【導讀】隨(sui)著(zhe)高(gao)性(xing)能(neng)機(ji)電(dian)繼(ji)電(dian)器(qi)在(zai)軍(jun)事(shi)和(he)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)應(ying)用(yong)中(zhong)繼(ji)續(xu)發(fa)揮(hui)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)
，工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)滿(man)足(zu)所(suo)有(you)電(dian)氣(qi)要(yao)求(qiu)。一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)領(ling)域(yu)是(shi)通(tong)過(guo)符(fu)合(he)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)規(gui)格(ge)來(lai)延(yan)長(chang)繼(ji)電(dian)器(qi)開(kai)關(guan)在(zai)容(rong)性(xing)瞬(shun)態(tai)高(gao)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。電(dian)容(rong)器(qi)會(hui)產(chan)生(sheng)高(gao)電(dian)流(liu)浪(lang)湧(yong)，會(hui)對(dui)此(ci)類(lei)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)產(chan)生(sheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。這(zhe)些(xie)瞬(shun)變(bian)雖(sui)然(ran)性(xing)質(zhi)非(fei)常(chang)短(duan)暫(zan)，但(dan)可(ke)以(yi)大(da)大(da)超(chao)過(guo)高(gao)性(xing)能(neng)機(ji)電(dian)繼(ji)電(dian)器(qi)中(zhong)觸(chu)點(dian)的(de)穩(wen)態(tai)額(e)定(ding)值(zhi)。

隨(sui)著(zhe)高(gao)性(xing)能(neng)機(ji)電(dian)繼(ji)電(dian)器(qi)在(zai)軍(jun)事(shi)和(he)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)應(ying)用(yong)中(zhong)繼(ji)續(xu)發(fa)揮(hui)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)
，工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)滿(man)足(zu)所(suo)有(you)電(dian)氣(qi)要(yao)求(qiu)。一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)領(ling)域(yu)是(shi)通(tong)過(guo)符(fu)合(he)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)規(gui)格(ge)來(lai)延(yan)長(chang)繼(ji)電(dian)器(qi)開(kai)關(guan)在(zai)容(rong)性(xing)瞬(shun)態(tai)高(gao)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。電(dian)容(rong)器(qi)會(hui)產(chan)生(sheng)高(gao)電(dian)流(liu)浪(lang)湧(yong)，會(hui)對(dui)此(ci)類(lei)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)產(chan)生(sheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。這(zhe)些(xie)瞬(shun)變(bian)雖(sui)然(ran)性(xing)質(zhi)非(fei)常(chang)短(duan)暫(zan)

，但(dan)可(ke)以(yi)大(da)大(da)超(chao)過(guo)高(gao)性(xing)能(neng)機(ji)電(dian)繼(ji)電(dian)器(qi)中(zhong)觸(chu)點(dian)的(de)穩(wen)態(tai)額(e)定(ding)值(zhi)。

dangkehuzhengqueshibierongxingfuzaibingjiangqibaohanzaijidianqigongnengfanweineishi

，keyishixiangenggaochengdudeyingyongjidianqijianrongxing。shiyongdianyongyizhiyuanjiantiaozhengjidianqidianlushejikenengyiweizhedafujianshaorongxingshuntaigaodianliufuzai，bingkeyiyanchangjidianqichudianshouming，bingquebaozaiqiedingchanpinxingnengguigefanweineishiyongdejidianqijiangmanzuzuizhongyingyongdefuzaikaiguanyaoqiu。

電容式浪湧觸點損壞

偶(ou)爾(er)在(zai)軍(jun)事(shi)和(he)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)繼(ji)電(dian)器(qi)開(kai)關(guan)應(ying)用(yong)中(zhong)
，可(ke)能(neng)會(hui)出(chu)現(xian)令(ling)人(ren)驚(jing)訝(ya)的(de)電(dian)容(rong)浪(lang)湧(yong)源(yuan)。一(yi)個(ge)例(li)子(zi)是(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)材(cai)料(liao)的(de)快(kuai)速(su)加(jia)熱(re)和(he)冷(leng)卻(que)
，可(ke)能(neng)是(shi)由(you)於(yu)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)非(fei)常(chang)短(duan)的(de)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)脈(mai)衝(chong)，這(zhe)超(chao)出(chu)了(le)產(chan)品(pin)的(de)性(xing)能(neng)規(gui)格(ge)。這(zhe)種(zhong)超(chao)額(e)會(hui)導(dao)致(zhi)觸(chu)點(dian)的(de)材(cai)料(liao)熔(rong)斷(duan)和(he)分(fen)離(li)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)操(cao)作(zuo)。

