降低磁干扰

干簧继电器在某些条件下易受到磁干扰，可能导致性能下降。本页面提出了一种降低干簧继电器间磁干扰的实用方案，其指导原则适用于多种场景。

随着电子设备的小型化趋势，干簧继电器通常被放置在彼此相邻的位置。继电器之间的磁耦合会影响拉入和拉出电压等参数。在某些情况下，相邻的继电器会受到相邻继电器的不利影响。

我们针对最恶劣工况下的基础干簧继电器阵列提供了实验数据，并通过公式对数据进行分析。虽然数据采集自单列直插式封装干簧继电器，由于基本物理原理相同，其结论适用于大多数干簧继电器封装类型。

干簧继电器阵列或矩阵的设计清单涵盖了最小化电磁效应所需考量的关键因素。系统化遵循该清单将有助于减少或消除多种常见干扰变量。

影响干簧继电器在矩阵组件中受电磁干扰性能的因素众多，可分为内部与外部两类：

内部因素：在设计的初期阶段，用户与制造商需就应用场景进行沟通，并全面考量以下内部因素：

• 线圈线径
• 线圈电阻
• 线圈安匝数 (AT值)
• 线圈绕线方向
• 线圈绕线端接方式
• 干簧开关组件类型
• 继电器内干簧开关的数量
• 内部磁屏蔽设计

外部因素： 通常可通过合理规划干簧继电器的运行环境来控制外部因素，投入的管理力度取决于其对设计性能的不利影响程度。需重点考量的外部因素包括：

• 邻近磁场干扰
• 继电器在矩阵中的间距
• 磁极排列方式
• 外部磁屏蔽措施

为了更好地理解相邻干簧继电器之间的磁耦合现象，请参考下面的示例。图 1 展示了安装在印刷电路板上的两个相邻干簧继电器组成的局部矩阵。继电器K1与K2结构相同，且电流方向相同。

图示呈现了两继电器同时通电时的磁场分布。当K1与K2均通电时，它们相互对立的磁场会产生不利影响，具体表现为K2的磁场延伸至K1本体内部。

当仅K2通电而K1未工作时，K2的吸合电压与释放电压处于制造商规格范围内。但若在K1工作时尝试激活K2，将导致K2的吸合与释放电压升高，甚至可能超出制造商规定的限值。

当K1通以与K2反向的电流时，此时激活K2将导致其吸合与释放电压降低。

继电器矩阵可通过多种方式配置。本次分析中，我们针对五种典型配置结构提供实验数据，并简化了磁极方向的考量。所展示的配置与磁极排列方式，揭示了继电器间磁相互作用在某些极端条件下的影响。

实验设置

实验数据采集自宽度为0.20英寸的模压单列直插式继电器。测试矩阵配置如图2所示。

测试时，受测继电器周围的所有继电器均以相同磁极方向通电。待所有继电器通电后，再逐步对受测继电器（与其相邻继电器磁极方向相同）施加激励直至吸合点。释放电压数据采集采用类似方法。

所有数据均采用5伏线圈驱动电压采集。对于能产生等效安匝数的更高电压线圈，结果相似。更高安匝数的线圈会产生稍强的相互作用效应。本文涉及的磁屏蔽继电器数据中，磁屏蔽均为继电器内部集成结构。

通常，在继电器矩阵中，当所有继电器的磁场极性相同且磁场全部来自相邻继电器时（图2），吸合电压将面临近乎最恶劣的磁干扰条件。当继电器以端对端方式排列时（图2d与2e），这种相互作用会有所减弱，该效应可参见图6b。

在所呈现的最恶劣预期条件下，释放电压问题并不突出，因为它会随吸合电压同步增加，并保持大致相同的电压变化幅度。然而，若相邻继电器的磁极性与受测继电器相反（形成辅助磁场），释放电压可能成为主要问题。

此问题可通过为继电器分配合适的电压极性并采用制造工艺一致的继电器来避免。吸合电压变化量定义为存在相互作用效应时的吸合电压减去无相互作用效应时的吸合电压。所展示的吸合电压百分比增量是基于5伏标称线圈电压计算的，其数学表达式为：用数学方法表示为 ΔPI = ΔPI(100)/5伏 （公式 #1）

在特定矩阵中，无论继电器初始吸合电压处于何种水平，其吸合电压的变化量基本保持一致。例如，若某继电器在无干扰时的吸合电压为2.3伏，受干扰后会升至2.7伏（变化量ΔPI为0.4伏）。现考虑同一矩阵中在相同条件下的另一继电器，其初始吸合电压为2.6伏，受干扰后吸合电压将升至3.0伏（ΔPI同样为0.4伏）。

计算磁相互作用的影响

为了进一步检查磁相互作用对干簧继电器的影响，现考虑使用图 #5b 中 5 V SIL 继电器的三继电器矩阵，中心距为 0.20″（无磁屏蔽）。所有测试都将在中心继电器上进行，中心继电器本身的实际拉入电压为 2.6 V。外侧两个继电器的线圈电压为 5 V。

