Selecionando um Tubo de Descarga de Gás para Proteção contra Surtos

Se você está lendo isso no seu computador de mesa, então é provável que esteja conectado a um protetor contra surtos (ou pelo menos deveria estar). Embora eventos graves de surto de energia na América do Norte e na maior parte da Europa possam ser raros, eles ainda podem produzir surtos de sobretensão enormes que são severos o suficiente para danificar eletrônicos sensíveis.

Métodos de proteção contra surtos, transientes elétricos rápidos (EFT) e descarga eletrostática (ESD) são distinguidos em várias normas e todos requerem diferentes níveis de proteção contra sobretensão. As normas que regem seu produto especificarão o nível necessário de supressão de sobretensão, e você deve tentar equilibrar a supressão de sobretensão necessária contra custos, espaço e tempo de resposta ao selecionar um dispositivo de supressão de tensão transitória (TVS).

O que é um Tubo de Descarga a Gás?

Se você já está familiarizado com diodos TVS ou tiristores, então já tem uma ideia da finalidade de um tubo de descarga a gás. Muito simplesmente, um tubo de descarga a gás é projetado para fornecer proteção TVS sem inibir o comportamento do circuito que se destina a proteger. Diferentes dispositivos têm diferentes usos ideais em sistemas de DC ou AC. Você também precisará determinar a capacitância apropriada para sua aplicação, que também dependerá da fonte de TVS que você precisa proteger contra (ou seja, raios, surtos de comutação, ESD ou surtos na linha de energia).

Comparando Tubos de Descarga a Gás com Outros Componentes TVS

Pode-se dizer que a maneira mais fácil de implementar proteção TVS em um sistema DC é com um capacitor de desvio e um indutor em série (ou seja, sinais de alta frequência são desviados para o terra e bloqueados da carga). Isso pode ser suficiente em sistemas DC de tensão relativamente baixa que requerem proteção contra pequenos surtos em um barramento de energia. Um circuito simples de curto-circuito também pode fornecer proteção nesses sistemas com corrente de fuga muito baixa e espaço muito pequeno.

Um capacitor de desvio ou circuito RC rapidamente se torna inadequado no nível do PCB quando você precisa proteger contra tensões muito altas (mais de várias dezenas de V) pois isso requer capacitores com tensão de ruptura extremamente alta. Como a tensão de ruptura tende a escalar com a capacitância, pode-se ver rapidamente que o tempo de resposta (igual ao tempo constante RC equivalente) se tornará grande demais para suprimir um surto de tensão transitória antes que a sobretensão produza uma grande corrente no sistema. É aqui que outros métodos que não dependem de um capacitor descarregando se tornam a melhor opção.

Tubos de descarga a gás, tiristores e redes de tiristores são mais adequados para atenuar correntes de surto muito grandes. Esses dispositivos requerem algum tipo de comutação, que permite que uma grande corrente transitória passe para o terra através de um caminho de impedância muito baixa. Isso essencialmente desvia a corrente produzida pela sobretensão de entrar no seu sistema. Tiristores podem ser encontrados em unidades empilhadas em sistemas de distribuição de energia, ou podem ser usados em um circuito de curto-circuito chamado.

Um tubo de descarga de gás é construído e opera exatamente como o nome indica. Este dispositivo é um pequeno tubo preenchido com uma mistura de gases isolantes. Quando uma tensão é aplicada através do tubo e excede o limiar de ionização do gás, o gás formará um plasma e se tornará altamente condutivo, permitindo que uma corrente transitória flua para a terra. Isso dissipa a sobretensão através do tubo de descarga de gás, o que minimiza a sobretensão vista pelo sistema. Como os tubos de descarga de gás são isolantes, eles não têm corrente de fuga quando não estão ligados, enquanto diodos TVS e tiristores têm alguma corrente de fuga.

Estes tubos de descarga de neon funcionam da mesma maneira que aqueles usados para supressão de tensão transitória

Algumas Opções para Tubos de Descarga de Gás

Os tubos de descarga de gás podem ser encontrados em linhas de energia DC em vários sistemas graças à sua baixa capacitância, que proporciona um tempo de resposta rápido. Eles também podem ser usados em linhas de energia AC, pois têm uma corrente de fuga muito menor do que outros componentes para proteção contra surtos. A baixa capacitância dos tubos de descarga de gás permite que sejam usados em linhas de alta frequência, como em equipamentos de telecomunicações.

Littelfuse SL1021A090R

O Littelfuse SL1021A090R é um tubo de descarga de gás de 3 eletrodos com ultra-baixa capacitância (menos de 1,5 pF). Esses componentes são ideais para proteção contra surtos em sistemas de telecomunicações e em sistemas onde é necessária a ação simultânea de curto-circuito de duas linhas de sinal. Isso proporciona uma resposta muito rápida (menos de 1 microssegundo) a transientes com proteção contra surtos de 10 kA a uma tensão de ruptura de 90 V. Sua construção os torna otimizados para aplicações de banda larga (por exemplo, rádio sobre cobre):

Essa série oferece geometria interna otimizada que proporciona baixa perda de inserção em altas frequências, ideal para a proteção de equipamentos de transmissão de banda larga e outras transmissões de alta velocidade. [Do datasheet do SL1021A090R]

Tubos de descarga de gás de 3 eletrodos Littelfuse SL1021A090R, do datasheet do SL1021A090R

EPCOS B88069X8920B252

O EPCOS B88069X8920B252 tubo de descarga de gás de 3 eletrodos oferece um nível de proteção similar ao produto anterior, mas é um pouco mais robusto. A capacitância deste produto é inferior a 0,8 pF, e ele oferece uma resposta transitória maior (até 25 kA). Como parte do cenário de telecomunicações, esses tubos de descarga de gás são melhor utilizados para proteção de equipamentos críticos em estações base e para proteção de linhas.

Tubo de descarga de gás EPCOS B88069X8920B252

Bourns 2087-150-SM-RPLF

O Bourns 2087-150-SM-RPLF tubo de descarga de gás de 2 eletrodos é menos robusto que os dois produtos anteriores, embora sua baixa capacitância (menos de 0,5 pF) proporcione um tempo de resposta um pouco mais rápido. Apesar da corrente de descarga de impulso mais baixa, ainda é ideal para sistemas de telecomunicações que correm o risco de experimentar sobretensões mais altas (de 1,3 a 2,8 kV, dependendo do número do modelo), bem como em aplicações de eletrônicos industriais e de consumo. Também custa menos que os produtos apresentados acima.

Tubo de descarga de gás Bourns 2087-150-SM-RPLF, da Digikey

Telecomunicações, aeroespacial e outras indústrias importantes só devem crescer no futuro, e muitos desses sistemas exigirão algum nível de proteção contra surtos. Seja desenvolvendo sistemas para uso em aeronaves, sistemas de telecomunicações ou militares, você pode encontrar os componentes de que precisa no Octopart.

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