中心議題：

• BRIC模塊的電源管理和功耗技術討論

解決方案：

• 采用高可靠性的Ruthenium鍍金磁簧繼電器
• 限製觸點閉合的數量

Pickering Interfaces公司的BRIC模塊在密度很高的格局內安放了很多繼電器。BRIC模塊隻用到了PXI底(di)板(ban)上(shang)左(zuo)手(shou)邊(bian)的(de)插(cha)槽(cao)
，而(er)為(wei)了(le)給(gei)模(mo)塊(kuai)進(jin)行(xing)供(gong)電(dian)
，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)在(zai)底(di)板(ban)上(shang)排(pai)列(lie)比(bi)較(jiao)緊(jin)湊(cou)的(de)右(you)手(shou)邊(bian)的(de)其(qi)他(ta)空(kong)餘(yu)插(cha)槽(cao)，並(bing)且(qie)隻(zhi)消(xiao)耗(hao)一(yi)個(ge)活(huo)動(dong)插(cha)槽(cao)的(de)功(gong)率(lv)（如圖1所示）。
每個繼電器都由一個線圈控製

，而為了連接線圈需要電源激勵，在電源斷開的情況下，繼電器的默認狀態是“斷開連接的”。當越來越多的繼電器閉合後，BRIC的功耗也就越來越高。這篇文檔提供了如何對BRIC模塊的最壞的情況進行估計，而這種估計是由BRIC模塊在很真實的測試環境下的功耗得出的。這種估計表明

，BRIC模塊的功耗比很多其它PXI模塊消耗的功率都要小，並且不用過分強調底板電源。

這篇文檔中還解釋了BRIC模塊功率處理能力的局限性，以及當對高電流信號進行轉換的時候，如何估計功率的損耗。

PXI底板電源說明

底板能夠向模塊提供的電流能力是根據2.1版本中的標準進行定義的。BRIC隻能采用+5V的電源供電，而不考慮其它+12V，-12V和+3.3V的電源。許多PXI模塊的功耗都要比BRIC模塊的功耗大，這主要是因為

，它們需要采用多個電源進行供電。

供電電源的要求是，在+5V電源供電下
，能夠為2號插槽位置中的每一個模塊提供2A的電流，而提供更高的電流給底板。也就是說


，對於一個8槽底板，+5V電源提供給2號插槽的電流必須為14A。由於1號插槽是控製器所占用的
，需要的電流比典型的模塊要高
，因此
，1號插槽中要求更高的電流供應。

另外，底板還需要對其它任何一個插槽提供6A的電流。

BRIC模塊占用了底板中的4個或8個插槽，但是實際隻有一個插槽要用到電源。因此，必須保證對每個BRIC模塊提供6A的電流，不論BRIC模塊的大小。由於任何一個BRIC模塊消耗的底板上的功率都不會大於30W，因此就決定了BRIC模塊和最小的底板配置的兼容性。

BRIC的意義

由於每個BRIC模塊都包含了很多繼電器
，因此，如果所有的繼電器都需要供電的話
，就會超出底板電源多能提供的電源能力了。但是由於所有X軸和Yzhoudejiekoudoukenenglianjiezaiyiqi，yinci，shangmiantidaodeqingkuangbingbushizhenshideceshihuanjingxiachanshengde，erqiehenmingxian，zhezhongzhuangtaizaiceshizhongbingmeiyoushenmeyongchu。

如果想要了解會遇到的功率損耗最糟糕的情況的話

，首先要了解在這種情況下需要閉合的繼電器數量。在相關的文檔中，提到過BRIC的典型應用是將所有的測試裝置輸入點和待測設備輸入點全部連接到X軸上。Y軸隻是在X軸上兩點間簡單的提供連接線。在許多應用中，這樣就意味著，每個BRIC模塊隻需要兩倍Y軸接頭數量的繼電器閉合即可
，一半用於輸入，一半用於輸出。有時
，也會有額外的隔離繼電器會增加需要電源的繼電器數量。

