小容量UPS不間斷電源進(jìn)行過電壓防護(hù)的方法

　　UPS不間斷電源的過電壓防護(hù)包含兩重的意義：一方面，來自外部的各種浪涌或電壓尖峰對UPS不間斷電源構(gòu)成一定影響，需要進(jìn)行防護(hù)；另一方面，這些浪涌或電壓尖峰有可能透過UPS不間斷電源影響到負(fù)載，必要時也需要進(jìn)行防護(hù)。

　　配置大型UPS不間斷電源的數(shù)據(jù)中心或控制中心，其所在建筑物或機(jī)房一般都具備比較完善的整體防雷系統(tǒng)，到達(dá)UPS不間斷電源端的過電壓殘值不高；而小UPS不間斷電源的使用環(huán)境則比較差，除了防雷，還要考慮對周邊電網(wǎng)上的操作過電壓的浪涌沖擊防護(hù)。

　　過電壓防護(hù)措施的效果和成本與其器件和方案的選擇有著重要的關(guān)系。

　　選擇較低動作電壓和較大通流容量的SPD器件可以降低其殘壓，但動作電壓太低會由于電源的不穩(wěn)定造成SPD器件頻繁動作而提前失效，通流容量較大則造成防護(hù)成本過高。

　　通常情況下，小容量UPS不間斷電源主要還不是考慮防雷，而是對電源操作過電壓的防護(hù)。

　　在早期的設(shè)計(jì)中，出于成本考慮，小UPS不間斷電源與其他普通電源產(chǎn)品類似，一般是在200Vac輸入EMI上采用14D471的氧化鋅壓敏電阻（MOV）進(jìn)行過電壓防護(hù)。

　　一般的14D471壓敏電阻產(chǎn)品，其通流容量大約在6kA（8／20μs，一次）以下，這在電網(wǎng)穩(wěn)定的地區(qū)沒有問題，但是在電網(wǎng)不穩(wěn)定的地區(qū)，采用14D471的壓敏電阻是比較容易損壞的，這是由于操作過電壓浪涌與雷電浪涌相比，幅度雖然較低，但持續(xù)時間較長，而且呈周期性，這對于通流容量較小的壓敏電阻來說，吸收浪涌的熱量連續(xù)積累而來不及散發(fā)，是非常容易損壞的。

　　一種方案是增加MOV的通流容量，例如選用20D471、25D471甚至32D471的MOV器件，使通流容量提高到10kA至25kA（8／20μs，一次）左右。這樣，既能夠承受較長時間或周期性的過電壓能量瀉放，也能夠令線上的殘壓保持在較低水平。不過，這會使防護(hù)成本大大增加（數(shù)十倍的增加）。

　　另一種方案是增加MOV的動作電壓，例如選用14D561或14D621等MOV器件，使動作電壓從470V提高到560V或620V。這樣，在不改變通流容量的情況下，大大減少了MOV的動作機(jī)率和瀉能時間，而又不增加成本。不過，這會使線上的殘壓有所提高。

　　氣體放電管（GDT）是一種新型的適合采用的SPD器件，由于其價格也還比較便宜。與MOV相比較，GDT具有如下重要的特點(diǎn)：

　?。?）GDT比之MOV具有較好的重復(fù)放電特性，不易損壞。

　?。?）MOV是箝位型元件，而GDT則是短路型元件。一旦GDT動作之后，呈近似短路的低阻狀態(tài)，其短路動作將可能持續(xù)半個周波（10ms）左右，直至過零點(diǎn)時才能中斷。因此，氣體放電管一般需要與短路保護(hù)器件（例如保險或斷路器等）配合使用。

　?。?）GDT的動作電壓精度MOV要低，通常MOV的動作電壓精度為±10%，而GDT的動作電壓精度為±20%。

　　對于戶外型UPS不間斷電源，由于雷電浪涌及操作過電壓頻繁，考慮到短路保護(hù)器件的恢復(fù)并不方便，一般不宜直接采用氣體放電管作過電壓防護(hù)器件。

　　由于MOV和GDT具有不同的性能特點(diǎn)，其應(yīng)有也有較大差異。理想的過電壓防護(hù)器件要求漏電流小、動作響應(yīng)快、殘壓低、不易老化等，而現(xiàn)有單一器件并不能完全符合要求。

　　在電涌的沖擊下，MOV與GDT器件的殘壓是不同的。

　　為了結(jié)合兩種器件的特點(diǎn)，可以將兩種器件進(jìn)行組合使用，以發(fā)揮器件各自所長。

　　如果采用兩種器件串聯(lián)使用的方式，MOV的漏電流比GDT要大，而GDT則不存在該問題；但GDT則存在跟隨電流的問題，與MOV串聯(lián)使用后，MOV對其具有一定的限流作用，并可以及時地中斷跟隨電流。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，放電管兩端并接電容器。發(fā)生電涌時，電容器初始充電狀態(tài)相當(dāng)于短路，令MOV率先導(dǎo)通，同時電容器又作為GDT的蓄能元件；電容器充電完畢，GDT導(dǎo)通并形成電容器的放電回路。

　　為了降低負(fù)載端的殘壓幅度，還需要同時在UPS不間斷電源的輸出端加一級SPD，這樣就構(gòu)成了兩級SPD防護(hù)網(wǎng)絡(luò)。SPD1作為第一級過電壓防護(hù)器件，電涌入侵時有較高的殘壓，而SPD2則作為第二級過電壓防護(hù)，其殘壓較低。