Wybór rurki gazowej do ochrony przed przepięciami

Jeśli czytasz to na swoim komputerze stacjonarnym, to prawdopodobnie jesteś podłączony do listwy zabezpieczającej przed przepięciami (a przynajmniej powinieneś być). Chociaż poważne zdarzenia związane z przepięciami w Ameryce Północnej i większości krajów Europy mogą być rzadkie, mogą one nadal wywoływać ogromne przepięcia, które są wystarczająco silne, aby uszkodzić wrażliwe urządzenia elektroniczne.

Metody ochrony przed przepięciami, szybkimi przejściowymi zaburzeniami elektrycznymi (EFT) oraz wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD) są rozróżniane w różnych normach i wszystkie wymagają różnych poziomów ochrony przed przepięciami. Normy, które regulują Twój produkt, określą wymagany poziom tłumienia przepięć, i powinieneś próbować zrównoważyć wymagane tłumienie przepięć z kosztami, rozmiarem i czasem reakcji podczas wybierania urządzenia do tłumienia przepięć (TVS).

Co to jest rurka gazowa?

Jeśli znasz diody TVS lub tyrystory, to już masz pomysł na cel rurki gazowej. Bardzo prosto, rurka gazowa jest zaprojektowana do zapewnienia ochrony TVS bez hamowania działania obwodu, który ma chronić. Różne urządzenia mają różne idealne zastosowania w systemach prądu stałego (DC) lub zmiennego (AC). Musisz również określić odpowiednią pojemność dla swojej aplikacji, która będzie również zależała od źródła TVS, które musisz chronić (np. przed piorunami, przepięciami przełączającymi, ESD lub przepięciami w linii zasilającej).

Porównanie rurek gazowych z innymi komponentami TVS

Można by powiedzieć, że najłatwiejszym sposobem na wdrożenie ochrony TVS w systemie DC jest użycie kondensatora omijającego i cewki szeregowej (tj. sygnały wysokiej częstotliwości są omijane do ziemi i blokowane przed obciążeniem). Może to być wystarczające w stosunkowo niskonapięciowych systemach DC, które wymagają ochrony przed małymi przepięciami w magistrali zasilającej. Prosty obwód zabezpieczający może również zapewnić ochronę w tych systemach przy bardzo niskim prądzie upływu i bardzo małym rozmiarze.

Kondensator szeregowy lub obwód RC szybko staje się niewystarczający na poziomie PCB, gdy musisz chronić przed bardzo wysokimi napięciami (więcej niż kilkadziesiąt V), ponieważ wymaga to kondensatorów z ekstremalnie dużym napięciem przebicia. Ponieważ napięcie przebicia zwykle skaluje się z pojemnością, można szybko zauważyć, że czas reakcji (równy równoważnemu stałemu czasowi RC) stanie się zbyt duży, aby stłumić przepięcie zanim przepięcie wytworzy duży prąd w systemie. To jest miejsce, gdzie inne metody, które nie polegają na rozładowaniu kondensatora, stają się lepszą opcją.

Rurki gazowe, tyrystory i sieci tyrystorowe są lepiej przystosowane do tłumienia bardzo dużych prądów przepięciowych. Te urządzenia wymagają pewnego rodzaju przełączania, które pozwala na przepuszczenie dużego prądu przejściowego do ziemi przez bardzo niską ścieżkę impedancji. To zasadniczo odprowadza prąd wytworzony przez przepięcie od wprowadzenia do Twojego systemu. Tyrystory można znaleźć w układach szeregowych w systemach dystrybucji energii, lub mogą być używane w tzw. obwodzie zabezpieczającym.

Rurka wyładowcza gazowa jest konstruowana i działa dokładnie tak, jak wskazuje jej nazwa. To urządzenie to mała rurka wypełniona mieszaniną gazów izolacyjnych. Gdy napięcie zostanie przyłożone do rurki i przekroczy próg jonizacji gazu, gaz ten tworzy plazmę i staje się wysoce przewodzący, co pozwala na przepływ prądu przejściowego do ziemi. To rozprasza nadmiar napięcia na rurce wyładowczej gazowej, co minimalizuje nadmiar napięcia widziany przez system. Ponieważ rurki wyładowcze gazowe są izolujące, nie mają one prądu upływu, gdy nie są włączone, podczas gdy diody TVS i tyrystory mają pewien prąd upływu.

