淺談汽車用繼電器及選型原則

李俊嶺，杜家勝

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

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淺談汽車用繼電器及選型原則

李俊嶺1，杜家勝2

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章主要介紹了汽車用繼電器的工作原理，繼電器的結(jié)構(gòu)及相關(guān)功能，同時(shí)重點(diǎn)介紹在汽車開發(fā)過程中如何對繼電器進(jìn)行選型。

關(guān)鍵詞：汽車用繼電器；工作原理；選型原則

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.053

CLC NO.: U463.6Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-148-03

引言

在汽車整車電路控制中，為了保護(hù)相關(guān)的電器元件和實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制功能，一般會在電路中增加一個(gè)繼電器控制，從而實(shí)現(xiàn)用較小的小電流控制大電流電路。所以繼電器廣泛用于車輛的各種電器控制之中，

本研究是介紹汽車用繼電器基本特性及在整車開發(fā)過程繼電器的選型計(jì)算原則。

1、繼電器工作原理及電磁力計(jì)算公式

汽車用繼電器一般有鐵心、線圈、銜鐵、軛鐵、動(dòng)簧片、動(dòng)觸點(diǎn)、靜出點(diǎn)組成的。繼電器結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1　繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

繼電器工作原理：在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵心，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回到原來的位置。

下圖為繼電器電磁力計(jì)算公式：

圖2　繼電器電磁力關(guān)鍵數(shù)據(jù)

NI—線圈匝數(shù)；

A—鐵心截面積；

X—未吸合時(shí)銜鐵與鐵心間的距離；

R0—磁路中的磁阻。

2、繼電器功能及分類

根據(jù)繼電器形式不同，主要完成下列功能： 分隔電子控制和功率負(fù)載；分隔直流和交流電路（即通過直流控制信號切換交流通路，反之亦然）；信號放大以及增加開關(guān)通路數(shù)目；多種切換功能；延遲、整形或改變外加信號。

繼電器負(fù)載電流分為額定負(fù)載電流和過載電流，額定負(fù)載電流是正常工作下的電流，過載電流是允許的瞬時(shí)負(fù)載電流，是超過額定電流的。

⑴根據(jù)繼電器形式不同，主要完成以下功能： ①分隔電子控制和功率負(fù)載；②分隔直流和交流電路（即通過直流控制信號切換交流通路，反之亦然）；③信號放大以及增加開關(guān)通路數(shù)目； ④ 多種切換功能；⑤⑥延遲、整形或改變外加信號。

⑵繼電器的一般分類：①電磁式繼電器：通過電氣激勵(lì)線圈，來履行切換功能且輸入與輸出隔離，機(jī)械地?cái)嚅_或閉合觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)控制功能的繼電器；②混合繼電器：將電磁繼電器和電子元件混合在一起，來履行切換功能且具有輸入與輸出隔離和使用機(jī)電輸出的一種繼電器。切換特性由機(jī)電繼電器的技術(shù)規(guī)范決定；③固體繼電器：完全由電子元器件履行其切換功能，輸入與輸出隔離且無運(yùn)動(dòng)零部件的繼電器。

⑶按觸點(diǎn)形式分：①動(dòng)合型（H型）：線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是斷開的，通電后，兩個(gè)觸點(diǎn)就閉合；②動(dòng)斷型（D型）：線圈不通電時(shí)兩觸點(diǎn)是閉合的，通電后兩個(gè)觸點(diǎn)就斷開； ③轉(zhuǎn)換型（Z型）：這是觸點(diǎn)組型。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng)觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。線圈不通電時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)和其中一個(gè)靜觸點(diǎn)斷開和另一個(gè)閉合，線圈通電后，動(dòng)觸點(diǎn)就移動(dòng)，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的。目前車輛上大多數(shù)應(yīng)用機(jī)電式繼電器。

⑷繼電器按負(fù)載特性，主要分①阻性負(fù)載（Resistive）、②電機(jī)負(fù)載（Motor）、③燈負(fù)載（Lamp）、④感性負(fù)載（Inductance）。

