مقدمة عن أنابيب تفريغ الغاز (GDTs)

1.نظرة عامة

أنابيب تفريغ الغاز (GDTs) هي مكونات حماية من الفولتية الزائدة من النوع الفجوة وتُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات، التزويد بالطاقة، وأنظمة الإشارة. وهي مصممة لتفريغ مفاجئات البرق، الفولتية الزائدة المستحثة، وتفريغ الشحنات الثابتة (ESD)، مما يحمي الدوائر الإلكترونية الحساسة. الأنواع الشائعة تتضمن GDTs ذات القطبين وثلاثة أقطاب، غالبًا ما تكون محاطة بجسّات سيراميك، وبالتالي تُعرف أيضًا بأنابيب تفريغ السيراميك.

2. مبدأ العمل

تُملأ GDTs بالغازات الخاملة مثل النيون، الأرجون، أو الكريبتون. عندما تتجاوز الجهد بين الأقطاب عتبة الانكسار، يصبح الغاز مشحونًا وناقلًا، مما يشكل مسار مقاومة منخفضة يحول تيار الموجة الزائدة إلى الأرض. بمجرد أن تتلاشى حالة الجهد الزائد، يعود الغاز إلى حالته العازلة، مما يسمح للدارة باستئناف التشغيل الطبيعي.

3. الميزات الرئيسية

تحمل الجهد العالي: يتراوح الجهد الكهربائي المستقيم لانكسار DC من العشرات إلى الآلاف من الفولت.

قدرة عالية على تيارات الموجة الزائدة: يمكنها التعامل مع آلاف الأمبير وحتى عشرات الآلاف من الأمبير.

تيار تسرب منخفض جدًا: تصل مقاومة العزل إلى مستويات GΩ تحت الظروف الطبيعية.

القدرة المكافئة المنخفضة: عادةً أقل من 1 بي فاراد، مثالية لمنافذ الاتصال السريع.

خاصية استعادة ذاتية: تعود تلقائيًا إلى الحالة ذات المقاومة العالية بعد الموجة الزائدة دون التأثير على نقل الإشارة.

4. التطبيقات النموذجية

حماية من الصواعق لخطوط الاتصالات: الهواتف، ADSL، الألياف الضوئية، واجهات الإيثرنت.

حماية مصادر الطاقة: أنظمة توزيع DC، مصادر طاقة التحويل، أنظمة UPS.

المعدات الصناعية للتحكم الآلي: وحدات تحكم PLC، مدخلات الريلات.

المنافذ المكشوفة في الخارج: أجهزة المراقبة، أنظمة الهوائيات، محطات التحكم المروري.

استراتيجية الحماية متعددة المراحل

لتحقيق حماية شاملة من الموجات الكهربائية الزائدة، يتم استخدام GDTs غالبًا بالاشتراك مع المكونات التالية:

التثبيت النموذجي: GDT متسلسل مع MOV ومتوازي مع TVS هو تكوين شائع للحماية من الموجات الشاذة بثلاث مستويات لواجهات الطاقة أو الإشارة الخارجية.

إرشادات الاختيار

جهد الانهيار المباشر: يجب أن يتجاوز الجهد التشغيلي الأقصى لمنع التفعيل الخاطئ.

جهد التفريغ النبضي: يجب أن يكون أقل من جهد تحمل المعدات المحمية لضمان التنشيط في الوقت المناسب.

جهد الاستمرار: يجب أن يكون أعلى من جهد استمرارية الدائرة لتجنب تيار المتابعة.

تصميم الارضية: يجب أن يكون مسار التفريغ قصيرًا وسميكًا قدر الإمكان لضمان مقاومة منخفضة وتقليل ارتفاع جهد الأرضية.

حماية الفشل الحراري: بالنسبة للفولتية الزائدة المستمرة، قد يحدث تسخين داخلي؛ يُنصح باستخدام فتيل حراري أو آلية حماية من الفشل.

تحذيرات وقيود

وقت استجابة أبطأ من TVS أو MOV، عادةً ما يكون في نطاق النانوثانية أو أكثر.

غير مناسب لقمع التغيرات السريعة ذات التردد العالي مثل ESD؛ يُفضل استخدام TVS لهذه التطبيقات.

خطر تدفق التيار يتطلب من MOV إطفاء القوس الكهربائي بشكل فعال.

قد تنخفض الأداء مع التدفقات المتكررة؛ اأخذ في الاعتبار دورة الحياة المقدرة وسعة التيار أثناء الاختيار.

8. خاتمة

مع تحمل الجهد العالي، ومعالجة التيار الكبير، والتسرب المنخفض، والعزل الممتاز، يتم استخدام GDTs على نطاق واسع في حماية البرق والتدفقات. عند دمجه مع MOVs وديودات TVS في تكوينات متعددة المراحل، فإنه يعزز بشكل كبير مناعة النظام ضد التدفقات، مما يجعل GDTs مكونًا أساسيًا في تصميم حماية الدوائر الحديثة.