陶瓷放电管对过压正弦波的限制
陶瓷放电管保护原理
一般来说，当击穿电压超过系统绝缘的耐电强度时，陶瓷放电管被击穿放电，从而在短时间内限制浪涌电压及减少干扰能量。当具有大电流处理能力的弧光放电时，由于弧光电压低至几十伏，可以防止浪涌电压进一步上升。陶瓷放电管即利用这一自然原理实现了对浪涌电压的限制。
工作方式
简易陶瓷放电管可看作是一个低电容的对称开关，在正常工作时，电阻为GΩ级，着火后跌至1 Ω以下。浪涌消失后放电管恢复到高阻抗状态。
图3a显示了放电管的电压曲线，图3b描述了限制正弦波电压时的电流-时间函数。电压上升到击穿电压Vs期间，基本上没有电流通过。点火后，电压降至辉光状态区G内，辉光电压水平Vgl（70-200 V，电流从10毫安至1.5安培，视管型而定）。随着电流进一步增加，跃变到弧光状态A。在这种状态下，弧光电压极低，一般为10-35 V，在很宽范围内基本与电流无关。随着过电压进一步降低（例如波形第二半周），流过放电管的电流也相应降到维持弧光状态所需的最小值以下。此时弧光放电骤然停止，经过辉光状态后，放电管在电压Ve处熄灭。
图3c为结合电压/电流-时间函数获取的陶瓷放电管的电气特性。
陶瓷放电管静态响应特性
在低上升速率电压（大约100 V/s）下，击穿电压Vs主要取决于两电极间的距离、气体种类和压力，以及填充的惰性气体的预电离度。此点火电压值即直流击穿电压Vsdc。
举例：230 V陶瓷放电管的典型响应模式
陶瓷放电管动态响应特性
在较快上升速率电压下，放电管的直流击穿电压Vs大于Vsdc。这种效应的产生是因为气体电离需要一定的时间。这些动态击穿电压都有相当大的离散性。但是通过放电管内壁涂敷的导电带可显著降低其击穿电压的容差上限，并显著降低击穿电压的分布数值，此范围内的点火电压即冲击击穿电压Vsi。冲击击穿电压在实际应用中是评估放电管保护水平的关键因素。
由于国内规格与国际规格的统一，100 V/μs和1 kV/μs电压上升速率（ITU-T、K.12和IEC 61643-11）均用于评估陶瓷放电管的动态特性。其他电压上升速率（如10 kV/μs）示例见图4。
陶瓷放电管熄弧特性
1、交流工作状态下:
浪涌过后，一般放电管会熄弧，因为交流电压过零时其值会降至放电管的弧光电压以下，但是在低阻抗的电流供给情况下，此熄弧特性无法完全实现。这种情况的出现基本上是电路低内阻和着火后放电的低电阻特性所造成的。放电管实际通过的电流可能超过允许最大续流量，高达几千安培。
2、直流电工作状态下:
在通讯系统防护上一般使用直流电源。在持续的直流电压下，浪涌过后放电管应该能够熄弧。因为通讯线路一般具有高阻抗性，故用于其中的放电管能轻易满足此要求。当系统中存在高直流电压或低阻抗时，必须根据个别情况对放电管的熄弧性能进行确认。
3、下列情况会造成特殊的熄弧状况：
3.1、当直流电压低于最低弧光电压时（10-35 V，依型号而定）
3.2、或低于辉光电压（60-200 V，依型号而定）。在后一种情况下，浪涌过后，应确保通过的最大电流不能维持弧光放电（几百毫安，依类型而定）
陶瓷放电管中装配失效保护卡的特性及功能
在电源线和通讯线路搭接时，通常电流会长时间持续通过击穿后的放电管，从而使放电管升温。这种情况下，为了避免周边硬件过热，可通过保护卡装置来监测其受热情况。配置在短路簧片上的分离器（锡焊料或塑料），开始时使短路簧片与电极保持一定的距离，当温度超过使用材料的熔点时锡焊料熔化，簧片偏压使簧片下降并接触放电管电极，使放电管短路。
图5显示以通过放电管电流为函数的短路特性。此特性受制于簧片的热传导性。因此必须通过型式试验来验证部件配套的协调性。
备注：在保护卡上作为传感器以监控放电管温度的材料一般大约在200 °C（锡焊料）或140 °C /260 °C（塑料膜）时被熔化。锡焊料和塑料膜的熔化温度高达300 °C。此温度一般超过在进一步加工中所使用的标准商业软锡焊料的熔点。决定放电管的安装位置时，必须考虑到这种差异。此情况可通过另外的机械加固方式来解决。同时，放电管对周边元件的热辐射也不容忽视。
陶瓷放电管的PSpice仿真模型
Semiware 陶瓷放电管的PSpice仿真模型允许用户在研发初期将陶瓷放电管添加到他们的设计之中。在搭建原型之前，这种模型允许设计人员对正常工作期间可能产生的任何效应以及浪涌期间整个电路的特性进行模拟。相对于重新设计，这种方式效果非常显著，比如节约成本和缩短开发时间。对于Semiware 产品系列的每个陶瓷放电管，我们都提供了相应的PSpice模型。
应用
模拟电路仿真
系统设计与验证
功能验证
浪涌模拟
陶瓷放电管不得直接在电源网络中工作（除非陶瓷放电管具有足够的持续通流能力）。由于这些网络的内部电阻极低，可能会产生超过持续电流允许范围的电流，并通过放电管。这样放电管就不会熄灭，并产生高温。放电管和压敏电阻串联，可以有效地限制持续电流。Semiware 金属氧化物压敏电阻为该应用提供了高可靠性。下表列出了这些元件的型号选择。要防止正常操作时的放电管相应，线路电压可有+10%的容差，放电管可有-20%的容差。
相关信息
Semiware 提供全系列的陶瓷气体放电管产品。如需了解产品信息，请访问：https://semiware.com/products/general-gas-tube/
关于Semiware
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