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干簧開關(guān)電氣參數(shù)

來源: | 作者:tpl-55ac70b5 | 發(fā)布時(shí)間: 2021-11-20 | 2305 次瀏覽 | 分享到:

  吸合值 (Pull-in)是表示干簧開關(guān)吸合時(shí)的安匝數(shù),使用磁鐵時(shí),通常度量干簧開關(guān)到磁鐵之間的距離 (單位是毫米或英寸) 或量測磁場的強(qiáng)度 (單位是AT,mTesla 或 Gauss) 來表示。在線圈內(nèi),吸合值是以線圈電壓 (伏特),流過線圈的電流 (毫安) 或安培匝數(shù) (AT) 來表示,通常這些參數(shù)是定義成最大值,無論簧片退火處理做得多好,它們都仍會(huì)殘存微量的磁力 (將從干簧開關(guān)附近的磁場移除后,仍然會(huì)有微量的磁力殘存滯留在干簧片上)。如要得到一致的吸合值和斷開值結(jié)果,首先要以強(qiáng)大的磁場來令干簧開關(guān)飽和,這樣來量度吸合值,所得到的數(shù)值會(huì)更加準(zhǔn)確一致 ,當(dāng)量測一個(gè)線圈或特定的干簧繼電器,吸合值會(huì)因溫度不同而改變,通常都是定義在 20° C 下量度的 。此外,由于銅線線圈會(huì)隨溫度變化而膨脹或收縮,吸合值或操作點(diǎn)會(huì)因溫度改變而有0.4%/°C的變化,在設(shè)計(jì)優(yōu)良的干簧繼電器中, 往往都會(huì)將此參數(shù)的變動(dòng)列入設(shè)計(jì)及規(guī)格上的考慮范圍。

  

  斷開值 (DO) 是表示干簧開關(guān)斷開時(shí)安匝數(shù),并和上述的吸合值特性相似,也可以使用釋放/復(fù)位電壓電流 (毫安 )或安培匝數(shù)(AT)來表示。

  

  磁滯現(xiàn)象存在于吸合值和斷開值之間,通常是表述為DO/PI的比例,以%來表示的。磁滯現(xiàn)象可隨干簧開關(guān)的不同設(shè)計(jì)而改變,電鍍或噴鍍的厚度,干簧片的硬度,干簧片重疊部份的大小,干簧片的長度,兩片干簧片之間的間隙大小,玻璃管的長度,等等的變化都會(huì)影響此參數(shù)。吸合值和斷開值的范圍,注意這磁滯現(xiàn)象的變化在低安陪匝數(shù) (AT)時(shí)是非常小的, 并隨AT 值提高增加而變化會(huì)加大。

  

  接觸電阻是由干簧片本身 (體電阻)和開關(guān)端子間間隙的電阻所造成的直流電阻,大部份的接觸電阻存在于鎳/鐵的干簧片上,它們的電阻率分別是7.8x10-8Ω-m和10.0x0 -8Ω-m,相較于銅的電阻率(銅的電阻率是接觸電阻是由干簧片本身 (體電阻)和開關(guān)端子間間隙的電阻所造成的電阻,大部份的接觸電阻存在于鎳/鐵的干簧片上,它們的電阻率分別是7.8x10-8Ω-m和10.0x0 -8Ω-m,相較于銅的電阻率(銅的電阻率是1.7x10-8_Ω-m ),這是相當(dāng)高的。通常整個(gè)干簧開關(guān)的接觸電阻大約是70mΩ,其中開關(guān)端子間間隙的電阻值實(shí)際約為10至25mΩ。于干簧繼電器上,繼電器的引腳通常都是由鎳/鐵所組成的,以改善整體的磁效能,但這樣也增加了簧片的的電阻,增加的阻值約為為25至50mΩ。

  

