電壓突波

電機工程學中的突波(spikes)是指在電路中,快速,持續時間不長的暫態電壓訊號(電壓突波)或電流訊號(電流突波)。

電壓突波

在電路中,快速且持續時間不長的暫態大電壓(过电压)一般是因為以下原因而產生:

在設計關鍵設備以及軍用硬體時,需要考慮核爆炸產生的脈波,核爆炸會在大氣中產生大能量的電磁脈波的能量很大,頻率從1 kHz到數 GHz 的等級。

電壓突波也會帶來電流的變化(電流突波)。不過也有可能因為電流源而產生電壓突波。因一電路的電流會維持定值,就可能因為阻抗突然變大而產生電壓突波。例如若有儲能的电感元件突然斷路,又沒有續流路徑,就會有突波。

針對對電壓敏感的電路設備,若電壓突波超過材料的擊穿電壓,或是造成突崩潰,會讓設備流進過多的電流。半导体PN结若流進過多的電流會使元件損壞或是減弱。針對電壓突波有許多的保護裝置,例如雪崩二極管瞬态电压抑制二极管壓敏電阻、過電壓撬棍電路或是其他的过电压保護裝置可以分散(shunt)暫態電流,因此減小電壓。

電壓突波也稱為surges,也可能是因為磁場的快速建立或快速消退所造成(其电磁感应能量反映在電路上)。不過電壓突波也可能是因為其他常見的原因造成,例如因為意外或是風暴变压器或高壓電源線誤短路到低壓的電源線,也會有電壓突波。

電壓突波可能是共模的(common mode),也可能是差模(differential mode)。有些設備可以加裝电涌保护器,避免因為突波而破壞設備。每一種突波都需要選擇對應的保護設備。例如若保護器是裝在二條電源線之間,可以抑制差模的暫態,但無法抑制共模的電壓突波。

電功率增加或減少,且持續數週期,稱為swell或sag。若電壓上昇超過一分鐘,稱為過電壓。一般是因為配電系統異常所造成的。

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參考資料

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