技术研讨

1.

突波简述

在电子电路设计上，我们经常可以听到 "突波" 这个名词，但是 "突波" 的真正定义究竟为何？所谓 "突波" ，顾名思义，就是 "突如其来的电波" ，它和 "电流脉冲" 、 "电压脉冲" 所表达的是相同的现象。

从示波器上来看，在稳定的电流或电压波形中，如果看到特别突出的异样波形或杂讯，而且比正常的波幅要大上好几倍甚至数十数百倍的波形，我们便可以将它判定为突波，当然先决条件必须是你的示波器可以负荷这样的突波才行。

2.

突波的产生

一般来说，产生突波的主要原因有两种：一种是由打雷闪电所产生的雷突波，另一种是由电路开闭所造成的开闭突波。

雷突波是由自然界所产生的，因此如果你所设计的电路必须在容易产生打雷的地区使用时，那么加入适当的过载保护是绝对有其必要的；

开闭突波是电路导通的瞬间所产生的突波，当突波产生的时候，如果你所设计的电路中并没有所谓的"突波保护" ，那么电路便容易因开闭突波而产生误动作，严重一点的状况可能会导致电路因过载而损坏，或因长时间接受突波的干扰而使电子零件的寿命减短，因此在电路设计上，我们必须尽量避免突波的产生，如果不能避免，则必须加入吸收突波的机制。

容易产生突波的电子零件，以控制电路开闭的相关零件为主，其中包含继电器(Relay)、开关(switch)、螺管线圈(solenoid)、保险丝(Fuse)、...而IC 中含有闸流体(thyristor)的开闭控制元件，或是用电晶体所作的交换式稳压器，... 只要有关于开闭控制的多数元件都是突波的产生源。

3.

突波吸收器

为了预防突波对电路所可能造成的损害，我们有必要加入一些吸收突波的元件作为保护的措施：对于外来的雷突波，我们可以选用避雷装置，变阻器来保护电路；

至于内部所产生的开闭突波，常用的方法可以加入二极体(zener)或氧化金属变阻器来做保护，下面便是针对开闭突波的两种吸收器做介绍：

◆ 二极体钳位(clamp)法所谓二极体钳位法，是在你所设计的电路中，在使用继电器的装置旁并联一个稳压二极体，当继电器OFF 时，继电器的线圈会产生一个逆向电压，这时二极体便会导通短路并稳定电压，将突波吸收掉。

但是这种方法必须使用在较低反应速度的电路中，因为在继电器OFF的瞬间，二极体会导通使得继电器继续维持在ON 一小段时间，然后才OFF，如果系统尚未完全OFF 便立即ON，会导致一些误动作产生，这点要特别注意。

◆ 变阻器（Varistor）

变阻器（Varistor），俗称突波吸收器（Surge Absorber），是一种会随着电压值不同而改变电阻值的电阻器，变阻器当电压超过额定的电压值时，变阻器的电阻会急速下降近于短路的状态，将突波引导进入变阻器内，以热的方式散发掉，借以达到稳定电压及吸收突波电压之功能，并可因此避免电路元件受到突波电压之影响而损坏，就一般情况来说，几乎所有需要稳压的电子产品均会使用到变阻器，整个应用面包括通讯设备、半导体保护、电力传输系统、控制系统等相关电子产品内部电路中。

目前相关产品依其所使用之材料，可分为碳化矽变阻器氧化锌变阻器及钛酸锶变阻器，、而依外型则可分为圆板型，晶片型及环型等类别之产品。

4.

突波吸收与否的波形比较

◆ 二极体钳位实验

我们使用旗威科技所研发的 AT89C2051 学习板做了一个实验，测试继电器在开闭时的突波效应与加入二极体钳位后的差异。

首先在P3.4 及P3.5 接脚上与LED 并联了继电器，其中P3.4 接脚上的继电器再并联一个二极体，并利用程式送出每秒两次的方波，让继电器每秒开关两次。

藉由示波器所量测到的波形，我们可以发现未加上吸收反电动势的二极体时，突波的电压高达80V，与我们所输入的12V 高出了近六倍之多，相较之下经过突波吸收的波形是很稳定的12V，除了少数几次出现15V 上下的杂讯波形，过高的电压大多经由二极体的引导而被吸收了。

同时我们观察突波的时间间隔，约为3mS 的时间，换句话说，如果你所使用的讯号反应时间比3mS 还短的话那么便不能使用二极体的钳位法因为继电器在3mS 内都是一直呈现ON，，的状态，跟本就不会有OFF 的动作产生。