Seleccionando un Tubo de Descarga de Gas para Protección contra Sobretensiones

Si estás leyendo esto en tu computadora de escritorio, entonces probablemente estés conectado a un protector contra sobretensiones (o al menos deberías estarlo). Aunque los eventos graves de sobretensión en América del Norte y la mayor parte de Europa pueden ser raros, aún pueden producir enormes sobretensiones que son lo suficientemente severas como para dañar la electrónica sensible.

Los métodos de protección contra sobretensiones, transitorios eléctricos rápidos (EFT) y descarga electrostática (ESD) se distinguen en varios estándares y todos requieren diferentes niveles de protección contra sobretensiones. Los estándares que rigen tu producto especificarán el nivel requerido de supresión de sobretensión, y deberías intentar equilibrar la supresión de sobretensión requerida contra los costos, el espacio y el tiempo de respuesta al seleccionar un dispositivo de supresión de voltaje transitorio (TVS).

¿Qué es un Tubo de Descarga de Gas?

Si estás familiarizado con los diodos TVS o los tiristores, entonces ya tienes una idea del propósito de un tubo de descarga de gas. Muy simplemente, un tubo de descarga de gas está diseñado para proporcionar protección TVS sin inhibir el comportamiento del circuito que está destinado a proteger. Diferentes dispositivos tienen diferentes usos ideales en sistemas de CC o CA. También necesitarás determinar la capacitancia adecuada para tu aplicación, lo cual también dependerá de la fuente TVS que necesites proteger (es decir, rayos, sobretensiones de conmutación, ESD o sobretensiones de línea de energía).

Comparando Tubos de Descarga de Gas con Otros Componentes TVS

Uno podría decir que la forma más fácil de implementar protección TVS en un sistema de CC es con un capacitor de derivación y un inductor en serie (es decir, las señales de alta frecuencia se derivan a tierra y se bloquean de la carga). Esto puede estar bien en sistemas de CC relativamente de bajo voltaje que requieren protección contra pequeñas sobretensiones en un bus de energía. Un simple circuito de cortocircuito también puede proporcionar protección en estos sistemas con corriente de fuga muy baja y una huella muy pequeña.

Un capacitor en paralelo o circuito RC rápidamente se vuelve inadecuado a nivel de PCB cuando necesitas proteger contra voltajes muy altos (más de varias docenas de V) ya que esto requiere capacitores con un voltaje de ruptura extremadamente grande. Como el voltaje de ruptura tiende a escalar con la capacitancia, uno puede ver rápidamente que el tiempo de respuesta (igual al tiempo constante RC equivalente) se volverá demasiado grande para suprimir una sobretensión transitoria antes de que la sobretensión produzca una gran corriente en el sistema. Aquí es donde otros métodos que no dependen de un capacitor descargándose se convierten en la mejor opción.

Los tubos de descarga de gas, tiristores y redes de tiristores son más adecuados para atenuar corrientes de sobretensión muy grandes. Estos dispositivos requieren algún tipo de conmutación, lo que permite que una gran corriente transitoria pase a tierra a través de un camino de muy baja impedancia. Esto esencialmente desvía la corriente producida por la sobretensión de pasar a tu sistema. Los tiristores se pueden encontrar en unidades apiladas en sistemas de distribución de energía, o se pueden usar en un circuito de cortocircuito llamado así.

Un tubo de descarga de gas está construido y opera justo como su nombre lo indica. Este dispositivo es un pequeño tubo lleno de una mezcla de gases aislantes. Cuando se aplica un voltaje a través del tubo y supera el umbral de ionización del gas, el gas formará un plasma y se volverá altamente conductivo, permitiendo que una corriente transitoria fluya a tierra. Esto disipa el sobrevoltaje a través del tubo de descarga de gas, lo que minimiza el sobrevoltaje visto por el sistema. Como los tubos de descarga de gas son aislantes, no tienen corriente de fuga cuando no están encendidos, mientras que los diodos TVS y los tiristores tienen alguna corriente de fuga.

Estos tubos de descarga de neón funcionan de la misma manera que aquellos usados para la supresión de voltaje transitorio

Algunas Opciones para Tubos de Descarga de Gas

Los tubos de descarga de gas se pueden encontrar en líneas de corriente continua en una serie de sistemas gracias a su muy baja capacitancia, que proporciona un tiempo de respuesta rápido. También pueden usarse en líneas de corriente alterna ya que tienen una corriente de fuga mucho menor que otros componentes para la protección contra sobretensiones. La muy baja capacitancia de los tubos de descarga de gas les permite ser usados en líneas de alta frecuencia, como en equipos de telecomunicaciones.

Littelfuse SL1021A090R

El Littelfuse SL1021A090R es un tubo de descarga de gas de 3 electrodos con una capacitancia ultra baja (menos de 1.5 pF). Estos componentes son ideales para la protección contra sobretensiones en sistemas de telecomunicaciones y en sistemas donde se requiere una acción simultánea de cortocircuito de dos líneas de señal. Esto proporciona una respuesta muy rápida (menos de 1 microsegundo) a transitorios con protección contra sobretensiones de 10 kA a un voltaje de ruptura de 90 V. Su construcción los hace optimizados para aplicaciones de banda ancha (por ejemplo, radio sobre cobre):

Estas series ofrecen una geometría interna optimizada que proporciona una baja pérdida de inserción en altas frecuencias, ideal para la protección de equipos de transmisión de banda ancha y otros equipos de alta velocidad. [Del datasheet de SL1021A090R]

Tubos de descarga de gas de 3 electrodos Littelfuse SL1021A090R, del datasheet de SL1021A090R

EPCOS B88069X8920B252

El EPCOS B88069X8920B252 tubo de descarga de gas de 3 electrodos proporciona un nivel de protección similar al producto anterior, pero es un poco más robusto. La capacitancia de este producto es menos de 0.8 pF, y proporciona una respuesta transitoria más alta (hasta 25 kA). Como parte del panorama de telecomunicaciones, estos tubos de descarga de gas son mejor utilizados para la protección de equipos críticos en estaciones base y para la protección de líneas.

Tubo de descarga de gas EPCOS B88069X8920B252

Bourns 2087-150-SM-RPLF

El Bourns 2087-150-SM-RPLF tubo de descarga de gas de 2 electrodos es menos robusto que los dos productos anteriores, aunque su baja capacitancia (menos de 0.5 pF) proporciona un tiempo de respuesta algo más rápido. A pesar de la menor corriente de descarga por impulso, sigue siendo ideal para sistemas de telecomunicaciones que corren el riesgo de experimentar sobrevoltajes más altos (de 1.3 a 2.8 kV, dependiendo del número de modelo), así como en aplicaciones de electrónica industrial y de consumo. También tiene un costo menor que los productos presentados anteriormente.

Tubo de descarga de gas Bourns 2087-150-SM-RPLF, de Digikey

Se espera que las telecomunicaciones, la industria aeroespacial y otras industrias importantes solo crezcan en el futuro, y muchos de estos sistemas requerirán algún nivel de protección contra sobretensiones. Ya sea que estés desarrollando sistemas para su uso en aeronaves, sistemas de telecomunicaciones o el ejército, puedes encontrar los componentes que necesitas en Octopart.

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