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談繼電器使用的一些參數和特性

發布時間:2015-04-23 分享

1、電磁繼電器的概況
       四兩撥千斤,蚍蜉撼大樹、以小博大呀: 
概況0.jpg
    線圈兩端施加一定的電壓,線圈產生的磁通通過鐵心、軛鐵、銜鐵、磁路工作氣隙組成的磁路,并在工作氣隙產生電磁吸力。
概況1.jpg
    當電磁吸力矩能克服動簧的反力矩時,銜鐵轉動,從而推動觸點實現常開觸點閉合;當勵磁電流減小到一定值時,動簧反力矩大于電磁吸力矩,銜鐵回到初始狀態,觸點斷開。
    概況2.jpg
2、繼電器本體概況   
 
        觸點材料:汽車負載一般為感性或容性,因此選用銀氧化錫,而不用銀鎳材料。閃光燈負載選用特殊的銀氧化錫材料。
      觸點材料.jpg
        動簧材料:一般選用高導電銅合金。
        靜簧材料:一般選用純銅,少數選用黃銅。
       漆包線:一般選用H級漆包線,少數選用F級漆包線。
       塑料:耐溫要求較高時選用PA66,耐溫要求較低時選用PBT,耐回流焊產品一般選用LCP或PA46。
 
3、觸點的概況
       汽車系統采用的是直流電,直流負載比交流負載難斷開,因為交流電存在過零點,觸點電弧無法維持燃燒而熄滅,直流電沒有過零點,觸點開斷瞬間,即產生電弧,且由于外加電壓持續保持,只有電弧被拉長,不能自持而熄滅。
        電弧熱能會使觸點嚴重燒損,此外,直流電流總是朝一個方向流動,會引起觸點材料轉移加劇。
        下圖為銀的轉移的情況:        銀移動.jpg
 
        觸點電流流動特性如下:
        這也是觸點不好設計的原因之一
電流.jpg
      觸點失效分析的圖像如下所示:
      觸點被燒蝕
失效1.jpg
       觸點是吸合和斷開也不像電子元器件那般有較理想的特性,其吸合和斷開都是存在反復的。
時間.jpg
 
4、容性負載:燈泡
        由于車燈冷態電阻很小,接通瞬間的浪涌電流為穩態電流的5-10倍。大的浪涌電流會使觸點產生熔焊失效。閃光負載動作頻率高、次數多,加劇觸點材料轉移。
       例如2X21W閃光燈:
燈泡.jpg
 
5、感性負載:電機
        電機負載主要有風機、油泵、雨刮電機等,電機負載在啟動時有4倍左右沖擊電流,持續時間300ms左右,容易造成觸點沾接。
電機.jpg
6、感性負載切斷瞬時的反向電壓
        電磁鐵、喇叭接通瞬間會出現浪涌電流,關斷時,產生較高的反向電壓,貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點間燃弧消耗掉,這將導致觸點燒蝕,金屬轉移、粘接。
        例如喇叭:
喇叭.jpg
 
 
 
汽車繼電器低電平一般指觸點轉換電流為100mA左右(如194燈或
繼電器線圈)。由于吸附在觸點表面的有機物、化合物難以在轉換負
載時消除,導致觸點接觸電阻大而不穩定,電流不穩定,觸點壓降遞
增,最終失效。
 
7、抑制措施
      觸點是極易出問題的,因此抑制措施往往也需要施加在觸點端的。
      抑制措施可以使用齊納二極管、二極管、TVS、電阻。
      但不可以使用電容:談繼電器使用的一些參數和特性(圖12)
      談繼電器使用的一些參數和特性(圖13)
8、線圈端
       很大篇幅提觸點,其實線圈也是很重要的。
       某繼電器的參數如下所示:
 線圈1.jpg
          有兩點提示:
          1)當線圈內阻不變時,電源電壓變小,會導致線圈電流變小
          比如汽車9V~16V,I=V/R,則低壓時電流146mA@9V較193mA@12V時小很多。
          2)線圈一般是用純銅漆包線繞制的,隨著溫度其內阻會變化
          純銅的溫度系數a=0.0039
         
         當對兩個變量進行計算,可以得到繼電器線圈電流的極值Imax=f(高壓/低壓,線圈內阻max/min)。
 
        繼電器線圈電流過大,對性能來說是好事,但是缺點是發熱。電流過大,會導致漆包線溫升過高,絕緣層脫落,進而引發線圈短路,然后發生燒毀事件。
失效2.jpg
 
9、線圈的驅動電路
         線圈電流數百mA的電流,一般使用三極管進行驅動。
         由于三極管的放大倍數在低溫時會變小很多,往往三極管放大倍數只能使用到30~50。
         那么,三極管的b極需要200mA/50=4mA,往往MCU的I/O沒有這么大的驅動能力。
        達林頓三極管的放大倍數大得驚人,可以用彌補上述問題。但是使用達林頓時也需要注意一些事情:
達林頓.jpg
 
          除此之外,驅動電流有潛在回路,產生暗電流:
暗電流.jpg
10、PCB layout
談繼電器使用的一些參數和特性(圖18)
談繼電器使用的一些參數和特性(圖19)


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