【導讀】開kai關guan電dian源yuan產chan品pin有you一yi個ge重zhong要yao的de性xing能neng指zhi標biao為wei輸shu入ru衝chong擊ji電dian流liu，該gai指zhi標biao通tong常chang要yao往wang小xiao的de方fang向xiang設she計ji，常chang規gui設she計ji是shi在zai開kai關guan電dian源yuan輸shu入ru端duan的de火huo線xian上shang串chuan聯lian一yi個ge熱re敏min電dian阻zu（NTC）,而對於功率較大的開關電源則同時在熱敏電阻（NTC）上並一個繼電器，用於產品穩定工作時減少器件損耗和提高可靠性。本文重點分析並入繼電器後發生觸點短路失效的原因
，通過原理、實驗測試
、驗證及繼電器材料方麵，詳細解析繼電器在電路設計應用過程中的問題點
，為繼電器在開關電源產品上的設計提供參考。

失效現象及來源

實際工程設計中
，把圖1的PFC電路設計到產品上，測試發現衝擊電流超標（設計目標≤25A），到達70A。本方案中
，熱敏電阻RT1的阻值為10Ω
，理論上計算，按照輸入電壓為90VAC
，即在相位90°或270°時，有最大的輸入峰值電壓為90*√2≈127V,輸入最大峰值電流（輸入衝擊電流）為Imax=127/10=12.7A，測試結果和理論計算完全偏離。

圖1 PFC電路

結合圖1分析，影響輸入衝擊電流的器件主要是熱敏電阻RT1和繼電器K1，有以下4種組合情況：①熱敏電阻開路和繼電器未吸合，此時輸入屬於開路狀態，產品應該無輸入；②熱敏電阻開路和繼電器吸合
，輸入電流經過繼電器直接給到後端電路
，熱敏電阻在電路中不起作用，輸入衝擊電流大；③熱敏電阻正常和繼電器未吸合，輸入電流經過熱敏電阻給到後端電路，輸入衝擊電流受抑製而減少；④熱敏電阻正常和繼電器吸合，輸入電流主要經繼電器給到後端電路，熱敏電阻在電路中不起作用，輸入衝擊電流大；duiremindianzuhejidianqijinxingjiance，jieguoweiremindianzuzuzhizhengchang，jidianqizaimeiyougongdiandeqingkuangxiachangkaidianchuyuxihezhuangtai，yejiushijidianqiweiyichangqijian。genghuanxindejidianqihou
，cededechongjidianliujinwei7.4A。之前產品測試衝擊電流超標屬於第④種情況，輸入電流主要經繼電器給到後端電路
，熱敏電阻在電路中不起作用，導致輸入衝擊電流大。

電路圖1的工作原理為：繼電器K1並聯在輸入熱敏電阻RT1的兩端，由PFC電感L2的輔助繞組經過線性穩壓後供電。當開關電源上電啟動後，因為繼電器K1此時沒有供電電壓，繼電器K1處於開路狀態，輸入電流通過熱敏電阻RT1給大電解電容C8充電，從而限製了開機的輸入衝擊電流。當功率管Q1接收的驅動信號後，PFC電感L2輔助繞組電壓建立
，即繼電器K1供電電壓建立。當供電電壓達到9V左右時，繼電器開始工作，觸點閉合把熱敏電阻RT1短路，降低產品工作時的輸入線路阻抗，減少損耗，提高產品的效率。

繼電器觸點短路失效的原因

對(dui)於(yu)繼(ji)電(dian)器(qi)未(wei)供(gong)電(dian)
，常(chang)開(kai)點(dian)已(yi)經(jing)吸(xi)合(he)的(de)情(qing)況(kuang)，即(ji)繼(ji)電(dian)器(qi)觸(chu)點(dian)短(duan)路(lu)失(shi)效(xiao)，一(yi)般(ban)存(cun)在(zai)以(yi)下(xia)三(san)種(zhong)可(ke)能(neng)
，下(xia)麵(mian)對(dui)以(yi)下(xia)三(san)種(zhong)可(ke)能(neng)原(yuan)因(yin)一(yi)一(yi)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)排(pai)查(zha)：

① 繼電器動作頻率過高，使用次數已超過繼電器所能承受的開關次數

；

② 繼電器所處環境溫度過高；

③ 繼電器流經浪湧電流過大。

通過對圖1電路工作原理的分析和實際監測繼電器K1觸點兩端電壓，繼電器K1僅在上電過程中動作，正常工作後觸點不會再有開關動作，因此繼電器K1的開關次數僅與人為輸入的開關次數有關。通過查閱繼電器的規格書可知，該繼電器的使用次數為1*104次
，產品還在調試階段，不可能達到1*104次，所以不是使用次數超過壽命的原因導致。

圖2 繼電器觸點穩態電流波形

【黃色為輸入電壓
，藍色為繼電器觸點電流】

通過實際測量，如圖2
，該繼電器工作時觸點電流約3A
，繼電器環境溫度為83℃。查閱本款應用的繼電器規格書標明環境耐溫參數為10A/85℃，通入電流7A時可用於105℃，對比實際使用的環境和電流，可以排除由於使用環境溫度過高的原因導致。

圖3 繼電器觸點導通波形

【黃色為輸入電壓，藍色為繼電器觸點電流】

繼電器K1後端負載為感性負載(L1、L2)及容性負載（C1、C2
、C8），實測繼電器K1觸點電流，如圖3所示。從圖中可以發現繼電器K1觸點在導通後的一段時間內出現了尖峰電流，最大尖峰Imax=39.4A。繼電器規格參數最大耐電流10A
，而在調試產品時經過多次開機產生的浪湧電流衝擊（39.4A）會使觸點處損傷進而導致粘合失效。

繼電器吸合中出現浪湧電流的原因

通過排查
，了解了繼電器觸點短路失效的原因是繼電器流經浪湧電流過大，那麼在圖1的電路中，是什麼原因引起繼電器吸合中出現浪湧電流，對以下可能導致浪湧電流的器件進行監測和分析：

① 是否PFC電感L2飽和
；

② 是否L1差模電感飽和；

③ 是否π型濾波電容C1太大
；

④ 是否PFC限製鉗位電流太大。

監測PFC電感L2啟機電流如圖4,此時PFC電感電流被削頂即PFC電流受到限製鉗位於13.1A，PFC電流波形良好，且B<0.32
，實測通入13A電流時，電感感量為180uH（L2標稱電感量為190uH）,PFC電感未飽和，見圖5。

圖4 監測PFC電感L2啟機電流

圖5 PFC電感未飽和

圖6 飽和電流

L1差模電感參數為200uH/48Ts/0.7mm，實測其飽和電流如圖6，當通入13.1A電流（PFC啟動時被鉗位的電流）時感量隻有為12.5uH,電感感量急劇下降，已經出現了飽和現象。此時π型濾波的電感L1已無法對PFC啟動過程中流過繼電器K1的電流進行有效濾波。更換差模電感L1，選用飽和電流更大的差模電感（飽和電流約16A/200uH），測試其觸點電流，導通瞬態電流8A，導通後電流尖峰最大17.4A
，觸點電流尖峰明顯減小，更換前如圖7和更換後如圖8。

圖7 更換前觸點電流

圖8 更換後觸點電流

【綠色為C8電容電壓
，紅色為繼電器觸點電流】

C1為π型濾波電路的第一個電容
，輸入電壓直接對C1進行充電，會產生畸變脈衝充電電流。電容越大
，畸變電流脈衝越大
，從而導致繼電器的觸點電流峰值越大。在措施L1差模電感更換的基礎上減小C1容值由474/450V改為683/450V
，測試繼電器觸點電流，發現繼電器觸點電流最大8.6A，電流尖峰明顯進一步減少（之前為17.4A），如圖9。

圖9 PFC升壓時電流電壓波形

【綠色為C8電容電壓
，紅色為繼電器觸點電流】

PFC控製IC啟動過程：大電解電容C8升壓過程中，PFC控製IC驅動輸出的占空比會由0升至最大Ton max
，如圖10。PFC電流逐漸達到PFC電流采樣限製從而被鉗位如圖4。PFC啟機鉗位電流與PFC電流采樣電阻有關，實際工程設計中PFC電流采樣電阻R=22mΩ，PFC鉗位電流約13.1A。增大R=40mΩ，鉗位電流減小，衝擊電流尖峰減小，同時也可增大L1在啟機時的感量,增大PFC π型濾波效果
，如圖11
，觸點電流尖峰最大9.6A。PFC電流采樣電阻直接和產品的過流能力有關

