Auswahl einer Gasentladungsröhre für den Überspannungsschutz

Wenn Sie dies an Ihrem Desktop-Computer lesen, dann sind Sie wahrscheinlich an einen Überspannungsschutz angeschlossen (oder sollten es zumindest sein). Obwohl ernsthafte Überspannungsereignisse in Nordamerika und den meisten Teilen Europas selten sein können, können sie dennoch enorme Überspannungsspitzen erzeugen, die empfindliche Elektronik beschädigen können.

Methoden zum Schutz vor Überspannungen, elektrischen schnellen Transienten (EFT) und elektrostatischer Entladung (ESD) werden in verschiedenen Normen unterschieden und erfordern alle unterschiedliche Niveaus des Überspannungsschutzes. Die Normen, die Ihr Produkt regeln, spezifizieren das erforderliche Niveau der Überspannungsunterdrückung, und Sie sollten versuchen, die erforderliche Überspannungsunterdrückung gegen Kosten, Platzbedarf und Reaktionszeit abzuwägen, wenn Sie ein Gerät zur transienten Spannungsunterdrückung (TVS) auswählen.

Was ist eine Gasentladungsröhre?

Wenn Sie mit TVS-Dioden oder Thyristoren vertraut sind, dann haben Sie bereits eine Vorstellung vom Zweck einer Gasentladungsröhre. Ganz einfach ausgedrückt, ist eine Gasentladungsröhre dazu konzipiert, TVS-Schutz zu bieten, ohne das Verhalten des zu schützenden Stromkreises zu beeinträchtigen. Verschiedene Geräte haben unterschiedliche ideale Einsatzmöglichkeiten in entweder DC- oder AC-Systemen. Sie müssen auch die geeignete Kapazität für Ihre Anwendung bestimmen, die ebenfalls von der TVS-Quelle abhängt, gegen die Sie schützen müssen (z. B. Blitzschlag, Schaltüberspannungen, ESD oder Stromleitungsspitzen).

Vergleich von Gasentladungsröhren mit anderen TVS-Komponenten

Man könnte sagen, dass der einfachste Weg, TVS-Schutz in einem DC-System zu implementieren, mit einem Bypass-Kondensator und einer Seriendrossel ist (d. h., Hochfrequenzsignale werden zur Erde abgeleitet und von der Last blockiert). Dies mag in relativ niedrigen DC-Systemen, die Schutz gegen kleine Überspannungen in einem Strombus benötigen, in Ordnung sein. Eine einfache Klemmschaltung kann auch in diesen Systemen Schutz bieten, mit sehr geringem Leckstrom und sehr kleinem Platzbedarf.

Ein Shunt-Kondensator oder RC-Schaltkreis wird schnell unzureichend auf der PCB-Ebene, wenn Sie gegen sehr hohe Spannungen (mehr als mehrere Dutzend V) schützen müssen, da dies Kondensatoren mit extrem hoher Durchbruchspannung erfordert. Da die Durchbruchspannung tendenziell mit der Kapazität skaliert, kann man schnell sehen, dass die Reaktionszeit (gleich der äquivalenten RC-Zeitkonstante) zu groß wird, um eine transiente Spannungsspitze zu unterdrücken, bevor eine Überspannung einen großen Strom im System erzeugt. Hier werden andere Methoden, die nicht auf einem entladenden Kondensator beruhen, zur besseren Option.

Gasentladungsröhren, Thyristoren und Thyristornetzwerke eignen sich besser zur Dämpfung sehr großer Überspannungsströme. Diese Geräte erfordern eine Art Schaltung, die einen großen transienten Strom durch einen sehr niedrigen Impedanzpfad zur Erde leiten lässt. Dies leitet im Wesentlichen den Strom, der durch Überspannung erzeugt wird, um, sodass er nicht in Ihr System gelangt. Thyristoren können in gestapelten Einheiten in Stromverteilungssystemen gefunden werden, oder sie können in einer sogenannten Klemmschaltung verwendet werden.

