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干簧管开关保护和负载转换(一)
发布时间:2021-01-28 16:03浏览次数:1433

        干簧管的接触特性是取决于开关的尺寸、干簧片之间空隙的大小或安匝数级别、触点材料及玻璃管内气体等因素。在特定的负荷下操作,为了令开关的寿命更长,一些预防措施是必要的。因为一个干簧开关只是一个带可动零件的机械式的装置,干簧片的磨损可能会缩减它的寿命。

        如果切换无负荷或负荷电压低过5V@10mA时,开关的磨损程度是很小,甚至无磨损,这时它可以操作超过十亿次。如果负荷电压达到10V,开关的磨损程度就会相对地增加,磨损程度取决于开关切换多少的电流。一般而言,切换电压是10V 和电流是10mA,预期的干簧管寿命可以操作五千万次到两亿次,在同样的环境下,如果希望开关更长寿而又不能减低实际需要切换的负荷,那么含水银的干簧管可能是最佳选择,这种开关含少量的水银,因此在任何时候干簧片之间都是没有净金属传送的,这种含水银的开关,在10mA 下转换上百伏的电压也可达数十亿次。

        通常我们建议切换直流负荷,我们的所有开关寿命测试数据也都是在这种情况下获得的,同时应该要注意避免带有导向或蔓延的功率因素。当开关打开时,负荷带有整体的净电感会对开关带来巨大破坏,因为开关打开过程是十分快的,在公式#1 内的di/dm 会变得非常大而且开关会承受电弧放电。

        开关有整体的净电容性负载时,开关闭合会有电流涌入,从而导致开关损毁并甚至令干簧片互相黏住,具体情况取决于总电容负载,现时电压和串联的电阻值。

        钨丝灯泡对干簧管而言是一个非常普遍的切换负载,尤其是在汽车工业中, 由于钨丝是冷的,一旦开灯有电流流入时,钨丝内的电阻会急速地提升来减低电流。一般的电流冲击是10  到20次,之后会进入稳定期。如要确定电流流入的多少,冷钨丝电阻是很重要的,加配一些串联电阻到同一个线路内可以令开关寿命得到显著的改善。

电容与电感负载

        当切换任何电压和电流时,寄生电容有一定的代表性,当切换既定的电压和电流时,首50ns(50x10-9秒)是最重要的,因为这是电弧放电期。

当寄生电容切换为恒流输出电压
开关闭合时可能会有电流大量涌入从而造成开关寿命明显缩短。

        如果线路上的寄生电容数量较大(取决于切换的电压量),这时更大的电弧有可能会发生,因此会缩减开关的寿命。当切换任何较大的电压时,放置电流探针于线路中来查看首50纳秒确实的切换情况往往是一个明智的方法。整体来说,当切换电压超过50伏时, 50pF( 10-12  法拉)或更多的电容会对开关预期寿命产生显著的影响。如果干簧开关的操作是线控,这条线的作用可以相当于一条长的电容,防护物和其它电容性的组件都能为涌入的电流提供电容。

         共享电压模式也是要注意一个方面,它对干簧开关的寿命也有很大影。在不同的线路和环境下共享电压模式可以对寄生电容产生影响并非预期性的减低干簧开关寿命。(见图#47) 重申一遍,一只快速的电流探针可以在首50ns  探测到惊人的切换电压和电流,这个值与电路的本身实际负荷无关。当有线路电压存在或接近敏感线路就应十分小心。这些电压在线路上可能连接成电路,从而影响到您所要求达到的产品使用寿命。

        磁簧开关的使用寿命缩短通常都被归因于开关本身的问题,而实际情况是可能是线路上预料之外的情况所造成的。

共享电压模式令寄生电容充电并切换流经过触点,这会急速地减低干簧开关的寿命的,
因此避免这种情况是十分重要的。

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