，一般情況下，過流點設計好後，不建議改動此電阻。

圖10 PFC啟動

圖11 繼電器觸點電流波形

綜上所述，輸入端繼電器閉合後出現較大衝擊電流可總結如下：PFC電流采樣電阻小即過流點大，PFC開始工作時（升壓）輸入電流達到鉗位點的電流大；π型濾波的差模電感如果出現飽和的情況，會失去對電流的抑製作用；濾波電容C1電容值越大，畸變電流脈衝越大。

繼電器在開關電源產品上的設計參考

① 輸入端的π型濾波電路:選用飽和電流更大的差模電感，同時減小π型濾波第一個電容容值

② 增大PFC電流采樣電阻，減小PFC鉗位電流(這點要和產品需求的過流能力平衡)

除了從電路上對參數進行優化外，繼電器的選型也很關鍵
，這裏介紹下繼電器觸點材料不同在應用上的差異。例宏發繼電器型號為HF46F-G係列,其規格書中給出繼電器觸點材質分為兩種材料：AgSnO2和AgNi，即：HF46F-G/XXT（帶T）觸點材料為AgSnO2；HF46F-G/XX（不帶T）觸點材料為AgNi。該係列的規格書中對不同材料觸點的應用也做了區分，如下：

① AgSnO2常用於容性負載、感性負載
、馬達負載等會產生浪湧電流的應用場合。

② AgNi常用於阻性負載
，電流穩定的場合。

那麼，對於開關電源輸入端使用的繼電器應用，後端實際負載一般都會有電感
、電容等導致浪湧電流出現的器件，所以在選擇繼電器時就應該使用觸點材料為AgSnO2的繼電器。

繼電器的失效一般有以下幾種：繼電器內部多餘物、觸點表麵汙物、工藝結構不當、觸點燒蝕，粘連
、銀離子遷移、外部應用導致簧片位移。

這些失效模式大部分是由於繼電器的生產工藝控製不當引起的，因此對於繼電器生產廠家來說，改善生產環境
、完wan善shan質zhi量liang控kong製zhi及ji檢jian驗yan製zhi度du對dui於yu預yu防fang繼ji電dian器qi頻pin繁fan失shi效xiao將jiang會hui起qi到dao非fei常chang關guan鍵jian的de作zuo用yong。此ci外wai
，用yong戶hu必bi須xu依yi據ju實shi際ji使shi用yong要yao求qiu，首shou先xian優you選xuan使shi用yong類lei型xing，再zai審shen慎shen確que定ding所suo需xu的de功gong能neng特te性xing與yu物wu理li特te性xing（包含環境適應性要求
、輸入、輸出參數、時間參數、觸點壽命、體積、重量、安裝尺寸、安裝方式、密封性等），從而選用適合的繼電器，對應避免使用過程中導致的失效也有重要意義。

kaiguandianyuanshijigongzuoguochengzhong
，jishijidianqichudianduanlushixiaochanpinyekezhengchanggongzuo，yincizaishiyongguochengzhonghennanfaxian。eryidanjidianqichudianduanlushixiao，jiaodadeshuruchongjidianliujiuhuiyingxiangchanpingongzuodekekaoxing
，yekenengyinweijiaodadeshuruchongjidianliudaozhiqianduangongdianxitongdeyichangbaojing。yufangzhezhongqingkuangchuxiandefanganshishejiqianqibawohaodianlucanshudexuanzehexuanzefuhegaidianlutexingshiyongdejidianqixinghao。

注：

熱敏電阻(NTC):熱敏電阻是一種傳感器電阻，其電阻值隨著溫度的變化而改變。（NTC thermistor，即 Negative Temperature Coefficient thermistor 負溫度係數熱敏電阻,溫度越高
，阻值越小）。

PFC:英文全稱為“Power Factor Correction”
，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與總耗電量（視在功率）之間的關係，也就是有效功率除以總耗電量（視在功率）的比值。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息
，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

電源外圍設計之TVS以及輸出電容選型

汽車電子非隔離型變換器傳導與輻射EMI的產生
，傳播與抑製

輸出帶長線負載的傳導EMI的分析與改善

選擇支持汽車應用的可靠電容器

伺服電機噪音及不穩定分析