【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

技术问答

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,

选型指南 - 优恩半导体 PDF 英文下载

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 Series Surface Single Gas Discharge Tube

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

数据手册 - 优恩半导体 - Revision: March 1,2022 - March 1,2022 PDF 英文下载查看更多版本

优恩半导体GDT陶瓷气体放电管选型表

优恩半导体提供如下技术参数的GDT陶瓷气体放电管选型表：脉冲击穿电压：500V-7500V(100V/μs)、600V-8000V（1000V/μs）；最大电容（ @1MHz（pF））：0.5pf-2pf。

产品型号	品类	DC Spark-over Voltage @100V/S	Maximum Impulse Spark-over Voltage @100V/μs（V）	Maximum Impulse Spark-over Voltage @1KV/μs（V）	Minimum Insulation Resistance（GΩ）	Maximum Capacitance @1MHz（pF）	Arc Voltage @1A（V）	Nominal Impulse Discharge Current @8/20μs ±5 times（KA）	Impulse Discharge Voltage @10/700μs（KV）
UN1206-150ASMD	Surface Mount 2-Electrode Gas Discharge Tube	150V±30%	600V	700V	1 GΩ(at 50V DC)	0.5pF	~15V	0.5KA	4KV