開關(guān)電源中壓敏電阻和氣體放電管的作用

來源：硬件筆記本

我們在開關(guān)電源的交流輸入端，很多地方可能都會看到這樣的組合：壓敏電阻+氣體放電管。

簡單畫個示意圖，在L-N之間串聯(lián)一個壓敏電阻，L-PE或N-PE串一個壓敏電阻和氣體放電管，如下圖所示。

為什么會同時存在壓敏電阻+氣體放電管呢?它們分別有什么作用呢?我們先分別看一下壓敏電阻和氣體放電管的特性及工作原理。

1、壓敏電阻

壓敏電阻(MOV)是典型的鉗位型過壓器件，它是利用壓敏電阻的非線性特性，當(dāng)過電壓出現(xiàn)在壓敏電阻的兩端，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而實現(xiàn)對后級電路的保護。

打開一份壓敏電阻的規(guī)格書，我們來看一下它的主要參數(shù)：

1?.1、壓敏電壓(U1mA)?

壓敏電壓是指在壓敏電阻上通過1mA直流電流時所對應(yīng)的電壓值。當(dāng)電壓達到或超過這個值時，壓敏電阻由高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，開始發(fā)揮其過電壓保護的作用，如下圖所示：

?1.2、通流容量(Flow capacity)?

指在規(guī)定的條件(如規(guī)格書8/20μs波形)下，允許通過壓敏電阻的最大脈沖電流峰值。規(guī)格書中可以看到，一般都在1000A左右，峰值電流承受能力很大，使得能承受的浪涌電流也比較大，但比氣體放電管小。

1.3、?結(jié)電容?(Junction capacitance)

壓敏電阻具有較大的結(jié)電容，規(guī)格書中可以看到它的容量都在10000pF左右，結(jié)電容非常大，使得在交流電源系統(tǒng)中，會產(chǎn)生漏電流，也不宜應(yīng)用在高頻信號線路中。

1.4、響應(yīng)時間(response time)

壓敏電阻的響應(yīng)時間都在ns級，比空氣放電管快。

1.5、注意(attention)

A、壓敏電阻的峰值電流承受能力確實很大，但是箝位效果比較差，箝位電壓會比較高;同時，由于箝位吸收引起的發(fā)熱會使得其本身結(jié)構(gòu)受損，浪涌沖擊次數(shù)的增加，其漏電流會增大，因此壽命較短。

B、選型時，看輸入電壓是否穩(wěn)定，穩(wěn)定可以選擇耐壓低一點，不穩(wěn)定的話就選擇耐壓高一點。

2、氣體放電管

氣體放電管(GDT)又稱陶瓷氣體放電管。我們平時用的比較多的是兩個引腳的，還有一些3個引腳的封裝。

它屬于短路型器件，其主要成分是惰性氣體，當(dāng)兩端電壓達到擊穿電壓時，放電管兩極迅速短路導(dǎo)通，讓浪涌電流快速通過從而達到保護的作用。

氣體放電管的寄生電容小，打開一個規(guī)格書，可以看到放電管電極間電容只有1.5pF，一般在2~10pF，寄生電容小，可以更快地響應(yīng)高頻暫態(tài)過電壓和過電流，有效地保護后級電路。

通過以上規(guī)格書，順便說說氣體放電管幾個比較重要的參數(shù)

2.1、直流擊穿電壓(DC spark-overvoltage)

在dv/dt≤100V/s電壓波形的條件下，測得的擊穿電壓，一般是一個電壓區(qū)間(這個規(guī)格書寫的±20%)。需要注意的是受保護設(shè)備的正常工作電壓要保證低于氣體放電管的直流擊穿電壓最小值，且有一定余量。

2.2、沖擊(或浪涌)擊穿電壓(Impulsespark-over voltage)

設(shè)備工作在一個高上升率(1kV/μs，或100 V/μs)電壓波形時測得的擊穿電壓，一般是一個電壓區(qū)間，它代表一般防護時的擊穿電壓。

2.3、絕緣電阻(Insulationresistance)

GDT的絕緣電阻非常高，可達到千兆歐姆的量級。如上圖規(guī)格書標(biāo)注為1GMΩ(min)?？梢源_保它在惡劣環(huán)境中的可靠性?。

2.4、響應(yīng)時間 (response time)

GDT響應(yīng)時間一般為幾百ns甚至μs，是保護器件中速度最慢的，因為氣體放電需要一個過程，所以氣體放電管的響應(yīng)時間比較長。放電過程由于稀有氣體放電消耗能量很小，氣體放電管本身損耗能量很小。

2.5、注意(attention)

GDT存在續(xù)流電壓特性，當(dāng)氣體放電管導(dǎo)通后，可以被一個較低的電壓維持在導(dǎo)通狀態(tài)，如果它防護的電路兩端電平較高，那么在響應(yīng)一次后持續(xù)短路會燒掉，這個續(xù)流電壓通常為十幾到二十幾伏，所以氣體放電管不能單獨用在交流線之間或直流電壓過高的地方。

3、為什么同時存在壓敏電阻和氣體放電管?

看了以上的各自介紹就知道它們能夠揚長避短，是一對很好的搭檔。

3.1、性能互補?

壓敏電阻響應(yīng)速度快、非線性特性好、通流容量大，可以及時對電氣設(shè)備進行保護;而氣體放電管常用于多級保護電路中的第一級或前兩級，起泄放雷電瞬時過電流和限制過電壓的作用。二者串聯(lián)使用可以優(yōu)勢互補，降低崩潰電壓值，優(yōu)化保護效果?。

3.2、減少泄露電流氣體放電管可以阻斷系統(tǒng)正常工作時壓敏電阻中的泄漏電流，減緩壓敏電阻性能的劣化。從而延長壓敏電阻的使用壽命?。

3.3?增強保護

氣體放電管在輝光放電區(qū)所需電壓很大，基本不存在續(xù)流問題，而壓敏電阻的非線性特性可以很好地抑制續(xù)流問題。二者串聯(lián)使用可以進一步增強電路的保護能力，有效應(yīng)對雷擊、電壓浪涌等瞬態(tài)過電壓的沖擊?。

3.4?降低限幅電壓值?

使用導(dǎo)通電壓較低的壓敏電阻與氣體放電管串聯(lián)可以降低限幅電壓值，從而提供更精確的電路保護?。