GDT气体放电管的介绍和使用

qlexcel

已于 2025-03-11 14:29:16 修改

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分类专栏：器件&传感器文章标签：防雷管 GDT 气体放电管续流

于 2025-03-11 14:28:02 首次发布

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视频：芯片的避雷针，GDT气体放电管，是如何顶住雷电的冲击？

EMC系列☞气体放电管（GDT）

介绍

GDT(Gas Discharge Tubes)气体放电管也叫防雷管，主要用来防雷击浪涌。有插装型也有贴片。
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有两极型也有三极型

功能跟压敏电阻类似，都是当电压超过GDT动作电压，GDT就起作用导通，把电压钳位。这样当高压经过GDT后电压值就被限制了。

GDT特点

优点：

1、击穿前相当于开路，电阻很大，没有漏电流或漏电流很小；击穿后相当于短路，可通过很大的电流，压降很小；

2、脉冲通流量大，常用有2KA、10KA、20KA等，最高可达到100KA以上；

3、结电容低，多数GDT结电容小于2pF；

缺点：

1、由于气体电离需要一定的时间，所以响应速度较慢，反应时间一般为0.2~0.3us，最快也有0.1us左右，在它未导通之前，会存在一个幅度较大的尖脉冲漏过去，而起不到保护作用。

2、击穿电压一致性较差，分散性较大，一般为±20%。

3、击穿电压只有几个特定值。

工作过程(续流)

建议看下讲GDT原理的视频。芯片的避雷针，GDT气体放电管，是如何顶住雷电的冲击？

GDT的工作过程：
当两端的电压超过火花放电电压，就会发生火花放电，把电压拉下来。
随着电流继续增加，GDT就会进入辉光放电区，把电压钳制在辉光放电电压左右。
随着电流进一步增加，GDT就进入弧光放电区，电压被钳制在弧光放电电压。
电流最大不要超过标称放电电流，不然会损坏GDT。
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由于GDT是靠电弧来释放电流，电弧需要高压产生，电弧产生后只需要很小的电压就可以一直维持，这样就会让GDT一直短路。这个就是GDT的续流效应。

气体放电管的续流，是因为气体有一种特性，虽然绝缘击穿的电压很高，比如静电，即使瞬态高压没有了，但如果气体两端还有很小的维持电压，一般15V以上，就可以维持气体导通，不熄弧。像电源口工作电压就很高，就能达到续弧电压的大小，所以GDT就一直会处在短路状态，那么就烧毁了。

参数

DC spark-over Voltage(直流击穿电压)

GDT的直流击穿电压是指在放电管上施加缓慢升高的直流电压(上升速率不大于100V/s)时，GDT火花放电时的电压，也称直流火花放电电压。这也是放电管的标称电压，常用的有90V、150V、230V、350V、470V、600V、800V等几种，其误差范围一般为±20%，也有的为±15%。
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Impulse Spark-over Volatage(脉冲击穿电压)

脉冲击穿电压也称最大冲击火花放电电压，是指在放电管上施加100V/us或1KV/us(接近于雷击脉冲电压上升陡度)的脉冲电压时的击穿电压值。由于陶瓷气体管的反应速度较慢，脉冲击穿电压要比直流击穿电压高得多。
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Nominal Impulse Discharge Current(标称冲击放电电流)

标称冲击放电电流是指给定波形的冲击电流峰值，一般为8/20us的脉冲电流波形，为GDT的额定值。冲击放电电流又分为单次放电电流(8/20us波冲击1次)和标称冲击放电电流(8/20us波冲击10次)，一般后者约为前者的一半左右。

ImPulse Life(耐受冲击电流寿命)

该参数是衡量GDT耐受多次冲击电流的能力，在一定程度上反应了GDT的稳定性及可靠性。

注意事项

1、在快速脉冲冲击下，陶瓷气体放电管气体电离需要一定的时间(一般为0.2~0.3us)，因此有一个幅度较高的尖脉冲会泄露到后面去。若要抑制这个尖脉冲，有以下几种方法：

