概述

气体放电管(GDT, Gas Discharge Tube)是一种重要的过压保护元件,主要用于电路中防止雷击、电涌等瞬时高压对设备的损害。半导体放电管固体放电管)是一类基于半导体材料的过压保护器件,相比气体放电管具有响应快、钳位精度高、体积小等优点。

工作原理的区别

1、气体放电管的工作原理

气体放电管内部充有惰性气体(如氖、氩、氪等),具有如下工作过程:

正常状态:

  • 两个(或三个)电极之间被惰性气体隔开。
  • 电压低于击穿电压时,气体处于绝缘状态,几乎不导电。
  • 电路呈高阻抗,不会影响正常工作。

过压状态:

  • 当外部电压突然升高(如雷击、电涌等)超过击穿电压时,气体发生雪崩电离,导电性急剧增强。
  • 形成等离子体通道,气体被击穿,内部两极导通,迅速将过压电流引导到地或旁路。

维持导通与熄灭:

  • 放电后,电压会降至一个较低的维持电压(通常几十伏)。
  • 当外部电压恢复正常,低于维持电压时,等离子体消失,气体恢复绝缘,放电管恢复高阻状态。

本质上,气体放电管就是一个电压触发型的开关元件:低压 → 关断;过压 → 导通放电;电压正常 → 自动恢复

2、半导体放电管的工作原理

半导体放电管是一种对称性放电器件,仅在电压超过触发值(击穿电压)后导通。与 TVS 不同,SIDAC 在导通后呈现负阻特性(即电压下降、电流上升),直到电压降到维持电压以下才恢复断开。

产品特性的区别

特性气体放电管半导体放电管
响应时间慢,通常为1ms非常快,典型为 <1us
击穿电压(启动电压)击穿电压高(常为几百伏)准确、低至几伏可选
钳位电压(残压)残压高,导通后电压仍偏高钳位电压低,保护精度高
通流能力(浪涌能力)极强(几千安培),适合大雷击电流较小(几安培至几百安培),适合小型浪涌
漏电流(待机状态)极低(几乎为0)有一定漏电流(微安级)
反应机制等离子气体击穿导通半导体PN结或结构击穿导通
恢复时间较慢,数十μs以上极快,纳秒级
寿命(冲击次数)耐高能冲击,但动作寿命有限多次使用,但易被高能浪涌损坏
极性
一般为无极性(双向导通)
有极性(单向)或无极性(双向)版本
工作温度范围宽(通常 -40℃ ~ 125℃)较宽(-55℃ ~ 150℃,视型号而定)
安装尺寸/封装体积较大(陶瓷管状)封装多样,易于小型化(如SMD)

典型应用对比

应用场合气体放电管(GDT)半导体放电管(TSS)
雷击防护首选(如通信基站、户外设备)可作为二级保护配合使用
电源输入保护用于AC线路初级保护用于DC侧或辅助精密保护
ESD(静电)防护响应慢,不适合快速响应,广泛用于USB、HDMI、IC保护
信号线保护(如电话线、RS-485)高频信号兼容性好通常用于差分或低速接口
工业控制系统用于强电磁干扰环境用于控制端口、IO接口保护
消费电子体积大、不适合如手机、电脑主板、充电器等精细保护

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