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汽车继电器的使用指南

发布时间:2010-4-21     点击次数:5682次    打印本页面    返回

    汽车继电器是指专门应用于汽车产业中电器控制的继电器,它是随着汽车电子、电器产品发展起来的一种门类,广泛用于控制汽车起动、预热、空调、灯光、雨刮、电喷、油泵、防盗、音响、通讯、导航、电动风扇、冷却风扇、电动门窗、安全气囊、防抱死制动、悬架控制以及汽车电子仪表和故障诊断等系统中,它是仅次于传感器在汽车产品上应用最多的汽车电子元器件之一。

    汽车控制继电器有两个主要部分。一个是控制系统。另一个是被控制系统。汽车继电器之所以能起控制作用,是因为当它的控制系统中输入某种信号。例如电、磁、热、光等物理量达到一定值时,能使被控制系统(又称输出回路)的被控制置由零突变到一定值。或者由一定值突变到零,从而达到控制、保护、传递和转换信息等作用。以小电流控制大电流,就是汽车控制继电器的特点。

    汽车控制继电器技术要求苛刻。因为它要适应震动、高温、低温、潮湿以及油、盐、水等侵蚀性恶劣环境。要求寿命长、高可靠、体积小、低消耗,同时具有电磁兼容性、阻燃性、响应速度快等性能。真可谓又要马儿跑。又要马儿不吃草。作为汽车控制继电器。它必须要达到这些要求。

1 汽车继电器的分类

    汽车继电器的分类方式很多种,但根据其引出脚形式及功能不同大致可分为以下形式:
    ACR01系列、ACR02系列、ACR03系列、ACR04系列、ACR05系列、ACR06系列、ACR07系列、ACR08系列、ACR09系列、ACR10系列、汽车继电器插座等产品。
   2 输入参量选择原则

    汽车继电器在选用时主要考虑以下输入参量:
    ● 线圈额定电压;
    ● 线圈功耗;
    ● 动作电压、释放电压;
    ● 最大连续电流;
    ● 线圈电阻;
   ● 脉冲输入参量的脉宽(磁保持继电器)。
    输入参量选择时需关注以下参数:
    a) 环境温度:汽车继电器的使用环境温度,一般分为引擎舱(最高极限温度为125℃)和驾驶舱(最高极限温度为85℃),使用环境的温度和继电器线圈自身的温升会对继电器的动作电压、释放电压产生影响。继电器线圈电阻随温度的变化而变化,温度每上升1℃, 线圈电阻会上升4%。继电器线圈电阻发生变化后,其动作电压、释放电压也将发生变化。当继电器线圈通电一段时间后,线圈发热,或者继电器所处环境温度升高。这时进行继电器触点切换动作,其动作电压高于冷态动作电压。
    b) 动作电压:用晶体管和集成电路驱动继电器时,由于晶体管和集成电路内部存在压降,可能造成继电器线圈两端的电压太小,无法驱动继电器动作。
    继电器线圈断电时产生的反电势对晶体管和集成电路有破坏作用,如果有必要,线路设计时需增加保护电路,或选择带电阻或续流二极管型号的继电器。
    c) 线圈额定电压:继电器动作后,如果降低保持电压(或提供给继电器线圈的电压较低)会减弱产品抗振性,有可能在汽车剧烈颠簸时,导致继电器发生误动作。推荐使用的保持电压应高于80%的额定电压。
    d) 线圈最大工作电压:汽车继电器为满足低动作电压的要求(60%额定电压),一般设计功耗较高,长期施加在线圈上的电压值,一般应小于120%额定电压,若需达到130%额定电压及以上值时,请与爱克斯联系取得技术支持。特别在高温下使用,会造成线圈温度过高,绝缘件加速老化,严重时有可能发生线圈绝缘层损坏,匝间短路而使继电器失效。
    e) 释放电压:汽车继电器释放电压一般为10%额定电压,当线路上残余电压过大,会造成继电器不释放。


