DC 서지 보호 장치

DC 서지 보호 장치는 DC 전원 시스템 및 장비를 갑작스러운 전압 스파이크 또는 서지로부터 보호하도록 설계되었습니다. DC SPD는 전압 서지를 억제하거나 전환하여 민감한 전자 부품의 손상, 시스템 오류, 심지어 데이터 손실을 방지합니다.

작동 원리

DC 서지 보호 장치의 적절한 선택, 설치 및 유지 관리가 효과적임을 보장하는 데 필요합니다. 전압 서지 보호 DC 시스템에서. DC SPD의 성능 효과는 서지 정격, 클램핑 전압, 응답 시간 및 특정 응용 프로그램과 같은 요소에 따라 다릅니다.

DC 서지 보호 장치의 작동 원리는 다음과 같습니다.

서지 감지

DC 서지 보호 장치는 DC 시스템에서 정격을 초과하는 전압 서지를 감지합니다. 이 장치는 일반적으로 서지를 감지하기 위한 특수 회로를 활용하여 전압 레벨을 모니터링합니다.

전압 클램핑

DC 서지 보호 장치는 금속 산화물 배리스터(MOV) 또는 가스 방전관(GDT)과 같은 구성 요소를 사용하여 전압 클램핑을 달성합니다. 이러한 구성 요소는 정상 한계 내에서 전압에 대한 높은 저항을 표시하여 정상적인 전류 흐름을 허용합니다.

그럼에도 불구하고 임계값을 넘는 전압 서지는 구성 요소의 저항을 크게 감소시켜 서지 전류에 대한 저임피던스 경로를 생성합니다. 전압이 서지로 간주되는 임계값을 클램핑 전압 또는 렛스루 전압이라고 합니다.

에너지 흡수

서지 보호 장치의 주요 구성 요소는 전압 서지가 장치를 통해 전환될 때 과도한 에너지를 흡수합니다. 금속 산화물 배리스터(MOV)의 설계는 고전압에서 파괴되어 서지를 열로 소산하도록 되어 있습니다.

DC SPD의 분류

DC 서지 보호 장치를 구성에 따라 분류하고 공통 기준을 사용할 수 있는 다양한 방법이 있습니다. DC SPD를 분류하는 일반적인 방법은 다음과 같이 주요 구성 요소를 기반으로 합니다.

자동차용 SPD

자동차 애플리케이션의 서지 보호 장치는 차량의 전자 시스템 및 구성 요소를 파괴적인 과도 전류 및 전압 서지로부터 보호합니다. 이는 EMI, 부하 덤핑 및 유도성 킥백으로 인해 발생할 수 있습니다.

금속산화물 배리스터(MOV)를 갖춘 DC SPD

MOV는 서지를 분산시켜 장비 보호를 위한 전압 클램핑 및 에너지 흡수 기능을 제공하는 DC SPD의 일반적인 구성 요소입니다. DC 요구 사항에 따라 금속 산화물 바리스터를 사용하는 DC SPD에는 다양한 전압 정격 및 구성이 있습니다.

가스 방전관(GDT)이 있는 DC SPD

GDT는 또한 DCSPD에서 사용되는 서지 보호 구성 요소로, 빠른 응답 시간과 높은 서지 전류에 대한 처리 기능을 제공합니다. 이러한 DC SPD는 통신 시스템과 같은 견고한 서지 보호가 필요한 DC 애플리케이션에서 사용됩니다.

실리콘 애벌랜치 다이오드(SAD)를 갖춘 DC SPD

SAD는 낮은 클램핑 전압과 빠른 응답 시간을 제공하여 전압 과도 현상으로부터 보호하도록 설계된 반도체 소자입니다. SAD 기반 SPD는 정밀한 전압 클램핑과 낮은 통과 전압이 필요한 민감한 전자 장비 및 통신 시스템에 사용됩니다.

하이브리드 서지 보호 장치

이러한 서지 보호 장치는 SAD, MOV, GDT와 같은 여러 기술을 결합하여 과도 전류로부터 향상된 보호 성능을 제공합니다. 개별 구성 요소의 강점을 활용하여 광범위한 과도 전류 및 전압 서지로부터 포괄적인 보호를 제공합니다.

태양광 서지 보호기

이러한 서지 보호 장치는 태양광 발전 시스템을 전기적 교란으로부터 보호하기 위해 특별히 설계되었습니다. 이러한 설계는 DC로 구동되는 태양광 설비의 예외적인 요구 사항과 태양광 패널의 안정적인 작동을 처리할 수 있습니다.

DC SPD의 특징

DC 서지 보호 장치를 선택할 때, 그 기능과 시스템 요구 사항을 고려하는 것은 필수적인 단계입니다. 이를 통해 선택한 것이 작업에 적절하게 적합한지 확인할 수 있으므로 손상 및 가동 중지 위험을 줄일 수 있습니다.

다양한 기능이 DC 전원 시스템에서 DC 서지 보호 장치(SPD) 성능 역량과 안정성을 정의합니다. 다음은 DC SPD에 설명된 몇 가지 일반적인 기능입니다.

전압 정격

DC 서지 보호 장치는 보호하려는 특정 DC 전원 시스템에 맞는 다양한 전압 정격을 사용합니다. 전압 정격이 DC 시스템과 일치하거나 초과하는 DC SPD를 선택하는 것이 성능 효율성을 보장하는 데 이상적입니다.

클램핑 전압

DC SPD의 클램핑 전압은 서지 이벤트 동안 통과할 수 있는 최대 전압을 말합니다. 전압이 클램핑 전압을 초과하면 DC SPD는 장비를 보호하는 과도 전압을 전환 및/또는 흡수합니다.

장비에 접근 가능한 전압량을 제한하기 때문에 클램핑 전압이 낮은 DC SPD를 사용하는 것이 좋습니다. 결과적으로 DC 전원 장비에 더 나은 보호 기능을 제공합니다.

서지 전류 처리

DC SPD의 서지 전류 처리 용량은 손상 없이 안전하게 전환하거나 흡수할 수 있는 최대 서지 전류를 정의합니다. DC SPD는 특정 서지 전류를 관리하도록 설계되었으며, 이는 애플리케이션에 맞는 SPD를 선택할 때 중요한 기능입니다.

응답 시간

DC서지 보호 장치의 응답 시간은 서지 이벤트에 대한 반응의 신속성을 결정합니다. 빠른 응답 시간을 가진 DC SPD는 서지 전류 전환을 더 일찍 시작하여 손상 가능성을 줄이는 서지에 대한 더 빠른 보호를 제공합니다.

DC SPD와 AC SPD 비교

DC와 AC 서지 보호 장치의 주요 차이점은 사용 중인 전력 시스템에 따라 달라집니다. 따라서 전압 정격, 서지 처리 기능, 응답 시간 및 표준과 관련하여 두 장치 간에 약간의 차이가 있습니다.

다음 설명은 DC와 AC 서지 보호 장치(SPD)의 몇 가지 유사점과 차이점을 강조합니다.

주파수 처리

DC 시스템에서 사용되는 서지 보호 장치는 DC 전압의 불변성 덕분에 주파수 사양이 없습니다. 반면 AC 시스템에서는 주파수 요구 사항이 다르기 때문에 취급이 다릅니다.

극성 감도

DC 시스템의 서지 보호 장치는 극성에 민감하여 올바른 단자 정렬로 설치해야 합니다. AC 시스템에서 전압 방향이 끊임없이 변하기 때문에 특정 단자 지정이 없습니다.

서지 감지 및 클램핑

시스템 설계에 따라 DC 및 AC SPD는 모두 전압 서지를 흡수하거나 안전한 수준으로 전환하여 대응합니다. 그러나 전압 특성이 다르면 감지 및 클램핑에 적용되는 메커니즘이 변경될 수 있습니다.

전압 정격

사용 중인 시스템에 맞는 전압 정격을 가진 DC 및 AC 서지 보호 장치가 있습니다. 대부분의 DC 시스템은 최대 400V까지 올라갈 수 있는 AC 시스템보다 전압 정격이 낮습니다.

전압 유형

이는 직류 시스템용으로 설계된 DC SPD와 교류 시스템용으로 설계된 AC SPD의 근본적인 차이점입니다.

DC SPD의 주요 매개변수

DC 서지 보호 장치의 매개변수는 전압 서지로부터 특정 DC 시스템에서의 성능과 적합성을 정의합니다. 따라서 이러한 매개변수와 사용하려는 시스템을 신중하게 고려하는 것이 효과적인 매칭에 필수적입니다.

DC 서지 보호 장치에 대해 제공되는 주요 매개변수는 다음과 같습니다.

• 누설 전류: DC 서지 보호 장치가 정상적으로 작동할 때 누설 전류는 이를 통해 흐르는 최소 전류를 설명합니다. 누설 전류가 낮은 것이 더 바람직한데, 이는 열 발산과 전력 손실이 감소하기 때문입니다.
• 최대 연속 작동 전압: 시스템 정격 전압에 따라 서지 보호 장치가 활성화되는 DC 전압을 정의합니다.
• 정격 방전 전류: 서지 현상이 발생했을 때 DC 서지 보호 장치가 방전할 수 있는 가장 높은 전류 값을 설명합니다.
• 작동 온도 범위: DC 서지 보호 장치가 최적으로 작동할 수 있는 온도를 정의합니다. 이 매개변수는 특히 보호가 필요한 DC 시스템이 극한 온도 조건에서 작동하는 경우 애플리케이션에 따라 다릅니다.
• 전압 보호 수준: 활성화된 DC 서지 보호 장치의 단자에 걸리는 최대 전압을 나타냅니다. 서지 보호 장치를 통과하는 전류가 정격 방전 전류와 일치할 때 달성됩니다.

DC SPD의 기본 구성 요소

DC 서지 보호 장치는 다양한 전자 부품을 사용하여 고전압 서지를 완화합니다. 이러한 부품은 여러 유형으로 분류할 수 있으며, 일부는 장점을 활용하기 위해 여러 기술을 결합합니다.

DC 서지 보호 장치에 사용되는 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 가스방전관(GDT)

유리 또는 세라믹 튜브로 둘러싸인 두 개의 차가운 음극판으로 구성되며, 불활성 가스(보통 아르곤)로 분리됩니다. 보조 트리거 에이전트를 사용하여 방전을 트리거할 가능성을 높이고 2극 및 3극 구성으로 제공됩니다.

• 과도 전압 억제(TVS) 다이오드

이들은 역으로 지정된 파괴 영역에서 작동하는 특수 다이오드입니다. 이들은 전압을 클램핑하고 조절합니다. 감소된 클램핑 전압과 빠른 응답으로 최종 레이어로 다중 레벨인 보호 회로에서 사용할 수 있습니다.

• 금속산화물 바리스터(MOV)

MOV는 비선형 저항을 나타내는 금속 산화물로 산화아연을 사용하는 반도체입니다. 전압 변동은 직렬 및 병렬로 연결된 여러 PN 접합과 유사한 작동 원리로 저항 값의 변화를 반영합니다.

• 스파크 갭

일반적으로 분리 거리가 있는 공기 노출 금속 막대 페어링으로 구성되며, 한 막대는 중성선 또는 전력 위상선에 연결됩니다. 다른 막대는 접지 단자에 연결되고 전압 서지가 분리를 끊어 서지를 분산시킵니다.

• 초크 코일

동일한 크기와 턴 수를 갖는 대칭적으로 감긴 코일 페어링으로 구성된 페라이트 코어를 활용하여 4단자가 있는 장치를 만듭니다. 주로 차동 모드 신호 누설 인덕턴스에 미치는 영향을 최소화하면서 상당한 공통 모드 신호 인덕턴스를 완화합니다.

DC SPD 사용의 장점

DC SPD를 채택하면 전압 서지에 대한 DC 전원 시스템의 취약성을 효과적으로 완화하여 장비 보호, 시스템 안정성 및 전반적인 운영 안전을 증진할 수 있습니다.

DC 서지 보호 장치를 활용하는 이점에 대한 요약은 아래와 같습니다.

i. 장비 보호: 이는 서지 보호 장치로 DC 시스템을 구성하는 주요 이점입니다. 과도한 전압 서지를 전환하거나 억제하여 장비를 손상으로부터 보호합니다.

ii. 연장된 장비 수명: DC SPD로 서지의 손상 효과를 피하면 장비가 더 오래 작동할 수 있습니다. 그렇지 않으면 보호되지 않은 장비는 전압 서지에 쉽게 굴복하여 손상되거나 성능이 저하됩니다.

iii. 안전 보장: 서지 이벤트가 발생하면 안전 위험이 발생하는데, 특히 고에너지 DC 소스를 사용하는 산업 환경에서 그렇습니다. 이러한 장치는 서지 에너지를 흡수하거나 재지정함으로써 전기적 고장, 화재 또는 기타 안전 위험의 가능성을 줄입니다.

iv. 시스템 신뢰성: 서지 보호 장치는 보호 역할에서 DC 시스템 신뢰성을 개선하는 데 기여합니다. 장비 고장 위험을 줄여 지속적인 작동을 유지하고 중단을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

SPD 선택 시 고려해야 할 요소

DC서지 보호 장치를 선택할 때는 원하는 보호 기능을 제공하는 시스템과 호환되는지 확인하십시오. 이렇게 하면 전압 과도 현상과 관련된 잠재적 위험을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

고려해야 할 몇 가지 주요 요소는 다음과 같습니다.

• 현재 평가: DC SPD의 전류 정격은 시스템의 최대 작동 전류를 지원할 수 있어야 합니다. 이렇게 하면 결과적으로 시스템 부하가 과열되어 고장으로 끝나지 않습니다.
• 제조업체의 평판: 제조업체를 살펴보고 고품질 SPD 생산과 탁월한 고객 지원 제공 측면에서 해당 제조업체의 평판과 신뢰성을 평가하세요.
• 응답 시간: 서지 보호 장치의 응답 시간은 서지 이벤트에 대한 반응 속도를 나타냅니다. 과도 전류를 빠르게 처리하고 임박한 손상을 상쇄하려면 짧은 응답 시간이 필요합니다.
• 표준 준수: DC 서지 보호 장치가 필요한 산업 표준을 준수하는지 확인하십시오. 이러한 표준은 구매하는 서지 보호 장치가 성능 기준을 충족하는지 확인합니다.
• 서지 전류 용량: DC SPD의 예상 서지 전류 용량을 평가하여 과부하 없이 서지를 효과적으로 처리할 수 있는지 확인하세요.
• 전압 정격: DC 시스템의 최대 작동 전압은 DC SPD의 전압 정격을 결정합니다. 효과적인 서지 보호를 제공하려면 이 값과 일치하거나 초과해야 합니다.

DC SPD 설치

DC 서지 보호 장치의 설치는 비효율적인 성능과 심지어 손상을 피하기 위해 신중하게 수행해야 합니다. 설치를 수행할 때는 모델, 시스템 특성 및 지역 규정을 염두에 두십시오.

설치 과정에서 고려해야 할 핵심 사항은 다음과 같습니다.

1. 보호되는 장비에 최대한 가깝게 적절한 위치를 선택하세요. 또한 유지관리 및 검사 중에도 쉽게 접근할 수 있어야 합니다.
2. DC 서지 보호 장치를 장착할 때는 제조업체에서 제공한 지침을 따르십시오. 적절한 하드웨어와 적절한 열 발산 및 환기를 위한 여유 공간을 활용하여 적절한 표면에 단단히 고정하십시오.
3. 표준 케이블 또는 도체를 사용하여 지침에 따라 DC 서지 보호 장치를 전원 시스템에 배선합니다. 이는 적절한 종단으로 고정되어야 하며 최대 예상 전류를 처리할 수 있어야 합니다.
4. DC SPD에 의한 서지 전류의 안전한 분산을 돕기 위해 안정적이고 저항이 낮은 접지 시스템을 구성하세요.

DC 서지 보호 장치 테스트

DC 서지 보호 장치를 테스트하면 해당 장치의 기능을 검증하여 전압 서지로부터 장비를 효과적으로 보호할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 테스트할 때는 SPD가 준수해야 하는 특정 응답 특성과 테스트 결과를 비교합니다.

일반적으로 사용되는 테스트는 다음과 같습니다.

• 절연 저항 시험: 여기서는 SPD를 DC 소스에서 분리하고 장치와 접지 단자 사이의 저항을 측정합니다. 누설이나 오류 경로가 없는지 확인합니다.
• 전압 강하 테스트: 이 테스트는 전압 강하가 지정된 한계 내에 있는지 확인합니다. 정격 전압을 적용하고 측정하기 전에 장치를 DC 소스에 연결합니다.
• 서지 테스트: 여기서는 서지 보호 장치에 서지 임펄스를 적용하여 과도 서지를 시뮬레이션합니다. 그런 다음 파형을 검사하여 테스트 사양과 비교합니다.

DC SPD에 사용되는 표준

표준은 DC 서지 보호 장치의 품질, 신뢰성 및 안전성을 확인합니다. 이는 규제 기관에서 제공하며 다음을 포함합니다.

• 미국 국립표준화기구(ANSI)/IEEE45: DC 시스템에서 서지 보호 장치의 서지 테스트 성능에 대한 전망을 제공합니다.
• 국제전기전자기술자협회(IEC)61643-11: 저전압 시스템에 연결된 DC SPD에 특정한 테스트 방법과 요구 사항을 설명합니다.
• 국제전기전자기술자협회(IEC)61643-21: 신호망과 통신에 사용되는 DC SPD에 특화된 테스트 방법에 대한 가이드를 제공합니다.
• 국제전기전자기술자협회(IEC)61643-22: 통신 및 전송망에 사용되는 DC SPD의 선택과 응용에 대해 설명합니다.
• 언더라이터스 연구소(UL) 1449: DC SPD에 대한 안전 및 성능 절차를 설명합니다.

DC SPD의 응용 분야

전압 서지로부터 장비를 보호하는 DC SPD의 역할은 다음과 같이 다양한 응용 분야에서 예시됩니다.

i. 데이터 센터: DC SPD는 저장 장치, 네트워크 장비, 서버에서 데이터 손실 방지와 장비 손상 방지에 필수적입니다.

ii. 산업용 제어 시스템: 센서, PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러), 모터 드라이브 등 DC 전원을 활용하는 제어 장치에 사용됩니다.

iii. 재생 에너지: 태양광 발전을 위한 풍력 발전과 태양광 설비에서는 인버터와 같은 민감한 전자 장치를 보호하기 위해 DC SPD를 활용합니다.

iv. 저장 시스템: 배터리 에너지를 활용하는 저장 시스템의 DC SPD는 배터리 뱅크, 모니터링 시스템 및 전력 변환 장비를 보호합니다.

v. 통신: DC SPD는 통신 시설과 데이터 센터에 통합되어 데이터 전송 회선과 전원 공급 장치와 같은 중요 장비를 보호합니다.

vi. 교통 시스템: 전기 자동차, 전차 및 기차, 전기 변전소는 충전소, 전자 제어 장치, 전력 분배 시스템에 DC SPD를 사용합니다.

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