Úvod do párových výbojových trubiek (GDTs)

1.Prehľad

Výbojové trubky (GDTs) sú komponenty na ochranu pred prenápajmi šialene široko používané v komunikačných, napájacích a signálnych systémoch. Boli navrhnuté na odvodenie bleskových prenápajov, indukovaných prenápajov a elektrostatických výbojov (ESD), čím chránia citlivé elektronické obvody. Bežné typy zahŕňajú dvojpolárne a trojpolárne GDTs, ktoré sú typicky uložené v keramických obalkách, preto sa tiež nazývajú keramické výbojové trubky.

2. Pracovné princípy

GDT sú naplnené inertnými plynmi, ako je neon, argón alebo krypton. Keď sa napätie medzi elektrodami prekročí prah prerosení, plyn sa ionizuje a stáva sa vodiacej, tvoriac nízko-odporovú cestu, ktorá odvádza prechodové prúdy na zem. Keď sa prechodové nadnapätie zníži, plyn sa dezionizuje a vráti sa do izolačného stavu, čo umožňuje obvodu obnoviť normálny režim prevádzky.

3. Hlavné funkcie

Vysoká tolerancia vysokého napätia: DC prah prerosenia sa pohybuje od desiatok po tisícky voltov.

Vysoká schopnosť prevádzať prechodové prúdy: Dokážu obsluhovať tisíce až desiatky tisíc amperov.

Extremne nízky únikový prúd: Izolačný odpor dosahuje hladiny GΩ v normálnych podmienkach.

Nízka parasitná kapacita: Typicky nižšia ako 1 pF, ideálne pre vysoko-rýchlostné komunikačné porty.

Selhávanie sa samoobnovením: Automaticky sa vracia do vysoko-odporového stavu po prechodnom jave, aniž by ovplyvnila prenos signálu.

4. Typické aplikácie

Ochrana pred bleskami pre komunikačné linky: Telefóny, ADSL, optické vlákno, Ethernetové rozhrania.

Ochrana zdroja napájania: Systémy DC distribúcie, prevodné zdroje napájania, systémy UPS.

Priemyselné automačné zariadenia: Riadiace jednotky PLC, relé vstupy.

Porty expozované vonku: Dozorné zariadenia, anténne systémy, terminály na riadenie dopravy.

5. Stratégia viacerých stupňov ochrany

Pre dosiahnutie kompletného ochrany pred prechodnými preťaženiami sa GDT často používajú spolu s nasledujúcimi komponentami:

Typická konfigurácia: GDT v sérii s MOV a paralelne s TVS je bežná triúrová konfigurácia proti preťaženiu pre vonkajšie rozhrania napájania alebo signálov.

pokyny na výber

DC prahové napätie: Malo by presiahnuť maximálne pracovné napätie, aby sa zabránilo neoprávnenému spusteniu.

Impulzové vypustné napätie: Malo by byť nižšie ako odolnost ochraneného zariadenia, aby sa zabezpečilo časové aktívovanie.

Udržiavacie napätie: Malo by byť vyššie ako udržiavacie napätie obvodu, aby sa predišlo sledovaniu prúdu.

Návrh zazemnenia: Cesta pre vypustenie by mala byť čo najkratšia a čo najhoubejšia, aby sa zabezpečila nízka impedance a minimalizovala sa rastúca potenciálna diferencia zazemnenia.

Ochrana pred tepelnou porchádzkou: Pri dlhodobom preťažení môže dôjsť k vnútornému ohrevu; odporúča sa tepelné zápalky alebo mechanizmy ochrany pred porchádzkou.

7. Opatrnosti a obmedzenia

Pomalejší čas reakcie než TVS alebo MOV, vo všeobecnosti v rozsahu nanosekúnd alebo dlhšie.

Nepoužiteľné na potlačovanie vysokofrekvenčných prechodových javov, ako je ESD; pre také aplikácie sa preferuje TVS.

Riziko následného prúdu vyžaduje, aby MOV účinne uhasil oblúk.

Výkon môže klesať pri opakovaných prepadnutiach; počas výberu zvážte ohodnotený životný cyklus a kapacitu prúdu.

8. Záver

S vysokou toleranciou napätia, veľkou schopnosťou spracovať prúd, malou únikovou strmostou a vynikajúcou izoláciou sú GDT široko používané na ochranu pred bleskom a prepadmi. Keď sú kombinované s MOV a TVS diódami v viacerofázových konfiguráciách, významne posilnia odolnosť systému voči prepadom, čo robí z GDT dôležitý komponent v modernom dizajne ochrany obvodov.