揭祕日本家用電器防火之謎

標籤: 洗衣機 作者: 電子人生 2018-11-05 21:04:00

繼電器,學電子技術的都是耳熟能詳了,然而你真的懂繼電器嗎?你真的能用好繼電器嗎?等看完此文後再作定論。在家用電器中,每年都有起火的案例,比如電飯煲、壓力鍋等,起火大都是繼電器導致的。首先我們來看看繼電器為什麼會起火?

揭祕日本家用電器防火之謎圖1

繼電器說簡單一點就是一個機械開關,通過電磁場的力來推動觸點開/關,觸點在開關過程中會產生火花,比如繼電器在開通的瞬間分為三個階段:分離、慢接合、全接合。

揭祕日本家用電器防火之謎圖2

剛開始時動觸點與靜觸點是分離的,然後受磁場的影響,力逐漸變大使得動觸點慢慢靠近靜觸點,最後才是觸點完全壓緊接通。在這個過程中,關鍵就是第二個階段,當接合未完全時觸點會存在著一定的阻抗,這個阻抗由大變小,就相當於在整個迴路裡串入了一個電阻,此時觸點會產生很大的功耗,也即發熱打火,跟我們開關拉閘是一個原理,而繼電器又會頻繁的通斷,最終造成燒燬,嚴重的就起火。

同理,繼電器在斷的瞬間就是相反的過程,也會經過這三個階段,所以斷開的瞬間也會產生打火發熱現象。為了解決這個問題,交流負載運用中,通常加入正弦波零點識別,讓繼電器的開、關在零點完成。

揭祕日本家用電器防火之謎圖3

這樣雖然極大地減小了開關的火化,使繼電器的壽命也大大提高了,但是電路就會變得複雜,零點的識別要求非常高,還有一個問題就是繼電器開關的第二階段,其時間是會變化的,這個時間類似於半導體裡面的開關延遲時間,三極體開關延遲時間越長,其開關損耗就越嚴重,繼電器也一樣。試想一下,若是開關時間為零,那麼損耗也就為零,但這是不可能做到的。

日本的家電在防火上面是做得不錯的,很多都是他們多年沉澱下來,給日本設計過產品的就知道,要想改一個他們的方案上任何一個元件都很難,而且有些電路還不知道那樣做的企圖是什麼,當然也不會告訴你,其中繼電器的驅動就是其中之一。日本設計的繼電器驅動如下圖4所示。

揭祕日本家用電器防火之謎圖4

日本設計的繼電器驅動電路跟我們不同的是多了一個24V穩壓二極體,這個穩壓管到底是做什麼用的呢?看似很簡單,國內也沒當回事,其實這裡面的學問很大。為了驗證其中的奧祕,我就親自驗證了一下,試驗電路如下圖5。

揭祕日本家用電器防火之謎圖5

接上假負載RL,然後再來看看它的波形是怎麼樣的,用示波器接上兩個通道,地接圖5上的參考地。

揭祕日本家用電器防火之謎圖6

圖6為繼電器開通過程的波形,綠線為繼電器上的電壓降,當繼電器通電後約5.5ms,觸點才完成吸合,可以看到在吸合時的抖動,這個抖動就是產生火花的原因,時間很短暫,但對繼電器來說是很致命的損傷。那麼關斷的時候又是怎麼樣的呢?如下圖7所示。

揭祕日本家用電器防火之謎圖7

如圖7所示,在關斷時,繼電器斷掉電源後約1.2ms,觸點就已完成釋放,但是會產生比較高的感應電動勢,所以三極體的耐壓一定要足夠,否則會過壓擊穿。以上可以看出,加這個穩壓管的好處就是縮短了繼電器的關斷時間,而且每次都比較穩定,這個改善點不言而喻。可能很多人也沒測試過沒有穩壓二極體的波形,看不到對比效果,其實開通的波形是一樣的,只是關斷波形不一樣,無穩壓二極體時,繼電器的關斷波形如下圖8所示。

揭祕日本家用電器防火之謎圖8

從圖8中可以看到,繼電器線圈在關斷時的感應電壓被二極體鉗位,而繼電器關斷的時間約3.8ms,比日本的方案關斷時間增加了幾倍,真的是不做對比就沒有傷害。

可想而知,日本在繼電器的應用上還是下了一定的功夫,若是不真正理解這其中的原因,我想可靠性是難以提升的。繼電器除了在驅動上的要求之外,選型也很關鍵,觸點的材料、擺放的位置、工作的環境等等都是需要考慮的。我們在圖6中看到波形的抖動,看的接觸過程中產生抖動,其實這是開關特性,這個特性也是非常關鍵的,就像程式軟體裡為什麼要去抖?比如輕觸按鍵去抖,開關訊號去抖等。這個抖動跟電流也有很直接的關係,日本在開關界也是出名的強,這方面的研究也很深奧,限於篇幅,就不作過多贅述了!

數位家庭综合网讯2018-11-05 21:04:00

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