BEP0720SB

GDT选型指南 www.born-tw.com 1 GDT 工作原理 GDT（Gas Discharge Tubes） ，即陶瓷气体放电管。GDT 是由封装在充满惰性气体的陶瓷管中具有一 个或一个以上的放电间隙组成的器件。GDT 电气性能取决于气体种类、气体压力、内部电极结构、制作工 艺等因素。GDT 可以承受高达数十甚至数百千安培的浪涌电流冲击，具有极低的结电容，应用于保护电子 设备和人身免遭瞬态高电压的危害。图 1 为典型的 GDT 伏安特性图。 V U1—直流火花放电电压 U2— 辉光电压 U3—弧光电压 i1—辉光至弧光转变电流 i2—— 峰值电流 i3——弧光至辉光转变电流 U1 U2 U3 i3 i1 图1 i2 I GDT 伏安特性曲线 2 GDT 特点 ■ 结电容低，大部分系列产品结电容不超过 2pF，特大通流量产品结电容在十几至几十皮法； ■ 通流量大。 ■ 直流击穿电压范围为 75V~6000V，脉冲击穿电压范围为 600V~7800V； ■ 绝缘阻抗高，一般在 1GΩ 以上，不易老化，可靠性高； 封装多样，有贴片器件及插件器件，两端器件及三端器件，圆形及方形电极，满足不同应用需求。 GDT选型指南 www.born-tw.com GDT 参数说明 3 DC Spark-over Voltage 直流火花放电电压（直流击穿电压） GDT 的直流火花放电电压是指施加缓慢升高的直流电压时，GDT 火花放电时的电压，也称直流击穿电 压。GDT 的直流击穿电压是在不大于 100V/s 的上升速率下测量的。测量 GDT 的直流击穿电压时，GDT 应不施加电压在黑暗中放置至少 24 小时，并在这种情况下采用图 6 所示的试验回路进行测量，电压上升率 为 100（1±10%）V/s。每种极性下，每个 GDT 的 A 极和 C 极之间的两次测量值都要记录，两次测量的时 间间隔应不小于 1s。对于三极 GDT 的每对端子分别测量，而另一端子悬空。所有测量值应符合产品规范。  DC Spark-over Voltage：直流击穿电压，测量电压应以不大于 100V/s 的上升速率施加；  Maximum Impulse Spark-over Voltage：脉冲击穿电压，1000V/μs 的电压上升速率施加电压；  Nominal Impulse Discharge Current：标称放电电流，一般施加 8/20μs 脉冲电流，10 次，间隔 1min；  Alternating Discharge Current：工频耐受电流，施加 50Hz，1s；  Impulse Life：耐冲击电流寿命，一般施加 10/1000μs 的脉冲电流若干次；  Minimum Insulation Resistance：最小绝缘电阻，施加一定的直流电压测量；  Maximum Capacitance：最大结电容； Maximum Impulse Spark over Voltage 最大冲击火花放电电压（脉冲击穿电压） 最大冲击火花放电电压也称脉冲击穿电压，是指施加规定上升率和极性的冲击电压，在放电电流流过 GDT 之前，其两端子间的电压最大值。一般在 1000（1±10%）V/μs 的电压上升率下测量该电压值。该参 数在后面的 GDT 选型注意事项有介绍与直流击穿电压的区别。测量 GDT 的脉冲击穿电压时，GDT 应在没 有施加电压的情况下在黑暗中放置至少 15 分钟，并在这种情况下采用图 7 所示的试验回路进行测量，电压 上升率为 1000（1±10%）V/μs。每种极性下，每个 GDT 的 A 极和 C 极之间的两次测量值都要记录，两次 测量的时间间隔应不小于 1s。对于三极 GDT 的每对端子分别测量，而另一端子悬空。所有测量值应符合 产品规范。 GDT选型指南 www.born-tw.com 51KΩ R1 + A 2μF U S GDT C U：直流电压源 S：峰值电压表，阻抗大于10MΩ的示波器 U和R1的数值调整到dU/dt=100（1±10%）V/s 避免震荡操作。 例如：直流击穿电压=230V，U=500V，R1=2MΩ 图6 GDT 直流击穿电压测试回路 50 Ω 1 kΩ + 10MΩ U 5kV A 2μF 0.1μF S GDT C - U：直流电压源 S：峰值电压表，阻抗大于10MΩ的示波器 U和所有的电阻电容数值调整到dU/dt=1000V/μs，且是GDT直流火花放电电压达 1000V的示例。 