基于PSpice的气体放电管仿真模型的建立..doc

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1、基于PSpice的气体放电管仿真模型的建立摘要气体放电管以其高电流通量，低极间电容，高绝缘电阻特性,在保护器件中具有重要的位置，一般用于保护电路的最前级，其后级的保护电路由压敏电阻或TVS管组成。本文基于气体放电管的电气特性，利用Spice算法建立气体放电管的仿真模型,对不同上升斜率的8/20us波形和冲击击穿电压进行了仿真。该模型的建立对气体放电管电路的仿真设计有一定的使用价值。【关键词】气体放电管击穿电压弧光电压仿真模型在电子系统中，防雷设计尤为重要，而气体放电管在防雷器件中具有重要位置。目前气体放电管厂家大部分都没

2、有提供可用于仿真设计的气体放电管仿真模型，致使在项目仿真设计阶段，不能有效的对防雷电路性能进行仿真设计。木文基于气体放电管的电气特性，利用Spice算法建立气体放电管的仿真模型，考虑了直流击穿电压、冲击击穿电压、弧光转换电流、熄弧电流等参数，并给出了仿真结果。1气体放电管物理结构和原理气体放电管物理结构如图1所示，气体放电管的工作原理是气体放电。当两极间的电压足够大时，极间间隙将被击穿放电，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路o导电状态下两极间维持的电压很低,一般在20~50V之间，因此可以起到保护后级电路的效果。气

3、体放电管的工作过程可以由图2表示，当气体放电管两端电压上升到击穿电压时，放电管击穿进入辉光放电区，电压维持在辉光电压附近，随着电流上升到超过弧光转换电流，放电管进入弧光放电区，放电管通过电流激增，电压降低到弧光电压，随着电压降低到熄弧电压，放电管恢复到高阻状态，完成一次放电过程。2搭建气体放电管仿真模型基于上述气体放大管的电气特性，利用Cadence软件搭建气体放电管Pspice模型如图3。该模型考虑的参数有：直流击穿电压(90V)；脉冲击穿电压(<300V@1OOV/us<350V@1kV/us)；辉光电压(60V)；

4、弧光电压(15V)；熄弧电压(20V)；弧光转换电流(500R1A)；绝缘电阻(1G欧)；间隙电容(IpF)o电路中，端口1、2代表气体放电管的两极，C1代表间隙电容，R5代表绝缘电阻，E2为60V稳压，E4为15V稳压，R4为放电管击穿电阻。电路工作时，E1取端口1、2电压差的绝对值，S4根据该压差断开或导通，设置S4合理的Ron和ROFF使其对C2的充电用于模拟直流击穿和脉冲击穿的响应时间。S1设置为90V导通，当S1导通时，R4接入到电路中，此时S2也导通，电路稳压在60V,随着流过R4的电流增大，当大于孤光转换电

5、流时S3导通，电路稳压到15V±,当电压降低到熄弧电压，放电管恢复绝缘状态。3气体放电管仿真结果3.1直流击穿仿真在仿真模型两端施加50IIz,幅度100V的交流屯，其仿真结果如图4所示，可以看到在电压上升到90V时，气体放电管击穿，进入辉光区，电压稳定在60V,当电流超过弧光转换电流后进入弧光放电区，电压稳定在15V,当电压低于20V时，放电管恢复到绝缘状态。3.2脉冲击穿仿真对于一个400V的8/20us冲击波形(电压上升率约lOOV/us)进行仿真，其结果如图5,在约3us时电压冲击到270V左右放电管导通，电压稳

6、定在15V,与器件参数一致。对于一个4kV的8/20us冲击波形(电压上升率约IkV/us)进行仿真,其结果如图6,在约0.5us时电压冲击到340V左右放电管导通，电压稳定在15V,与器件参数一致。4结论该模型仿真结果与器件参数特性一致性较好，能够用于器件的电路仿真，可以满足使用要求，但该模型未考虑温度对放电管的影响。该模型也可以通过修改参数，适用于其它参数的气体放电管。参考文献[1]m家波，于月东，彭晨，杜志航.基于pspice的半导体放电管仿真模型的建立LN.南京信息工程大学学报，2010(04).[2]薛红兵，段

7、平，张广春.气体放电管在浪涌抑制电路的应用[J].电源技术应用，2002(08).[3]气体放电管Pspice模型[Z].爱普科斯(EPCOS)公司，2008.作者简介萧赞亮(1980-)，男，汉族，广东省广州人，中国电子科技集团公司第7研究所，工程师，毕业于成都电子科技大学，本科，现从事移动通信和无线电领域。作者单位中国电子科技集团公司第七研究所广东省广州市510000