接下来将对中心继电器进行通电测试，其预期吸合电压变化量可通过计算得出。

首先计算吸合电压变化。本例将采用以下公式进行计算：

ΔPI =(% ΔPI x Vnom)/100（公式 #2）

其中 ΔPI = 预期吸合电压变化。

ΔPI = 在额定电压下计算出的相互作用百分比（实验数据图中已展示）。

Vnom = 制造商指定的线圈额定电压。

PIwc = Plact + ΔPI（公式 #3）

PIwc = 互动条件下最坏情况下增加的拉入电压。

Plact = 没有外磁干扰时的实际拉入电压。

参考图 #6a，在 5 V 的额定线圈电压下，磁干扰为 14.2%。使用公式 #2 计算 ΔPI

ΔPI = (14.2 x 5)100 = 0.71 伏特

继电器的实际拉入电压为 2.6 伏。因此，可以使用公式 #3 计算出接近最坏情况的拉入电压：PIwc = 2.6 + 0.71 = 3.31 伏（公式 #4）

计算出的 Plwc 值可能是给定矩阵在所有可能极性（磁性和电性）条件下的最坏情况。计算得出的 ΔPI是整个拉入电压范围内的近似值。

此外，ΔPI ~ ΔDO；也就是说，矩阵中的滤波电压变化紧随拉入电压的变化。例如，在计算 PIwc 时，如果在没有磁场影响的情况下测得的压降电压为 1.4 V，那么在所述条件下，其值将变为 2.11 V。除了需要特殊压差条件的极少数情况外，上述压差电压变化不会造成问题。

减少磁干扰的方法

• 选用带内部屏蔽的干簧继电器
• 在矩阵中使用外部磁屏蔽
• 增加继电器之间的间距
• 避免相邻继电器同时工作
• 设计特殊矩阵的布局结构

特殊条件

图 6 所示条件的数据采集自被通电继电器包围的单个未通电继电器。而在许多实际应用中，继电器会在不同工况下被激活，典型场景是整个继电器组同时通电。

例如，以这种方式给同一矩阵中的继电器通电，图2a中收集到的数据将减少约 2 倍：在监控中心继电器的同时，用斜坡电压同时给所有继电器通电。

在这种情况下，交互效应将降低 2 倍。如果继电器仍同时通电，则随着斜坡速度越来越快（近似于阶跃函数），也会观察到同样的效果。

这种交互作用的减弱，是因为触点闭合时周围磁场强度降低——实际吸合电压通常仅为标称电压的一半。

在某些条件下，线圈绕制方向与端接方式的一致性（尤其在紧密安装时）能够降低磁干扰影响。

图4所示的矩阵通过采用相反的磁极性和一致的线圈制造工艺，在不增加磁屏蔽成本的前提下减少了相互作用。这种效果（如图2所示）可通过图1的接线方式实现。

图4所示的矩阵通过采用相反的磁极性和一致的线圈制造工艺，在不增加磁屏蔽成本的前提下减少了相互作用。这种效果（如图2所示）可通过图1的接线方式实现。

• 应用电压：最大负载和 50 °C 时的电源电压最低可达 4.9 V。在某些情况下，在工作温度范围内，负载电压可能与最大 0.7 V 的晶体管/二极管电压降串联。电源的工作电压降至 4.3 V，即继电器线圈的实际电压。
• 温度影响：如果系统的最高工作温度为 50 °C，而规定的继电器拉入电压在 25 °C 时最大为 3.6 V，线圈额定电压为 5 V，则在 50 °C 时电压会从 3.6 V 升至最大 3.96 V。
• 可用的 PC 板空间：需要 5 x 10 继电器矩阵（50 个继电器）。为了将继电器安装在电路板上，必须采用拥挤布置（电路板空间只有 7.75 英寸 2）。4.相邻继电器之间的距离：继电器必须以 0.20 英寸为中心排列，每 10 个继电器排列 5 行。5.
• 给矩阵供电：在此应用中，最多有三个继电器同时通电。图3a显示了此应用所需的交互数据。在这里，最坏情况发生在无磁屏蔽的 0.20 “分隔处，为 7.5%。通过公式 2，计算出最坏情况下拉入电压增加 0.38 V。

• 磁屏蔽：决定不使用磁屏蔽。7.寿命特性。一般来说，在切换中高电平负载时，线圈电压过驱动应约等于 100%（约等于实际拉入电压的两倍），以获得最佳寿命特性。在这里，继电器线圈的过驱动很小，但预计只有低电平开关。因此，寿命特性不会受到影响。
• 设计分析：如果将第 5 项的结果与第 2 项的结果相加，在交互条件下，最大拉入电压将升至 4.34 V。此时最简单的两种方法可能是增加电源电压或将初始最大拉入电压额定值从 3.6 V 降至至少 3.2 V。这将在最坏的情况下留出足够的额外过驱动。

若忽视磁相互作用对干簧继电器的影响，可能引发严重问题。不过，解决这一问题的方案有多种可能。

本文提供了评估基础矩阵类型在最恶劣工况下的理论基础。通过参考提供的设计清单，可系统化完成继电器矩阵的设计。

我们强烈建议用户在设计的早期阶段与继电器制造商进行技术沟通。遵循这一方法将极大降低继电器矩阵性能出现不可预测偏差的风险。