Газовые разрядники компании Bourns

Вряд ли среди разработчиков со стажем можно найти тех, кому никогда не приходилось решать задачу по защите схем от перенапряжений и кому не довелось в качестве решения использовать варисторы и TVS-диоды. Хотя эти компоненты применяются наиболее часто, только ими не ограничиваются средства защиты от перенапряжения. Менее известны газовые разрядники (Gas Discharge Tubes, GDT), которые предназначены для защиты цепей от мощных электрических импульсов помех. Обычно газовые разрядники применяются в системах с протяженными линиями связи, например в телекоммуникационных системах, когда часть или все оборудование находится на открытом воздухе в непосредственной близости от мощного силового электрооборудования, и в других подобных случаях.

 
Рис. 1. Процесс формирования дугового разряда

Принцип действия GDT-разрядников показан на рисунке 1. При превышении порогового уровня напряжения газ в разряднике ионизируется, возникает электрический пробой и дуговой разряд. При этом напряжение на разряднике резко уменьшается до безопасного уровня. Несмотря на простой принцип действия, газовые разрядники технологически сложны в изготовлении, поэтому число производителей невелико. На российском рынке работают только две компании – Bourns и Epcos, которые выпускают высококачественные разрядники. 

 
Рис. 2. Двух- и трехэлектродные газовые разрядники

Компания Bourns производит двухэлектродные и трехэлектродные разрядники (см. рис. 2). Для защиты несимметричной линии используются двухэлектродные разрядники, которые включаются между линией и землей. Для защиты симметричной линий (например телефонной пары) удобно использовать трехэлектродные разрядники. В этом случае линии подключаются к электродам 1 и 2, а земля – к электроду 3. 

Поскольку минимальное напряжение ограничения газовых разрядников довольно высоко, при защите цепей нельзя ограничиться только ими – GDT-разрядники служат лишь первым защитным барьером. Далее необходимо использовать другие компоненты для ограничения перенапряжений. В качестве примера на рисунке 3 приведено решение Bourns для защиты промышленного интерфейса RS-485. В схеме используются следующие компоненты производства Bourns:

• газовые разрядники 2017-09-SMH-RPLF;
• защита от токов короткого замыкания TBU-CA085-300-WH;
• массив TVS-диодов CDSOT23-SM712. 

Разрядники 2017-09-SMH-RPLF ограничивают всплеск перенапряжения до 90 В. Защита TBU-CA085-300-WH размыкает цепь при протекании тока 450 мА (тип.), а массив TVS-диодов CDSOT23-SM712 уменьшает перенапряжение до 7,5 В. Необходимость использования газового разрядника в предварительном каскаде обусловлена тем, что TVS-диоды не позволяют ограничить напряжение высоковольтного импульса большой мощности, и большую часть мощности импульса рассеивает газовый разрядник. 

Временная диаграмма работы защитного каскада, показанного на рисунке 3, приведена на рисунке 4. Напряжение на разряднике показано верхней кривой 1 синего цвета. Расположенная под ней кривая 2 показывает ток разрядника. Кривая 4 зеленого цвета отображает ток в цепи через компонент TBU-CA085-300-WH; на самой нижней кривой 4 видно, как изменяется напряжение на TVS-диодах CDSOT23-SM712.

 

Поскольку производственная линейка газовых разрядников Bourns довольно широка, нет возможности подробно описать характеристики всех газовых разрядников. Мы ограничимся лишь кратким перечислением основных параметров групп. Параметры разрядников определялись при стандартных испытательных импульсах 8/20 мкс и 10/350 мкс. Форма испытательного импульса показана на рисунке 5. В нашем случае длительность отрезка t1 составляет 8 мкс для импульса 8/20 мкс и 10 мкс – для импульса 10/350 мкс; длительность отрезка t2 = 20 и 350 мкс для импульсов 8/20 и 10/350 мкс соответственно. Обобщенные параметры некоторых, на наш взгляд, наиболее интересных групп газовых разрядников сведены в таблицу.

 

Заметим, что поскольку в таблице приведены обобщенные параметры, при выборе конкретного разрядника необходимо в справочной документации уточнить условия, при которых соблюдаются эти параметры. Следует также учитывать, что к концу срока службы напряжение срабатывания может измениться. Кроме того, газовые разрядники, в отличие, например, от TVS-диодов, имеют ограниченный ресурс срабатываний. В качестве примера приведем данные по количеству срабатываний серии газовых разрядников 2017-xx-SMH при разных импульсах тока:

• 8/20 мкс, 12000 А – 1 срабатывание;
• 8/20 мкс, 10000 А – 10 срабатываний;
• 10/350 мкс, 2500 А – 1 срабатывание;
• 10/1000 мкс, 100 А – 300 срабатываний;
• 10/1000 мкс, 10 А – 1500 срабатываний;
• переменный ток длительностью 1 с, 10 А (СКЗ) – 10 срабатываний.

Газовый разрядник – относительно инерционный прибор, поэтому напряжение срабатывания в таблице указано для определенной скорости нарастания напряжения помехи. Например, у 2017-09-SMH напряжение срабатывания при скорости нарастания помехи 100 В/с составляет 90 В, а при скорости 100 В/мкс этот параметр возрастает до 300–450 В. На всякий случай уточним, что напряжение срабатывания заметно больше напряжения дуги разряда (см. рис. 1). Для семейства 2017-xx-SMH напряжение дуги при токе 1 А не превышает 10 В.

Специально для приложений, в которых возникают мощные электромагнитные помехи с быстро нарастающим напряжением, компания Bourns производит серии быстродействующих разрядников 2020-ххТ-SM, 2030-ххТ-SM и 2031-ххТ-SM. Например, у разрядников 2020-ххТ-SM задержка срабатывания при скорости нарастания импульса помехи 1000 В/мкс составляет всего 75 нс. 

Ознакомиться со всеми товарными группами компании Bourns вы можете перейдя по ссылке

Двухэлектродные разрядники Bourns находятся в следующем разделе каталога

Трехэлектродные разрядники Bourns доступны по адресу

Ниже приведены новые позиции газовых разрядников Bourns, доступные для приобретения со склада "Промэлектроники"