Ventajas, desventajas y campos de aplicación de los tubos cerámicos de descarga de gas (GDT)

El tubo de descarga de gas cerámico, conocido como GDT (tubos de descarga de gas), es un componente de protección contra rayos de tipo hueco, que se ha utilizado ampliamente en la protección contra rayos de sistemas de comunicación. Los tubos de descarga de gas se utilizan a menudo en la protección de primer o primer nivel de los sistemas de comunicación. Ya sea protección contra rayos para varios circuitos de señales o protección contra rayos para fuentes de alimentación de CA y CC, los tubos cerámicos de descarga de gas se pueden utilizar para descargar potentes corrientes de rayos a la tierra. Debido a su pequeña capacitancia parásita, tiene ventajas obvias en la protección de circuitos electrónicos de alta frecuencia.

1. Principio de funcionamiento del GDT

El tubo de descarga de gas cerámico es un dispositivo de protección contra rayos contra sobretensión de tipo interruptor, que se compone de uno o más espacios de descarga llenos de dispositivos sellados. . Su rendimiento eléctrico depende básicamente del tipo de gas, la presión del gas y la distancia del electrodo. El gas que se llena en el medio es principalmente neón o argón y mantiene una cierta presión. La superficie del electrodo está recubierta con un propulsor para reducir la energía de emisión de electrones. Estas medidas permiten ajustar la tensión de funcionamiento (generalmente de 70 voltios a 3600 voltios) y mantenerla dentro de un cierto rango de error. Cuando el voltaje en ambos extremos aumenta a más que el voltaje de descarga, se produce una descarga de arco. Después de la descarga de ionización del gas, la impedancia cambia de alta a baja, lo que hace que el voltaje en ambos extremos disminuya rápidamente, alrededor de 20 ~ 50 V. La relación de respuesta de voltaje entre los dos extremos después de la caída de un rayo se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Respuesta de GDT a onda 10/700us

2. Principales parámetros característicos de GDT

2.1 Voltaje de descarga de CC (voltaje de ruptura de CC)

El voltaje de ruptura de CC de GDT se refiere al voltaje durante la descarga de chispa de GDT cuando se aplica al tubo de descarga un voltaje de CC que aumenta lentamente (la velocidad de aumento no es superior a 100 V/s), también llamado descarga de chispa de CC. . Voltaje. Este es también el voltaje nominal del tubo de descarga. Los más utilizados incluyen 90 V, 150 V, 230 V, 350 V, 470 V, 600 V, 800 V, etc. El rango de error es generalmente de ± 20 %, y algunos son de ± 15 %. Su relación de respuesta al voltaje de baja tasa de aumento se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Relación de respuesta de GDT con una tasa de aumento baja

2.2 Tensión máxima de chispa de impulso (tensión de ruptura de impulso)

La tensión de ruptura de impulso también se denomina tensión de ruptura de impulso. El voltaje máximo de descarga de chispa de impacto se refiere al valor del voltaje de ruptura cuando se aplica al tubo de descarga un voltaje de pulso de 100 V/us o 1 KV/us (cerca de la pendiente ascendente del voltaje del pulso del rayo). Debido a la velocidad de reacción más lenta de los tubos cerámicos de gas, el voltaje de ruptura del pulso es mucho mayor que el voltaje de ruptura de CC. Su relación de respuesta al voltaje de alta velocidad de aumento se muestra en la Figura 3.

Figura 3? Relación de respuesta de GDT con una alta tasa de aumento

2.3. Corriente de descarga de impulso nominal (corriente de descarga de impulso nominal)

La corriente de descarga de impulso nominal se refiere al valor máximo de la corriente de impulso de una forma de onda determinada, generalmente una forma de onda de corriente de pulso de 8/20us, que es el valor nominal del GDT. La corriente de descarga por impulso se divide en corriente de descarga única (1 descarga de onda de 8/20us) y corriente de descarga de impulso nominal (10 descargas de onda de 8/20us). Generalmente, la última es aproximadamente la mitad de la primera.

2.4.ImPulse Life (resistir la vida útil de la corriente de impulso)

Este parámetro mide la capacidad del GDT para soportar múltiples corrientes de impulso y refleja la estabilidad y la estabilidad del GDT hasta cierto punto. fiabilidad.

3. Selección de GDT

3.1. Bajo un impacto de pulso rápido, la ionización del gas de los tubos cerámicos de descarga de gas requiere cierto tiempo (generalmente 0,2 ~ 0,3 us), por lo que hay una amplitud Los picos más altos se filtrarán hacia atrás. Para suprimir este pulso de pico, existen varios métodos:

a. Conecte un condensador o resistencia en paralelo al tubo de descarga.

b. Conecte un inductor en serie o deje un tramo; detrás del tubo de descarga. Las líneas de transmisión apropiadas pueden atenuar el pulso de pico a un nivel más bajo;

c. Utilice un circuito de protección de dos niveles, con el tubo de descarga como primer nivel y el tubo TVS o la protección contra sobretensión del semiconductor. Dispositivo como tercer nivel. Segundo nivel, los dos niveles están aislados por resistencias, inductores o fusibles reajustables.

3.2. El valor mínimo de la tensión de ruptura de CC Vsdc debe ser superior a 1,2 veces la tensión pico más alta posible de la fuente de alimentación o la tensión de señal más alta.

3.3. La selección debe basarse en la sobrecorriente máxima que puede ocurrir en la línea o la sobrecorriente máxima que necesita protección. La corriente de descarga por impulso del tubo de descarga debe calcularse de acuerdo con la corriente de descarga por impulso nominal (o la mitad de la corriente de descarga por impulso único).

3.4. GDT es un dispositivo de protección de tipo interruptor con un voltaje bajo después de su encendido. No se puede utilizar solo para una mayor protección de la línea eléctrica. El fenómeno de marcha libre del GDT que se menciona a menudo significa que después de encender el GDT, si el voltaje de funcionamiento del circuito protegido es mayor que el voltaje en estado encendido del GDT, el GDT siempre estará en estado encendido si hay una gran corriente de. El nivel de amperios pasa a través de la línea durante mucho tiempo, lo que causará daños al GDT y al circuito. Se puede conectar un varistor o un fusible autorregenerable en serie al tubo de descarga para limitar la corriente libre de modo que sea menor. la corriente sostenida del tubo de descarga.

IV.Características de GDT

Ventajas: 1. Antes de la ruptura, es equivalente a un circuito abierto, la resistencia es muy grande y no hay corriente de fuga o la corriente de fuga es alta. muy pequeño; después de la avería, es equivalente a un cortocircuito, que puede A través de una gran corriente, la caída de voltaje es muy pequeña;

2. El caudal del pulso es grande, comúnmente utilizados son 2KA, 10KA. , 20 KA, etc., y el más alto puede alcanzar más de 40 KA;

? 3. La capacitancia de la unión es baja y la mayoría de las capacitancias de la unión GDT son inferiores a 2 pF;

Desventajas: 1. Dado que la ionización del gas requiere una cierta cantidad de tiempo, la velocidad de respuesta es lenta. El tiempo de respuesta es generalmente de 0,2 a 0,3 us, y el más rápido es de 0,1 us. Antes de encenderlo, habrá un pulso más agudo. amplitud que se filtra, lo que no tendrá un efecto protector.

2. El voltaje de ruptura tiene poca consistencia y gran dispersión, generalmente ± 20%

3.