1. 引言
    在购买了一台新设备之后，你通常能告知在合理的时间周期内，它是否如达到你的预期表现。然而，对于新购买的电源调理器和浪涌保护器却不一样。像大多数设备一样，电源调理器和浪涌保护器具有各种规范，但是，声称—为了验证这些规范—你需要专用的设备。另外一个担忧是：如果你更多地关注电源调理器，你会得到更好或更可靠的产品吗？你购买300美元的产品比购买100美元的产品获得的保护更多吗？
    这些都是非常重要的问题，这本买家指南的目的就是帮助你回答这些问题。幸运的是，对于我们所有人来说，联邦政府有类似的担忧，并且委托UL实验室开发测试和验证浪涌器件的方法，以便在购买之前，确定器件的效力和可靠性并对它们进行分类。这个努力的结果就是UL开发出浪涌保护器的耐久力测试和认证规范—一种测试和标记浪涌保护器件的手段，以便向买家保证一个特殊的器件在某些条件下具有良好的表现。买家指南对下列事项进行了解释：
    —在建筑物内通常能找到的浪涌和瞬时现象的类型；
    —为什么电源调理和浪涌保护是如此重要？
    —为了保护设备，电源调理器必须完成什么功能？
    —现有可用的浪涌保护器的不同类型及其是如何工作的？
    —浪涌保护器的测试和认证；
    —如何决定购买什么类型的浪涌保护器？
    2. 为什么浪涌保护如此重要？
    大多数人都知道这样一个事实，用电和—特别是—电子设备会受到闪电的损坏或破坏。这是浪涌损坏的一个生动且或许最极端的例子，因此，设备一定要受到保护以免受到闪电的损坏，但是，浪涌和瞬态电压可能也是位于建筑物内部的设备产生的。
    浪涌和瞬态电压被定义为远远超过电路工作电压的不正常的高电压脉冲。它们的特性一般来说是随机的，持续时间可能为几十纳秒(10亿分之一秒)到大约1毫秒(千分之一秒)。随着半导体工艺技术的发展，用越来越少的几何尺寸来生产器件，也限制了这些器件吸收瞬态能量的能力。当这样的器件被设计到电子设备之中时，系统的整体易感性增加。由于每年价值数百万美元的设备因电子过压而遭受破坏，所以，把有效的电源调理作为系统设计的组成部分绝对是必要的。
    闪电浪涌
    如果闪电直接击中建筑物一部分，那么，绝对没有办法保护设备。然而，通常情况下，当一座建筑物或一根电线杆被击中时，设备本身并没有直接接收放电；设备接收的是通过建筑物的导线传导过来的浪涌。研究证明，因用户引线和建筑物布线内的电弧放电的缘故，在120V插座上的最大电压达到6000V；同样的研究表明，电源插座上的最大电流为3000A。因此，尽管闪电本身有几百万伏的电压，但是，从120V电源插座上却不会输出几百万伏的电压。为了保护设备免受闪电的破坏，我们现在必须建立一个概念，即浪涌保护器必须能够可靠地处理什么？
    在一年当中，大部分地区都会遭到大量频繁的雷击，但是，存在不确定性。例如，与在乡村地区相比，在山上收到雷击的风险大增。因此，要考虑的不仅仅是浪涌的能量，还有浪涌的频率。
    直接遭受雷击是最具有破坏性的，但是，当雷击非常近时，闪电不仅仅对设备是危险的。围绕典型值为20,000安培的强烈的电磁场，在300英尺开外的3英尺长的导线上，将感应出大约2000V的电压，并在1到2英里的范围内仍然感应出几百伏的电压。这就是暴风雨期间造成设备故障的原因，尽管没有明显的证据表明在设备附近发生了雷击。即使交流电源由足够的浪涌保护器做了保护，感应出来的浪涌电压可能仍然在互连的电缆上产生。唯一避免这种情况的办法就是把电缆放在钢管中跑。下图显示了感应电压与距离的典型关系。
 
图1：感应电压与距离的典型关系。
    电感性浪涌
    当包含电感性元器件—如电动机、变压器或线圈—的设备关闭时，就会产生“反向电动势”。这种反向电动势是因磁场的突然消失引起的，法拉第的感应定律是描述这一现象的最基本的电学定律。因此，在电感性元件上产生的电压比设备关闭前该元件上的最初电压要高许多倍，尽管这些浪涌(或瞬态电压)的持续时间非常短。用电的家养牲畜围栏和汽车点火器惯于采用这一原理，即一个线圈被重复充电(用12V电池)，然后，切断电流。结果，反向电动势比最初的供电电压—在此为12V—要高许多倍。
    这样的感应产生的瞬态电压可能没有雷击产生的能量那么大，但是，当它们找到进入电路板上的路径时，电子设备会受到类似的损坏，性能会退化。感应产生的瞬态电压沿着整个建筑物的布线传播，它们通常由空调和制冷电机的周期性开关以及由其它包含电感性元件的设备而产生。
    显然，要保护设备免受闪电浪涌以及建筑物内产生的电感性瞬态电压的破坏。如果设备非常昂贵或被用于绝对必须保持工作的应用中，那么，对设备进行保护就特别重要。利用质量合格的电源调理器件保护设备，不仅仅防止了灾难性的故障，而且通过防止退化以及集成电路的过早破坏而提高了电子设备的可靠性。
    3. 浪涌保护器的类型
    所有的浪涌保护器都可以它们的工作方式被分为两类。大多数浪涌保护器通过旁路能量来工作，但是，SurgeX通过与电线串联来工作。下图显示了基于MOV(金属氧化物变容管)的旁路类浪涌保护器与SurgeX之间的差异。
    旁路保护
    几乎所有依赖于MOV的旁路类浪涌保护器都是以旁路浪涌能量到大地这种方式连接的。MOV是一种类型的半导体器件，当跨越其两端的电压超过一定数值时会“打开”。MOV的尺寸大约为1/4，成本大约也是1/4。当在MOV两端出现浪涌电压时，如果两端的电压超过阀值，那么，其阻抗就下降，从而传导浪涌电流，把浪涌导向零线和/或地线。旁路保护因而是一种转换技术—浪涌被从火线转移到零线和/或地线。
    普通的浪涌保护器是如何工作的？
    自从1970年代开始，基于MOV的浪涌保护器就获得了应用，但是，在效力与可靠性的折衷方面一直存在严重的局限性。主要的担忧在于，MOV具备一个“焦耳”额定寿命。焦耳是用于度量能量的工程术语(能量可以焦耳测量)。一个MOV的焦耳额定寿命意味着当一个特殊的MOV已经接收了规定的最大能量时，它就不再管用。这可能就是一或两次大的浪涌或若干次小浪涌的结果。因此，当MOV被用于浪涌保护器时，有必要采取严格的替换时间表。这就像你的汽车没有装油量表，你从来不知道你什么时候会把油用完，所以，你不得不时常往你的汽车加更多的油！如果不做替换的话，后果是严重的—MOV据称曾经造成过火灾。
    因为MOV曾经引起过火灾，UL修订了UL 1449安全性测试规范，第二版于1998年2月生效。UL 1449第二版强制浪涌保护器必须包含一个器件，在MOV过热之前把浪涌保护器与电源切断。基于MOV的浪涌保护器制造商通过把一个热保险丝集成到浪涌保护器之中，以符合UL 1449规范的要求。这降低了由基于MOV的浪涌保护器造成的火灾的风险，但是，引入了另外一个问题：当MOV过热且内部保险丝熔断时，要么连接到浪涌保护器的设备未经报警就被关闭，要么浪涌保护器变为完全失效。
    然而，旁路保护存在一个无法回避的弱点，即它不能以任何方式处理或包含瞬态电压和浪涌，能量被简单地导向零线和/或地线。这是一个严重的问题，因为把浪涌引导到地，可能导致已互连的设备被损坏。浪涌会沿着互连电缆传播并以容性耦合方式耦合到信号线上！所有信号线—包括建筑物配线和互连线—都具备阻抗，因此，当几千安培的浪涌电流突然涌入这样的导线中时，就会在导线上产生很大的电压。这是欧姆定律所揭示的。例如，这个问题的最坏情况之一就是互连着的计算机容易受到破坏，因为计算机通常是由长的数据电缆连接起来的，并用建筑物的非常不同的元器件插入到120V插座之中。
    对于旁路型保护器，要记住的要点是：
    —价格便宜、生产简单；
    —寿命有限；
    —污染系统“地”；
    —如果MOV过热的话，由热熔丝切断；
    SurgeX保护
    SurgeX保护最初被开发用来满足整个行业越来越迫切的需要。SurgeX保护器件串联在火线中工作，通过阻塞和抑制瞬态电压和浪涌，而不是把它们导向地线，从而发挥保护作用。这有两方面的优点：1. 浪涌保护器不必处理几千安培的浪涌电流；2. 更为重要的是，系统地不会受到污染。
    图2显示了SurgeX浪涌保护器件的工作原理。在SurgeX系统中的第一条防线—并且关键就是SurgeX保护—就是与火线串联的厚重的浪涌反应堆。浪涌反应堆的重量要比其它的电源调理器要重得多。浪涌反应器滤除小的瞬态电压、把较大的浪涌的变化速度放慢(两者都变化极快)、并限制浪涌电流。对于配备了SurgeX的设备来说，所有通过它的电流都会通过这个滤波器。SurgeX系统的第二部分是一个电子电路，它对经过浪涌反应堆减慢的残留浪涌能量进行跟踪、箝位和抑制。这些能量然后缓慢地通过零线施放。在这种方式中，安全“地”不会受到污染，互连在一起的设备当浪涌进入电源线时就不会遭遇受破坏的风险。

    图2：SurgeX浪涌保护器件的工作原理。
    SurgeX不包含牺牲元器件(如MOV)，并通常能够承受在120V电线上最大为几千伏的浪涌(6000V，3000A)。SurgeX系统还具有较高的箝位性能，因为它跟踪电源的波动，并利用主动箝位。这种把无源和有源技术组合起来的做法极其有效，并且SurgeX已经以模范的性能被用于大多数迫切需要的工业和商业环境中。当一直有闪电直接击中建筑物时，它已经保护了设备，并且还将保护设备免受工厂内部产生的瞬态电压所造成的数据错误。
    此外，所有SurgeX产品内部采用相同的技术，满足现有耐久性测试的最高级别的要求，为买家提供了绝对可靠的性能保证。SurgeX产品符合UL 1449第二版的安全性测试规范的要求，不采用可能造成设备未经报警而突然关闭的任何保险丝或其它器件，也不会造成设备处于不受保护状态。
    要记住SurgeX电源调理的要点：
    —没有寿命限制；
    —不会牺牲元器件；
    —非常卓越的电压箝位；
    —安全和系统地不会受到污染；
    4. UL 1449附属测试
    注意：不要把文件中讨论的耐久性测试与UL通常伴随安全性测试的附属测试混淆起来。UL 1449认证并不自动地意味着一个产品也通过附属耐久性测试(这是一个选项)，它仅仅意味着该产品已经通过了安全性要求。
    美国联邦政府委托UL实验室开发用于确定浪涌保护器的效力和可靠性的专用测试规范，与新标准有关的会议从1992年起到1995年结束。UL之所以被选择来完成这项任务，是因为它们拥有必要的经验，并且已经为浪涌保护器建立了一套安全性标准(UL 1449)。用于耐久性测试的附加测试程序被添加到UL 1449，作为“附属”测试。在1996年期间，联邦政府根据UL 1449附属测试，加强了商用项目描述(CID)。许多联邦政府现在要求浪涌保护器满足这个CID的要求。
     UL的耐久性测试的组成包括：A、B、C三级；1、2、3三类和模式1及模式2。
    “级”确定测试期间所施加的浪涌电压和电流的级别。A级最高，可以经受6000V和3000A浪涌的1000次冲击。“类”规定了容许通过的电压，类1最好，不超过330V。“模式”规定地是否受到污染。模式1规定地是不受污染的。
     所有SurgeX产品都满足A级、1类和模式1的要求：
    —能够经受6000V、3000A的浪涌1000次的冲击—没有故障或退化；
    —容许通过的电压不超过330V；
    —地不受污染；
    了解“容许通过”的电压与箝位电压之间的差异是至关重要的。箝位电压通常意味着在那个电压上浪涌抑制器开始工作，但是，被抑制的电压低于实际的最坏情形测试条件。从许多来源可以进一步利用UL 1449的信息，其中一些在本文件的参考文献中给出。然而，对于浪涌保护设备的潜在买家来说，至关重要的是记住以下要点：
    —在雷击(定义为IEEE/ANSI C62.41-1991)期间，A级保护器件确保设备免受建筑物内常见的最坏的浪涌破坏；
    —1类器件提供最佳品质的浪涌抑制；
    —模式1保证系统地不受污染；
    —UL 1449安全性测试不对耐久性进行测试；
    —UL 1449耐久性测试是选项。没有要求制造商提供其产品来做耐久性测试，但是，那些做了这项测试的制造商能够根据全国认可的标准向其客户提供真正的性能担保；
    —对于产品质量合格的制造商，为什么不要求他们提供浪涌保护器进行耐久性测试，新标准没有给出原因；
    —没有耐久性等级级别的产品，其性能没有保证；
    5.如何选择浪涌保护器
    由于浪涌的特性是随机出现的，在给定的位置预测浪涌和瞬态电压/电流几乎是不可能的。目前，有一种设备可以测量并记录电源线上的干扰，但是，那种可能突然摧毁价值几千美元的设备的一次破坏性浪涌，可能在今年夏天出现，也可能几年都不出现。采用等雷雨图可以对国家某一个地区的典型闪电活动和风险给出指南，但是，没有人能准确地说什么时候某一个特定的区域会遭受雷击。
    保护设备免受“杀手”浪涌破坏的唯一可靠的方法就是安装一种A-1-1电源调理器，它根据IEEE/ANSI C62.41-1991规范进行设计，并且经认证能够处理多次6000V、3000A浪涌的冲击。受保护设备的实际类型也能知道作出决策的过程。基于MOV的浪涌保护器件的箝位特性不如SurgeX保护器件有效，并且不能限制上升时间极快的瞬态电压或电流。
    计算机建模表明，因工作方式的缘故，基于MOV的产品在保护开关电源上效果特别差。建模证明，这种问题的极端特性导致在一定程度上是电源“保护”了MOV！因此，任何包含开关电源的设备都不要插入到旁路浪涌保护器之中。实际上，联网计算机不应该插入到旁路浪涌保护器之中，原因有两点：1. 它包含开关电源；2. 地由浪涌保护器污染(数据通信电缆为浪涌通过服务器或其它计算机提供了一条到地的路径)。
    最高质量的浪涌保护器也将是真正的电源调理器，它能够阻塞较小的瞬态电压或电流、过滤掉电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。SurgeX产品包含一个定制设计的EMI/RFI滤波器，在所有的电源线条件下提供了有效的滤波。SurgeX是真正的电源调理器以及现有最可靠的浪涌保护器。
    记住—在购买浪涌保护器之前，要向你的供应商索取耐久性等级级别。