電容從何而來？

suiranfeichangdadedianjiedianrongqishigongchengshiyujihuichuxiangaodianliulangyong
，dandianluzhongtongchanghaiyouqitabutairongyishibiededianrongyuan。dianrongqishiwuyuanqijian，kedikangshunshidianyabianhua
，tongshiyunxushunshidianliubianhua
，zaidianliulangyongshikuaisuxishouheshifangdaliangnengliang。

一個鮮為人知的高電容和浪湧電流來源是軍事和航空航天應用中DC/DC開關電源轉換器中常見的EMI ［電磁幹擾］濾波。（圖 1。轉換器的快速開關會產生大的不連續電流變化
，需要大量濾波以降低傳導高頻EMI噪聲。流行的解決方案是在 DC/DC 轉換器的輸入和輸出上使用低通濾波器。

圖1：典型 DC/DC 轉換器的框圖。

NTC限流器器件

有一類電阻器件可以提供大量的電流浪湧限製。專用電阻器稱為NTC或負溫度係數熱敏電阻。它提供高初始電阻，隨著電流而器件溫度升高，初始電阻會迅速下降到低得多的值。

在室溫下，高初始標稱電阻通過快速吸收能量並在熱時間常數內耗散能量來限製浪湧電流峰值。限流器NTC的電阻比其初始值下降30至50倍。移除電源後，根據下圖中的熱時間常數曲線，以下實驗中使用的NTC器件在大約五分鍾內恢複到室溫（圖2）。

圖2：NTC熱時間常數。

NTC測試：重複循環效果

NTC器件在相對較短的熱時間常數內自熱
，同時大大降低其內阻。NTC的快速脈衝表明對自熱溫度的響應是多麼敏感和快速。當在不到三秒的時間內用四個脈衝事件測試5歐姆NTC時，初始峰值電流水平從5.4 A增加到8.5 A
，增加了57%。NTC器件的熱時間常數通常僅在初始浪湧電流脈衝電平期間使用，然後允許冷卻，這實際上為下一個大電流開關事件“重置”NTC。

負載測試 NTC 限流器

決定設置測試來表示輸入和輸出EMI濾波器以及輸入和輸出DC/DC轉換器電容器和電感器。開發板測得的總容性負載為717.6 uF，因為實際上所有濾波電容都是並聯的。測試開發板的過程涉及通過選定的開關提供直流線圈驅動電壓，以在負載開關條件下禁用/啟用NTC器件的每個值。

NTC 負載測試壽命配置

為了測試NTC器件
，確定開發板的輸出端需要阻性負載。阻性負載的目的是模擬為應用供電的 300 W DC/DC 轉換器。實驗工作確定
，NTC溫升和隨後的內阻變化可以通過在繼電器壽命測試期間控製開關電流脈衝的循環速率和占空比來管理。

圖3：框圖：測試開發板。

NTC 開關子組件具有延時子組件和分流繼電器
，在每個脈衝線圈事件開始後約 20 毫秒內運行
，從而有效地打開通過負載的電流路徑。這導致繼電器組合承載步進電流
，但不斷開電流路徑。

繼電器壽命測試程序涉及提供 26.5 Vdc 線圈驅動電壓，分別切換到六個繼電器。26.5 Vdc 負載電源電壓進入負載使能 FCA-325 3PDT 25 A 繼電器。然後通過 NTC 關閉/打開 FCA-125 SPDT 25 A 繼電器進行路由
，以單獨插入 NTC 設備或在電路中沒有 NTC 的情況下進行測試。由 26.5 Vdc 電源供電的 3.0 歐姆無感負載電阻的連接可提供 9 A 的標稱負載（約 239 瓦）用於開關。

NTC 負載測試壽命結果

無NTC：第一次繼電器壽命測試是在電路中沒有NTC器件的情況下進行的。繼電器以 20 個周期/分鍾的速率循環，並在開關事件開始時顯示出尖銳的高電流瞬變。脈衝達到26.8 A的峰值，持續時間為680微秒，是20.2 ms僅製造/攜帶電流時間的一部分。電流水平穩定在9.2 A的穩態水平。非NTC負載測試在計劃的50，000個周期中大約26
，000個周期提前終止。這是由於接觸“粘”或點焊重複多次，並支持無限製容性浪湧開關通常是觸點粘連的主要原因的論點。

