小容量UPS不间断电源进行过电压防护的方法

UpS不间断电源的过电压防护包含两重的意义：一方面，来自外部的各种浪涌或电压尖峰对UpS不间断电源构成一定影响，要进行防护；另一方面，这些浪涌或电压尖峰有可能透过UpS不间断电源影响到负载，必要时也要进行防护。

配置大型UpS不间断电源的数据中心或控制中心，其所在建筑物或机房一般都具备比较完善的整体防雷系统，到达UpS不间断电源端的过电压残值不高；而小UpS不间断电源的使用环境则比较差，除了防雷，还要考虑对周边电网上的操作过电压的浪涌冲击防护。

过电压防护措施的效果和成本与其器件和方法的选择有着重要的关系。

选择较低动作电压和较大通流容量的SpD器件可以降低其残压，但动作电压太低会由于电源的不稳定造成SpD器件频繁动作而提前失效，通流容量较大则造成防护成本过高。

通常情况下，小容量UpS不间断电源重要还不是考虑防雷，而是对电源操作过电压的防护。

在早期的设计中，出于成本考虑，小UpS不间断电源与其他普通电源产品类似，一般是在200Vac输入EMI上采用14D471的氧化锌压敏电阻（MOV）进行过电压防护。

一般的14D471压敏电阻产品，其通流容量大约在6kA（8／20μs，一次）以下，这在电网稳定的地区没有问题，但是在电网不稳定的地区，采用14D471的压敏电阻是比较容易损坏的，这是由于操作过电压浪涌与雷电浪涌相比，幅度虽然较低，但持续时间较长，而且呈周期性，这关于通流容量较小的压敏电阻来说，吸收浪涌的热量持续积累而来不及散发，是非常容易损坏的。

一种方法是新增MOV的通流容量，例如选用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。这样，既能够承受较长时间或周期性的过电压能量泻放，也能够令线上的残压保持在较低水平。不过，这会使防护成本大大新增（数十倍的新增）。

另一种方法是新增MOV的动作电压，例如选用14D561或14D621等MOV器件，使动作电压从470V提高到560V或620V。这样，在不改变通流容量的情况下，大大减少了MOV的动作机率和泻能时间，而又不新增成本。不过，这会使线上的残压有所提高。

气体放电管（GDT）是一种新型的适合采用的SpD器件，由于其价格也还比较便宜。与MOV相比较，GDT具有如下重要的特点：

（1）GDT比之MOV具有较好的重复放电特性，不易损坏。

（2）MOV是箝位型元件，而GDT则是短路型元件。一旦GDT动作之后，呈近似短路的低阻状态，其短路动作将可能持续半个周波（10ms）左右，直至过零点时才能中断。因此，气体放电管一般要与短路保护器件（例如保险或断路器等）配合使用。

（3）GDT的动作电压精度MOV要低，通常MOV的动作电压精度为±10%，而GDT的动作电压精度为±20%。

关于户外型UpS不间断电源，由于雷电浪涌及操作过电压频繁，考虑到短路保护器件的恢复并不方便，一般不宜直接采用气体放电管作过电压防护器件。

由于MOV和GDT具有不同的性能特点，其应有也有较大差异。理想的过电压防护器件要求漏电流小、动作响应快、残压低、不易老化等，而现有单一器件并不能完全符合要求。

在电涌的冲击下，MOV与GDT器件的残压是不同的。

为了结合两种器件的特点，可以将两种器件进行组合使用，以发挥器件各自所长。

假如采用两种器件串联使用的方式，MOV的漏电流比GDT要大，而GDT则不存在该问题；但GDT则存在跟随电流的问题，与MOV串联使用后，MOV对其具有一定的限流用途，并可以及时地中断跟随电流。

在实际应用中，放电管两端并接电容器。发生电涌时，电容器初始充电状态相当于短路，令MOV率先导通，同时电容器又作为GDT的蓄能元件；电容器充电完毕，GDT导通并形成电容器的放电回路。

为了降低负载端的残压幅度，还要同时在UpS不间断电源的输出端加一级SpD，这样就构成了两级SpD防护网络。SpD1作为第一级过电压防护器件，电涌入侵时有较高的残压，而SpD2则作为第二级过电压防护，其残压较低。