陶瓷气体放电管（GDT）广泛应用于防雷工程的第一级或第二级保护，通常与限压型防雷保护器件配合使用。在信号电路和交直流电源的防雷保护中，GDT能够有效将雷电流泄放入大地，特别适用于高频电子线路的保护。从实际应用的角度考虑，放电管通常作为压敏电阻（ZNR）与瞬态抑制二极管（TVS）的前级，用于吸收大能量的浪涌脉冲。
一、工作原理
陶瓷气体放电管是一种开关型过压防雷保护器件，内部由一个或多个放电间隙组成，并充有惰性气体（如氖或氩），在适当压力下工作。电极表面涂覆发射剂以降低电子发射能。当两端电压超过放电电压时，GDT发生弧光放电，气体电离并从高阻抗转为低阻抗，使两端电压迅速降低（通常为20~50V）。其雷击过后两端电压响应关系如图1-2所示。
图1-1 GDT对10/700us波的响应关系
图1-2 GDT的工作模式
二、主要参数
以TDK的一款气体放电管数据手册为例
2.1、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%。其对低上升速率电压的响应关系如图2。
图2 GDT对低上升速率响应关系
2.2、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。其对高上升速率电压的响应关系如图3。
图3 GDT对高上升速率响应关系
2.3、Impulse Discharge Crurrent(耐冲击放电电流)
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。
2.4、ImPulse Life(耐受冲击电流寿命) *部分厂家会标注
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。
2.5、Insulation resistance(绝缘电阻)
在放电管极间施加一定的直流电压时（手册为50 V DC）测得的电阻值，一般在GΩ级别；
2.6、Capacitance(结电容)
在一定的频率条件下(通常为1MHz)测得极间的电容值，通常电容值为几个pF级；
*注：结电容的存在使得放电管对EMC是有一定影响的，具体影响程度取决于实际电路设计。
三、GDT选型
3.1 抑制尖脉冲的方法
由于GDT气体电离需要约0.2~0.3us时间，可能导致尖脉冲泄漏。可采用以下措施降低影响：
- 在放电管上并联电容或压敏电阻；
- 在放电管后串联电感或适当长度的传输线，以衰减尖脉冲；
- 采用两级保护电路，放电管作为第一级，TVS管或半导体过压保护器件作为第二级，并通过电阻、电感或自恢复保险丝隔离。
3.2 直流击穿电压选择
Vsdc最小值应大于最高电源峰值电压或最高信号电压的1.2倍。
3.3 依据最大浪涌电流选型
应选择冲击放电电流合适的GDT，通常按标称冲击放电电流（或单次冲击放电电流的一半）计算。
3.4 并联使用限制
由于击穿电压误差较大（一般为±20%），GDT通常不用于并联电路，如果并联效果将无法达到预期。
3.5 续流现象及解决方案
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，例如图4所示。
图4 实际应用示例
四、GDT优缺点
4.1 优点
- 高阻抗特性：击穿前电阻极高，无漏电流或极小漏电流；
- 大通流量：常见2KA、10KA、20KA等规格，最高可达100KA以上；
- 低结电容：大多数GDT结电容小于2pF，适用于高频线路。
4.2 缺点
- 响应速度较慢：一般为0.2~0.3us，最快为0.1us，可能导致尖脉冲泄漏；
- 一致性较差：击穿电压误差较大，通常为±20%；
- 固定击穿电压：GDT击穿电压仅有特定标准值。
五、总结
GDT作为防雷与浪涌保护的关键器件，因其高通流能力和低漏电特性，在电力、通信和电子设备保护领域得到广泛应用。在可靠性实验评价中，数据表明GDT的直流击穿电压Vsdc一致性非常差，所以在选型时应该考虑误差并优化雷击防护网络的设计。
参考资料
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