电路防护-贴片陶瓷气体放电管

GDT工作原理

陶瓷气体放电管是一种电子器件，其工作原理基于气体放电现象。这种管子的内部填充了一种特定的气体，通常是氖气或氩气。当管子两端施加足够的电压时，气体会发生放电现象。通过改变电子粉、导电带、气体放电间隙以及中间的惰性气体，可以改变陶瓷气体放电管的电性参数。

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，大约为20~50V。

GDT主要特性参数

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

其雷击过后两端电压响应关系如下图所示

陶瓷气体放电管它是一种开关型的器件，在未导通之前它呈现高阻状态，在导通后呈现低阻状态。又因为它需要一定的反应时间，所以在不同上升速率的电压下，测得的计算电压是不一样的。在低上升速率电压100V 每秒的情况下测得的计算电压，我们称为直流击穿电压。在高上升速率电压1Kv每微秒的上升速率下测得的击穿电压，所以我们称为机脉冲击穿电压。在通常电路上应用的时候，我们考虑的是直流击穿电压。

波形的上升沿时间为8微秒，即电流从零上升到峰值需要8微秒。
从峰值电流下降到半峰值的时间为20微秒。

截图是一个示波器实际抓到的电流和电压的一个曲线。黄色的部分是一个电流的极限，它的最高峰值达到了11.4mA。蓝色部分是它一个放电管两端的一个压降曲线，忽略前面的干扰不看，我们看到它的一个压降先是一个上升，上升到它的一个击穿电压之后，开始降为它一个放电管电压，持续一段时间后就继续下降。

典型电路

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。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。

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。

RF(10kA浪涌防护)

DC12V(浪涌10kA防护)

前级用陶瓷气体放电管释放大部分的浪涌，后级用ESD进行钳位保护，中间适用保险丝和电感进行退耦。用电感的好处可以减少功率损耗，此方案也经过实测，这种组合能承受的浪涌电压也远远高于2Kv。

泄流的情况，在高电压、大电流的电路上很容易产生泄流。而在防护能力上，这种组合能承受的浪涌电压也远远高于2Kv。