感性负载瞬态噪声抑制和触点保护的优化方案

如果电路的负载是感性的，在切断回路时电感两端产生很高的瞬间电压，使开关触点间产生飞弧而损坏触点。如果是电子开关，则起开关作用的晶体管等可能被损坏。同时产生强烈的脉冲噪声，通过辐射和传导向外发射，影响其他电路的正常工作。因此，必须在电感负载两端或开关触点处加装保护电路。

（1）电感负载两端并联放电通路

在电感两端并联放电通路的目的是在切断电感的电源时，给电感存储的能量提供一条释放能量的通路，避免产生触点间的火花放电和脉冲噪声，并联放电通路有以下几种形式。

1）并联电阻通路

在电感负载两端并联电阻R，如图8-17。图中的R_L是线圈的等效电阻，I₀是开关断开之前电感中的电流，开关刚断开时电感两端的电压是U_L=-（R+R_L）I₀，此后成指数衰减，衰减时间常数为L/（R+R_L）。调整R的阻值，也就调整电感两端的电压及过渡过程的快慢。一般取R=（1～3）R_L。这种电路无极性要求，交直流都能用，其结构简单，常用在小电流电动机绕组和一般继电器中。缺点是工作过程中消耗功率，并且释放电感储能所需时间较长。

2）并联压敏电阻通路

并联压敏电阻的电路与图8-17的不同之处是R为压敏电阻，压敏电阻的符号如图8-18。压敏电阻的特性是当电压低于其阀值电压时，电阻变得很小，流过电流很大，该电路平时消耗功率小，释放储能时间短。常用于交直流电动机绕组、开关设备、变压器及一些功率较大的设备。

图8-17 并联电阻通路、电压波形

图8-18 压敏电阻符号图8-19并联R-C网络

3）并联稳压管、二极管电路

这种电路利用稳压管和二极管的箝位作用，使开关断开时电感两端不会出现太大电压，若是二极管，电压约为0.7V。稳压管电路适用于交直流情况，二极管电路只适用于直流电路。

4）并联R-C网络

见图8-19。开关断开后，电路成自由阻尼震荡电路，电压和电流为衰减正弦波形，交直流电源都可以使用。

5）耦合线圈放电通路(www.xing528.com)

直流电路中如有铁心或磁环绕制的电感负载时可用这种方法。负载电感作为初级n₁，另外在铁心上绕制一个线圈n₂，与之紧耦合，作为次级回路，回路中串接二极管和小电阻，二极管的方向应使开关闭合时次级回路没有瞬态电流，而在开关K断开后次级回路有瞬态电流。图8-20给出了这种电路的接法和电感中电流和电压的变化曲线。由于是直流应用，平时次级回路没有功率损耗，只有在开关K断开时初级线圈的能量才会耦合到次级上，由于次级回路阻抗很小，所以能量很快就释放了。这个电路虽然抑制效果好，但制作麻烦，只使用于直流电路，且电感必须绕在铁心或磁环上。

图8-20 耦合线圈放电通路及电压电流波形

图8-21 三极管放电通路

6）三极管放电通路

三极管放电通路如图8-21所示，图中二极管VD和三极管VT1在正常工作时处于反偏置状态，所以电流仅流过负载电感L，没有额外的功率损耗。一旦开关K断开，电感L产生的反向高电压使TV1和VD都导通，稳压管VD2和电阻R确定了三极管V1的偏置电压。由于三极管有放大作用，可以流过很大的电流，所以电感L中的能量被释放了。

（2）开关触点的保护电路

切断电感性负载时防止开关触点产生火花放电的方法，除了在电感负载两端加能量释放通路外，也可在开关触点上加保护电路，最常用的是R-C保护电路。如图8-22a所示。

图中R和C串联后跨接在开关的两端。当开关断开时电感中储存的能量通过R-C电路释放，避免了触点间产生放电。R的选择要考虑两个方面的因素，一方面在开关断开瞬间希望R越小越好，以便电感中储存的能量尽快地转移到电容中去。另一方面当开关闭合时希望R尽可能大，以免电容上的能量通过开关触点放电时电流太大而烧坏触点。开关触点间存在两种形式的击穿放电，即气体火花放电和金属弧光放电。要防止气体火花放电，应控制触点间电压低于300V，要防止金属弧光放电，应控制触点间的起始电压上升率小于1V/μs，并把触点间最小瞬态电流控制在0.4A以下。根据这些原则可以选择R和C。

R-C触点保护电路无极性要求，在交直流情况下都能应用。图8-22b给出了一种R-C保护电路的改进形式，即在R上并联二极管VD。在开关断开时，二极管导通，R不起作用，在开关闭合时，二极管不导通，R起作用，这样只要满足R＞10U₀/I₀，即可以对开关触点起到保护作用。

图8-22 触点保护电路

a）R-C保护电路 b）R-C-V保护电路