  動(dòng)態(tài)接觸電阻值(DCR)可度量出開關(guān)的實(shí)際動(dòng)態(tài)狀態(tài),之前已描述的,接觸電阻大多數(shù)由干簧片本身的電阻或引線電阻所組成的。度量干簧開關(guān)端子間的電阻僅能概略顯示開關(guān)功能是否正常,要提供更詳盡關(guān)于開關(guān)的操作功能,務(wù)必要在動(dòng)態(tài)情況下觀察度量干簧開關(guān)的操作,這樣才會(huì)更為準(zhǔn)確。以50Hz 至200Hz 的頻率范圍去操作開關(guān), 可展現(xiàn)出更多詳盡的訊息,切換0.5伏的電壓及約50mA的電流,能夠測出潛在的問題。這種測試能以示波器來實(shí)現(xiàn),或者通過些自動(dòng)測試方式來進(jìn)行數(shù)字化,需特別注意的是應(yīng)避免測試電壓超過0.5伏,以免產(chǎn)生“貫穿”現(xiàn)象。如一個(gè)干簧開關(guān)在制造過程中清潔未能控制好,會(huì)殘留些幾個(gè)埃厚度的非傳導(dǎo)性薄層,當(dāng)切換非常低的訊號(hào)或接近無電流時(shí)(在任何電壓或電流流經(jīng)過干簧開關(guān)前,讓干簧管先閉合 ),此薄層就如同斷路一樣,當(dāng)使用高電壓測試時(shí),可能會(huì)錯(cuò)失掉發(fā)現(xiàn)此潛在問題的機(jī)會(huì)。當(dāng)以50Hz至200Hz頻率加至一線圈上,開關(guān)會(huì)在約0.5ms時(shí)動(dòng)作,這開關(guān)將振蕩約100μs并在0.5 ms的時(shí)歷經(jīng)一段動(dòng)態(tài)噪聲,這動(dòng)態(tài)噪聲是由開關(guān)不斷振蕩但未開啟時(shí)產(chǎn)生的,此時(shí)接觸電阻隨著開關(guān)干簧片受到的壓力不同而發(fā)生相應(yīng)的變化。在約0.5 ms或更小的時(shí)期,簧片振蕩彈力會(huì)出現(xiàn)急速衰減。一旦此動(dòng)態(tài)噪聲消失,開關(guān)將經(jīng)歷一個(gè)“波動(dòng)期”。此時(shí)開關(guān)仍閉合著但維持振蕩至1ms或更長的時(shí)間。開關(guān)在磁場下振蕩時(shí),會(huì)在簧片間產(chǎn)生電流,一旦停止擺動(dòng)后, 開關(guān)將呈靜態(tài)狀況。由動(dòng)態(tài)測試所產(chǎn)生的各種波型種類可顯示出干簧開關(guān)的品質(zhì)水準(zhǔn),通常,當(dāng)加上線圈電壓后,開關(guān)的動(dòng)態(tài)狀況應(yīng)在1.5ms內(nèi)穩(wěn)定下來。若開關(guān)持續(xù)振蕩超過250μs,閉合力會(huì)減弱,導(dǎo)致開關(guān)壽命減短,尤其在沒有負(fù)載的情況之下。

  

  這表示玻璃管可關(guān)密封不良或應(yīng)力過大。此狀況可能會(huì)導(dǎo)致玻璃管產(chǎn)生裂縫或破損,如果振蕩振幅過大,這表示玻璃管可能承受過大應(yīng)力而可能導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。在這狀況下,外界的空氣和水汽可能滲入玻璃管,導(dǎo)致開關(guān)上的污染產(chǎn)生。同時(shí),當(dāng)開關(guān)連續(xù)不斷閉合而接觸電阻隨之混亂的小幅變化,這種狀況可能是由污染,密封有裂縫,電鍍層松動(dòng)或剝落造成,可能會(huì)縮短開關(guān)壽命。改變加在線圈上的頻率有時(shí)能察覺出更多有關(guān)共振的問題。開關(guān)噪聲或波動(dòng)的振幅加大或時(shí)間加長也會(huì)顯示出類似的問題。任何時(shí)候, 良好的產(chǎn)品壽命,穩(wěn)定的接觸電阻和正確的操作是你使用的必要條件,同時(shí)還必須針對(duì)開關(guān)進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)測試。

  

  切換電壓:通常以最大的直流電壓(伏)或峰值電壓來表示,是開關(guān)切換時(shí)可承受的最大電壓。電壓過大時(shí),會(huì)產(chǎn)生電弧放電而致一些金屬轉(zhuǎn)換,電弧通常超過5伏,此電弧放電是造成開關(guān)壽命縮短最主要的因素,在5伏至12伏的范圍內(nèi),當(dāng)然取決于電流的大小,大部份開關(guān)還是能多次操作后仍具非常優(yōu)異的特性。大多閉合的干簧開關(guān)無法切換超過250伏,主要原因是當(dāng)開啟開關(guān)時(shí),無法避免電弧放電產(chǎn)生。通常,切換超過250伏時(shí)需使用真空的簧開關(guān),他們可以切換高達(dá)10,000伏。當(dāng)切換電壓低于5伏,不會(huì)有電弧產(chǎn)生,因此無簧片損耗產(chǎn)生,因而干簧開關(guān)的壽命可高達(dá)十億次操作,良好設(shè)計(jì)的干簧繼電器可以切換和分辨非常小,低至10nano 伏的電壓。

  

  切換電流是在開關(guān)閉合時(shí)測量出來的電流值,以直流電或峰值交流電來表示,切換電流越高開關(guān)的壽命越短。

  

  負(fù)載電流:當(dāng)開關(guān)已閉合后可容許流經(jīng)的最大電流,以直流電流或峰值交流電流來表示。 因開關(guān)已經(jīng)閉合了,可容許更大的電流而無簧片損耗情況發(fā)生。唯一可能產(chǎn)生電弧放電的機(jī)會(huì)是在開關(guān)開啟閉合之際。突如其來的高脈沖電流可以指當(dāng)開關(guān)已經(jīng)關(guān)閉時(shí)極短期間內(nèi)流經(jīng)的電流。和機(jī)械式的繼電器不一樣的,干簧繼電器可以切換或流經(jīng)低至10-15安培之小電流。

