容对高频信号的传输会产生畸变作用，从而影响系统的正常运行。

三、压敏电阻的优缺点

1.优点：响应时间快、无续流、残压较低；

2.缺点：有泄漏电流；寄生电容较大，不利于对高频电子线路的保护。

气体放电管与压敏电阻的组合使用

1.气体放电管和压敏电阻的比较。这两种元器件均属于非线性元器件，均可用于电压浪涌冲击比较敏感的电子电路中，和被保护电路并联使用做瞬态过压做防护，但是它们各有各的优缺点，如下表一所示。

表一：气体放电管与压敏电阻的比较

2.气体放电管和压敏电阻在电路中组合应用。

2.1两种器件的并联使用，如下图1所示。这样使用可以有效克服压敏电阻因为通过持续的大电流后其自身性能的裂化问题。在气体放电管还没有导通之前，压敏电阻已经导通，对暂态的过电压进行嵌位，泄放大电流。当气体放电管导通后，它与压敏电阻进行并联分流，减小了对压敏电阻的分流压力，从而缩短了压敏电阻通过大电流的时间，有效减缓压敏电阻的性能退化。

但是，在设计两种器件并联使用的过程中，对于压敏电阻的压敏电压值的选择要比气体放电管的直流击穿电压要大一些，确保气体放电管能够动作。

图1： 气体放电管和压敏电阻的并联使用

2.2两种器件的串联使用，如下图2所示。由以上对气体放电管和压敏电阻的比较分析可知，压敏电阻具有比较大的寄生电容，用于交流电源系统保护时，在正常运行状态下将产生比较大的漏电流，这样大的漏电流将会对系统的正常运行产生影响。所以将气体放电管和压敏电阻进行串联使用时，气体放电管起到一个开关的作用，没有暂态过电压时，它将压敏电阻和系统隔开，使压敏电阻中几乎没有漏电流，没必要担心因此会引起漏电流的增大，因此可以有效的减缓压敏电阻性能的衰退。

但是，在设计两种器件串联使用的过程中，压敏电阻的漏电流应小于气体放电管的弧区续流，以便暂态过电压过去以后能有效地切断电弧区续流。

图2：气体放电管和压敏电阻的串联使用

SO,气体放电管和压敏电阻各有优缺点，在实际应用中应根据电路的实际需求选择不同的保护器件。同时也可以根据实际应用对这两种元器件进行串并联的组合使用，发挥各自的优点，克服各自的缺点，从而达到最佳的保护效果和最优的安全性能指标。