但(dan)是(shi)，上(shang)述(shu)情(qing)況(kuang)好(hao)像(xiang)並(bing)不(bu)是(shi)會(hui)遇(yu)到(dao)的(de)最(zui)糟(zao)糕(gao)的(de)情(qing)況(kuang)。要(yao)求(qiu)最(zui)苛(ke)刻(ke)的(de)應(ying)用(yong)用(yong)戶(hu)需(xu)要(yao)測(ce)試(shi)不(bu)同(tong)接(jie)入(ru)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)短(duan)路(lu)問(wen)題(ti)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)
，被(bei)測(ce)設(she)備(bei)和(he)X軸上的一點進行連接的，而X軸上這點通過X，Y線又和一個萬用表連接。所有可能發生短路的線路都是由通過X軸接頭經由Y軸接口最終和另一端的萬用表連接到一起。然後
，用萬用表測試連續性。

這裏給用戶提出一個簡單的經驗法則，那就是需要閉合的最大的繼電器數量就是矩陣中X軸上所有點的數量。並且還需要在這個數量上加上需要閉合的隔離繼電器的數量，當然，這個數量要遠小於X軸上接口的數量，因此經常可以忽略不計。

在實際的應用中，並不需要同時對所有的X軸上的點進行連續性檢查，因為，一些X軸zhou上shang的de點dian會hui和he測ce試shi裝zhuang置zhi連lian接jie
，也ye有you些xie點dian不bu需xu要yao考kao慮lv連lian續xu性xing問wen題ti，上shang述shu所suo說shuo到dao的de要yao求qiu是shi比bi較jiao苛ke刻ke的de了le。而er且qie，可ke以yi將jiang測ce試shi分fen成cheng不bu同tong的de階jie段duan進jin行xing，這zhe樣yang也ye可ke以yi限xian製zhi繼ji電dian器qi對dui電dian流liu的de需xu求qiu。
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繼電器功耗

BRIC模塊針對不同的模塊功能開發了多種繼電器。每種模塊類型優化了不同的性能和密度要求。所有的BRIC模塊都采用了高可靠性的Ruthenium鍍金磁簧繼電器。

不同類型的繼電器功耗列表如下。 繼電器的功率消耗主要受以下因素影響
，一個是繼電器的大小，另一個是驅動繼電器工作的線圈的效率。

利用以上的信息
，現在可以對BRIC模塊的功率（電流）消耗進行估計了。

BRIC PXI功耗

每個BRIC模塊都有一個PXI接口和其它一些部件，這些部件的功耗和繼電器的驅動線圈需要的功率就沒有什麼直接的關係了。由於所有的BRIC模塊采用的都是相同的approach，因此所有模塊中這方麵的消耗往往是一樣的，不需要考慮模塊中應用到的繼電器的數量。典型消耗的功率為，+5V電源供電，0.75W（150mA）。

對於這樣的功率消耗
，用戶需要加入驅動繼電器線圈的功率。

限製觸點閉合的數量

當不小心增加了過多的觸點閉合數量的話，很有可能會導致過多的電流下拉。

為了避免這種情況的出現，BRIC的軟件驅動器會自動限製閉合的數量。然而，一些用戶會采用他們自己的軟件工具對BRIC進行操作，因此
，每個BRIC模塊還需要重新安裝一個電流額定值為2A的保險絲。這樣不但可以保證模塊不會對PXI底板造成任何損害，而且允許采用高於9W的繼電器功率。這樣安排的話對大部分應用來說已經足夠了。

較高電流信號轉換

 BRIC模塊中還有一個功率的消耗源
，但是這種消耗不是來自PXI底板的電源。如果BRIC模mo塊kuai轉zhuan換huan相xiang對dui較jiao高gao的de電dian流liu信xin號hao的de話hua，開kai關guan上shang的de接jie觸chu電dian阻zu就jiu引yin起qi繼ji電dian器qi消xiao耗hao額e外wai的de功gong率lv
，該gai部bu分fen的de功gong耗hao是shi由you線xian圈quan電dian阻zu溫wen度du的de身shen高gao而er引yin起qi的de。此ci外wai，在zai繼ji電dian器qi和he底di板ban連lian接jie器qi之zhi間jian的de互hu連lian線xian纜lan也ye會hui造zao成cheng功gong率lv損sun耗hao。

