【经验】解析深井地震探测设备雷击浪涌多极GDT陶瓷放电管与TVS管组合整改案例

时间： 2022-04-03 来源：优恩半导体

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高通流型TVS管,多极GDT陶瓷气体放电管,三极GDT陶瓷气体放电管,UN2R800-5R

本文将对深井地震探测设备雷击浪涌GDT陶瓷放电管与TVS管组合整改案例的内容进行详细介绍，具体如下：

案例问题描述

客户产品为深井地震探测仪，设备分为井下传感器、电源供电及通讯接口和井上地面设备数据采集器两部分，中间通过一根多芯铠装电缆承载，多芯线缆包括模拟信号、数字信号、供电和RS485信号，地下探测传感器深埋井下部分达1000m左右，加之特殊的应用场所及环境（深山野林、荒无人烟的户外等等），使其极易受到户外雷电的干扰影响，且损坏后维护难度极高，等同于报废；

故客户对防雷要求特别严格，有分几步去完善保护措施：

●井下设备（电源、通讯接口、传感器信号）对所有电源和信号进行防雷保护器件；

●在井口专门增加防雷保护装置（屏蔽接地）；

●地面机房内的设备数据采集器增加防雷保护器件；

产品各端口防雷保护电路需按照IEC61000-4-5的标准测试验证，且要通过±6KV以上的测试需求，产品架构示意图如下：

图 1架构示意图

案例整改过程

●根据产品的防护设计要求以及跟客户沟通情况，我们大致确认了如下方案；

●方案剖析；

48V电源端口的防雷这块，因客户的防护要求等级较高，如单用一颗大功率的TVS管成本较高且方案可拓展性不高，用压敏电阻mov和TVS管的组合方案成本是有优势，但压敏电阻存在的老化因素会影响产品的可靠性，故我司初级使用多极GDT陶瓷气体放电管 UN2R800-5R（提升放电管的续流遮断电压）与高通流型TVS管 UNS1K58CA，中间配合退藕电感组成两级防护，系统地对大地PE加常规GDT（2E5-90LSMD）形成共模防护。

信号端口通过三极GDT陶瓷气体放电管 3E5-90LSMD与高通流型TVS管，中间配合退藕电阻形成两级防护，因TVS瞬态抑制二极管的寄生电容值较高，故通过串联二极管的方式来降低TVS管的电容值，以减少在信号电路保护中因寄生电容对信号传输造成的影响。

●测试结果；

在测试过程中，发现模拟信号端口输出波形异常，经检测电路发现，信号端口次级保护的TVS管上串接的降容二极管接反导致，重接后继续测试，最终经过验证测试，电源端口与信号端口均通过雷击浪涌等级差模±10KV，共模±10KV。

案例分析总结

●针对客户在敏感信号线上的防护，同时又有比较高的雷击浪涌等级要求；可使用此客户中使用的信号端口方案，通过串接二极管的方式，降低防护电路的电容值。

●陶瓷放电管因为续流遮断电压的因素原则上不能直接并联在电源端口使用，可以使用特殊多极高续流电压的陶瓷放电管；

●在布板设计时还要根据浪涌等级注意PCB上浪涌回路的走线线径、周边结构设计等等，在出现问题时，需多方面去考虑，才能更好的找到问题点所在。

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优恩半导体（UNSEMI）保护器件产品选型指南

目录- Electrostatic Discharge Protection Devices Transient Voltage Suppressors Thyristor Surge Suppressors Gas Discharge Tube Spark Gap Protectors Multilayer Chip Varistor Polymeric Positive Temperature Coefficient Thin Film Common Mode Filter Silicon bilateral voltage triggered switch RJ45 Network connectors