Te neonowe rurki wyładowcze działają w ten sam sposób co te używane do tłumienia napięć przejściowych

Kilka opcji dla rurek wyładowczych gazowych

Rurki wyładowcze gazowe można znaleźć na liniach zasilania prądem stałym w wielu systemach dzięki ich bardzo niskiej pojemności, co zapewnia szybki czas reakcji. Mogą być również używane na liniach zasilania prądem przemiennym, ponieważ mają znacznie mniejszy prąd upływu niż inne komponenty do ochrony przed przepięciami. Bardzo niska pojemność rurek wyładowczych gazowych pozwala na ich użycie na liniach wysokiej częstotliwości, takich jak w sprzęcie telekomunikacyjnym.

Littelfuse SL1021A090R

Littelfuse SL1021A090R to rurka wyładowcza gazowa z trzema elektrodami o ultra-niskiej pojemności (mniej niż 1,5 pF). Te komponenty są idealne do ochrony przed przepięciami w systemach telekomunikacyjnych oraz w systemach, gdzie wymagana jest jednoczesna akcja zwarcia dwóch linii sygnałowych. Zapewniają bardzo szybką reakcję (mniej niż 1 mikrosekunda) na przepięcia z ochroną przed przepięciami 10 kA przy napięciu przebicia 90 V. Ich konstrukcja jest zoptymalizowana dla aplikacji szerokopasmowych (np. radio przez miedź):

Seria ta oferuje zoptymalizowaną geometrię wewnętrzną, która zapewnia niskie straty wtrąceniowe przy wysokich częstotliwościach, idealne do ochrony szerokopasmowego i innego sprzętu do transmisji o wysokiej prędkości. [Z karty katalogowej SL1021A090R]

Rurki wyładowcze gazowe Littelfuse SL1021A090R z trzema elektrodami, z karty katalogowej SL1021A090R

EPCOS B88069X8920B252

EPCOS B88069X8920B252 rurka wyładowcza gazowa z trzema elektrodami zapewnia podobny poziom ochrony jak poprzedni produkt, ale jest nieco bardziej wytrzymała. Pojemność tego produktu jest mniejsza niż 0,8 pF, i zapewnia wyższą odpowiedź na przepięcia (do 25 kA). Jako część krajobrazu telekomunikacyjnego, te rurki wyładowcze gazowe najlepiej nadają się do ochrony krytycznego sprzętu w stacjach bazowych oraz do ochrony linii.

Rurka wyładowcza gazowa EPCOS B88069X8920B252

Bourns 2087-150-SM-RPLF

Rurka wyładowcza gazowa Bourns 2087-150-SM-RPLF z dwoma elektrodami jest mniej wytrzymała niż dwa poprzednie produkty, chociaż jej niska pojemność (mniej niż 0,5 pF) zapewnia nieco szybszy czas reakcji. Pomimo niższego prądu impulsowego wyładowania, nadal jest idealna dla systemów telekomunikacyjnych, które są zagrożone doświadczeniem wyższego napięcia (od 1,3 do 2,8 kV, w zależności od numeru modelu), jak również w zastosowaniach elektroniki przemysłowej i konsumenckiej. Jest również tańsza niż produkty przedstawione powyżej.

Rurka wyładowcza gazowa Bourns 2087-150-SM-RPLF, z Digikey

Telekomunikacja, przemysł lotniczy i inne ważne branże mają przed sobą tylko wzrost w przyszłości, a wiele z tych systemów będzie wymagać pewnego poziomu ochrony przed przepięciami. Niezależnie od tego, czy opracowujesz systemy do użytku w samolotach, systemach telekomunikacyjnych czy wojsku, możesz znaleźć potrzebne komponenty na Octopart.

Nie przegap artykułów takich jak ten! Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera!