技術研討

1.

突波簡述

在電子電路設計上，我們經常可以聽到 "突波" 這個名詞，但是 "突波" 的真正定義究竟為何？所謂 "突波" ，顧名思義，就是 "突如其來的電波" ，它和 "電流脈衝" 、 "電壓脈衝" 所表達的是相同的現象。

從示波器上來看，在穩定的電流或電壓波形中，如果看到特別突出的異樣波形或雜訊，而且比正常的波幅要大上好幾倍甚至數十數百倍的波形，我們便可以將它判定為突波，當然先決條件必須是你的示波器可以負荷這樣的突波才行。

2.

突波的產生

一般來說，產生突波的主要原因有兩種：一種是由打雷閃電所產生的雷突波，另一種是由電路開閉所造成的開閉突波。

雷突波是由自然界所產生的，因此如果你所設計的電路必須在容易產生打雷的地區使用時，那麼加入適當的過載保護是絕對有其必要的；

開閉突波是電路導通的瞬間所產生的突波，當突波產生的時候，如果你所設計的電路中並沒有所謂的 "突波保護" ，那麼電路便容易因開閉突波而產生誤動作，嚴重一點的狀況可能會導致電路因過載而損壞，或因長時間接受突波的干擾而使電子零件的壽命減短，因此在電路設計上，我們必須儘量避免突波的產生，如果不能避免，則必須加入吸收突波的機制。

容易產生突波的電子零件，以控制電路開閉的相關零件為主，其中包含繼電器(Relay)、開關(switch)、螺管線圈(solenoid)、保險絲(Fuse)、...而 IC 中含有閘流體(thyristor)的開閉控制元件，或是用電晶體所作的交換式穩壓器，... 只要有關於開閉控制的多數元件都是突波的產生源。

3.

突波吸收器

為了預防突波對電路所可能造成的損害，我們有必要加入一些吸收突波的元件作為保護的措施：對於外來的雷突波，我們可以選用避雷裝置，變阻器來保護電路；

至於內部所產生的開閉突波，常用的方法可以加入二極體(zener)或氧化金屬變阻器來做保護，下面便是針對開閉突波的兩種吸收器做介紹：

◆ 二極體箝位(clamp)法所謂二極體箝位法，是在你所設計的電路中，在使用繼電器的裝置旁並聯一個穩壓二極體，當繼電器 OFF 時，繼電器的線圈會產生一個逆向電壓，這時二極體便會導通短路並穩定電壓，將突波吸收掉。

但是這種方法必須使用在較低反應速度的電路中，因為在繼電器 OFF的瞬間，二極體會導通使得繼電器繼續維持在 ON 一小段時間，然後才 OFF，如果系統尚未完全 OFF 便立即 ON，會導致一些誤動作產生，這點要特別注意。

◆ 變阻器（Varistor）

變阻器（Varistor），俗稱突波吸收器（Surge Absorber），是一種會隨著電壓值不同而改變電阻值的電阻器，變阻器當電壓超過額定的電壓值時，變阻器的電阻會急速下降近於短路的狀態，將突波引導進入變阻器內，以熱的方式散發掉，藉以達到穩定電壓及吸收突波電壓之功能，並可因此避免電路元件受到突波電壓之影響而損壞，就一般情況來說，幾乎所有需要穩壓的電子產品均會使用到變阻器，整個應用面包括通訊設備、半導體保護、電力傳輸系統、控制系統等相關電子產品內部電路中。

目前相關產品依其所使用之材料，可分為碳化矽變阻器氧化鋅變阻器及鈦酸鍶變阻器，、而依外型則可分為圓板型，晶片型及環型等類別之產品。

4.

突波吸收與否的波形比較

◆ 二極體箝位實驗

我們使用旗威科技所研發的 AT89C2051 學習板做了一個實驗，測試繼電器在開閉時的突波效應與加入二極體箝位後的差異。

首先在 P3.4 及 P3.5 接腳上與 LED 並聯了繼電器，其中 P3.4 接腳上的繼電器再並聯一個二極體，並利用程式送出每秒兩次的方波，讓繼電器每秒開關兩次。

藉由示波器所量測到的波形，我們可以發現未加上吸收反電動勢的二極體時，突波的電壓高達 80V，與我們所輸入的 12V 高出了近六倍之多，相較之下經過突波吸收的波形是很穩定的 12V，除了少數幾次出現 15V 上下的雜訊波形，過高的電壓大多經由二極體的引導而被吸收了。

同時我們觀察突波的時間間隔，約為 3mS 的時間，換句話說，如果你所使用的訊號反應時間比 3mS 還短的話 那麼便不能使用二極體的箝位法 因為繼電器在 3mS 內都是一直呈現 ON，，的狀態，跟本就不會有 OFF 的動作產生。