图7 1000V/μs 下的冲击火花放电电压回路 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 8/20μs 的脉冲电流波形，为 GDT 的额定值。 标称冲击放电电流是衡量 GDT 脉冲电流耐受能力的一个参数。测量时，应采用未使用过的 GDT 试品，施 加的冲击电流数值大小根据 GDT 规格书规定的值。对于两极的 GDT，产生 8/20μs 波形的试验回路如图 8 所示。冲击电流测量应有足够长的时间间隔不至于 GDT 内部过热。规定的标称冲击放电电流及其时间可用 短路来代替 GDT 校核。对于三极 GDT，每个电极应同时向公共电极放电（如图 8） ，各自标称冲击放电电 GDT选型指南 www.born-tw.com 流的规定值如规格书所规定。完成规定的电流次数后，GDT 就应冷却到环境温度。在施加最后一次电流的 1h 内，测量 GDT 的直流击穿电压、脉冲击穿电压及绝缘阻抗应符合规格书的范围。 1.5 μH 0.75 μH 0.21 Ω I I U 0.21 Ω + + 48 μF A U GDT 96 μF GDT 0.21 Ω A I C B C - - 二极GDT回路（用于标称冲击电流试验） 三极GDT回路（用于标称冲击电流试验） 元件 U——5kV直流电压 I——峰值电流10kA，8/20μs波形 图 8 标称冲击放电电流试验回路 Impulse Life 耐冲击电流寿命 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。 测量 GDT 的冲击电流寿命试验时，采用未使用过的 GDT，施加的冲击电流大小按照 GDT 规格书所规定的值施 加。规定试验次数的一半用一种极性，另一半用相反的极性，或选用一半 GDT 用一种极性，另一半用相反 极性的试验方法。冲击的重复频度应适当以防止 GDT 内部热积累。 电源的电压应超过 GDT 的最大冲击火花放电电压至少 50%以上。 规定的冲击电流及波形应采用短路 来代替 GDT 测量。对于三极 GDT，其每个电极应同时向公共电极放电，各自的冲击电流的规定值如 GDT 规格书所规定。例如图 9 为产生峰值电流为 100A，波形为 10/1000μs 的试验回路。每次通过冲击电流试验 后对 GDT 进行试验或经用户和制造商同意后减少试验频度，以确保 GDT 满足规格书要求。 GDT选型指南 www.born-tw.com ~ 5 μH ~80 Ω ~10 μH + I I U ~5 Ω + 80 μF A U GDT 160 μF GDT ~5 Ω A I C B C - - 三极GDT回路（用于寿命试验） 二极GDT回路（用于寿命试验） 元件： U——2kV直流电压或按需要 I——每路峰值电流100A，10/1000μs波形 图 9 冲击电流寿命试验回路 4 GDT 选型注意事项 直流击穿电压（DC-Spark-over Voltage）与脉冲击穿电压（Impulse Spark-over Voltage） 选型时要注意直流击穿电压与脉冲击穿电压的区别，直流击穿电压选取应参考电路的工作电压，直流 击穿电压应大于被保护线路的最大工作电压，否则会影响线路的正常工作。脉冲击穿电压要考虑浪涌测试 等级，一般浪涌测试波形的上升时间为微秒级的脉冲波形，如 8/20μs 电流波和 10/700μs 电压波，与 GDT 脉冲击穿电压测量电压上升速率 1000V/μs 为一个数量级，例如采用 10/700μs 的波形测试 4000V，GDT 的脉冲击穿电压要小于 4000V，这样在测试时 GDT 才能导通。图 10 为 GDT 在不同电压上升速率下的导 通状态示意图，从图中可以看出，电压上升速率越高，GDT 的击穿电压也越高。 GDT选型指南 www.born-tw.com V 1000 1000V/μs 800 100V/μs 600 静态响应 动态响应 400 100V/s 200 0 2 图 10 4 6 8 μs 0.5 1 1.5 2s 2.5 t GDT 在不同上升速率下的导通电压示意图 GDT 的续流问题 如图 1 所示，GDT 是一种开关型过电压保护器件，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 会续流，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。 封装形式 根据电路设计布局选择合适的封装形式。GDT 器件封装的大小从一定程度上可以反应器件的防护等级 大小，一般封装越大的器件耐冲击电流的能力也越强，防护等级也越高，反之亦然。