Ein Gasentladungsrohr ist aufgebaut und funktioniert genau wie der Name schon sagt. Dieses Gerät ist ein kleines Rohr, gefüllt mit einer Mischung aus isolierenden Gasen. Wenn eine Spannung über das Rohr angelegt wird und die Ionisationsschwelle des Gases überschreitet, bildet das Gas ein Plasma und wird hochleitfähig, wodurch ein transienter Strom zur Erde fließen kann. Dies leitet die Überspannung über das Gasentladungsrohr ab, was die vom System gesehene Überspannung minimiert. Da Gasentladungsröhren isolierend sind, haben sie keinen Leckstrom, wenn sie nicht eingeschaltet sind, während TVS-Dioden und Thyristoren einen gewissen Leckstrom aufweisen.

Diese Neon-Entladungsröhren funktionieren auf die gleiche Weise wie diejenigen, die für die transiente Spannungsunterdrückung verwendet werden

Einige Optionen für Gasentladungsröhren

Gasentladungsröhren können in einer Reihe von Systemen an Gleichstromleitungen gefunden werden, dank ihrer sehr niedrigen Kapazität, die eine schnelle Reaktionszeit bietet. Sie können auch an Wechselstromleitungen verwendet werden, da sie einen viel kleineren Leckstrom als andere Komponenten für den Überspannungsschutz haben. Die sehr niedrige Kapazität von Gasentladungsröhren ermöglicht ihren Einsatz an Hochfrequenzleitungen, wie z.B. in Telekommunikationsgeräten.

Littelfuse SL1021A090R

Der Littelfuse SL1021A090R ist eine 3-Elektroden-Gasentladungsröhre mit ultraniedriger Kapazität (weniger als 1,5 pF). Diese Komponenten sind ideal für den Überspannungsschutz in Telekomsystemen und in Systemen, bei denen eine gleichzeitige Crowbar-Aktion von zwei Signalleitungen erforderlich ist. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Reaktion (weniger als 1 Mikrosekunde) auf Transienten mit 10 kA Überspannungsschutz bei 90 V Durchbruchspannung. Ihre Konstruktion macht sie optimiert für Breitbandanwendungen (z.B. Radio-über-Kupfer):

Diese Serie bietet eine optimierte interne Geometrie, die bei hohen Frequenzen einen geringen Einfügungsverlust bietet, ideal für den Schutz von Breitband- und anderen Hochgeschwindigkeitsübertragungsgeräten. [Aus dem SL1021A090R-Datenblatt]

Littelfuse SL1021A090R 3-Elektroden-Gasentladungsröhren, aus dem SL1021A090R-Datenblatt

EPCOS B88069X8920B252

Die EPCOS B88069X8920B252 3-Elektroden-Gasentladungsröhre bietet einen ähnlichen Schutzgrad wie das vorherige Produkt, ist aber etwas robuster. Die Kapazität dieses Produkts ist weniger als 0,8 pF, und es bietet eine höhere transiente Reaktion (bis zu 25 kA). Als Teil der Telekommunikationslandschaft sind diese Gasentladungsröhren am besten für den Schutz kritischer Ausrüstungen in Basisstationen und für den Leitungsschutz geeignet.

EPCOS B88069X8920B252 Gasentladungsröhre

Bourns 2087-150-SM-RPLF

Die Bourns 2087-150-SM-RPLF 2-Elektroden-Gasentladungsröhre ist weniger robust als die zuvor vorgestellten Produkte, obwohl ihre geringe Kapazität (weniger als 0,5 pF) eine etwas schnellere Reaktionszeit bietet. Trotz des niedrigeren Impulsentladestroms ist sie dennoch ideal für Telekommunikationssysteme, die Gefahr laufen, höheren Überspannungen ausgesetzt zu sein (1,3 bis 2,8 kV, je nach Modellnummer), sowie in industriellen und Verbraucherelektronikanwendungen. Sie kostet auch weniger als die oben vorgestellten Produkte.

Bourns 2087-150-SM-RPLF Gasentladungsröhre, von Digikey

Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt und andere wichtige Industrien werden in Zukunft voraussichtlich wachsen, und viele dieser Systeme werden einen gewissen Grad an Überspannungsschutz benötigen. Egal, ob Sie Systeme für den Einsatz in Flugzeugen, Telekommunikationssystemen oder beim Militär entwickeln, Sie können die benötigten Komponenten auf Octopart finden.

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