了解BRIC模塊中開關的額定值
開關的載流值是指進行冷轉換（沒有連接負責電流時的轉換）時
，開關所能承受的最大的電流值。當電流源連接時，觸電的打開或閉合時的電流值
，要大於開關的額定電流值。

在沒有引入額外的接觸磨損時
，觸點連接和斷開時需要的最大電壓值即是開關的額定電壓值，BRIC模塊中的值為150VDC或100VDC。

額e定ding功gong率lv是shi當dang開kai關guan打da開kai或huo閉bi合he時shi的de電dian流liu和he電dian壓ya乘cheng積ji的de最zui大da值zhi。對dui於yu低di電dian流liu
，高gao電dian壓ya電dian流liu源yuan來lai說shuo
，限xian製zhi因yin素su是shi額e定ding電dian壓ya。而er對dui於yu高gao電dian流liu應ying用yong來lai說shuo，限xian製zhi因yin素su則ze為wei額e定ding電dian流liu。如ru果guo電dian流liu和he電dian壓ya都dou為wei中zhong間jian值zhi時shi
，限xian製zhi因yin素su是shi額e定ding功gong率lv。比bi如ru
，在zai40-562的應用中要求24VDC的電壓，那麼觸點的電流應當限製在0.83A。超過這個值就可能引起過量電弧，進而造成開關接觸材料的腐蝕。

ruguokaiguanshiyongzailengzhuanhuandehuanjingzhongshi，zhixuyaokaolvkaiguanfuzaidedianliuhedianyaedingzhi。kaiguankeyiouerzaijiaogaodeedingdianliuxiagongzuo，danshizheyanghuijianshaokaiguandeshiyongshouming。
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影響開關的因素

當電流流經開關時
，需要考慮的熱原則就是負載電流在繼電器上產生的加熱影響。

BRIC模塊是由大量高品質的磁簧繼電器構成的，這些磁簧繼電器提供了遠高於機電部件的機械可靠性特征。因為像BRIC這(zhe)樣(yang)的(de)係(xi)統(tong)是(shi)由(you)數(shu)量(liang)很(hen)多(duo)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)構(gou)成(cheng)的(de)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)重(zhong)點(dian)考(kao)慮(lv)的(de)是(shi)，在(zai)使(shi)用(yong)繼(ji)電(dian)器(qi)時(shi)就(jiu)會(hui)使(shi)係(xi)統(tong)很(hen)不(bu)穩(wen)定(ding)以(yi)至(zhi)於(yu)不(bu)能(neng)提(ti)供(gong)較(jiao)長(chang)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。磁(ci)簧(huang)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)活(huo)動(dong)部(bu)件(jian)很(hen)少(shao)，因(yin)此(ci)它(ta)們(men)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)是(shi)ATE係統工藝上很好的選擇。

由於磁簧繼電器的結構，決定了磁簧繼電器的接觸電阻要大於同等機電繼電器的電阻值。對於應用在BRIC中的磁簧繼電器，最大的開關接觸電阻為120MΩ（其中不包括兩相40-562係列
，該係列為150 MΩ）。

BRIC模mo塊kuai中zhong還hai有you一yi個ge限xian製zhi負fu載zai電dian流liu的de因yin素su

，就jiu是shi磁ci簧huang繼ji電dian器qi簧huang片pian的de溫wen度du升sheng高gao。該gai溫wen升sheng有you一yi些xie因yin素su共gong同tong決jue定ding，線xian圈quan變bian熱re的de作zuo用yong
，負fu載zai電dian流liu的de變bian熱re作zuo用yong以yi及ji影ying響xiang最zui大da的de開kai關guan外wai殼ke的de熱re性xing能neng。BRIC模塊中繼電器緊湊的排列限製了繼電器的散熱功能，從而導致了磁黃簧片的溫升。

