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深圳市芯銳諾科技有限公司
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隨著(zhù)便攜式口袋電子設備的發(fā)展,功率消耗成為關(guān)鍵問(wèn)題,如何設計出更高效能的電子產(chǎn)品將是目前廠(chǎng)商面臨的主要挑戰。常閉(B型)的干簧傳感器和繼電器在正常閉合狀態(tài)消耗零功率。一個(gè)自鎖干簧繼電器在設置或重置觸點(diǎn)狀態(tài)會(huì )消耗很少功率;能效設計者對這一特性非常感興趣。自鎖干簧開(kāi)關(guān)和傳感器在類(lèi)似情況下,使用一個(gè)永磁的簡(jiǎn)單運動(dòng)來(lái)改變干簧觸點(diǎn)的狀態(tài),從而無(wú)功率消耗。在一些關(guān)鍵不容出錯的應用場(chǎng)合中,即使電源停止或消失了,觸點(diǎn)也能保持正常動(dòng)作。
干簧技術(shù)在如下這些領(lǐng)域中得到廣泛應用:
? 需要開(kāi)關(guān)功能的電池供電設備;
? 當故障產(chǎn)生時(shí)閉合開(kāi)關(guān)并消耗零功率的安全電路;
? 開(kāi)關(guān)功能需要閉合很長(cháng)時(shí)間且消耗零功率的應用;
? 開(kāi)關(guān)功能閉合或開(kāi)啟都需要很長(cháng)時(shí)間且消耗零功率的應用;
? 低毫伏偏置需求應用;
? 口袋電子設備;
? 電梯控制;
? 運輸和儲存環(huán)境;
? 開(kāi)關(guān)功能需要運行在零功率或停電狀態(tài)的場(chǎng)合;
? 安全和警報系統;
? 家用電器。
為了正確理解干簧技術(shù)的功能,需要了解如下四方面基礎內容:
1. 常閉干簧傳感器;
2. 常閉干簧繼電器;
3. 自鎖干簧開(kāi)關(guān)/傳感器;
4. 自鎖干簧繼電器。
A型干簧開(kāi)關(guān)
干簧開(kāi)關(guān)自然狀態(tài)是常開(kāi)條件狀態(tài),典型被稱(chēng)作單刀單擲(SPST),或A型。
兩個(gè)干簧開(kāi)關(guān)引線(xiàn)為磁鐵,被密封在玻璃容器內。當常開(kāi)干簧開(kāi)關(guān)遇到磁場(chǎng),觸點(diǎn)將閉合。觸點(diǎn)將在磁場(chǎng)環(huán)境維持時(shí)一直保持閉合。一旦磁場(chǎng)消失,觸點(diǎn)將會(huì )打開(kāi)。在閉合的時(shí)間將會(huì )消耗能量,從功耗角度要使其盡量小。
C型干簧開(kāi)關(guān)
單刀雙擲(SPDT)或C型
沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí),公共觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)保持接觸連接狀態(tài)。干簧開(kāi)關(guān)在常閉狀態(tài)消耗零功率。當出現磁場(chǎng)時(shí),公共觸點(diǎn)從常閉觸點(diǎn)處移動(dòng)到常開(kāi)觸點(diǎn),干簧繼電器100%消耗功率。一旦磁場(chǎng)消失,公共觸點(diǎn)又回到常閉觸點(diǎn)位置。
常閉(B型)干簧開(kāi)關(guān)和傳感器
由于A(yíng)型開(kāi)關(guān)自然狀態(tài)是開(kāi)啟狀態(tài),我們需要采用一個(gè)永磁來(lái)保持干簧觸點(diǎn)的閉合狀態(tài)。偏磁磁性必須比正常開(kāi)啟條件下閉合觸點(diǎn)的接通(或工作)mT級磁場(chǎng)強。
在這種情況下,磁的極性不重要。為了打開(kāi)觸點(diǎn),永磁鐵必須具有和偏置磁性強度大小接近、極性相反,或磁性強度更強。
常閉(B型)干簧繼電器
有一些應用,干簧繼電器觸點(diǎn)需要閉合很長(cháng)時(shí)間,只有故障發(fā)生時(shí)觸點(diǎn)才打開(kāi)。常閉(B型)干簧繼電器最適合此應用。在閉合位置,線(xiàn)圈不消耗功率,這很適合應用于電量有限的電池供電設備。
當線(xiàn)圈加電,產(chǎn)生和偏置磁性相反的磁極,并且具有足夠克服偏置磁場(chǎng)強度大小的磁強,將使得觸點(diǎn)打開(kāi)。
B型順序
下圖是B型干簧繼電器的工作順序。
第一步,選擇干簧開(kāi)關(guān),磁強性能為接通4mT,釋放2mT;
第二部,增加偏置磁場(chǎng),磁強5mT,超過(guò)干簧開(kāi)關(guān)的接通門(mén)限,觸點(diǎn)將閉合,圖中點(diǎn)1;
第三步,線(xiàn)圈加一個(gè)4mT的反向磁場(chǎng),兩個(gè)磁場(chǎng)的磁強疊加結果為1mT,磁強低于干簧開(kāi)關(guān)的釋放磁強,引起觸點(diǎn)打開(kāi),圖中點(diǎn)2所示;
第四步,線(xiàn)圈關(guān)閉,觸點(diǎn)將閉合,因為磁強重新回到5mT。
加到B型繼電器的線(xiàn)圈電壓極性決定了線(xiàn)圈的磁極。電壓極性由設計者決定并標識在繼電器上。加相反的電壓將使繼電器出現故障,直到正確的電壓出現為止。電壓太高時(shí),可以引起觸點(diǎn)重閉合。一般來(lái)說(shuō),重閉合電壓超過(guò)正常電壓的50%。這意味著(zhù),在5V正常供電B型繼電器上加7.5V電壓將引起觸點(diǎn)重閉合。
自鎖干簧繼電器/干簧傳感器
自鎖干簧繼電器/干簧傳感器有兩種狀態(tài):未閉鎖狀態(tài)(或開(kāi)啟狀態(tài))和自鎖狀態(tài)(或閉合狀態(tài))。在每種狀態(tài)下,均無(wú)功率消耗需要。
自鎖產(chǎn)生于干簧開(kāi)關(guān)接通和釋放點(diǎn)之間的遲滯現象。如圖所示,接通磁性越大,遲滯現象越大。遲滯現象越大,從設計者角度來(lái)說(shuō),確定自鎖和非自鎖磁性點(diǎn)就越容易。一個(gè)永磁需要用來(lái)偏置干簧開(kāi)關(guān),允許它工作在自鎖模式。
自鎖干簧繼電器
一個(gè)自鎖干簧繼電器使用一個(gè)A型干簧開(kāi)關(guān)和一個(gè)永磁相結合
在這種狀態(tài),干簧開(kāi)關(guān)可以在常開(kāi)狀態(tài)或常閉狀態(tài)。處于哪種狀態(tài)依賴(lài)于上次遇到的磁場(chǎng)情況。如果是開(kāi)啟狀態(tài),當加入具有正確磁極的磁場(chǎng)脈沖時(shí),觸點(diǎn)將會(huì )改變?yōu)槌i]狀態(tài)。一旦脈沖磁場(chǎng)消失,干簧開(kāi)關(guān)將保持閉合狀態(tài),直到另一個(gè)具有相反磁極的磁場(chǎng)脈沖加進(jìn)來(lái)。當在這種閉合狀態(tài)時(shí),一直都沒(méi)有功率消耗。
通常,2ms脈沖足夠改變繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)。因此,當閉合和開(kāi)啟觸點(diǎn)時(shí),會(huì )產(chǎn)生熱量,但該熱量產(chǎn)生的熱偏置電壓足夠小。
自鎖和解鎖順序
為了更好理解自鎖和解鎖。選擇一個(gè)干簧開(kāi)關(guān),觸點(diǎn)閉合(接通)磁強點(diǎn)4mT ,觸點(diǎn)打開(kāi)(釋放)磁強點(diǎn)等于或低于2mT。設置偏置磁場(chǎng)強度為3mT。我們順序演示一個(gè)全周期工作過(guò)程。接通和釋放點(diǎn)保持固定值直線(xiàn)。
