气体放电管与空气放电管 —— 大通流泄放型保护
放电管是"泄放型"保护器件:两端电压超过击穿阈值时内部间隙击穿(辉光→弧光放电),以接近短路的低阻抗把浪涌电流泄放入地。通流量级远高于钳位型器件(MOV/TVS),但响应较慢且存在续流问题。
1. 两个家族
| 类型 | 结构 | 特征 |
|---|---|---|
| 气体放电管(GDT,陶瓷气体放电管) | 陶瓷管内充惰性气体、电极间隙封装(二极/三极管型) | 击穿电压可控(直流标称 75 V~数 kV)、通流 1~100 kA 级、电容小(pF 级) |
| 空气放电管(裸火花间隙/air spark gap) | 暴露在空气中的放电间隙(PCB 铜箔间隙或独立件) | 无封装成本极低、通流极大;击穿电压受气压/湿度/电极形状影响大、一致性差 |
2. 关键参数
| 参数 | 含义 | 选型要点 |
|---|---|---|
| 直流击穿电压(DC spark-over) | 缓慢升压下的击穿值 | 高于电路最高工作电压(含容差),低于被保护设备耐冲击水平 |
| 冲击击穿电压 | 快速浪涌(1 kV/µs 量级)下的实际击穿值 | 显著高于直流击穿值(动态响应限制),与后级 MOV/TVS 做能量配合 |
| 通流容量(8/20 µs) | 额定浪涌电流 | 按防雷分区等级选;多脉冲能力另核 |
| 绝缘电阻/电容 | 极间寄生 | GDT 电容 pF 级,适合高频端口;火花间隙近似无电容 |
| 续流(follow current) | 击穿后电网工频电流持续通过 | 核心缺点:交流系统必须有灭弧手段或后续阻抗限流 |
3. 典型应用与配合
- 共模泄放:GDT 接在 L/N 对地(或天线/通信端口对地),泄放共模大电流;直流击穿电压高于线路最高工作电压;
- 与 MOV 级联(GDT 串 MOV 接地):GDT 隔断工频续流路径,MOV 承担快速钳位——GDT 在 MOV 明显劣化之前击穿分流,二者取长补短(业界经验结构,见 Littelfuse 瞬态抑制精译 的分压器与级联论述);
- 细保护配合:GDT(大通流,入口)→ 阻抗/滤波 → TVS(快速钳位,设备内)逐级降压(防雷分区思路)。
4. 续流与灭弧(设计红线)
- 交流系统:单独并联的 GDT 击穿后,工频电流持续流过(电弧维持),GDT 无法自恢复 → 必须串 MOV/电阻限流灭弧,或选带灭弧设计的型号;
- 直流系统:直流无过零点,续流问题更严峻 → 直流侧慎用裸 GDT(业界经验,须专门核算);
- 火花间隙的放电残压低但离散度大,不能作为精密钳位,只作粗泄放。
5. 常见错误
- 只按直流击穿电压选型、忽略冲击击穿电压的滞后 → 浪涌来了 GDT 未动作,后级独自承担;
- GDT 直接并联在交流电源 L-N/对地、无限流配合 → 续流不能熄灭,器件爆炸失效(短路模式);
- 忽略 GDT 的失效模式(短路)→ 无后备熔断/热脱扣时失效后引发线路故障;
- 把火花间隙当精密钳位用 → 一致性差导致保护水平不可控;
- 高频端口忽略 GDT 电容影响(GDT 反而电容小,此项通常无虞;应防的是 MOV 电容大,见 MOV 篇口径)。
6. 库内关联锚点
上一级:09_保护器件