开关电源中压敏电阻和气体放电管的作用

来源：硬件笔记本

我们在开关电源的交流输入端，很多地方可能都会看到这样的组合：压敏电阻+气体放电管。

简单画个示意图，在L-N之间串联一个压敏电阻，L-PE或N-PE串一个压敏电阻和气体放电管，如下图所示。

为什么会同时存在压敏电阻+气体放电管呢?它们分别有什么作用呢?我们先分别看一下压敏电阻和气体放电管的特性及工作原理。

1、压敏电阻

压敏电阻(MOV)是典型的钳位型过压器件，它是利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两端，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

打开一份压敏电阻的规格书，我们来看一下它的主要参数：

1‌.1、压敏电压(U1mA)‌

压敏电压是指在压敏电阻上通过1mA直流电流时所对应的电压值。当电压达到或超过这个值时，压敏电阻由高阻态转变为低阻态，开始发挥其过电压保护的作用，如下图所示：

‌1.2、通流容量(Flow capacity)‌

指在规定的条件(如规格书8/20μs波形)下，允许通过压敏电阻的最大脉冲电流峰值。规格书中可以看到，一般都在1000A左右，峰值电流承受能力很大，使得能承受的浪涌电流也比较大，但比气体放电管小。

1.3、‌结电容‌(Junction capacitance)

压敏电阻具有较大的结电容，规格书中可以看到它的容量都在10000pF左右，结电容非常大，使得在交流电源系统中，会产生漏电流，也不宜应用在高频信号线路中。

1.4、响应时间(response time)

压敏电阻的响应时间都在ns级，比空气放电管快。

1.5、注意(attention)

A、压敏电阻的峰值电流承受能力确实很大，但是箝位效果比较差，箝位电压会比较高;同时，由于箝位吸收引起的发热会使得其本身结构受损，浪涌冲击次数的增加，其漏电流会增大，因此寿命较短。

B、选型时，看输入电压是否稳定，稳定可以选择耐压低一点，不稳定的话就选择耐压高一点。

2、气体放电管

气体放电管(GDT)又称陶瓷气体放电管。我们平时用的比较多的是两个引脚的，还有一些3个引脚的封装。

它属于短路型器件，其主要成分是惰性气体，当两端电压达到击穿电压时，放电管两极迅速短路导通，让浪涌电流快速通过从而达到保护的作用。

气体放电管的寄生电容小，打开一个规格书，可以看到放电管电极间电容只有1.5pF，一般在2~10pF，寄生电容小，可以更快地响应高频暂态过电压和过电流，有效地保护后级电路。

通过以上规格书，顺便说说气体放电管几个比较重要的参数

2.1、直流击穿电压(DC spark-overvoltage)

在dv/dt≤100V/s电压波形的条件下，测得的击穿电压，一般是一个电压区间(这个规格书写的±20%)。需要注意的是受保护设备的正常工作电压要保证低于气体放电管的直流击穿电压最小值，且有一定余量。

2.2、冲击(或浪涌)击穿电压(Impulsespark-over voltage)

设备工作在一个高上升率(1kV/μs，或100 V/μs)电压波形时测得的击穿电压，一般是一个电压区间，它代表一般防护时的击穿电压。

2.3、绝缘电阻(Insulationresistance)

GDT的绝缘电阻非常高，可达到千兆欧姆的量级。如上图规格书标注为1GMΩ(min)。可以确保它在恶劣环境中的可靠性‌。

2.4、响应时间 (response time)

GDT响应时间一般为几百ns甚至μs，是保护器件中速度最慢的，因为气体放电需要一个过程，所以气体放电管的响应时间比较长。放电过程由于稀有气体放电消耗能量很小，气体放电管本身损耗能量很小。

2.5、注意(attention)

GDT存在续流电压特性，当气体放电管导通后，可以被一个较低的电压维持在导通状态，如果它防护的电路两端电平较高，那么在响应一次后持续短路会烧掉，这个续流电压通常为十几到二十几伏，所以气体放电管不能单独用在交流线之间或直流电压过高的地方。

3、为什么同时存在压敏电阻和气体放电管?

看了以上的各自介绍就知道它们能够扬长避短，是一对很好的搭档。

3.1、性能互补‌

压敏电阻响应速度快、非线性特性好、通流容量大，可以及时对电气设备进行保护;而气体放电管常用于多级保护电路中的第一级或前两级，起泄放雷电瞬时过电流和限制过电压的作用。二者串联使用可以优势互补，降低崩溃电压值，优化保护效果‌。

3.2、减少泄露电流气体放电管可以阻断系统正常工作时压敏电阻中的泄漏电流，减缓压敏电阻性能的劣化。从而延长压敏电阻的使用寿命‌。

3.3‌增强保护

气体放电管在辉光放电区所需电压很大，基本不存在续流问题，而压敏电阻的非线性特性可以很好地抑制续流问题。二者串联使用可以进一步增强电路的保护能力，有效应对雷击、电压浪涌等瞬态过电压的冲击‌。

3.4‌降低限幅电压值‌

使用导通电压较低的压敏电阻与气体放电管串联可以降低限幅电压值，从而提供更精确的电路保护‌。