Sélectionner un tube à décharge de gaz pour la protection contre les surtensions

Si vous lisez ceci sur votre ordinateur de bureau, alors vous êtes probablement branché à un protecteur contre les surtensions (ou du moins vous devriez l'être). Bien que les événements de surtension graves en Amérique du Nord et dans la plupart des pays d'Europe puissent être rares, ils peuvent encore produire d'énormes surtensions suffisamment sévères pour endommager l'électronique sensible.

Les méthodes de protection contre les surtensions, les transitoires électriques rapides (EFT) et les décharges électrostatiques (ESD) sont distinguées dans diverses normes et nécessitent toutes différents niveaux de protection contre les surtensions. Les normes qui régissent votre produit spécifieront le niveau requis de suppression des surtensions, et vous devriez essayer d'équilibrer la suppression des surtensions requise par rapport aux coûts, à l'empreinte et au temps de réponse lors de la sélection d'un dispositif de suppression des tensions transitoires (TVS).

Qu'est-ce qu'un tube à décharge de gaz ?

Si vous êtes familier avec les diodes TVS ou les thyristors, alors vous avez déjà une idée de l'objectif d'un tube à décharge de gaz. Très simplement, un tube à décharge de gaz est conçu pour fournir une protection TVS sans inhiber le comportement du circuit qu'il est destiné à protéger. Différents dispositifs ont des utilisations idéales différentes dans les systèmes DC ou AC. Vous devrez également déterminer la capacité appropriée pour votre application, qui dépendra également de la source TVS que vous devez protéger contre (c'est-à-dire, la foudre, les surtensions de commutation, l'ESD ou les surtensions de ligne).

Comparer les tubes à décharge de gaz avec d'autres composants TVS

On pourrait dire que la manière la plus simple d'implémenter une protection TVS dans un système DC est avec un condensateur de dérivation et un inducteur en série (c'est-à-dire, les signaux haute fréquence sont dérivés vers la terre et bloqués de la charge). Cela peut être suffisant dans les systèmes DC de tension relativement basse qui nécessitent une protection contre de petites surtensions dans un bus d'alimentation. Un circuit simple de type crowbar peut également fournir une protection dans ces systèmes avec un très faible courant de fuite et une empreinte très petite.

Un condensateur shunt ou un circuit RC devient rapidement inadéquat au niveau du PCB lorsque vous devez protéger contre des tensions très élevées (plus de plusieurs dizaines de V) car cela nécessite des condensateurs avec une tension de claquage extrêmement grande. Comme la tension de claquage a tendance à évoluer avec la capacité, on peut rapidement voir que le temps de réponse (égal au temps constant équivalent RC) deviendra trop grand pour supprimer une surtension transitoire avant qu'une surtension ne produise un grand courant dans le système. C'est là que d'autres méthodes qui ne reposent pas sur un condensateur se déchargeant deviennent la meilleure option.

Les tubes à décharge de gaz, les thyristors et les réseaux de thyristors sont mieux adaptés pour atténuer les courants de surtension très importants. Ces dispositifs nécessitent un type de commutation, qui permet à un courant transitoire important de passer à la terre à travers un chemin à très faible impédance. Cela dévie essentiellement le courant produit par la surtension de passer dans votre système. Les thyristors peuvent être trouvés dans des unités empilées dans les systèmes de distribution d'énergie, ou ils peuvent être utilisés dans un circuit de type crowbar.

Un tube à décharge de gaz est construit et fonctionne exactement comme son nom l'indique. Cet appareil est un petit tube rempli d'un mélange de gaz isolants. Lorsqu'une tension est appliquée à travers le tube et dépasse le seuil d'ionisation du gaz, le gaz forme un plasma et devient très conducteur, permettant à un courant transitoire de s'écouler vers la terre. Cela dissipe la surtension à travers le tube à décharge de gaz, ce qui minimise la surtension vue par le système. Comme les tubes à décharge de gaz sont isolants, ils n'ont aucun courant de fuite lorsqu'ils ne sont pas activés, tandis que les diodes TVS et les thyristors ont un certain courant de fuite.

Ces tubes à décharge de néon fonctionnent de la même manière que ceux utilisés pour la suppression des tensions transitoires

Quelques options pour les tubes à décharge de gaz

Les tubes à décharge de gaz peuvent être trouvés sur les lignes de courant continu dans un certain nombre de systèmes grâce à leur très faible capacité, ce qui fournit un temps de réponse rapide. Ils peuvent également être utilisés sur les lignes de courant alternatif car ils ont un courant de fuite beaucoup plus faible que d'autres composants pour la protection contre les surtensions. La très faible capacité des tubes à décharge de gaz leur permet d'être utilisés sur des lignes à haute fréquence, telles que dans les équipements de télécommunications.

Littelfuse SL1021A090R

Le Littelfuse SL1021A090R est un tube à décharge de gaz à 3 électrodes avec une ultra-faible capacité (moins de 1,5 pF). Ces composants sont idéaux pour la protection contre les surtensions dans les systèmes de télécom et dans les systèmes où une action simultanée de couronnement de deux lignes de signal est requise. Cela fournit une réponse très rapide (moins d'une microseconde) aux transitoires avec une protection contre les surtensions de 10 kA à une tension de claquage de 90 V. Leur construction les rend optimisés pour les applications à large bande (par exemple, radio-sur-cuivre) :

Cette série offre une géométrie interne optimisée qui fournit une faible perte d'insertion à haute fréquence, idéale pour la protection des équipements de transmission à large bande et autres équipements à haute vitesse. [D'après la fiche technique du SL1021A090R]

Tubes à décharge de gaz à 3 électrodes Littelfuse SL1021A090R, d'après la fiche technique du SL1021A090R

EPCOS B88069X8920B252

Le EPCOS B88069X8920B252 tube à décharge de gaz à 3 électrodes offre un niveau de protection similaire au produit précédent, mais il est un peu plus robuste. La capacité de ce produit est inférieure à 0,8 pF, et il offre une réponse transitoire plus élevée (jusqu'à 25 kA). Dans le paysage des télécoms, ces tubes à décharge de gaz sont les mieux utilisés pour la protection des équipements critiques dans les stations de base et pour la protection des lignes.

EPCOS B88069X8920B252 tube à décharge de gaz

Bourns 2087-150-SM-RPLF

Le Bourns 2087-150-SM-RPLF tube à décharge de gaz à 2 électrodes est moins robuste que les deux produits précédents, bien que sa faible capacité (moins de 0,5 pF) offre un temps de réponse quelque peu plus rapide. Malgré le courant de décharge d'impulsion inférieur, il est toujours idéal pour les systèmes de télécommunications qui risquent de subir une surtension plus élevée (de 1,3 à 2,8 kV, selon le numéro de modèle), ainsi que dans les applications électroniques industrielles et grand public. Il coûte également moins cher que les produits présentés ci-dessus.

Tube à décharge de gaz Bourns 2087-150-SM-RPLF, de Digikey

Les télécommunications, l'aérospatiale et d'autres industries importantes ne sont attendues que pour croître à l'avenir, et bon nombre de ces systèmes nécessiteront un certain niveau de protection contre les surtensions. Que vous développiez des systèmes à utiliser dans les avions, les systèmes de télécommunications ou l'armée, vous pouvez trouver les composants dont vous avez besoin sur Octopart.

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