3 输出参量选择原则

    继电器输出参量选用时应考虑以下参数:
    ● 触点组数;
    ● 触点形式;
    ● 触点负载;
    ● 触点材料;
    ● 电耐久性。

    3.1 负载类型: 汽车系统电源采用的是直流,直流负载的电伏比交流更难断开,因为交流负载存在过零点,触点电弧无法维持而熄灭,而直流电没有过零点电压,触点开断瞬间,即产生电弧,且由于外加电压持续保持,因而电弧被拉长,不能自主而熄灭,电弧热能会使触点严重烧损。此外直流负载的电流总是朝一个方向流动,会引起触点材料定向转移。
    大多数汽车继电器负载能力,只标称阻性负载,但汽车继电器实际使用中往往不是阻性负载,还有感性负载、灯负载、电机负载,因此存在较高的冲击电流,应根据冲击电流的大小选择使用,以冲击电流不超过标称阻性负载为原则。
    应该强调,触点故障是继电器失效的主要原因。触点在不同负载类型、不同负载大小条件的电接触特性、失效现象及失效机理是有差别的。下面分别就不同负载类型进行说明:
    a) 大灯负载:由于汽车大灯冷态电阻很小,接通瞬间的浪涌电流高达稳态电流的15倍。如此大的浪涌电流会使触点迅速烧蚀,甚至产生熔焊失效。
    b) 电机负载:电动机静止时输入阻抗很小,启动瞬间浪涌电流很大。当电动机启动后,产生内部电动势,致使触点电流趋于减小,而且关断时,触点间会出现反电势,常常会引起拉弧,造成触点烧蚀。
    c) 感性负载:电磁铁接通瞬间会出现浪涌电流,关断时,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。
采用RC网络、二极管、压敏电阻等触点保护装置可减少触点的烧蚀。
    d) 低电平:低电平一般指开路电压为10mV~100mV,触点转换电流为微安级到10mA。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,因此,对于汽车中需切换低电平信号如车载通讯、音响和GPS信号时,一般选用通讯继电器来切换。
    输出选择原则:
    a) 最大开断电压、最大开断电流、最大开断功率以及动作频次均不应大于规定值,若超过说明书中规定的使用范围,须与宏发联系以取得技术支持;
    b) 汽车继电器负载电压通常是12VDC,但使用到柴油车时是24VDC,一般应确定该汽车继器    

    是否有24VDC规格;
    c) 触点负载应大于最小允许负载,避免信号传输错误,汽车继电器一般为1A 6VDC;
    d) 在使用继电器控制的线路中,应充分考虑继电器的各种触点短路、开路故障,设计必要的电路避免因此造成电源短路或影响行车安全等严重的事故;
    e) 当继电器使用时,应根据负载冲击电流的大小,参照最新产品说明书进行选择,并进行实际负载开断试验;
    f) 在选择继电器时,不要只根据外壳上标注的负载值,而应参照最新产品说明书进行选择,注意触点额定电压为12VDC或24VDC,寿命次数为多少;
    g) 产品使用于车载通讯、音响、定位系统等低电平负载场合时,应选用相应的通讯继电器,该类继电器有分叉触点,接触可靠性高,但必须确定其抗振动、冲击性能是否满足要求;
    h) 继电器正常使用时可以不加灭电弧电路,在开断具有冲击电流、冲击电压的负载时,加入适当的灭弧电路(见表1)不但可以延长产品寿命,还可以降低对其它元件的电磁干扰。但特别应防止出现电路振荡,以免产生相反效果,应尽量根据实际电路进行灭弧效果测试;
    i) 继电器寿命的寿命周期是否与汽车模块平衡;
    j) 触点材料与负荷的种类是否符合。特别是用于闪光灯负载和低电平负载使用时必须注意;
    k) 环境应力会降低继电器寿命,应确认选择的汽车继电器满足环境应力的要求。

    3.2 触点材料: 触点材料是继电器使用的最关键的材料,其性能高低决定继电器的质量水平。各种触点材料的特点、使用场合各不相同,下面分别进行介绍:

4 时间参量选择原则

    继电器的时间参量选择时应考虑以下参数:
    ● 动作时间;
    ● 释放时间;
    ● 吸动回跳时间;
    ● 释放回跳时间。
    继电器时间参数定义如下:

    选用时注意事项:
    a) 在汽车继电器使用时一般对于时间参数不关注;
    b) 关注组合汽车继电器的时间,如闪光频率。


5 环境条件选择原则

    5.1 温度:继电器选用时应考虑以下环境条件参数:
a) 高温条件下,绝缘材料易软化、熔化;低温条件下,材料易龟裂。但选择性能优良的工程塑料,均可以满足要求;
    b) 高、低温交替作用下,容易造成结构松动,活动部件位置发生变化,导致动作、释放失控,触点接触不良或不接触;
    c) 低温下,继电器内部水汽凝露、结冰,导致继电器不动作或触点不能可靠接通;
    d) 高温条件下,线圈电阻增大,吸动电压相应增大,当汽车蓄电池电能不足时会造成继电器不动作;
    e) 高温条件下,触点切换功率负载时,断弧能力降低,触点腐蚀、金属转移加剧,寿命缩短。

