ガス放電管(GDTs)の紹介

1. 概要

ガス放電管(GDTs)は、通信、電源、信号システムに広く使用されているギャップ型過電圧保護部品です。これらは、雷サージ、誘起過電圧、静電気放電(ESD)を放出するために設計されており、敏感な電子回路を保護します。一般的なタイプには、セラミックハウジングに収められた二電極型と三電極型のGDTがあり、これをセラミック放電管とも呼びます。

2. 動作原理

GDTはネオン、アルゴン、またはクリプトンなどの不活性ガスで満たされています。電極間の電圧が絶縁限界を超えると、ガスがイオン化して導電性となり、低抵抗パスが形成され、サージ電流が接地に誘導されます。過電圧状態が収束すると、ガスは再び絶縁状態に戻り、回路は通常の動作を再開します。

3. 主な特徴

高電圧耐性：DC絶縁限界電圧は数十ボルトから数千ボルトの範囲です。

高いサージ電流能力：数千アンペアから数万アンペアを処理できます。

非常に低いリーク電流：通常の条件では絶縁抵抗がGΩレベルに達します。

低い寄生容量：通常1 pF未満で、高速通信ポートに理想的です。

自己復旧特性：サージ後に自動的に高抵抗状態に戻り、信号伝送に影響を与えません。

4. 典型的な応用例

通信線の雷保護: 電話、ADSL、光ファイバー、イーサネットインターフェース。

電源保護: DC配電システム、スイッチング電源、UPSシステム。

産業用自動化設備: PLC制御ユニット、リレー入力。

屋外設置ポート: 監視装置、アンテナシステム、交通管理ターミナル。

5. 多段階保護戦略

包括的なサージ保護を実現するために、GDTは次のコンポーネントと組み合わせて使用されることがよくあります:

典型的な構成：GDTをMOVと直列に、TVSと並列に接続する室外電源や信号インターフェース用の一般的な三段サージ保護構成です。

6. 選択ガイドライン

DCブレークダウン電圧：誤作動を防ぐために最大動作電圧を超える必要があります。

インパルス放電電圧：保護対象機器の耐圧より低く設定し、適時に動作することを確保します。

ホールドオーバー電圧：回路の持続電圧よりも高く設定し、フォローカレントを回避します。

接地設計：放電経路はできるだけ短く太くするべきで、低インピーダンスを確保し、接地電位上昇を最小限に抑える必要があります。

熱故障保護：長時間の過電圧では内部加熱が発生する可能性があるため、熱ヒューズや故障保護機構を推奨します。

7. 注意事項と制限

TVSやMOVよりも応答時間が遅く、通常ナノ秒単位またはそれ以上です。

ESDなどの高周波トランジェント抑圧には適していません。このようなアプリケーションにはTVSが推奨されます。

フォローカレントのリスクがあるため、MOVはアークを効果的に消滅させる必要があります。

繰り返し発生するサージにより性能が低下することがあります。選定時には定格ライフサイクルと電流容量を考慮してください。

8. 結論

高い耐電圧、大電流処理能力、低リーク、優れた絶縁性能を持つGDTは、雷保護やサージ保護に広く使用されています。MOVsやTVSダイオードと複数段階の構成で組み合わせることで、システムのサージに対する耐性が大幅に向上し、GDTは現代の回路保護設計において重要な部品となっています。