型号- 15SMBJ78CA,SMAJ6.0CA,SMAJ40CA,SMBJ20A-AT,SM8Z20A,15KP58A,UN2K8-400SMD,SMD1206-350,SMDJ78CA,UN3E8-75HM,P0300SC-2L,ESD05V02D-CP,UN3E8-75HP,TPSMB30CA,SMDJ16A-AT,15SMBJ7.5CA,UNC-301N-SMD,TPSMCJ18CA,PESD0603E12V,UN6-200,05D511K,20D241KYC,5.0SMDJ85C,SMDJ36CA-AT,5.0SMDJ85A,K2200G,UN0402E18V120P,SMCJ100CA,ESD15V52D-LCF,5KP30C,5KP30A,SMF120CA,SMBJ150CA,SMDJ170A,SM8Z33CA,TP5.0SMDJ28CA,53D681K,SMDJ170C,3KP80CA,UN2K8-800L,UN135-250,SMCJ30C,32D122K,SMCJ30A,UNA-471M,SA180C,SMAJ70CA-AT,K0900G,SM8Z24A,SA180A,4.0SMF5.0A,15KP54A,20D781KJ,SMF190A,P6KE8.2CA,TPSMA82A,P4KE180A,P4KE180C,14D181KSC,ESD24V26T-5L,20D331KYC,P4SMA82CA,SMF3.3A,TP5.0SMDJ15CA,SM8Z22A,MCM3216B SERIES,SMDJ160CA,SMBJ400CA,SMCJ80CA,SMD1812-200-24V,PXXXXLB,PXXXXLC,P6SMB51CA,PXXXXLA,ESD24V26T-4L,4.0SMF12CA,TPSMB43CA,ESD0402-240E2R5,SMDJ400A-AT,TPSMB110CA,ESD08V88D-C,SMCJ220CA,5.0SMDJ64CA-AT,5.0SMDJ80A,SMCJ440A-AT,10SMBJ40CA,5.0SMDJ80C,P4KE SERIES,SMD1206-075-16V,TP5.0SMDJ33A,15KP22CAS,UN2E8-90MSMD,5KP36C,5KP36A,UN135-200,SMCJ170CA-AT,UN3220-511H,ESD05V88D-2LA,SMAJ18CA,SA17CA,UN3E6-470MM,1.5KE170CA,25D122K,5KP90CA,5.0SMDJ160CA-AT,TPSMCJ40CA,SMF,TPSMAJ13CA,UN3E5-XXXL,3KP45CA,07D301K,10SMBT28A,SMD1210-075,UN1812-120H,TPSMBJ20CA,3KP58CA,K2600SD1,TPSMBJ40A,1.5SMC440A,UN3E6-350MM,07D431K,10D471KJ,UNS3220-180K,UN2E8-600MSMD,P6SMB520A,UNS2K SERIES,UN1812-121H,20D911KJ,SMAJ440CA-AT,20D511KYC,P6SMB16CA,P6KE500C,UN250-250,P6KE500A,SMBJ90C,15SMBJ9.0A,UN2220-470HS,ESD12V12D-A,SMBJ90A,ESD12V12D-C,UN3E8 SERIES,SMBJ12CA,TP5.0SMDJ30A,TPSMAJ26CA,UNA SERIES,SMD1210-050,PESD0603E18V,SMDJ11CA-AT,UNS3220-181K,SMBJ5.0A,SMBJ350CA-AT,SMBJ5.0C,TCF03025FH35002A,UN1206-270H,SMD0805-075,UNC-SMD SERIES,20D220K,SMBJ9.0,ESD15V52D-LAF,5.0SMDJ180A-AT,PESD0603E15V,SMD1210-020,UN1210-760H,UN3E8-75HSMD,6.0SMAJ,UN0402E SERIES,UN6-250,TP5.0SMDJ36A,SMBJ58A-AT,SMDT58CA,P4SMA47CA,ESD24V32D-C,UN3E6-230MM,ESD24V32D-A,SMD1210-035,UN2E5-XXXLL,ESD0402-5R5E500,SMD1210-005,07D560K,SMBJ85A-AT,20D,UN250,PXXXXDM,P4KE400A,MCM3216B121,P4KE400C,PXXXXTB SERIES,40D431KJ,ESD03V32D-LCD,10D101K,TPSMBJ33CA,ESD03V32D-LCA,SMCJ90CA-AT,SMD0805-050,ESD03V32D-LCC,07D561K,10SMBJ18CA,TPSMDJ12CA,P6KE27CA,SMBJ30CA-AT,SMCJ120A-AT,PXXXXEC,5KP33A,SMCJ16CAS,UN1210-200BSMD,PXXXXEA,10D102K,34S1000J,PXXXXEB,14D911K,20D221K,SMD1210-150-12V,07D821KJ,SMD1210-010,5KP33C,TPSMA6J13A,20D470KJ,UN2E8-150M,SMDT45CA,15SMBJ17CA,TPSMA6J13CA,SMAJ14A-AT,10SMBT33A,SMD0805-035,ESD05V32D-A,UNB-201N-SMD,TPSMA6J14A,SA9.0,UN3E6-350M,POE SERIES,UN135-1100-S,TPSMBJ33A,SMD0805-020,UN3E8-75H,10D112K,UN135-1100-C,UNB-181N,ESD05V88D-CDN,UN2E8-150H,14D561K,TPSMB91CA,TPSMAJ SERIES,TPSMA6J15A,ESD08V52D-HA,TPSMBJ36A,SMCJ7.5C,SMCJ7.5A,SMAJ400A,SMF19CA,UN3E5-150L,SA90A,UN1812 SERIES,SA90C,10D241K,SMD0805-010,10SMBJ180A,14D431K,LCDA05C-8,LCDA05C-4,25D,P6KE220CA,SA40CA,ESD05V32D-C,HCM1012GD900B05,10SMBT7.5A,ESD05V88D-CBP,10D821KEC,SMD0805-005,UN2E8-150ML,UN1812-760HS,ESD05V88D-CBD,SMCJ64A-AT,SMBJ48CA-AT,P3800TB,TPSMBJ30A,P3800TA,SMDJ90,UN3220-471HS,P6KE100CA,5KP28C,SMDT7.0A,P6SMB SERIES,5KP28A,14D681KJ,TPSMA100A,P3800SC,P3800SB,SMDJ85,6.0SMAJ54CA,ESD30V12D-C,P3800SA,ESD30V12D-A,SMDJ80,SMAJ8.5CA,SMAJ180C,SMAJ180A,UN2E5-90LSMD,TP5.0SMDJ40A,SMDJ75CA-AT,20D122KJ,10SMBT36A,ESD3.3V04D-LC,SMAJ350CA-AT,14D361KSC,5.0SMDJ220A,SMDJ78,UN30-160,UN16-900,ESD05V08P-LC,SMDJ75,25D121K,5KP8.0C,14D561KJ,SMDJ70,5KP8.0A,UN2K8-450L,1.5SMC10A,UN0805-420H,TPSMA6J26CA,SMDJ16CA,SMCJS SERIES,14D560K,SMBJ130C,SMBJ130A,5.0SMDJ350A,SMDJ64,SMDJ60,34S210J,5KP120CA,ESD12V52D-CF,30KP120A,UNS3220 SERIES,SMDJ43A-AT,SMDJ58,UN30-185,SMDJ54,P6KE75,10SMBJ7.0CA,SMDJ51,UN2E5-3600LL,20KP132A,SMAJ160CA-AT,10SMBT7.0A,UN2K8,P6KE62CA,UN30-135,SMDJ48,P6KE68,SMDJ45,SMDJ43,UNB-401M,SMDJ40,TPSMA36CA,P6KE82,ESD15V02D-CKN,5.0SMDJ78C,SMCJ7.0C,SMDT7.5A,5.0SMDJ78A,SMCJ7.0A,SMDJ51CA,5.0SMDJ48CA,UN111B339HWA1DFL,15KP51A,TPSMDJ,SMDJ36,SMDJ33,25D751KJ,P4SMA220A,SMDJ30,10SMBJ60A,P6KE91,KB-380,SM8Z26A,ESD3.3V12D-A,ESD3.3V12D-C,SMD1812-200-16V,TPSMCJ,UN2H8-5000LL,SMDJ28,5KP8.5C,SMDJ26,5KP8.5A,SMDJ24,UN2K8-600,SMDJ22,SMDJ20,UN1210-151H,SMD0805-110-12V,SMBJ11A-AT,07D331KJ,ESD0402M,UN16 SERIES,14D751KSC,SMD1812-300-16V,SM8Z28A,SMDJ19,ESD12V52D-HA,SMDJ18,SMDJ17,SMDJ16,TPSMB10J16CA,SMDJ15,TPSMBJ,SMDJ14,TPSMB56CA,SMDJ13,SMDJ12,SMDJ11,SMDJ10,SMCJ36A,SMD0805-010-30V,P6KE30,32D621KJ,SMCJ36C,SA190CA,5.0SMDJ75C,5.0SMDJ75A,UNA-SMD,15SMBJ160CA,SMF54CA,TPSMA6J18A,P4SMA91A,P6KE27,TPSMAJ,P6SMB170A,P0300DM,UN1812-390HS,P6KE24,P6KE22,P6KE43,SMCJ45CA,UN3E8-200HSMD,UN0603E,P6KE75CA,P0300EA,P0300EB,P0300EC,P6KE39,TPSMA6J19A,UN2H8,P6KE36,TCF03025U12002A SERIES,P6KE33,10SMBJ64A,SMCJ58CA,P6KE51,TPSMBJ110CA,SMDJ180CA-AT,25D511KJ,SMD1206-300,SMDJ7.5CA,TPSMA75A,UN1812-270HS,5.0SMDJ17A-AT,1.5KE18CA,14D201KJ,UN30-110,BLC03C-4,UN2K8-350L-2,5.0SMDJ70CA,UN2E5,UN2K8-350L-1,SMCJ33A,P6KE47,SMCJ33C,TPSMA6J16A,UN2E8,UN2E8-150HL,P4SMA350A,P6KE62,P4SMA6.8CA,ESD03V23T-LC,ESD03V23T-LA,ESD08V52D-A,15SMBJ180A,14D301K,10SMBT30A,P6KE56,ESD08V52D-C,TPSMA6J17A,5.0SMDJ33CA,UNS3K,UN2E6-SMD SERIES,UN1812-390H,TPSMDJ24CA,20D361K,40D361KJ,4.0SMF13CA,SMDJ160A,SMBJ160CA-AT,TP5.0SMDJ28A,