3、繼電器一般要求

繼電器的工作電壓應(yīng)符合表1的規(guī)定：

表1

繼電器的外形及安裝尺寸按QC/T 78-1993中的規(guī)定進(jìn)行，如有特殊要求，需要針對具體情況實(shí)際設(shè)計(jì)外形及安裝。

繼電器標(biāo)志應(yīng)清晰，塑料零件應(yīng)無裂紋，塑料罩殼的外觀質(zhì)量應(yīng)不低于JB/T 4159-1999中2.4.3二級要求，繼電氣金屬零件應(yīng)由可靠的防腐層或使用具有耐腐蝕性的材料制造，電鍍層和化學(xué)處理層應(yīng)均勻，不露基底，無裂紋和缺陷。接插式小型繼電器，插片與底座間應(yīng)結(jié)合牢固，當(dāng)插片受到縱向擠壓后底板不應(yīng)凹陷變形。繼電器主要技術(shù)參數(shù) ：額定電壓：12V DC；工作溫度：-40℃~+90℃；工作電壓：9V~16V；線圈電阻或電流：＞70Ω或＜175mA（含并聯(lián)電阻）；吸合電壓：≤8.5V； 釋放電壓：1.5V~4.8V；介質(zhì)耐壓：500V AC、1mA、1min；絕緣電阻：＞10MΩ、500V DC；負(fù)載：燈負(fù)載、馬達(dá)負(fù)載、電阻負(fù)載20A~70A/14V DC；電壽命：100000次/工作頻率：on：3s~off：3s；機(jī)械壽命：1000000次。

4、繼電器性能及試驗(yàn)要求

在無負(fù)載的情況下，檢測繼電器吸合電壓，釋放電壓應(yīng)符合表2規(guī)定：

表2

繼電器的吸合電壓、釋放電壓、觸點(diǎn)電壓降應(yīng)符合表3規(guī)定：

表3

4.1 絕緣耐壓試驗(yàn)

各互不連接的導(dǎo)電零部件之間及導(dǎo)電零部件對機(jī)殼之間應(yīng)能耐受50Hz、550V正弦波形電壓歷時(shí)1min的試驗(yàn)，絕緣不被擊穿。（在大批量生產(chǎn)時(shí)，可用電壓660V，歷時(shí)1s代替）。

4.2 耐溫度性能試驗(yàn)

繼電器應(yīng)能在下圖表4所規(guī)定的下限或上限工作溫度下按規(guī)定的要求工作；并應(yīng)按所選的下限或上限儲存溫度進(jìn)行8h的低溫/高溫試驗(yàn)，恢復(fù)至室溫后繼電器吸合電壓、釋放電壓及觸點(diǎn)電壓降應(yīng)滿足要求。

表4

4.3 溫度變化試驗(yàn)

表5

按規(guī)定的方法進(jìn)行溫度變化及組合循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)后將繼電器置于室溫下1h后性能應(yīng)符合要求。下圖表5為繼電器吸合電壓隨溫度變化圖。

備注：溫度每升高1℃，繼電器吸合電壓升高0.4%。

4.4振動(dòng)試驗(yàn)

繼電器在不工作情況下，應(yīng)承受X、Y、Z三個(gè)方向的掃頻振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)后繼電器吸合電壓、釋放電壓及電壓降均應(yīng)滿足要求。

4.5 鹽霧試驗(yàn)

繼電器在不工作情況下，進(jìn)行48h鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)后繼電器的吸合電壓、釋放電壓應(yīng)能符合吸合、釋放電壓要求。

4.6耐久性試驗(yàn)

將繼電器按規(guī)定的接線方式及負(fù)載性能參數(shù)在專用試驗(yàn)臺上進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)通電2s和斷電3s為1周期（或1次），試驗(yàn)后性能應(yīng)符合：繼電器耐久性工作次數(shù)不小于100000次，耐久性試驗(yàn)后繼電器吸合電壓、釋放電壓應(yīng)符合要求，除電壓降與表3相比，可增加50%。

5、繼電器選型原則

汽車系統(tǒng)采用的是直流電，負(fù)載回路的繼電器觸點(diǎn)在斷開時(shí)候容易產(chǎn)生電弧。且不同的負(fù)載，由于特性一致，在回路接通瞬間，產(chǎn)生的沖擊電流或則浪涌電流大小和頻率都不一樣。對繼電器負(fù)載回路的影響也不一樣，觸點(diǎn)穩(wěn)態(tài)負(fù)載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。計(jì)算公式：負(fù)荷電流(A) = [額定功率(W)/公稱電壓(V)]*[電源電壓(V)/公稱電壓(V)]。公稱電壓為12V，電源電壓為13.5V。

