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谈继电器使用的一些参数和特性

发布时间:2015-04-23 分享

1、电磁继电器的概况
       四两拨千斤,蚍蜉撼大树、以小博大呀: 
概况0.jpg
    线圈两端施加一定的电压,线圈产生的磁通通过铁心、轭铁、衔铁、磁路工作气隙组成的磁路,并在工作气隙产生电磁吸力。
概况1.jpg
    当电磁吸力矩能克服动簧的反力矩时,衔铁转动,从而推动触点实现常开触点闭合;当励磁电流减小到一定值时,动簧反力矩大于电磁吸力矩,衔铁回到初始状态,触点断开。
    概况2.jpg
2、继电器本体概况   
 
        触点材料:汽车负载一般为感性或容性,因此选用银氧化锡,而不用银镍材料。闪光灯负载选用特殊的银氧化锡材料。
      触点材料.jpg
        动簧材料:一般选用高导电铜合金。
        静簧材料:一般选用纯铜,少数选用黄铜。
       漆包线:一般选用H级漆包线,少数选用F级漆包线。
       塑料:耐温要求较高时选用PA66,耐温要求较低时选用PBT,耐回流焊产品一般选用LCP或PA46。
 
3、触点的概况
       汽车系统采用的是直流电,直流负载比交流负载难断开,因为交流电存在过零点,触点电弧无法维持燃烧而熄灭,直流电没有过零点,触点开断瞬间,即产生电弧,且由于外加电压持续保持,只有电弧被拉长,不能自持而熄灭。
        电弧热能会使触点严重烧损,此外,直流电流总是朝一个方向流动,会引起触点材料转移加剧。
        下图为银的转移的情况:        银移动.jpg
 
        触点电流流动特性如下:
        这也是触点不好设计的原因之一
电流.jpg
      触点失效分析的图像如下所示:
      触点被烧蚀
失效1.jpg
       触点是吸合和断开也不像电子元器件那般有较理想的特性,其吸合和断开都是存在反复的。
时间.jpg
 
4、容性负载:灯泡
        由于车灯冷态电阻很小,接通瞬间的浪涌电流为稳态电流的5-10倍。大的浪涌电流会使触点产生熔焊失效。闪光负载动作频率高、次数多,加剧触点材料转移。
       例如2X21W闪光灯:
灯泡.jpg
 
5、感性负载:电机
        电机负载主要有风机、油泵、雨刮电机等,电机负载在启动时有4倍左右冲击电流,持续时间300ms左右,容易造成触点沾接。
电机.jpg
6、感性负载切断瞬时的反向电压
        电磁铁、喇叭接通瞬间会出现浪涌电流,关断时,产生较高的反向电压,贮存在电磁线圈中的电磁能通过触点间燃弧消耗掉,这将导致触点烧蚀,金属转移、粘接。
        例如喇叭:
喇叭.jpg
 
 
 
汽车继电器低电平一般指触点转换电流为100mA左右(如194灯或
继电器线圈)。由于吸附在触点表面的有机物、化合物难以在转换负
载时消除,导致触点接触电阻大而不稳定,电流不稳定,触点压降递
增,最终失效。
 
7、抑制措施
      触点是极易出问题的,因此抑制措施往往也需要施加在触点端的。
      抑制措施可以使用齐纳二极管、二极管、TVS、电阻。
      但不可以使用电容:谈继电器使用的一些参数和特性(图12)
      谈继电器使用的一些参数和特性(图13)
8、线圈端
       很大篇幅提触点,其实线圈也是很重要的。
       某继电器的参数如下所示:
 线圈1.jpg
          有两点提示:
          1)当线圈内阻不变时,电源电压变小,会导致线圈电流变小
          比如汽车9V~16V,I=V/R,则低压时电流146mA@9V较193mA@12V时小很多。
          2)线圈一般是用纯铜漆包线绕制的,随着温度其内阻会变化
          纯铜的温度系数a=0.0039
         
         当对两个变量进行计算,可以得到继电器线圈电流的极值Imax=f(高压/低压,线圈内阻max/min)。
 
        继电器线圈电流过大,对性能来说是好事,但是缺点是发热。电流过大,会导致漆包线温升过高,绝缘层脱落,进而引发线圈短路,然后发生烧毁事件。
失效2.jpg
 
9、线圈的驱动电路
         线圈电流数百mA的电流,一般使用三极管进行驱动。
         由于三极管的放大倍数在低温时会变小很多,往往三极管放大倍数只能使用到30~50。
         那么,三极管的b极需要200mA/50=4mA,往往MCU的I/O没有这么大的驱动能力。
        达林顿三极管的放大倍数大得惊人,可以用弥补上述问题。但是使用达林顿时也需要注意一些事情:
达林顿.jpg
 
          除此之外,驱动电流有潜在回路,产生暗电流:
暗电流.jpg
10、PCB layout
谈继电器使用的一些参数和特性(图18)
谈继电器使用的一些参数和特性(图19)


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