优恩半导体 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

优恩半导体TVS瞬态电压抑制二极管选型表

优恩半导体提供以下技术参数的TVS选型：反向截止电压：3.3V~440V；击穿电压（min）：5.2V~492V；击穿电压（max）：6V~543V；测试电流：1mA、5mA、10mA；最大钳位电压 VC @IPP (V)：8V~713V；最大峰值脉冲电流IPP (A)：0.56A~3000A；最大反向漏电流IR @VRWM (μA)：1uA~1000μA；关断电压：10V~85V；最大反向浪涌电流IPP(A)：48A~388A；最大IR @VRWMTJ=175(uA)：150uA、250uA。

产品型号	品类	Reverse Stand-Off Voltage VRWM(V)	Breakdown Voltage VBR (V) @IT MIN	Breakdown Voltage VBR (V) @IT MAX	Test Current IT (mA)	Maximum Clamping Voltage VC @IPP (V)	Maximum Peak Pulse Current IPP (A)	Maximum Reverse Leakage IR @VRWM (μA)	model
8KP24A	Axial Lead Transient Voltage Suppressors	24	26.7	29.5	1	38.9	206	5	Uni

选型表 - 优恩半导体立即选型

UN2E5-SMD系列表面单气体放电管

描述- 该资料介绍了UN2E5-SMD系列表面贴装气体放电管（GDT）的特性、规格和应用。这些气体放电管用于保护电信设备免受瞬态过电压的影响，适用于通信设备、有线电视系统、测试设备和消费电子产品等领域。

型号- UN2E5-400LSMD,UN2E5-2700LSMD,UN2E5-150LSMD,UN2E5-3000LSMD,UN2E5-350LSMD,UN2E5-600LSMD,UN2E5-300LSMD,UN2E5-200LSMD,UN2E5-SMD,UN2E5-90LSMD,UN2E5XXXLSMD,UN2E5-XXXLSMD,UN2E5-1500LSMD,UN2E5-1000LSMD,UN2E5-230LSMD,UN2E5-800LSMD,UN2E5-SMD SERIES,UN2E5-470LSMD,UN2E5-2000LSMD,UN2E5-3600LSMD,UN2E5-2500LSMD