如(ru)果(guo)溫(wen)升(sheng)過(guo)高(gao)的(de)話(hua)
，就(jiu)會(hui)使(shi)磁(ci)簧(huang)簧(huang)片(pian)失(shi)去(qu)磁(ci)性(xing)，從(cong)而(er)不(bu)能(neng)正(zheng)確(que)的(de)進(jin)行(xing)工(gong)作(zuo)。可(ke)以(yi)將(jiang)觸(chu)點(dian)焊(han)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)，但(dan)是(shi)這(zhe)樣(yang)經(jing)常(chang)會(hui)使(shi)開(kai)關(guan)在(zai)打(da)開(kai)觸(chu)點(dian)的(de)時(shi)候(hou)出(chu)錯(cuo)。

40-560係列和40-561係列BRIC模塊的最大負載電流是0.5A，接觸電阻是120 MΩ，開關觸點閉合時會產生30mW的功耗。這個結果要好於線圈產生的65mW到100mW的功耗。一些額外的溫升也是很明顯的，但是並不是至關重要的。額外的溫度作用影響不大。

40-562係列BRIC模塊的額定負載電流是1.2A
，開關觸點上的功耗較高，對於單相的來說是173mW。這裏額外的功率損耗要多於線圈上的功耗。

“最糟糕的情況”是40-562係列中的兩相BRIC版本，在這個版本中原則上兩個觸點可以分別負載1.2A的電流。這種情況下，每個觸點消耗的功率的最大值為216mW

，加上線圈的功耗（66.7mW）。整個封裝的功率損耗將近500mW。這個熱量需要從繼電器中導出。為此，專門設計了PXI底板上的強製空氣冷卻以及BRIC外殼上的通風係統解決這個問題。即使這樣，BRIC模塊功率的損耗甚至是最糟糕的情況下的功耗，也依然低於大多數高速數字，模擬半導體設備。

在zai靜jing態tai狀zhuang態tai下xia對dui開kai關guan進jin行xing了le測ce試shi。但dan是shi在zai多duo數shu情qing況kuang下xia，矩ju陣zhen不bu會hui以yi這zhe種zhong靜jing態tai的de方fang式shi進jin行xing應ying用yong
，因yin為wei整zheng個ge係xi統tong會hui不bu斷duan的de設she置zhi為wei不bu同tong的de狀zhuang態tai，因yin此ci，矩ju陣zhen一yi般ban情qing況kuang下xia會hui工gong作zuo在zai比bi較jiao良liang好hao的de工gong作zuo環huan境jing下xia，而er不bu是shi工gong作zuo在zai最zui糟zao糕gao的de情qing況kuang下xia。

BRIC矩陣兩個X觸點之間的總的通道電阻由另外的部件構成，這些部件又會增加BRIC係統的功率損耗。首先兩個獨立的繼電器通電形成一個回路，這些繼電器物理位置上是分開的，並且不在一個封裝內。熱量(功率)損失位於該設計的兩個不同點上。另一個損失的源頭是，PCBbanshangdebuxiandianzuhuizengjiashejibanshangdejiaochadianshangdewenshengzuoyong。zibankahedibanzhijianlianjieqidejiechudianzuyeshigonglvsunshideyigeyuanyin，danshi，taxiangduiyuqitayuanyinchanshengdegonglvsunhaoyaoxiaodeduo。

上述所有案例中，BRIC在進行轉換時的熱量損失都僅僅和負載電流相關，同轉換模塊的“功率“無關。如果負載電流低於模塊所能承受的額定電流，那麼熱量（功率）損失就會降低很多（可以使當前的功率損耗減小一半）。

BRIC模塊設計，避免了由自身產生的熱量的最壞影響，而這些影響包括線圈驅動和觸點的功率損耗。在實際應用中，BRIC模塊會在比較好的環境下工作。

總結

BRIC模塊在很多種溫度變化的環境下進行過測試
，而不僅僅是對實際應用的環境下進行測試
BRIC模塊的使用方式
，是在任何時候都隻需要一定數量的繼電器閉合
BRIC模塊的功耗一般情況下要遠低於PXI底板上的其它模塊
提供的軟件驅動器可以在任何情況下控製繼電器的閉合數量，從而控製電流消耗
每個BRIC模塊都包含了可重置的保險絲，該保險絲可以用來保護底板在過多觸點閉合時發生的誤操作下不受到損壞