Dispositivos de protección contra sobretensiones coaxiales Según sus principios técnicos, se pueden clasificar principalmente en tubos de descarga de gas, limitadores de voltaje de semiconductores, aislamiento de CC y tecnologías de cuarto de longitud de onda. Entre ellas, los tubos de descarga de gas y los limitadores de voltaje de semiconductores constituyen la base de la protección básica, mientras que el aislamiento de CC y las tecnologías de cuarto de longitud de onda son fundamentales para lograr funciones específicas.

1. Tipo de tubo de descarga de gas

Principio de funcionamiento: Se basa en el principio de descarga por ruptura dieléctrica del espacio de gas. Cuando la tensión entre los terminales supera la rigidez dieléctrica del gas inerte interno, este se ioniza y forma un plasma, creando una vía de muy baja impedancia que desvía rápidamente la corriente de sobretensión a tierra. Se trata de un dispositivo de disipación de energía.

Características técnicas:

Ventajas: La corriente de descarga nominal (In) y la corriente de descarga máxima (Imax) son extremadamente altas (normalmente superan los 10 kA), y la capacidad de manejo de energía es muy fuerte; la capacitancia entre electrodos es extremadamente baja (normalmente <1 pF), lo que resulta en un impacto insignificante en la pérdida de inserción y la relación de onda estacionaria para señales de alta frecuencia.

Desventajas: Tiempo de respuesta relativamente largo (en cientos de nanosegundos); gran dispersión en el voltaje de ignición, lo que resulta en un voltaje residual más alto; en sistemas de CC o CA de baja frecuencia, puede haber un fenómeno de "corriente sostenida" después de la descarga debido a que el voltaje del sistema mantiene el arco, lo que debe abordarse en el diseño del circuito.

Función de la aplicación: Se utiliza principalmente como dispositivo de primer nivel (protección básica) o para la protección primaria de señales de radiofrecuencia de banda ancha, siendo responsable de descargar la mayor parte de la energía de un rayo o de una sobretensión de conmutación.

2. Tipo limitador de voltaje de semiconductor

Principio de funcionamiento: Utiliza las características no lineales de tensión-corriente de una unión PN semiconductora. Cuando la tensión de sobretensión supera su tensión de sujeción, la impedancia del dispositivo cae bruscamente, absorbiendo o desviando la energía de la sobretensión y limitando la tensión entre los terminales a un valor predeterminado (tensión de sujeción). Pertenece al tipo de dispositivo de sujeción de tensión. Los componentes principales incluyen:

Diodo supresor de tensión transitoria (TVS): Basado en los principios de ruptura por avalancha o Zener, tiene un tiempo de respuesta extremadamente rápido (picosegundos) y una tensión de sujeción precisa.

Tubo de descarga semiconductor (TSS): Basado en el principio del tiristor, es un dispositivo de "conmutación" que mantiene una tensión de encendido muy baja después de la conducción.

Características técnicas:

Ventajas: Velocidad de respuesta extremadamente rápida; voltaje de sujeción bajo y constante (Up), lo que proporciona un alto nivel de protección; bajo voltaje en estado activo en dispositivos tipo TSS, lo que facilita la descarga de alta corriente.

Desventajas: La capacidad de manejo de corriente y la tolerancia a la energía de pulso único/múltiple son mucho menores que las de los tubos de descarga de gas; la capacitancia de unión de los diodos TVS es relativamente alta, lo que puede tener cierto impacto en la transmisión de señales de ultra alta frecuencia.

Funciones de aplicación: Se utiliza con frecuencia como protección de segundo nivel (protección fina) o de nivel único para proteger las interfaces de chips sensibles al voltaje, siendo especialmente adecuada para líneas de señal digital y de radiofrecuencia de baja potencia y alta frecuencia.

3. Tecnología de aislamiento de CC

Principio de funcionamiento: Un condensador de desacoplamiento de radiofrecuencia de alto voltaje se conecta en serie en la ruta de la señal del circuito de protección. Este condensador presenta una baja impedancia a las señales de CA en la banda de frecuencia de operación, lo que garantiza una transmisión de señal fluida; además, presenta una alta impedancia a las sobretensiones de CC y de baja frecuencia, bloqueando así el componente de CC.

Objetivo principal:

Solución de problemas de continuidad de corriente en GDT: Al utilizarse junto con un GDT, puede bloquear eficazmente la tensión de funcionamiento de CC del sistema, garantizando que el GDT extinga el arco de forma fiable tras una sobretensión. Este es un diseño auxiliar esencial para aplicaciones GDT fiables.

Aislamiento de potencial de CC del sistema: Se utiliza en sistemas de RF que requieren aislamiento de potencial de CC, como los puertos de antena de estaciones base con alimentación remota.

Aspectos técnicos esenciales: Se trata de un diseño de circuito auxiliar crítico que garantiza el funcionamiento normal de los dispositivos de protección principales (especialmente los GDT) y cumple con los requisitos de la interfaz eléctrica del sistema, en lugar de ser un tipo de protección independiente.

4. Tecnología de protección contra cortocircuitos de un cuarto de longitud de onda.

Principio de funcionamiento: Basado en la teoría de líneas de transmisión. Una línea de transmisión con una impedancia característica Z0 y una longitud de λ/4 (donde λ es la longitud de onda a la frecuencia de operación), cuando se cortocircuita en su extremo, presenta idealmente una impedancia infinita en la entrada. A la frecuencia de operación, la señal pasa sin pérdidas; cuando llega una sobretensión de baja frecuencia (cuya frecuencia corresponde a una longitud de onda mucho mayor que esta longitud física), esta estructura actúa como un camino de baja impedancia, dirigiendo la energía a tierra.

Características técnicas:

Ventajas: Estructura física puramente pasiva, sin limitaciones de vida útil y fiabilidad extremadamente alta; excelente rendimiento en cuanto a pérdida de inserción y relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR) cerca de la frecuencia de funcionamiento; alta capacidad de manejo de potencia, capaz de soportar alta potencia de onda continua.

Desventajas: Protección de ancho de banda estrecho, solo transparente a señales de banda estrecha cerca de la frecuencia central de diseño; el tamaño físico está relacionado con la frecuencia de operación, lo que resulta en un mayor tamaño para aplicaciones de baja frecuencia; alto costo de fabricación.

Escenarios de aplicación: Este producto está diseñado específicamente para la protección contra sobretensiones en sistemas de transmisión de radiofrecuencia de alta potencia y banda estrecha, como los terminales de salida de transmisores de estaciones base de comunicación en bandas de frecuencia específicas y canales de transmisión de radar. Se trata de una solución de alto rendimiento y específica para este tipo de aplicaciones.