Если вы читаете это, сидя за своим настольным компьютером, то, скорее всего, он подключен к устройству защиты от перенапряжений (или, по крайней мере, должен быть). Хотя серьезные события скачков напряжения в Северной Америке и большей части Европы могут быть редкими, они все же могут вызвать огромные перенапряжения, достаточные для повреждения чувствительной электроники.
Методы защиты от скачков напряжения, быстрых электрических переходных процессов (EFT) и электростатических разрядов (ESD) различаются в разных стандартах и требуют различного уровня защиты от перенапряжений. Стандарты, регулирующие ваш продукт, укажут необходимый уровень подавления перенапряжений, и вам следует попытаться сбалансировать требуемое подавление перенапряжений с учетом стоимости, размера и времени реакции при выборе устройства подавления переходных напряжений (TVS).
Если вы знакомы с диодами TVS или тиристорами, то у вас уже есть представление о назначении газоразрядной трубки. Проще говоря, газоразрядная трубка предназначена для обеспечения защиты TVS без вмешательства в работу защищаемой цепи. Разные устройства имеют разные идеальные применения в системах постоянного или переменного тока. Вам также необходимо определить подходящую емкость для вашего приложения, которая также будет зависеть от источника TVS, против которого вы защищаетесь (например, молнии, коммутационные скачки, ESD или скачки напряжения в сети).
Можно сказать, что самый простой способ реализовать защиту TVS в системе постоянного тока - использовать байпасный конденсатор и последовательный дроссель (то есть высокочастотные сигналы отводятся на землю и блокируются от нагрузки). Это может быть приемлемо в относительно низковольтных системах постоянного тока, которые требуют защиты от небольших скачков напряжения в шине питания. Простая схема с кратковременным замыканием также может обеспечить защиту в этих системах с очень низким утечечным током и очень малым размером.
Шунтирующий конденсатор или RC-цепь быстро становятся недостаточными на уровне печатной платы, когда вам нужно защититься от очень высоких напряжений (более нескольких десятков вольт), поскольку это требует конденсаторов с чрезвычайно высоким напряжением пробоя. Поскольку напряжение пробоя обычно увеличивается с увеличением емкости, можно быстро понять, что время реакции (равное эквивалентной постоянной времени RC) станет слишком большим, чтобы подавить переходное напряжение до того, как перенапряжение вызовет большой ток в системе. Вот где другие методы, не зависящие от разряда конденсатора, становятся лучшим вариантом.
Газоразрядные трубки, тиристоры и сети тиристоров лучше подходят для ослабления очень больших скачков тока. Эти устройства требуют некоторого типа переключения, что позволяет большому переходному току проходить на землю по очень низкоомному пути. Это, по сути, отводит ток, производимый перенапряжением, от вашей системы. Тиристоры можно найти в стекированных блоках в системах распределения электроэнергии, или они могут использоваться в так называемой схеме с кратковременным замыканием.
Газоразрядная трубка устроена и работает в точности как указывает ее название. Это устройство представляет собой небольшую трубку, заполненную смесью изоляционных газов. Когда напряжение прикладывается к трубке и превышает порог ионизации газа, газ образует плазму и становится высокопроводимым, позволяя переходному току течь на землю. Это рассеивает перенапряжение через газоразрядную трубку, что минимизирует перенапряжение, видимое системой. Поскольку газоразрядные трубки изолированы, они не имеют тока утечки, когда не включены, в то время как диоды TVS и тиристоры имеют некоторый ток утечки.
Эти неоновые разрядные трубки работают так же, как и те, что используются для подавления переходных напряжений
Газоразрядные трубки можно найти на линиях постоянного тока в ряде систем благодаря их очень низкой емкости, которая обеспечивает быстрое время реакции. Они также могут использоваться на линиях переменного тока, так как имеют гораздо меньший ток утечки, чем другие компоненты для защиты от перенапряжений. Очень низкая емкость газоразрядных трубок позволяет использовать их на линиях высокой частоты, например, в телекоммуникационном оборудовании.
Littelfuse SL1021A090R - это 3-электродная газоразрядная трубка с ультранизкой емкостью (менее 1,5 пФ). Эти компоненты идеально подходят для защиты от перенапряжений в телекоммуникационных системах и в системах, где требуется одновременное действие двух сигнальных линий. Это обеспечивает очень быструю реакцию (менее 1 микросекунды) на переходные процессы с защитой от перенапряжений 10 кА при напряжении пробоя 90 В. Их конструкция оптимизирована для широкополосных (например, радио по меди) приложений:
Эти серии предлагают оптимизированную внутреннюю геометрию, которая обеспечивает низкие потери вставки на высоких частотах, идеально подходит для защиты широкополосного и другого высокоскоростного передающего оборудования. [Из технического описания SL1021A090R]
3-электродные газоразрядные трубки Littelfuse SL1021A090R, из технического описания SL1021A090R
EPCOS B88069X8920B252 3-электродная газоразрядная трубка обеспечивает уровень защиты, аналогичный предыдущему продукту, но она немного более мощная. Емкость этого продукта менее 0,8 пФ, и он обеспечивает более высокую скорость реакции на переходные процессы (до 25 кА). В качестве части телекоммуникационного ландшафта эти газоразрядные трубки лучше всего подходят для защиты критически важного оборудования в базовых станциях и для защиты линий.
Газоразрядная трубка EPCOS B88069X8920B252
Газоразрядная трубка с двумя электродами Bourns 2087-150-SM-RPLF менее надежна, чем два предыдущих продукта, хотя её низкая емкость (менее 0,5 пФ) обеспечивает несколько более быстрое время отклика. Несмотря на меньший ток импульсного разряда, она все еще идеально подходит для телекоммуникационных систем, которые подвержены риску возникновения высокого перенапряжения (от 1,3 до 2,8 кВ в зависимости от модели), а также в промышленных и потребительских электронных приложениях. Также она стоит дешевле, чем продукты, представленные выше.
Газоразрядная трубка Bourns 2087-150-SM-RPLF, от Digikey
Ожидается, что телекоммуникации, аэрокосмическая промышленность и другие важные отрасли будут расти в будущем, и многие из этих систем потребуют определенного уровня защиты от перенапряжений. Будь то разработка систем для использования в самолетах, телекоммуникационных системах или в военной сфере, вы можете найти необходимые компоненты на Octopart.
Не пропустите статьи, подобные этой! Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку!