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UPS电源 电涌的抑制

文章发布时间:2011-04-21 14:12来源:upsclan.com 作者:upsclan 关注次数:

 

UPS电源 电涌的抑制

 

计算机对电涌的承受力 电涌抑制技术 简单的分流设计 带滤波的分流设计 其它分流设计 串行或隔离设计
地线干扰 金属氧化可变电阻(MOV)的寿命及失效保护


  电涌抑制是电保护系统提供的一个重要功能。电涌会对计算机硬件造成严重的损害。然而必须知道,电涌只是影响计算机正常工作的众多干扰因素之一,造成计算机失灵和数据丢失的主要原因是电压过低,包括电压下降,衰弱,暗淡和断电(对于网络和多用户系统来说地线噪声可能是一个重要因素)。为了理解为什么电涌仅仅是电源缺陷的一个方面,我们必须了解对电源干扰的统计数字以及计算机易受哪些干扰。对数据线上的电涌抑制同电源线的电涌一样重要,对数据线上的电涌抑制的详细说明请参?quot;多用户系统电源保护的技术说明(Technical Note onPower Protection for Multi-User Systems)。
电涌有大有小(电压值),最大的电涌(超过1000伏)比最小的电涌(几十伏)发生的可能性要小的多。一盘比较有代表性的场所每小时的计算机会遭受数百次50伏或更大电涌的冲击,但1000伏以上的电涌也许一年也只碰上一、二次,这一点IBM和BELL(贝尔)实验室的研究数据能得到证明。实际的统计数字可能不同,特别是在高电涌的场所。
IEEE 587标准

  电气电子工程师协会(IEEE)发布的578标准对具有电涌的环境进行了描述, 它把电涌环境分为A类(典型的办公室环境)和B类(建筑电源入口处)IEEE并且还叙述了在每种环境下电涌的最糟糕的波形,它可作为我们测试计算机冲击电流及设计电涌抑制器时的参考。
计算机对电涌的承受力

  如果不知道计算机对电涌确切的敏感性,那么对电涌的统计数据和测试都是无用的"电涌将使数据崩溃,计算机遭到严重损害"的论点就象"如果起风了,你的房子就会刮倒"之类的论点一样苍白无力。电涌产生破坏时都有一个临界值,仅仅知道电涌有破坏作用容易使人产生误解。

  所有计算机厂家都对电涌了如指掌,他们设计的计算机能在各种典型的电涌干扰下可靠地工作,在现代的个人机、小型机、大型机的开关电源设计中去除电涌的干扰比较容易。 最近《PC Magazine》杂志对IBM机对电涌的敏感性作了一次测试,发现即使没有外接电涌抑制器,机器在遭到IEEE 587的A 类最坏的电涌干扰的情况下仍能正常工作,严重的B类电涌干扰也只是使机器暂时掉电,但又能重新启动!

  电涌抑制器不能完全消除电涌,但能减少电涌,附图中画出了APC Smart- UPS的电涌抑制器对IEEE
B类6000伏电涌的抑制情况。这种电涌平均一年发生不到一次,Smart-UPS将其电压减少小到正常电压水平。 这种表现比其它现有的电源抑制器好得多。

电涌抑制技术

  抑制电涌有许多不同的方法,用在隔离和"串联"电路设计中的一些方法比较复杂,且成本比较高,但效果比较好。最简单和常用的抑制电涌的方法是采用"分流"或"并行"系统,这和系统在交流电的通路上设置了一个钳制装置。

简单的"分流"设计

  最经济的"分流"设计方法是和金属氧化可变电阻(MOV)钳制装置,这种抑流装置对300 ̄400V临界值以上的电压能起到钳制作用。采用该装置后,
  只有300\400V以下的电压才能进入用户设备!电压超过临界值以上后,保护电路被激活,这样用户设备不可能遭到临界值以上电压的侵袭。该装置的一个特点是它需?quot;钳制响应时间",这意味着在钳制电路发生作用前,可能有非常短暂的尖峰电流进入设备。这种装置的设计主要是用来防止对设备的灾难性破坏,与计算机等对电压较敏感的设备相比,该装置更适合于用在电压不太敏感的家电上。目前90%以上的电涌抑制器采用的是这种电路设计。

带滤波的"分流"设计

  更高一级的措施是把金属氧化可变电阻钳制电路与电磁干扰/射频干扰滤波器结合起来。电磁干扰/射频干扰抑制电涌非常有效,但它频繁地和电流钳制电路相互作用可能会产生大的暂态电流,我们在下一页将看到它的电流响应波形。比较高级的计算机冲击电流抑制器采用的是这种电路设计方法。 其它"分流"设计

  有些钳制电路采用的不是金属氧化可变电阻, 它们常采用硅雪崩二极管或者TRANSORB二极管,它的响应速度比MOV快,对有害的电涌反应非常灵敏。
  但是最大的这种元件的额定容量也比中等规格的MOV容量还小的多。

  有些设计除了用上术措施外,还采用了"气体放电管"钳制电路。 气体放电秋钳制电路的反应较慢,但它能吸收大量的电涌,设备中一般把它作为抑制交流冲击电流的"最后一道"措施,防止前面抑制器没有滤掉的电涌。

"串行"或隔离设计

  最好的方法是采用串行或隔离设计法, 它的电路电子元件被安置在交流走线和用户设备之间,设计上它能让60Hz的交流电通过,它对高频电流表现出很大的阻性。所以,对电涌该电路就象一道"混凝土墙",而不是仅仅起"公流器"的作用。但由于大小、成本和散热量等方面的原因,可用的串行元件没有想象中的那么理想。所以为了获得更好的效果,该电路一般和分流钳制电路及滤波电路结合使用。串行电路如果设计的好的话,它的钳制响应时间为零,那没有必要采用硅雪崩二极管了。大多数的电源调节器和高性能的电涌抑制器都是采用的串行/分流抑制方法。APC的UPS及大多数电涌抑制器也是用的这种设计。

地线干扰

  不幸的是大多数电涌抑制器把电涌分流到建筑物地线系统上去了。联网的数据通讯设备必须有相同的接地电压。所以电涌抑制器将电涌引入地线会引起地线噪声,它对数据通讯设备产生了干扰和破坏。

  实际上,生产单纯串行抑制器的厂家如Zero Surge Inc。不在火线、零线与地线之间设置电涌抑制器,这样也就不存在地线干扰了。但代价是完全不能抑制共模冲击电流及噪声。但APC的UPS及电涌抑制器的串联/分流混合设计没有忽略对这些共模电涌的抑制。它让较小的电涌和噪声通过,不把它们分流到地线上去,而持续的较大的电涌在分流到地线上之前,电路已将它大大地削弱了。所以APC的UPS电路设计使被保护设备不会受到大的电涌的侵袭,对地线也不会造成过度的干扰。

金属氧化可变电阻(MOV)的寿命及失效保护

  采用MOV的电涌分流抑制器的使用寿命是有限的,但认为"所有采用MOV的冲击电流抑制器必须一年更换一次"的观点是不对的,因为它没有考虑到抑制器的设计、市电环境、甚至使用的MOV的型号也没有考虑到。
元件承受电涌的使用寿命还要看它前面及周围有那些器件、损坏元件的电涌的大小以及元件的质量。

  APC的串联/分流设计采用了电抗元件,它消除了比较频繁的小的电涌, 所以它们不地流经MOV,也不会影响它的寿命。偶而的大的电涌在MOV钳制电路的前级已被极大地削减了,何况采用的双MOV钳制电路更延长了MOV的使用寿命。

  许多电涌抑制器采用了MOV保护和故障指示灯,当MOV性能减弱或失效时该指示灯亮。但是这种方案的缺点是它没有提供进一步的保护措施防止MOV 失效时电涌侵入被保护设备,万一来了一个象雷击那样很大的电涌的话,将使MOV永久性损坏。
APC所有的UPS的抑制器都能在MOV失效时自动切断与电路的连接, 避免冲击电涌进入被保护设备,造成硬件损坏。

 

UPS电源 电涌的抑制
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