    5.2 湿热:湿热对继电器性能构成威胁,具体表现如下:
    a) 长期湿热将直接导致绝缘抗电水平的下降,以致完全失效;
    b) 非密封继电器在湿热条件下,线圈因电化学腐蚀或霉变而断线,触点电化学腐蚀、氧化加剧;金属零件腐蚀速度显著上升,继电器性能变坏,工作可靠性变差,以致完全失效;
    c) 在湿热条件下,触点带电切换负载时,会使拉弧现象加剧,导致电寿命缩短。

    5.3 冲击、振动:冲击、振动条件下,将对继电器产生以下不良影响:
    a) 造成结构松动、损伤、断裂而丧失工作能力。
    b) 闭合触点产生大于规定要求的瞬间断开。
    c) 继电器误动作。
    选用时应注意:
    a) 产品使用温度范围要求应适当低于产品的极限工作温度范围;在高温下工作时,开断负载应适当降低。
    b) 在潮湿(湿度超过RH85%)、腐蚀性气氛条件下使用时,应采用塑封继电器。
    c) 继电器振动、冲击性能应满足模块或整车要求;并进行相应试验。
  

6 安全参数选择原则
继电器选用时应考虑以下安全性能参数:

    6.1 绝缘材料:产品使用的绝缘材料应具有良好的耐温性能,长期工作温度应达到125℃。

    6.2 绝缘耐压水平:继电器的耐压分为触点间耐压、绝缘电阻;触点线圈间耐压、绝缘电阻。汽车继电器的典型值是耐压500VAC、绝缘电阻100MΩ。

    6.3 电磁兼容:电磁兼容(EMC)是汽车继电器在电磁环境中工作时不干扰或不受干扰的能力。电磁兼容(EMC)已经成为产品质量的一个重要判断标准。电磁兼容(EMC)分为电磁干扰(EMI)和电磁抗干扰(EMS)。由于汽车继电器使用的是统一电源,继电器线圈断开时会形成高压,干扰其他系统和模块,因此,插入式汽车继电器通常会有并联电阻或二极管进行瞬态抑制,使线圈反电势小于100V。
继电器触点开断时产生电弧,发射出电磁波,会影响IC工作。如果出现这种情况,可在触点加灭弧电路。也可以适当加大继电器与IC的距离。


7 安装、使用选择原则

    7.1 安装、储存
    a) 引出端的位置应与印刷板的孔位吻合,任何配合不当都可能造成继电器产生危险的应力,损害其性能和可靠性;
    b) 继电器插入线路板后,不得扳弯引出脚,以免影响继电器密封或其他性能;
    c) 插装过程中不能对继电器外壳施加过大压力,以免外壳破裂或动作特性变化;
    d) 快速连接脚的插、拔压力为10公斤力。太大插拔力会造成继电器损坏、压力太小会影响引出脚和连接器的接触可靠性和载流能力;
    e) 特别强调的是,在安装时若不慎继电器掉落或受到撞击后,电气参数虽然合格但其机械参数可能发生较大的变化,存在严重隐患,应尽量不使用;
    f) 继电器应在洁净的环境中存储和安装。

    7.2 涂焊剂:PCB板式非塑封继电器极易受焊剂的污染,建议使用抗焊剂型或塑封型继电器以防止焊剂气体从引出端和底座与外壳的间隙侵入,抗焊剂式继电器如采用预热焙烘(100℃,1min),则能进一步防止焊剂侵入。

    7.3 焊接工艺:当使用涂焊剂或自动焊接时,应小心使用,不要破坏继电器性能,抗焊剂型继电器或塑封式继电器可适用于浸焊或波峰焊工艺,焊锡温度在240℃~260℃,时间3s~5s。但焊锡不得超过线路板。手工焊接温度为350℃左右,时间2s~3s。避免对继电器多次焊接。

    7.4 清洗工艺:应尽可能使用免清洗助焊剂进行焊接,禁止对继电器进行整体清洗,防止清洗剂进入继电器导致失效。禁止使用超声清洗,以免超声波能量产生触点冷焊、漆包线断线及其他结构损坏。

    7.5 涂保全剂:有时继电器使用商为保证线路板的防潮、提高绝缘的要求,对线路板在安装完元器件后,采用保全剂喷涂处理。使用该工艺时应选用不含有机硅、柔性较好的保全剂。并选用塑封型继电器。喷涂过程中,禁止在继电器处于高温状态时喷涂、避免继电器因负压而吸入保全剂而失效。建议在常温下喷涂后,尽快进行高温烘干。

 

 

 

                                               
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