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原创谈继电器使用中的一些参数和特性

 2015-4-7 09:31  1480 21 25 分类: 消费电子

前言

有人看反馈说：文章题目起得吓人，但正文却“食之无味”，还望作者更深度的分享。本想起个名字叫：“深谈汽车继电器”，但是不敢托大，还是叫：“谈继电器使用中的一些参数和特性”。

正文：

1、电磁继电器的概况

四两拨千斤，蚍蜉撼大树、以小博大呀：

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。

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。

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。

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

触点失效分析的图像如下所示：触点被烧蚀

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。

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：

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。

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：

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：

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：

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。

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：

除此之外，驱动电流有潜在回路，产生暗电流：

10、PCB layout

结尾：

继续上一篇的蚂蚁和大象的笑话：

一大象不小心踩了蚂蚁窝，蚂蚁纷纷涌出，爬到了大象的身上，大象抖抖身子，蚂蚁纷纷掉落，还剩一只蚂蚁在大象脖子上，地下的蚂蚁齐声呐喊：“掐死它！掐死它！”

一只蚂蚁终日以捉弄大象为乐，一天远远的看到大象走了过来，就神不知鬼不觉的躲到一棵大树的后面，等到大象走近了，就把左腿伸出来，以迅雷不及掩耳之速将大象绊了一个狗吃屎，然后大笑扬长而去。大象摔伤了，失血过多，住进了医院，蚂蚁觉得很是过意不去，第二天他纠集了大批的兄弟成群结队、人山人海、前扑后继、星罗密布、再接再励、一望无际……护士**就问排头的蚂蚁：“你们来这么多人干嘛啊？”“大象生病了，我们来献血！”