减小干簧继电器之间磁场影响(磁耦合)的实用方法

  典型继电器矩阵实验数据

继电器矩阵可用多种方式进行配置。这里我们只就五 种典型配置进行数据分析。

另外对磁极性的考虑也有局限性。这里呈列的配置和 磁极性说明了一些最不利的继电器磁场相互影响。

实验配置

我们选择 0.20″宽的模压SIP继电器来做实验。测试矩 阵配置如图 2（下方）。

当所有环绕 RUT（待测继电器）的继电器都被相同的 磁极性激励时，我们才进行数据的采集。一旦所有继电器受激励，那么待测继电器（与周围继电器具有相 同的磁极性）被增大激励到吸合点。采用类似的方式 去采集断开电压数据。

所有数据的采集都是在线圈电压为 5伏的情况下进行 的。如果采用较高电压线圈，而安培匝数却相同，那么实验结果是类似的。安培匝数越高，磁相互影响就稍微偏大。

磁屏蔽继电器显示的实验数据有所不同。这是由于其 内部含有磁屏蔽片并且是继电器整体的一部分（图 3）。

数据分析 总的来说，在最不利磁相互影响条件下，当所有继电

器磁场具有相同极性且所有的磁场均来自相邻继电器

时，矩阵中存在吸合电压变化（图 2）。当矩阵中的 继电器为端对端排列时（图 2d和 2e），磁场影响稍微 有所降低。可在图 3b中看到此影响，显示了十个和十五个继电器矩阵中的磁场影响降低。

在预期的最不利条件下，断开电压无需过多关注，由 于断开电压增加的幅度与吸合电压相同，因此它们的电压变化大致相同。如 如果相邻继电器的磁极性与待 测继电器相反，那 么断开电压就要重点关注了。我们 可以通过给继电器分配适当的电压极性和使用一致的 继电器来避免此种情况。

吸合电压的变化值（ △PI）是受磁影响时的吸合电压 减去未受磁影响时的吸合电压。在 5 V公称线圈电压的 条件下，计算吸合电压增加的百分比。我们用数学公 式加以说明。

％ △PI = △PI(100)/5 volts                                公式 1

在给定的矩阵中，具有不同吸合电压水平的所有继电 器的吸合电压变化值基本相同。例如：如果一个继电器在不受磁影响下吸合电压为 2.3V，而在磁影响下变 为 2.7V（ △PI为 0.4V）。现在来看同一矩阵且相同条件中的另一个继电器，起始吸合电压为 2.6V，受到磁 影响时吸合电压升至 3.0V（ △PI也是 0.4V）。

计算磁场相互影响

为进一步检查干簧继电器受磁场相互影响的程度， 我们使用图 2b中三个继电器矩阵作为例子，产品是 SIL继电器，线圈电压是 5V，相邻继电器中心距离为 0.20″（无磁屏蔽设计）。所有测试均围绕中间继电 器展开，其实际吸合电压为 2.6V。给朝外两个继电器线圈通 5V电压将其驱动。

中间继电器受激励，然后就可计算出其预期吸合电压 的变化。

首先计算吸合电压的变化。例如：将用到以下这些公 式：

△PI ＝ (%△PI×Vnom)/100                              公式2

其中 △PI＝预期吸合电压的变化

%△PI＝在公称电压条件下计算出的磁相互作用百分 比并用实验数据图形来表示。

Vnom＝制造商指定的线圈电压公称值 PIwc＝ PIact＋ △PI  公式 3

PIwc＝最不利磁相互作用下增大的吸合电压 PIact＝未受外部磁干扰下的实际吸合电压

关于图 3a，线圈公称电压为 5V，磁相互作用百分比为 14.2%。利用公式 2来计算 △PI：

△PI＝ (14.2×5)100＝ 0.71伏

继电器实际吸合电压为 2.6V。因此，利用公式 3计算出 最不利喜相互作用下的吸合电压：

PIwc＝2.6＋0.71＝3.31伏                                    公式3

对给定矩阵而言， PIwc值也许是在具有所有可能极性

（磁极和电极）的最不利条件下计算出来的。 △PI值非常接近整个吸合电压范围。

另外， △PI～ △DO，即矩阵中断开电压的变化非常接 近吸合电压的变化值。例如，在计算PIwc的过程中， 如果没有磁干扰的条件下测量的断开电压为 1.4V，那 么在给定的条件下其值将变为 2.11V。除了需特殊断开 条件的极少情况外，所描述的断开电压变化值就不会形成一个问题。

减小磁影响的方法

●            选择内含磁屏片的干簧继电器

●           在矩阵中使用外部磁屏蔽

●           继电器之间的间隔较大

●           避免相邻继电器同时工作

●           设计一个特殊的矩阵配置

特殊条件

对于图 3中列出的条件，采集的数据是基于单个未受 激励的继电器并且其周围继电器均受激励的情况而言的。在许多实际应用中，继电器在许多不同环境中受 到激励。通常是几排继电器一起受激励。

例如，用这种方式给图 2a中的继电器以激励，那么采集的数据值将大约减小两倍，即：用斜坡电压同时给 所有继电器以激励。

因此磁相互影响将被减小两倍。如继电器仍同时受激 励，那么我们可通过愈来愈快的斜坡速度来观察到这种变化（大约一个阶梯函数）。

发生磁相互作用降低是由于在触点闭合时周围磁场减 弱的缘故，这样实际吸合电压通常是公称电压的一半。

3.     所需 PCB空间面积。需要 5×10继电器矩阵（ 50个 继电器）。为了将所有继电器安装在PCB上，必须将它们密集排列（只占PCB7.75平方英寸的面 积）。

4.     相 邻 两 个 继 电 器 之 间 距 离 。 继 电 器 必 须 按

0.20″中心距离、五排、每排十个进行排列。

5.     激励矩阵。在此应用中，同时最多激励三个继电 器。图 3a显示了此应用的相互作用数据。因此对 于非磁屏蔽、 0.20″间隔的矩阵而言，最不利情 况下的磁相互影响是 7.5%。利用公式 2，计算出最 不利情况下的吸合电压增加值为 0.38V。

6.     磁屏蔽。决定不使用磁屏蔽。

7.     寿命特性。总之，当从中级负载切换至高级负载 时，为达到最好寿命特性，线圈电压过激励大约或等于 100%（大约或等于实际吸合电压的两 倍）。这里继电器线圈过激励很小，只进行低级负载切换，因此寿命特性不应受到影响。

8.     设计分析。如果将项目 5的结果添加到项目 2的结 果中，那么在磁相互影响下的最大吸合电压将增 至 4.34 V，超过了 4.3 V的最小电压。此时可用两种 最简单的方法：增加电源电压或起始最大吸合电 压从 3.6V至少降至 3.2V。这样在最不利条件下会 保留足够的附加的过激励。

总结

如果忽视干簧继电器存在的磁相互影响，那么可能会 发生重大问题。解决方案可能有多种。

此文介绍了确定基本矩阵类型的最不利情形的原理。 您可参考本文提供的一览表进行系统地设计一个继电器矩阵。

我们强烈建议用户在早期设计阶段应咨询继电器制造 商，这样就将大大减少继电器矩阵运行中可能出现的潜在的问题。