使用精密开关设计高压测试系统

从线束测试到半导体 ATE

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• 高压测试系统设计中的关键考量
• 高压切换中的挑战
• 高压系统中的干簧继电器技术
• Standex SHV 继电器系列
• 高压测试应用示例
• 高压测试中的设计考量

高压测试系统设计中的关键考量

在现代测试系统中，对高电压进行准确切换是一项基础要求，它直接影响测量精度、稳定性和吞吐量。在半导体 ATE 或线束测试等应用中，切换元件会成为测量路径的一部分，必须满足与仪器本身相同的性能期望。

随着电压等级上升、容差收紧，漏电流和寄生电容等效应将界定系统极限，不能再被视为次要因素。因此，选择合适的切换技术是一项关键的设计决策。

干簧继电器在这些环境中被广泛使用，因为它兼具高隔离与极低寄生效应，使得在广泛的高压应用中也能实现精准且可重复的测量。

高压切换中的挑战

在精密测试系统中，漏电流往往是测量误差的主要来源。这在绝缘测试和高阻抗测量中尤为关键，因为即使非常微小的漏电路径也会扭曲结果，或随着时间推移降低可重复性。

寄生电容带来另一个限制：它会增加稳定时间，并在多路复用架构中造成通道间耦合，从而限制可实现的吞吐量。

同时，系统设计人员还面临提高密度、缩小占用空间的压力。这在紧凑设计与电气性能之间形成权衡：切换器件必须在有限空间内保持高隔离和低寄生参数。

关键设计约束

高压切换中的关键设计约束包括：

漏电流

尽量降低漏电流，以保持测量精度

寄生电容

降低寄生电容，以缩短稳定时间

高隔离

在紧凑、高密度布局中保持高隔离

高压系统中的干簧继电器技术

干簧继电器通过其固有的物理结构来应对这些挑战。气密封装的触点确保漏电处于皮安级别，而触点几何结构带来亚皮法级电容。这种组合使高电压能够被准确切换，同时不会引入显著的测量误差。

与其他切换技术相比，干簧继电器提供更均衡的性能特征，优先保障信号完整性。替代方案可能在某些方面（如切换速度或寿命）有优势，但通常会以漏电或电容为代价，从而限制其在精密测量系统中的适用性。

对于对精度和可重复性要求严苛的高压测试应用，干簧继电器仍然是首选方案。

切换技术对比

属性	干簧继电器	固态继电器	机电继电器
漏电流	极低	高	中等
寄生电容	极低	高	中等
隔离性能	高	有限	良好
切换速度	快	非常快	慢

Standex SHV 继电器系列

Standex SHV 系列专为高压测试与测量应用而开发，将紧凑设计与稳定电气性能相结合。该系列目前同时包含单通道和双通道配置，便于灵活进行系统设计。

单通道常开触点（Form A）的 SHV-1A 是一种经过验证的解决方案，广泛用于自动化测试系统、线束测试、仪器仪表或储能系统的电池管理。它提供可靠的高压切换与稳定的绝缘特性，并在实际应用中建立了良好的业绩记录。

SHV-2A 在相近占板面积内引入双通道配置（2x Form A），扩展了该平台。这使更高的通道密度与更高效的系统架构成为可能，同时不牺牲电气性能。

SHV 系列的关键特性包括：

• 高绝缘电阻，支持精确测量
• 极低电容，实现更快的信号稳定
• 紧凑外形，适用于高密度切换矩阵
• 在长生命周期运行中保持一致性能

SHV-2A 支持最高 1 kV 的切换电压，击穿能力最高可达 2 kV；或根据配置支持 1.5 kV 切换、3 kV 击穿电压，同时具备太欧级绝缘电阻和低至 0.5 pF 的电容。

这些参数可直接转化为系统精度与效率的提升。通过将已验证的单通道性能与双通道选项相结合，SHV 系列让设计人员在保持测量完整性的同时，更有效地扩展系统规模。

SHV 系列 – 一览

高压测试应用示例

高压电缆与线束测试需要在大型矩阵间切换，同时保持绝缘测量精度。在 EV 与航空航天系统中，漏电路径会直接扭曲绝缘读数，因此切换元件必须在高电压下保持高隔离。干簧继电器可在多通道间实现可靠路由，同时支持紧凑的矩阵架构。
应用于 Aero-MIL 用高压线束测试仪，或用于模拟与混合信号半导体的量产测试系统。

在半导体 ATE中，切换元件是参数测量路径和信号路由网络的一部分。寄生电容限制稳定时间，而漏电流会影响低电平测量精度。干簧继电器将这两种影响降至最低，在高测试量下支持快速且可重复的测量。

功能性 PCB 测试涉及在混合信号环境中对多个节点进行切换。高压电源轨与敏感测量点共存，因此需要切换器件在有限空间内保持隔离与低寄生参数。干簧继电器在保持信号完整性的同时支持紧凑布局。

电池与储能测试需要在较高电压下实现稳定切换，用于诊断与安全功能。漏电与漂移会影响绝缘监测与测量一致性。干簧继电器可随时间提供可预测的电气行为，支持可靠的系统评估。

典型应用包括：

• 高压电缆与线束测试仪
• 半导体自动化测试设备
• 功能性与在线 PCB 测试系统
• 电池与储能诊断

高压测试中的设计考量

要在高压切换系统中实现最佳性能，需要将继电器与整体设计进行谨慎集成。PCB 布局至关重要，特别是在确保足够的爬电距离与电气间隙、并尽量减少非预期漏电路径方面。

合适的切换条件（包括尽可能避免带载切换）有助于延长继电器寿命并保持一致性能。

系统架构也应考虑继电器位置与信号走线，以降低寄生效应，并确保高压区域与敏感测量区域清晰分隔。

重要的设计要点包括：

• 具备受控爬电距离与电气间隙的 PCB 布局
• 通过合适材料与设计选择，尽量减少漏电路径
• 受控切换条件以避免电应力
• 优化继电器放置以确保信号完整性

高压设计考量

要做（Do）	• 在高阻抗电路中使用守护（guarding） • 尽可能增大 PCB 上的爬电距离/电气间隙 • 将继电器远离敏感节点放置 • 尽可能在无负载条件下切换
不要做（Don’t）	• 将 HV 走线靠近模拟感测线 • 忽视板面污染（会影响漏电） • 忽略大型矩阵中的累积电容 • 未按最坏情况进行隔离规格设计
最佳实践（Best Practices）	• 用与其同电位的驱动守护网络包围高阻抗节点。 • 保持守护走线连续，并将其与 HV 隔离。 • 使用干净、低漏电材料；避免助焊剂残留。

当它至关重要时

在合适的时间，以最佳成本，做出正确设计。

50 多年来，Standex Detect 一直提供工程化元器件，在精度与可靠性至关重要的场景中表现出色。无论你是在开发半导体测试设备、EV 系统、航空航天平台，还是高压仪器仪表，我们的 HV 干簧继电器都能帮助确保测量精度、长期稳定性与安全运行。

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