5.1 外形及安裝方式

⑴汽車?yán)^電器的安裝方式有PCB板式、ISO插座安裝式、ISO 280插座安裝式和外殼固定、卡裝安裝方式。

⑵對主回路穩(wěn)態(tài)電流超過20A的繼電器，一般選用插座快速連接式。

⑶對體積大的繼電器，可選用外殼安裝式，防止在沖擊、振動(dòng)條件下，安裝腳損壞。

5.2 觸點(diǎn)負(fù)載類型

部分汽車?yán)^電器的負(fù)載能力，只標(biāo)稱阻性負(fù)載，但汽車?yán)^電器實(shí)際使用的往往不是阻性負(fù)載，而是感性負(fù)載、燈負(fù)載、電機(jī)負(fù)載，因存在較高的沖擊電流，觸點(diǎn)穩(wěn)態(tài)負(fù)載大小應(yīng)根據(jù)沖擊電流的大小降額使用。下面對幾種負(fù)載進(jìn)行說明：

⑴ 燈負(fù)載：由于汽車大燈冷態(tài)電阻很小，接通瞬間的浪涌電流為穩(wěn)態(tài)電流的5倍-10倍。大的浪涌電流會使觸點(diǎn)產(chǎn)生熔焊失效。

⑵電機(jī)負(fù)載：電機(jī)負(fù)載主要有風(fēng)機(jī)、油泵、雨刮電機(jī)等，電機(jī)負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)有4倍左右沖擊電流，持續(xù)時(shí)間300ms左右，容易造成觸點(diǎn)沾接。

⑶感性負(fù)載：電磁鐵、喇叭接通瞬間會出現(xiàn)浪涌電流，關(guān)斷時(shí)，產(chǎn)生較高的反向電壓，貯存在電磁線圈中的電磁能通過觸點(diǎn)間燃弧消耗掉，這將導(dǎo)致觸點(diǎn)燒蝕，金屬轉(zhuǎn)移、粘接。

⑷ 阻性負(fù)載：阻性負(fù)載主要是電加熱設(shè)備。

5.3 以某一具體車型為例，車輛所用繼電器如下

表6

全車共使用21個(gè)繼電器，其中9個(gè)電機(jī)類負(fù)載，5個(gè)燈負(fù)載，2阻性負(fù)載，4個(gè)感性負(fù)載。

根據(jù)車輛繼電器需求，根據(jù)每個(gè)部件的額定功率，計(jì)算出負(fù)荷電流，然后根據(jù)負(fù)載特性選擇合適的繼電器。

以大燈繼電器為例：負(fù)載電流=110W*13.5V/12V/12V= 10.3A，由于是燈負(fù)載電流，浪涌電流在50-100A之間，可以選用阻性電流為40A,的繼電器，抗沖擊電流在120A以下。

冷凝風(fēng)扇電機(jī)負(fù)載電流=500W*13.5V/12V/12V=46A,由于是電機(jī)負(fù)載，浪涌電流在180A左右，可以選用阻性電流為70A的繼電器，抗沖擊電流在150A以下。

電喇叭負(fù)載電流=80W*13.5V/12V/12V=7.5A，由于是感性負(fù)載，浪涌電流不是很大，但根據(jù)特性，繼電器內(nèi)要并聯(lián)電阻，吸收反向電壓，繼電器選型為阻性是20A,抗沖擊電流在40A以下。

后除霜負(fù)載電流=200W*13.5V/12V/12V=19A，由于是阻性負(fù)載，繼電器選型為30A的繼電器即可。根據(jù)次原則，對整車所用繼電器進(jìn)行選型。

6、結(jié)論

本文通過對繼電器介紹、及繼電器的選型原則，指導(dǎo)汽車電器設(shè)計(jì)人員合理匹配繼電器。

參考文獻(xiàn)

[1] 繼電器百度百科.Http://baike.baidu.com.

[2] 鄭天丕. 繼電器制造、工藝、作用[M].北京:電子工業(yè)出版社,1996.

[3] 魏春源譯. BOSCH汽車工程手冊[J].北京理工大學(xué)出版社, 2009.

中圖分類號：U463.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-148-03

作者簡介：李俊嶺，就職于(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

On the automotiverelaysandselection principles

Li Junling, Du Jiasheng
( AnHui JiangHuai Automobile CO., LTD.Technical Center, Anhui Hefei 230601 )

Abstract:This paper describes the working principle automotive relay, relay structure and related functions, while focusing on the development process in the car how to relay selection.

Keywords:Car selection; The working principle; Selection principle