March 1,2022 - 优恩半导体 - 数据手册 - Revision: March 1,2022 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

【应用】优恩半导体瞬态抑制二极管和陶瓷气体放电管为RF射频端口提供浪涌防护方案

优恩半导体瞬态抑制二极管ESD03V32D-LC、陶瓷气体放电管UN2E5-90LSMD为RF射频端口提供浪涌防护，通过采用一颗GDT和TVS并联与信号线和地线之间泄放大电流，符合 IEC 61000-4-5 Surge、IEC 61000-4-2 ESD要求。

2021-05-26 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

UNS1K系列表面贴装瞬态电压抑制器

描述- 该资料介绍了Unisem公司的UNS1K系列表面贴装瞬态电压抑制器（TVS）。这些TVS设计用于户外暴露环境的直流电源设备，旨在替代传统的PTC、GDT和TVS组合解决方案。其主要特点是玻璃钝化结、优异的钳位能力、低剖面封装和低感抗，适用于电信、计算机、工业和消费电子应用的I/O接口、VCC总线和其他易损电路的保护。

型号- UNS1K58CA,UNS1K,UNS1K48CA,UNS1K48A,UNS1K SERIES,UNS1K58A

March 1,2022 - 优恩半导体 - 数据手册 - Revision March 1,2022 代理服务技术支持采购服务查看更多版本

【应用】TVS管UNS1K58CA用于POE-电源口静电放电及雷击浪涌过压防护，有效保护电路及节省PCB空间

对无线AP来说，直接省去了变压器，通过一根网线就能搞定供电和数据传输。针对POE-电源口静电放电及雷击浪涌过压防护，小编推荐使用TVS管UNS1K58CA产品型号，或搭配GDT陶瓷气体放电管UN2E5-90LSMD一起使用。

2022-05-29 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【应用】陶瓷放电管UN2E5-90LSMD+压敏电阻14D820K+TVS管SMDJ58A/CA用于DC48V电源

在通信领域中，DC48V-电源应用较为广泛，通常采用防护元器件来进行防电。在DC48V电源口静电放电及雷击浪涌过压防护方案设计上，优恩推荐采用陶瓷放电管UN2E5-90LSMD+压敏电阻14D820K+TVS管SMDJ58A/CA三种主要元器件来进行防护。

2022-05-25 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【产品】DO-214AB封装的高通流TVS管UNS1K58CA，最大峰值电流1KA@8/20us

优恩半导体推出的高通流TVS管UNS1K58CA适用于POE交换机、无线AP等电源雷击浪涌防护，同时符合IEC61000-4-5 雷击浪涌高等级测试。其瞬态脉冲峰值电流可达1000A@8/20us，抗浪涌能力高达2KV。大小仅为SMC常规封装，真正做到了小封装，大能量。

2021-08-17 - 产品代理服务技术支持采购服务

【应用】TVS管应用在DC24V电源末级的静电放电及雷击浪涌兼容冗余防护设计方案

本文优恩半导体将为您介绍一种TVS管应用在DC24V电源末级的静电放电及雷击浪涌兼容冗余防护设计方案，DC24V电源静电放电及雷击浪涌防护方案设计主要可用陶瓷气体放电管、压敏电阻、TVS管三类元器件。

2022-05-26 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

优恩半导体UNS1K UNS2K UNS3K Series特殊型TVS选型表

通流UNS1K系列专为保护敏感电子元件而设计的一种用于保护电子产品免受静电、雷击浪涌和其他瞬变引起的过电压干扰的限压型保护元器件,广泛应用于智慧物联、工业控制、通信安防、汽车电子、消费数码及军工航天等领域及多次防护方案的次级保护。

产品型号	品类	Marking	Reverse Stand-Off Voltage VRMW(V)	Breakdown Voltage VBR (V) @IT MIN	Breakdown Voltage VBR (V) @IT MAX	Test Current IT (mA)	Maximum Clamping Voltage V C @IPP (V)	Maximum Peak Pulse Current IPP(A)	Maximum Reverse Leakage I R @VRWM (uA)	model
UNS1K48A	Surface Mount Transient Voltage Suppressors	1K48A	48	53.3	58.9	1	82	1000	1	Uni