開關觸點的清潔電流研究

楊河清

（上汽大通汽車有限公司南京分公司軟件與電子部，江蘇 南京 211100）

在汽車信號類開關驅動控制器的電路故障中，有時會出現開關已動作，但控制器無響應的情況，對開關單獨檢查，通斷尚正常，但控制器無法收到來自開關的信號，表現出開關信號無效。原因分析：無論開關采用何種觸點，均存在自然氧化，表面產生氧化層，尤其在濕潤環境下。當開關閉合，通過常規范圍的電流值時，觸點氧化層很容易被擊穿，開關導通，電路能正常工作。但當開關僅通過微電流 （毫安級）時，電流可能無法突破氧化層，導致開關無法導通。因此，存在清潔電流 （cleaning current）或潤濕電流 （wetting current）的概念。清潔電流是指通過一定的小電弧清理觸頭表面的塵垢和腐蝕，以保持觸頭狀態良好的最小電流值。它通常遠低于觸點的額定電流值，一般為1～20 mA［1］，而在FIAT STD 09035中，建議清潔電流不低于10 mA［2］。

隨著汽車電子技術發展，控制器數量增加，小電流開關甚至微電流開關的應用越來越多。需重視開關清潔電流的分析。

1 開關等效電路

開關接通與斷開，可參照下面的等效電路圖 （圖1），Roff為開關斷開時等效電阻，Ron為開關接通時的等效電阻。

當開關正常狀態時，等效電阻值近似為：Ron=100 mΩ，Roff=10 kΩ［3］；當開關處于污染、磨損狀態時，電阻值近似為：Ron=100 Ω，Roff=5 kΩ。

圖1 開關等效電路圖

圖2 自潔式開關示意圖

2 自潔式開關的觸點清潔

從觸點的清潔方式，開關分為自潔式開關和非自潔式開關。

自潔式開關，指通過機械運動摩擦，能主動將觸點表面的氧化層清除的開關，例如圖2的滑動式開關：動觸點在運動過程中，在靜觸點表面進行摩擦，去除了氧化層。

這種方式多用于觸點行程較大的開關，例如轉向管柱上的組合開關或制動踏板開關。當開關受行程或結構限制，無法采用摩擦的方式自潔時，則需在開關接通后，整個回路至少能維持最小的清潔電流。

3 開關的觸點清潔電流計算

3.1 直接帶載類開關

開關如果直接帶動普通負載，則一般的工作電流遠大于清潔電流，完全能擊穿氧化層，即使開關帶動的是繼電器線圈，通常繼電器線圈電阻50～200 Ω，因此電源電壓12 V時，觸點電流為60 mA （線圈電阻200 Ω時），仍大于10 mA，滿足清潔電流要求。

3.2 信號類開關

當開關作為信號，輸出給控制器時，控制器必須為開關提供足夠的清潔電流，以確保擊穿氧化層。下面以2款控制器的接口電路分析。

圖3 BCM接口電路（觸點等效電阻處于正常狀態）

3.2.1 某款12 V BCM的門開關接口電路 （圖3）

1）對某款12 V BCM的門開關接口電路［3］進行分析，門打開時，開關接通。該電路為低有效，要求高電平信號≥3.3 V；低電平信號≤1.7 V。

設 VCC=12 V， Vin為BCM控制器的ECU接收電壓，ISW為流過開關的電流。

1）觸點按正常狀態，計算得：開關斷開時，Vin=6.34 V，高電平，開關信號無效；開關閉合時，Voff=550 μV，滿足控制器低電平要求，信號有效；ISW=9.23 mA，同時基本滿足清潔電流要求。

2）觸點按磨損或污染狀態 （Ron=100 Ω，Roff=5 kΩ），計算得：開關斷開時，Vin=5.71 V，高電平，開關信號無效。開關閉合時，Voff=0.514 V，滿足控制器低電平要求，信號有效；ISW=8.6 mA，同時基本滿足清潔電流要求。

3.2.2 某款控制器接口電路

對另一款12 V控制器進行分析，接口電路如圖4所示。

同樣計算得：開關斷開時，Vin=2.63 mV，滿足低電平要求。開關閉合時，Voff=4.7 V，滿足高電平要求；ISW=0.396 mA，不滿足清潔電流要求。

圖4 控制器接口電路

因此，該電路雖然滿足控制器所需的高低激活電平要求，但不滿足清潔電流要求，開關存在失效的風險，因此必須修改BCM接口電路，調整相應串并聯電阻值，在滿足高低電平范圍的同時，滿足清潔電流要求。

4 結論

當開關僅起信號作用，輸入給控制器時，控制器的接口電路必須考慮開關最小的清潔電流，否則可能會導致開關不能正常工作。

通過控制器內部接口電路的調整，提供合適的清潔電流，可以保證開關的正常工作，延長觸點的工作壽命。