狀態(tài)1:偏置磁場(chǎng)一直存在,3mT,觸點(diǎn)開(kāi)啟;
狀態(tài)2:加外部磁場(chǎng)(可以來(lái)自線(xiàn)圈或永磁鐵),2mT,疊加磁場(chǎng)為5mT,超過(guò)4mT門(mén)限,觸點(diǎn)閉合;
狀態(tài)3:移走外部磁場(chǎng),只留偏置磁場(chǎng)。磁強仍在釋放點(diǎn)之上,于是,隨著(zhù)外部磁場(chǎng)移走,觸點(diǎn)保持閉合;
狀態(tài)4:加反向外部磁場(chǎng),疊加磁場(chǎng)為1mT。低于釋放門(mén)限,觸點(diǎn)打開(kāi);
狀態(tài)5:移走反向外部磁場(chǎng),只留偏置磁場(chǎng),觸點(diǎn)保持在開(kāi)啟狀態(tài)。
在這個(gè)例子中,我們可以自鎖和解鎖觸點(diǎn)。上述完整周期說(shuō)明,我們可以通過(guò)改變磁極方向來(lái)達到改變觸點(diǎn)狀態(tài)??梢允褂脙蓚€(gè)線(xiàn)圈或改變單線(xiàn)圈的極性。如果是前者,成本增加;后者來(lái)說(shuō),則需要更多電路來(lái)改變極性。
使用自鎖干簧開(kāi)關(guān)
自鎖干簧開(kāi)關(guān)和上述情況一致,干簧開(kāi)關(guān)用一個(gè)永磁鐵進(jìn)行偏置。但是,是使用另一種帶有不同極性的永磁鐵代替線(xiàn)圈。
當永磁鐵移除時(shí),觸點(diǎn)保持閉合,一直閉合直到反向極性的永磁鐵出現并接近偏置磁強。這和前面介紹的自鎖干簧繼電器類(lèi)似。永磁鐵不消耗任何電能。因此減少了用電、設計電路和時(shí)間電路的需求。干簧開(kāi)關(guān)的狀態(tài)不使用功率(不像霍爾傳感器),嚴格依賴(lài)磁鐵進(jìn)入和離開(kāi)影響區域的運動(dòng)。和自鎖干簧繼電器類(lèi)似,可以用一個(gè)或兩個(gè)磁鐵來(lái)改變觸點(diǎn)狀態(tài)。
使用一個(gè)磁鐵:一旦一個(gè)永磁鐵被移入并接近干簧開(kāi)關(guān),觸點(diǎn)閉合。當永磁鐵移出時(shí),觸點(diǎn)保持閉合。永磁鐵接著(zhù)需要旋轉來(lái)顛倒極性。當磁鐵再次移到接近干簧偏置磁性時(shí),觸點(diǎn)將被打開(kāi)。使用兩個(gè)磁鐵:使用一個(gè)磁鐵靠近一個(gè)方向來(lái)閉合觸點(diǎn)形成自鎖,然后移出時(shí)解鎖。磁性相反的磁鐵隨后從另一個(gè)方向接近,開(kāi)啟觸點(diǎn)。
自鎖干簧開(kāi)關(guān)可以使一個(gè)磁性系統達到極好的平衡,尤其當附近有其它鐵磁材料時(shí)。一個(gè)采用自鎖干簧開(kāi)關(guān)的應用毫無(wú)疑問(wèn)將成為最好的設計選擇。
總結
當觸點(diǎn)會(huì )在閉合狀態(tài)保持很長(cháng)時(shí)間,功耗也是一個(gè)考慮因素時(shí),使用B型干簧傳感器或干簧繼電器可能是最好的解決方案。隨著(zhù)低功率部件的需求與日增多時(shí),無(wú)論是在開(kāi)啟或閉合狀態(tài)時(shí),自鎖干簧開(kāi)關(guān)或自鎖干簧繼電器將是最好的選擇。另外,當釋放觸點(diǎn)不需要消耗功率時(shí),自鎖常閉干簧開(kāi)關(guān)是最好的選擇。Standex-Meder為用戶(hù)提供了多款自鎖干簧繼電器解決方案,包括MK03圓柱系列、MK04螺絲安裝系列、MK24 J型引腳系列等。
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