作者:Graham Dale, Director of Research & Development, Pickering Electronics, UK.
簧片繼電器具有簡單的金屬回路,,如果在規(guī)格范圍內(nèi)正確使用,,可實現(xiàn)長壽命和高可靠性。
簧片繼電器是貝爾實驗室1936年發(fā)明的,。自那時起已經(jīng)從體積龐大的粗糙器件演變成非??煽康男∑骷?。簧片開關(guān)的觸點被完全密閉在玻璃管中,,內(nèi)部充惰性氣體或在耐壓開關(guān)情況下抽真空,,所以觸點不會被外部環(huán)境氧化。這樣使得簧片開關(guān)具有非常長的機械壽命與優(yōu)異性能,。
用戶也可以選擇其它繼電器,,與簧片繼電器特性不同。對于具體應(yīng)用,,各有所長,。
本篇將對這些不同技術(shù)應(yīng)用做一些客觀對比。
固態(tài)繼電器
固態(tài)繼電器指以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)的開關(guān)產(chǎn)品,。目前市場上有很多種類,。最常見的與簧片繼電器競爭的是FET開關(guān)器件。固態(tài)FET開關(guān)使用2個串聯(lián)MOSFET與一個隔離驅(qū)動來實現(xiàn)繼電器通斷,。二者間有以下關(guān)鍵區(qū)別:
固態(tài)繼電器有半導(dǎo)體器件固有的漏電流問題,,所以其絕緣電阻不高。而且漏電流是非線性的,,隨著溫度的變化而變化,。導(dǎo)通電阻也非線性,隨負載電流變化而變化,。
固態(tài)繼電器需要在電容與內(nèi)阻直接作出妥協(xié),,低內(nèi)阻但高電容(有時達到nF級)產(chǎn)品會限制帶寬,導(dǎo)入容性負載,。如需實現(xiàn)低容性負載,,F(xiàn)ET尺寸需降低,內(nèi)阻將增加,。固態(tài)FET開關(guān)的電容顯著高于簧片繼電器,。
簧片繼電器具有天然的線圈與回路的隔離,固態(tài)開關(guān)沒有,所以其必須帶有隔離驅(qū)動從而增加體積與成本,。
固態(tài)繼電器可以實現(xiàn)大功率切換,。
總的來說,簧片繼電器與電磁繼電器具有金屬回路,,比固態(tài)繼電器更接近理想開關(guān),,
微型機電系統(tǒng)
相對于通用繼電器,MEMs開關(guān)目前尚處于發(fā)展階段,,已有20多年,。MEMs開關(guān)在硅基材料上制作,用半導(dǎo)體加工技術(shù)產(chǎn)生一個三維結(jié)構(gòu),,實現(xiàn)繼電器開關(guān),。觸點通斷經(jīng)由磁場或靜電場實現(xiàn)。有很多文章介紹MEMS開關(guān),,特別是RF切換,,但目前為止商業(yè)化的很少。技術(shù)上的困難已經(jīng)導(dǎo)致很多廠商產(chǎn)品失效,,或者轉(zhuǎn)作貿(mào)易或者調(diào)整計劃,。
像簧片繼電器一樣,MEMS可以將開關(guān)完全密封(在陶瓷封裝或硅級封裝中),,可以實現(xiàn)小信號切換的一致性,。然而,MEMS開關(guān)的觸點太小,,閉合力也小,,經(jīng)常導(dǎo)致觸點焊接問題,其熱切換能力非常弱,。如果可以實現(xiàn)可靠工作,,MEMS繼電器的最大優(yōu)勢是低功耗與快速切換。
在目前發(fā)展階段,,MEMS尚不能與簧片繼電器競爭,。開發(fā)商集中在高價值特定市場與軍工應(yīng)用。
電磁繼電器
電磁繼電器廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域,,是成本最低的開關(guān)解決方案,。制造商已經(jīng)投入巨大資金在生產(chǎn)技術(shù)上,可實現(xiàn)大批量產(chǎn)出,。使用者需要了解電磁繼電器與簧片繼電器的主要不同點,。
電磁繼電器在閉合時有一個擦除動作,幫助打開小焊點及自清潔觸點,。這確實可以實現(xiàn)大額定值,,但同時也增加了觸點電鍍層的磨損。由于采用大觸點,電磁繼電器比簧片繼電器額定規(guī)格高很多,?;善^電器通常的負載電流為2-3A。電磁繼電器的大觸點使其有更好的抗沖擊電流能力,。
電磁繼電器的接觸電阻通常比簧片繼電器小,,因為其擁有大的接觸面積,使用比簧片繼電器的鎳鐵合金電阻更低的材料,。簧片繼電器的開關(guān)時間比電磁繼電器快很多(通常5-10倍),。移動部件更加簡單輕便使得二者間速度差異很大,。
簧片繼電器的觸點被完全密封,切換小信號是開關(guān)特性更加一致,,斷開時絕緣更高,。
電磁繼電器通常是塑封,有一定程度的保護,,但長期來看觸點還是會暴露在外部污染物,,塑料體排放的氣體與氧氣侵入的環(huán)境。
輕負載下簧片繼電器比電磁繼電器的機械壽命長10-100倍,,由于簧片繼電器比電磁繼電器的移動部件少,。
簧片繼電器比電磁繼電器需要較少的功耗驅(qū)動。
簧片繼電器與電磁繼電器同為優(yōu)異的開關(guān)器件,。大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)使得電磁繼電器的成本比簧片繼電器低,。但如果額定規(guī)格相同,簧片繼電器比電磁繼電器性能更好壽命更長,。
隨著器件小型化不斷推進,,使用更好的材料與生產(chǎn)手段,簧片繼電器將長期存在,。