مقدمه‌ای بر لوله‌های آزادساز گاز (GDTs)

1.بازدید کلی

لوله‌های آزادساز گاز (GDTs) اجزای محافظت برابر فشار مفرط نوع فاصله‌ای هستند که به طور گسترده در سیستم‌های ارتباطی، تأمین برق و سیگنال استفاده می‌شوند. این لوله‌ها طراحی شده‌اند تا شورش‌های برق رعد و برق، فشار مفرط القاء‌شده و آسیب‌های الکترواستاتیک (ESD) را آزاد کنند و بدین ترتیب مدارهای الکترونیکی حساس را محافظت کنند. انواع متداول شامل GDT دو‌قطبه و سه‌قطبه هستند که معمولاً در جعبه‌های سرامیکی قرار دارند، بنابراین به آن‌ها لوله‌های آزادساز سرامیکی نیز گفته می‌شود.

2. اصل کار

GDT‌ها با گازهای خامل مانند نئون، آرگون یا کریپتون پر شده‌اند. زمانی که ولتاژ بین الکترودها فراتر از حد آستانه شکست رفته باشد، گاز یونی شده و هادی می‌شود و مسیر مقاومت کمی را تشکیل می‌دهد که جریان تندباز را به زمین هدایت می‌کند. بعد از اینکه وضعیت ولتاژ بیش از حد خاتمه یابد، گاز دوباره غیریونی شده و به حالت عایق بازمی‌گردد، اجازه داده می‌شود که مدار به عملکرد عادی بازگردد.

۳. ویژگی‌های کلیدی

تحمل ولتاژ بالا: ولتاژ شکست DC از ده‌ها تا هزاران ولت متنوع است.

توانایی جریان تندباز بالا: می‌تواند هزاران تا ده‌ها هزار آمپر را مدیریت کند.

جریان نشت بسیار کم: مقاومت عایقی تحت شرایط عادی به سطح GΩ می‌رسد.

خاستگی پارازیت کم: معمولاً کمتر از ۱ pF، مناسب برای درگاه‌های ارتباطی سرعت بالا.

ویژگی بازگشت خودکار: پس از تندباز، به حالت مقاومت بالا بازمی‌گردد بدون اینکه انتقال سیگنال را تحت تأثیر قرار دهد.

۴. کاربردهای معمول

محافظت در برابر ضربه برق برای خطوط ارتباطی: تلفن ها، ADSL، فیبر نوری، رابط های اترنت.

محافظت منبع تغذیه: سیستم های توزیع DC، منابع تغذیه حالت شوئی، سیستم های UPS.

تجهیزات خودکارسازی صنعتی: واحد های کنترل PLC، ورودی های رله.

پورت های معرض محیط بیرونی: دستگاه های نظارت، سیستم های آنتن، ترمینال های کنترل ترافیک.

استراتژی محافظت چندمرحله ای

برای دستیابی به محافظت کامل در برابر افزار، GDTها اغلب با مولفه های زیر ترکیب می شوند:

تنظیم معمول: GDT به صورت سری با MOV و موازی با TVS، یک پیکربندی معمول سه سطحی برای محافظت در برابر توده برای رابط‌های قدرت یا سیگنال خارج از منازل است.

راهنمای انتخاب

ولتاژ شکست DC: باید بیشتر از ولتاژ عملیاتی حداکثر باشد تا از فعال‌سازی نادرست جلوگیری شود.

ولتاژ آزادسازی ضربه‌ای: باید کمتر از ولتاژ تحمل تجهیزات محافظت‌شده باشد تا فعال‌سازی مناسب را تضمین کند.

ولتاژ نگهداری: باید بیشتر از ولتاژ حفظ مدار باشد تا جریان دنباله‌ای را جلوگیری کند.

طراحی زمین‌بندی: مسیر آزادسازی باید به اندازه کافی کوتاه و ضخیم باشد تا امپدانس پایین و کمینه‌سازی افزایش پتانسیل زمین تضمین شود.

محافظت در برابر شکست حرارتی: برای ولتاژ بیش از حد طولانی مدت، گرمایش داخلی ممکن است رخ دهد؛ استفاده از فوز حرارتی یا مکانیسم محافظت در برابر شکست پیشنهاد می‌شود.

7. احتیاط‌ها و محدودیت‌ها

زمان پاسخ کندتر از TVS یا MOV، معمولاً در دامنه نانوثانیه یا بیشتر.

مناسب برای فشارسازی ترکیبات با فرکانس بالا مانند ESD نیست؛ برای این نوع کاربردها TVS ترجیح داده می‌شود.

خطر جریان دنباله‌ای نیاز به این دارد که MOV به طور مؤثر قوس را خاموش کند.

عملکرد ممکن است با تکرار شدگی بلندمدت سرعت کاهش یابد؛ در هنگام انتخاب، چرخه عمر و ظرفیت جریان را در نظر بگیرید.

8. نتیجه‌گیری

با تحمل ولتاژ بالا، مدیریت جریان بزرگ، فیلترینگ کم و عایق بودن عالی، GDTها به طور گسترده در محافظت برق آب و هوایی و سرعت‌های برقی استفاده می‌شوند. وقتی با MOVها و دیودهای TVS در تنظیمات چندمرحله‌ای ترکیب می‌شوند، ایمنی سیستم در برابر سرعت‌های برقی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد، که GDTها را به یک مولفه کلیدی در طراحی محافظت مدارهای مدرن تبدیل می‌کند.