  

  雜散電容:當(dāng)切換任何電壓和電流時(shí)都會(huì)產(chǎn)生以微法或皮發(fā)為單位的雜散電容,當(dāng)切換一特定電壓和電流時(shí),初期的50 ns是最重要的,因此時(shí)是電弧放電最可能會(huì)發(fā)生的時(shí)候。若切換電路上有顯著的寄生電容產(chǎn)生(與切換的電壓相關(guān)),此時(shí)較大的電弧放電有可能會(huì)發(fā)生,而導(dǎo)致開關(guān)的壽命更縮短。當(dāng)切換任意大小的電壓時(shí),放置一快速電流探針于線路上,觀察最初50納秒實(shí)際的切換情況往往是一個(gè)明智的做法。整體來說,當(dāng)切換電壓超過50伏時(shí),50pico Farads( 10-12 法拉)或更大的雜散電容對(duì)開關(guān)的使用壽命來,已足夠造成很顯著的影響。

  

  共模電壓也是另一種對(duì)會(huì)對(duì)干簧開關(guān)壽命造成顯著影響的參數(shù)。共模電壓的模式取決于線路及不同環(huán)境下,會(huì)在線路中產(chǎn)生雜散電容, 從而造成開關(guān)使用壽命始料未及的大幅減短。相同的,將快速電流探針至于線路上,顯示出在首50納秒的電壓和電流切換狀況,當(dāng)線性電壓在線路顯示或接近敏感線路時(shí)應(yīng)特別注意,這些電壓會(huì)耦接于線路,從而對(duì)開關(guān)的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重危害。通常開關(guān)的質(zhì)量問題被歸因?yàn)楦苫砷_關(guān)制造過程有缺失所致,但實(shí)際上它也可能是電路中不可預(yù)料的情況所致。

  

  切換功率:開關(guān)閉合時(shí)切換的電壓和電流組合,有時(shí)此參數(shù)會(huì)容易混淆,如一能切換200伏,0.5安培,10 瓦特的開關(guān),只要電壓和電流的乘積不能超過10瓦特就好。例如,如果您要切換200伏,同時(shí)這樣您只能切換50毫安培(10-3Amp),而如果您要切換0.5安培,此時(shí)您只能切換20 伏了。

  

  擊穿電壓:通常高于切換電壓,干簧開關(guān)能承受較高電壓,因?yàn)椴煌谇袚Q電壓,不需要考慮斷開時(shí)電弧的放電。對(duì)于大尺寸的真空干簧開關(guān),耐壓可高達(dá)直流15,000伏算是普遍的,有些較小的真空干簧開關(guān)耐壓可以達(dá)直流4000伏,小型充填有氣體的干簧開關(guān)普遍可耐壓達(dá)直流250至600伏。

  

  絕緣電阻是量測出來開關(guān)兩端間的絕緣程度。也正是這一參數(shù)使得干簧開關(guān)與其他開關(guān)相比顯得如此獨(dú)特。 通常干簧開關(guān)的絕緣電阻平均為1x1014歐,這高絕緣電阻可容許漏電流范圍在(picoAmp)和(femptoAmp)間,這就使得一些半導(dǎo)體測試得以可能。當(dāng)測試半導(dǎo)體時(shí),可能有幾個(gè)門并聯(lián), 匯集的漏電流將會(huì)對(duì)測試線路成產(chǎn)生很大的影響。

  

  動(dòng)作時(shí)間是指簧片閉合且停止振蕩后的總時(shí)間,除了水銀開關(guān)外,當(dāng)干簧片閉合并產(chǎn)生協(xié)振時(shí),簧片有足夠強(qiáng)的彈力使協(xié)振動(dòng)作很快就消失而穩(wěn)定下來,通常僅在50μs 至100μs 期間看到一次或兩次的振蕩。大部份小干簧開關(guān)包括振蕩期的操作時(shí)間通常是在100μs至500μs 的范圍內(nèi)釋放時(shí)間是磁場移除后開關(guān)開啟所需的時(shí)間。以一個(gè)繼電器為例,當(dāng)線圈電源關(guān)閉時(shí),一個(gè)很大的反電動(dòng)勢的產(chǎn)生導(dǎo)致干簧片急速開啟,這個(gè)釋放時(shí)間約是20μs至50μs 的范圍。如果一個(gè)二極管跨接線圈,這樣可以消除這反向感應(yīng)脈壓(這電壓可以是100伏至200伏),開關(guān)開啟的時(shí)間會(huì)減慢到大約300μs。部份設(shè)計(jì)師需要短的釋放時(shí)間,但不能有潛在的反向感應(yīng)脈壓耦發(fā)在敏感的數(shù)位電路內(nèi),所以他們會(huì)加一12 伏至24 伏的穩(wěn)壓二極管串聯(lián)至一整流二極管并與線圈并聯(lián)。此時(shí),當(dāng)線圈電源關(guān)閉時(shí),電壓為反向的齊納電壓值,如此已能使開關(guān)在100 μs內(nèi)開啟。


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