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用簧片继电器增强设计可靠性

2016年9月29日
本文将帮助您在使用簧片继电器时最大限度地提高设计的可靠性,特别注意触点滥用和“热”与“冷”开关。
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格雷厄姆·戴尔,皮克林电子公司技术总监

如果使用正确,簧片继电器是非常可靠的装置。开关触点是密封的,所以它们不会像开放式机电继电器那样受到氧化或污染。在现实中,中继通常被认为是有点世俗的,很少考虑到他们,这有时使他们脆弱。本指南将帮助您最大限度地提高设计的可靠性。

接触滥用

大电流或大功率的侵入电流是最具破坏性和最常见的接触损害原因。励磁继电器规定了最大电流、电压和额定功率。功率数字仅仅是闭合前的开路触点的电压和它们第一次产生的瞬时电流的乘积。

我们在皮克林已经记不清的次数,我们听说过类似的,“我只是开关5 V马在50岁到这个CMOS逻辑板,“当用户已经完全无视当前涌入的零星的去耦电容器的储层和几个法拉电容板。

不要仅仅依靠电子电流限制电源来保护继电器触点。电子限流需要有限的时间来反应,并且解耦电容器通常是在电源的输出上。没有什么比电阻限流更好的了。

屏幕截图显示了一个典型的电流涌流时,放电0.1-µF电容器在1v通过一个簧片开关和0.1-â„μ电阻。

由于充电电容负载,放电电容可能是一个更大的问题,因为电流通常只受簧片开关和PC轨道的电阻限制。即使是充电到很低电压的电容器也能引起数十安培的电流涌进。而且,尽管它们可能只适用于微秒,这种电容器可能会对小型簧片开关造成损坏。

随着某些应用中电压的增加,涌点可能成为一个更大的问题;例如,电缆经过高压测试后放电时。电容中储存的能量等于1 / 2cv2焦耳,所以它会随着电压的平方而增加。从10 V增加到1000 V,存储的能量将增加1万倍。

如果你曾经有过继电器触杆关闭的情况,只是轻轻一击就松开了,或者有比预期更长时间的松开,那么很可能是由于电流涌进造成的微焊接。

“热”与“冷”的转换

励磁继电器的额定携带电流通常高于其额定热开关电流。在“热”开关过程中,由于触点打开或关闭时产生的电弧,触点损坏通常会发生。严重的电流过载会迅速熔化接触区域,导致两个表面熔合在一起,在接触一关闭就产生一个硬焊缝。

高涌流导致这种接触焊接发生。

根据电流的流向,不那么严重的电流涌进将导致较温和的焊接,或者在一个接触点上逐渐形成“pip”,在另一个接触点上侵蚀一个“crater”。这些最终会锁在一起。触点打开时可能会产生电弧,特别是当负载是感应的时候。来自感性负载的反电动势应该总是受到限制,通常在直流负载的情况下使用一个简单的二极管,或在交流负载的情况下使用一个缓冲器或压敏电阻。

减少或消除这些问题的一个方法是“冷”转换。这是测试仪器中常用的一种技术,直到继电器操作和触点弹跳完成后,才对开关施加电流或电压刺激。用同样的方法,刺激在触点打开之前被移除。因此,不会发生电弧或开关电流涌进,继电器将实现最大寿命,往往进入数十亿次操作。

这种不良的接触焊缝是由于切换非常大的电流。

当计算继电器线圈上的开关和对开关施加电流之间的延迟时间时,重要的是要考虑可能发生的高环境温度的影响。在数据表上给出的最大操作时间和反弹数字是在25°C环境水平。在较高的温度下,线圈绕组的电阻将以0.4%/°C的速率增加,这是铜线圈的电阻系数。相应的,线圈电流和操作簧片开关所产生的磁场水平都会下降。这种较低的驱动级别会略微增加操作时间。

数据表上的时间数据通常相当保守,所以这不大可能是一个问题,直到85°C的正常环境规格。然而,如果继电器内部有任何额外的自热,由于高携带电流和开关电阻(I2R W),它将有必要考虑这一点,并允许一点更多的时间之前通过开关接通电流。

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