Selezionare un Tubo a Scarica di Gas per la Protezione da Sovratensioni

Se stai leggendo questo sul tuo computer desktop, allora è probabile che tu sia collegato a un dispositivo di protezione contro le sovratensioni (o almeno dovresti esserlo). Sebbene gli eventi seri di sovratensione in Nord America e nella maggior parte dell'Europa possano essere rari, possono comunque produrre enormi picchi di sovratensione abbastanza gravi da danneggiare l'elettronica sensibile.

I metodi di protezione da sovratensioni, transitori elettromagnetici veloci (EFT) e scariche elettrostatiche (ESD) sono distinti in vari standard e tutti richiedono diversi livelli di protezione da sovratensione. Gli standard che regolano il tuo prodotto specificano il livello richiesto di soppressione della sovratensione, e dovresti cercare di bilanciare la soppressione della sovratensione richiesta rispetto ai costi, all'ingombro e al tempo di risposta quando selezioni un dispositivo di soppressione di tensione transitoria (TVS).

Cos'è un tubo a scarica di gas?

Se sei familiare con i diodi TVS o i tiristori, allora hai già un'idea dello scopo di un tubo a scarica di gas. Molto semplicemente, un tubo a scarica di gas è progettato per fornire protezione TVS senza inibire il comportamento del circuito che intende proteggere. Diversi dispositivi hanno diversi usi ideali in sistemi DC o AC. Dovrai anche determinare la capacità appropriata per la tua applicazione, che dipenderà anche dalla fonte TVS che devi proteggere (ad esempio, fulmini, sovratensioni di commutazione, ESD o sovratensioni della linea elettrica).

Confronto tra tubi a scarica di gas e altri componenti TVS

Si potrebbe dire che il modo più semplice per implementare la protezione TVS in un sistema DC è con un condensatore di bypass e un induttore in serie (cioè, i segnali ad alta frequenza sono deviati a terra e bloccati dal carico). Questo può andare bene in sistemi DC relativamente a bassa tensione che richiedono protezione contro piccole sovratensioni in un bus di alimentazione. Anche un semplice circuito a cortocircuito può fornire protezione in questi sistemi con corrente di perdita molto bassa e ingombro molto ridotto.

Un condensatore di shunt o un circuito RC diventano rapidamente inadeguati a livello di PCB quando è necessario proteggere contro tensioni molto alte (più di diverse decine di V) poiché ciò richiede condensatori con tensione di rottura estremamente elevata. Poiché la tensione di rottura tende a scalare con la capacità, si può rapidamente vedere che il tempo di risposta (uguale alla costante di tempo RC equivalente) diventerà troppo grande per sopprimere un picco di tensione transitorio prima che la sovratensione produca una grande corrente nel sistema. Qui è dove altri metodi che non si affidano a un condensatore in scarica diventano l'opzione migliore.

I tubi a scarica di gas, i tiristori e le reti di tiristori sono più adatti per attenuare correnti di sovratensione molto grandi. Questi dispositivi richiedono un tipo di commutazione, che consente a una grande corrente transitoria di passare a terra attraverso un percorso a bassissima impedenza. Questo di fatto devia la corrente prodotta dalla sovratensione dal passare nel tuo sistema. I tiristori possono essere trovati in unità impilate nei sistemi di distribuzione dell'energia, o possono essere utilizzati in un cosiddetto circuito a cortocircuito.

Un tubo a scarica di gas è costruito e funziona proprio come suggerisce il suo nome. Questo dispositivo è un piccolo tubo riempito con una miscela di gas isolanti. Quando una tensione viene applicata attraverso il tubo e supera la soglia di ionizzazione del gas, il gas forma un plasma e diventa altamente conduttivo, permettendo a una corrente transitoria di fluire verso terra. Questo dissipa la sovratensione attraverso il tubo a scarica di gas, minimizzando la sovratensione vista dal sistema. Poiché i tubi a scarica di gas sono isolanti, non hanno corrente di dispersione quando non sono accesi, mentre i diodi TVS e i tiristori hanno una certa corrente di dispersione.

Questi tubi a scarica di neon funzionano allo stesso modo di quelli usati per la soppressione di tensioni transitorie

Alcune opzioni per i tubi a scarica di gas

I tubi a scarica di gas possono essere trovati sulle linee di alimentazione DC in numerosi sistemi grazie alla loro bassissima capacità, che fornisce un tempo di risposta rapido. Possono anche essere utilizzati sulle linee di alimentazione AC poiché hanno una corrente di dispersione molto minore rispetto ad altri componenti per la protezione dalle sovratensioni. La capacità molto bassa dei tubi a scarica di gas permette il loro utilizzo su linee ad alta frequenza, come nell'attrezzatura per le telecomunicazioni.

Littelfuse SL1021A090R

Il Littelfuse SL1021A090R è un tubo a scarica di gas a 3 elettrodi con una capacità ultra-bassa (meno di 1,5 pF). Questi componenti sono ideali per la protezione da sovratensioni nei sistemi di telecomunicazione e nei sistemi dove è richiesta l'azione simultanea di cortocircuito di due linee di segnale. Questo fornisce una risposta molto rapida (meno di 1 microsecondo) alle transitorie con una protezione da sovratensioni di 10 kA a 90 V di tensione di rottura. La loro costruzione li rende ottimizzati per applicazioni a banda larga (ad esempio, radio su rame):

Questa serie offre una geometria interna ottimizzata che fornisce una bassa perdita di inserzione ad alte frequenze, ideale per la protezione di apparecchiature di trasmissione a banda larga e altre apparecchiature ad alta velocità di trasmissione. [Dal datasheet di SL1021A090R]

Tubi a scarica di gas a 3 elettrodi Littelfuse SL1021A090R, dal datasheet di SL1021A090R

EPCOS B88069X8920B252

Il EPCOS B88069X8920B252 tubo a scarica di gas a 3 elettrodi offre un livello di protezione simile al prodotto precedente, ma è un po' più robusto. La capacità di questo prodotto è inferiore a 0,8 pF, e offre una risposta transitoria superiore (fino a 25 kA). Come parte del panorama delle telecomunicazioni, questi tubi a scarica di gas sono meglio utilizzati per la protezione di apparecchiature critiche nelle stazioni base e per la protezione delle linee.

EPCOS B88069X8920B252 tubo a scarica di gas

Bourns 2087-150-SM-RPLF

Il Bourns 2087-150-SM-RPLF tubo a scarica di gas a 2 elettrodi è meno robusto rispetto ai due prodotti precedenti, sebbene la sua bassa capacità (inferiore a 0,5 pF) fornisca un tempo di risposta leggermente più veloce. Nonostante la corrente di scarica d'impulso inferiore, è ancora ideale per i sistemi di telecomunicazione che rischiano di sperimentare sovratensioni più elevate (da 1,3 a 2,8 kV, a seconda del numero di modello), così come in applicazioni di elettronica industriale e di consumo. Costa anche meno dei prodotti presentati sopra.

Tubo a scarica di gas Bourns 2087-150-SM-RPLF, da Digikey

Le telecomunicazioni, l'aerospaziale e altre industrie importanti si prevede che cresceranno in futuro, e molti di questi sistemi richiederanno un certo livello di protezione dalle sovratensioni. Che tu stia sviluppando sistemi per l'uso in aerei, sistemi di telecomunicazione o per il militare, puoi trovare i componenti di cui hai bisogno su Octopart.

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