簧片继电器获得最多好处

Pickering公司供稿

如果合理使用，簧片继电器是非常可靠的器件。触点被完全密封，不像电磁继电器的开放式触点，表面容易氧化或被污染。实际上，继电器基本被认为是普通器件，很少有人认真对待，所以使得其相对比较易损。本指引将帮助您在设计中最大限度地提高其可靠性。

触点损坏

大电流或大功率冲击是最具破坏性并且最常见的触点损坏原因。簧片继电器有最大电流，电压及功率规格。功率指标就是触点闭合前的电压与闭合后初始电流的乘积。

Pickering公司听到过太多次客户抱怨说，“我们只在CMOS逻辑板卡上切换5V/50mA”。其实板卡上几个mF的离散电容充放电效应会带来很大的冲击电流。

不能仅仅靠电源限流来保护继电器。这种限流需要时间来反应，并且容性负载通常在电源的输出端。电阻限流是最好的。

像容性负载充电产生的冲击电流一样，电容放电是更大的问题，因为此时限流措施只有簧片触点与板卡上的线路加起来的电阻。即使电容只充了很低的电压也能产生几十安培的冲击电流，虽然只有几个mS的时间，但可以对簧片继电器带来很大损坏。


当0.1Uf电容在10V电压下通过簧片开关和0.1ohm电阻放电时产生的冲击电流

随着在某些应用中电压升高，冲击电流的影响会更大，例如在耐高压测试后的电缆放电。储存于电容的能量等于½ CV2，即与电压平方成正比。当电压从10V提高到1000V时，储存能量增长10000倍。

如果你发现触点有粘合现象，轻轻拍一下又可以弹开，或者释放时间变得比预期长，很可能是由于冲击电流产生的触点轻微焊接。

热 vs 冷切换

簧片继电器通常的负载电流规格大于其“热”切换的开关电流规格。“热”切换时通常触点会产生拉弧。严重的超负载电流会即刻将触点表面融化焊接，在闭合时产生一个硬焊点。轻一点的冲击电流会带来轻微焊接，根据电流方向，一个触点会逐渐产生凸起，另一个凹坑。最终它们会相互沾在一起。当有感性负载时，触点开路状态也可能有拉弧。应该限制这种反向电动势，通常在直流负载是用一个二极管，或者交流时用缓冲器或变阻器。

一个减少或消除这些问题的方案是“冷”切换。这在测试仪表领域经常使用，即在继电器完全闭合并且反弹结束后再加载。同理，触点完全断开后再撤掉负载。这样处理后将没有拉弧或冲击电流，继电器寿命达到最大，通常有十亿次级别。



当要计算线圈通电后多久才可以加载时，重要的一点是需要考虑环境温度。规格书中给出的开关时间与反弹次数是在25C环境下的数值。当温度增高时，线圈电阻会以0.4%C增加，这是铜线的电阻温度系数。电阻增加后会使线圈电流减少磁场强度降低，进而稍微增加闭合时间。一般情况下，Pickering公司的规格书都比较保守，在环境温度85C以下，不会感到规格书上数值与实际结果有不符。然而，如果在大负载电流时，有自加热产生，加上接触电阻(I2R Watts)，有必要考虑这些因素，给出稍微长一点的闭合时间，然后加载。