在放电管上并联电容器或压敏电阻；
在放电管后串联电感或留一段长度适当的传输线，使尖脉冲衰减到较低的电平；
采用两级保护电路，以放电管作为第一级，以TVS管或者半导体过压保护器件作为第二级，两级之间用电阻、电感或自恢复保险丝隔离。

2、要根据线路上可能出现的最大浪涌电流或需要防护的最大浪涌电流进行选择。放电管冲击放电电流应按标称冲击放电电流(或单次冲击放电电流的一半)来计算。

3、陶瓷气体放电管因击穿电压误差较大，一般不作并联使用。

4、GDT是一种开关型保护器件，导通后电压较低，不能单独应用于较高的电源线保护。常说的GDT续流现象是指GDT在导通后，如果被保护电路的工作电压高于GDT的通态电压，GDT会一直处于导通状态，如果线路中长时间通过安培级别的大电流，会对GDT和电路造成损坏，可以在放电管上串联压敏电阻或自恢复保险丝等限制续流，使它小于放电管的维持电流。

选型

首先，我们使用气体放电管做电路保护时，通常要关注直流击穿电压、冲击击穿电压、通流容量、续弧电压。

第一步，要确保电路工作电压<放电管续流电压；这样才能直接使用气体放电管防护，否则，就需要和其他器件配合避免续弧。

第二步，直流击穿电压要大于1.8倍线路正常运行电压的峰值。注意，是峰值电压，也就是说交流有效值转化为峰值，当然直流不需要。

第三步，气体放电管的冲击击穿电压值必须低于电路中所能承受的最高瞬时电压值，就是后级被保护器件耐压要大于气体放电管脉冲击穿电压

第四步，需要根据测试的浪涌等级，选择气体放电管通流容量大于测试的要求。

比如，浪涌测试有四个等级，不同等级电压不一样，但是，线线发生器内阻和线地共模阻抗都是一样的，所以，不同电压等级时浪涌电流肯定不一样，那么，就需要选择和测试等级对应的通流容量。

举例：AC220V电源线线2kV，线地4kV等级防护，电路的设计如下：

（1）AC220V，大于放电管续弧电压15V，所以不能直接使用气体放电管防护。
（2）直流击穿电压min(ufdc)≥1.8×1.414×220=560V，在放电管系列中取最接近的直流放电电压为Udc＝600Vdc。
（3）耐压需要根据后级器件确定。
（4）线线2kV，内阻按标准2Ω，所以，2000/2=1000A，那么，所选择气体放电管最小通流量要求1000A。

应用电路

压敏电阻和GDT配合使用熄弧

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像上面的图，额外给气体放电管串联了压敏电阻进行浪涌保护，那么，浪涌过来之后，气体放电管气体放电管和MOV压敏电阻先后响应导通，进行浪涌保护。但是，雷击过去之后，压敏电阻会正常关断，此时就可以给气体放电管熄弧，所以，电路又回归正常，不会出现气体放电管续流这种问题。这就是电源电路等进行浪涌保护，气体放电管串联压敏电阻的原因。

使用新型无续流的GDT

气体放电管之所以续弧，是因为工作电压大于续弧电压，那么，提升气体放电管续弧电压，不让工作电压大于他的续弧电压，就可以避免气体放电管续弧，这就是无续流气体放电管的原理，无续流气体放电管单只弧压是传统气体放电管1.5倍以上，级联整体弧压大于供电电压，从而达到熄弧的目的。
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上图是无续流气体放电管实物图，从样子看，好像把很多气体放电管串联在了一起，通过这种工艺，提升了气体放电管的续弧电压，使得其不在电路中续弧。

线路电压48V，就可以使用BH601无续流气体放电管。0V和PE之间使用普通的GDT，因为电压低，不用担心续流。