5歐姆NTC：在繼電器壽命測試期間單獨使用每個NTC值

，5歐姆的最高標稱電阻NTC具有最大的峰值電流浪湧減少。峰值電流水平從 4.80 安培開始
，比電路中沒有任何 NTC 的壽命測試減少了 82% 以上。峰值電流脈衝持續時間在3.84 ms處測量
，然後衰減到3.20 A的階躍電流。在測試開始時
，僅製造/攜帶脈衝長度測量為18.20 ms。

在中間周期再次記錄測試測量值
，並在50，000個開關周期結束時，然後與初始讀數進行比較。由於NTC器件的熱特性
，工作溫度的輕微升高會嚴重影響峰值電流水平
，因為它增加了58%以上
，達到7.60 A。經證實，階躍電流水平增加了38%，達到4.40 A。

NTC壽命測試摘要

分析了峰值浪湧和穩態階躍電流電平波形
，以了解任何實質性趨勢。正如預期的那樣，NTC/繼電器組合的快速循環確實隨著時間的推移提高了各自的峰值和步進電流水平;然而
，即使是最低的NTC值
，浪湧也低於最大繼電器觸點額定值。

測試表明，對於1歐姆NTC，峰值浪湧電流的最大增益為36%
，當5歐姆NTC在電路中時增加到58%。階梯電流的增長要溫和得多
，範圍從6%到最高38%。在測試期間比較了NTC外殼溫度，比環境溫度略微升高6至7°F，或升高8%至10%。NTC溫度的微小變化證實了它會影響繼電器壽命測試循環期間的峰值和步進電流水平。

觸點評估
，NTC後壽命測試

在壽命測試結束時，將五個繼電器中的每一個從NTC/jidianqikaiguanbanshangquxiabingjinxingdianqiceshi，yiquerenmeigejidianqidoumanzushouminghouceshicanshuxianzhi。duidiyigejidianqizhongchangkaihekeyidongchudiandehuigubiaoming，shizhixingdechudianruyuqidenayangshoudaowuzhiqinshihezhuanyi。gaijidianqizaimeiyourenheNTC電流限製的情況下切換了全容性負載，測試停止在26K周期，由於反複觸點點焊，遠低於50K周期。可移動接觸麵上有接觸材料粘附和斷裂的視覺跡象，這有助於點焊和移動接觸表麵的機械結合。

當電路中帶有NTC的繼電器被打開和分析時
，講述了一個完全不同的視覺故事。通過 1 歐姆 NTC 切換負載的繼電器估計減少了 40% 到 50% 的材料傳輸，並大大減少了“錐形和隕石坑”的影響。通過測試，繼電器通過最高電阻NTC（5歐姆）切換
，常開觸點上有輕微的材料堆積
，可移動觸點上有較小的相應坑。

展望未來

用戶應用通常涉及來自常見EMI濾波源的容性負載。通過在熱時間常數限製內使用NTC器(qi)件(jian)，它(ta)們(men)被(bei)證(zheng)實(shi)可(ke)以(yi)大(da)大(da)減(jian)少(shao)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)和(he)由(you)此(ci)產(chan)生(sheng)的(de)接(jie)觸(chu)材(cai)料(liao)侵(qin)蝕(shi)。實(shi)驗(yan)表(biao)明(ming)，當(dang)存(cun)在(zai)容(rong)性(xing)負(fu)載(zai)時(shi)
，浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)降(jiang)低(di)和(he)觸(chu)點(dian)侵(qin)蝕(shi)的(de)減(jian)少(shao)通(tong)過(guo)幫(bang)助(zhu)用(yong)戶(hu)保(bao)持(chi)在(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)額(e)定(ding)產(chan)品(pin)性(xing)能(neng)規(gui)格(ge)範(fan)圍(wei)內(nei)
，延(yan)長(chang)了(le)繼(ji)電(dian)器(qi)觸(chu)點(dian)的(de)開(kai)關(guan)壽(shou)命(ming)。這(zhe)些(xie)改(gai)進(jin)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)設(she)備(bei)在(zai)軍(jun)事(shi)和(he)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

（來源：中電網
，作者：MIKE BALDWIN）

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