继电器原理及可靠性应用

在电子元器件中，继电器一般被认为是一种最不可靠的电子元件，在整机可靠性设计中，把继电器、电位器、可调电感器及可变电容器列为建议不用或少用的元件。

但是，由于继电器在控制电路中有独特的电气、物理特性，其断态的高绝缘电阻和通态的低导通电阻，使得其它任何电子元器件无法与其相比，加上继电器标准化程度高、通用性好、可简化电路等优点，所以继电器广泛应用在航天、航空、军用电子装备、信息产业及国民经济的各种电子设备中。随着科技的飞速发展，继电器在程控通信设备中的使用量还在进一步增加，所以，如何保证继电器的可靠性，满足整机系统的可靠性，成为人们关洋的焦点。

电子元器件的可靠性应由两部分组成，一是元器件的固有可靠性；二是元器件的使用可靠性。固有可靠性是元器件可靠性的基础，主要靠元器件制造商从设计、制造等方面进行有效的控制，以保证制造出来的元器件达到要求的可靠性等级。使用可靠性则是从使用入手，如何保证和提高元器件的可靠性，使其能满足整机系统的可靠性要求。没有高可靠质量等级的元器件，不可能制造出高可靠的电子设备，所以元器件的固有可靠性是整机可靠性的基础。但是，有了高可靠质量等级的元器件也并不一定能制造出高可靠的整机，这里面就有一个使用可靠性的问题。所谓使用可靠性，就是根据各种元器件的特点利用可靠性设计技术，即元器件的合理选用、降额设计、容差与漂移设计、抗振设计、热设计、三防设计、抗幅射设计、电磁兼容设计、人机工程设计及维修设计等，最大限度的发挥元器件固有可靠性的作用，以达到整机系统的可靠性要求。

根据有关部门对整机失效原因的分析统计，其中有百分之四十以上的故障是由于元器件选用不合理造成的。随着元器件制造技术的不断提高，在元器件的固有可靠性已经有了较大提高的情况下，使用可靠性就显得特别重要，而且，随着整机系统功能愈来愈全，所用元器件愈来愈多，对可靠性要求也愈来愈高，所以使用可靠性也愈来愈受到科技界的重视，并且发展成一门新的学科——人为工程。

由于继电器是一种机电一体化的元件，是由电磁及机械传动部份组成的，与其它电子元件相比，要复杂得多，加之在制造过程中有些装配调整是手工操作，所以产品的一致性和可靠性要差一些。但是，如果在使用中采取一些防范措施，仍能达到较满意的效果。在对失效继电器进行失效分析中发现，由于使用原因造成的失效约占百分之三十以上。由以上分析可知，继电器可靠性不高，除自身质量原因外，使用不当也是一个主要原因。现在，我们重点研究如何在使用中提高继电器可靠性的措施。继电器的种类较多，这里重点研究目前使用较多的电磁继电器的使用可靠性。

2合理选择继电器

在整机的可靠性设计中，要求合理选用元器件。元器件的选择和控制是需要多学科知识才能完成的一项任务，一般应由元器件工程师、可靠性设计师、总体及电路设计师、失效分析人员共同完成。首先要根据整机系统的重要程度、可靠性要求、所使用的环境条件及成本等项要求综合考虑和选择。选择时必须重视以下几个方面的要求。

2.1对使用环境条件的选择

环境条件主要指温度、湿度、低气压、振动、冲击等。环境条件的好坏对继电器可靠性的影响极大。

2.1.1温度对继电器的影响

继电器是怕热元件，在美军标MIL—HDBK—217《电子设备可靠性预计手册》中的14种主要电子元器件的失效数据中，有8种元器件的失效率取决于环境温度，其中就包括继电器。高温可加速继电器内部塑料及绝缘材料的老化、触点氧化腐蚀、熄弧困难、电参数

变坏，使可靠性降低，所以，要求设计时使继电器不要靠近发热元件，并有良好的通风散热条件。

继电器虽然是怕热元件，但对过低温度（如军用航空条件－55℃）也不能忽视，低温可使触点冷粘作用加剧，触点表面起露，衔铁表面产生冰膜，使触点不能正常转换，尤其是小功率继电器更为严重。试验证明，对于有些按部标生产的国产小功率继电器，虽然使用条件规定低温为－55℃，但实际上在此条件下继电器根本无法进行正常转换，建议在选择时要留有充分的余量，对于重要的军用电子整机，建议选用国军标产品。

2.1.2低气压对继电器的影响

在低气压条件下，继电器散热条件变坏，线圈温度升高，使继电器给定的吸合、释放参数发生变化，影响继电器的正常工作；低气压还可使继电器绝缘电阻降低、触点熄弧困难，容易使触点烧熔，影响继电器的可靠性。对于使用环境较恶劣的条件，建议采用整机密封的办法。

2.1.3机械应力对继电器的影响

电磁继电器的簧片均为悬梁结构，固有频率低，振动和冲击可引起谐振，导致继电器触点压力下降，容易产生瞬间断开或触点出现抖动，严重时可造成结构损坏，可动的衔铁部分可产生误动作，影响继电器的可靠性。建议设计师尽量采取防振措施以防产生谐振。

根据上述环境条件对继电器的影响，在选择继电器时，首先要使继电器满足整机规定的各项环境条件的要求。但是，有些设计师由于不能全面考虑各项环境条件，使研制出来的整机达不到合同规定的要求。如在军用机载电子设备上选用JRC—5M小型电磁继电器，设计师只重视环境温度可满足整机要求而忽视振动、击冲条件（军用机载条件为196M/S2、20g、10Hz～2000Hz，而JRC－5M为49M/S2、5g、10Hz～500Hz）。如果有些条不能满足，设计师要采取防范措施，否则可靠性得不到保证。

2.2合理选用继电器质量等级

所谓“质量等级”，是指元器件在装机之前，按产品执行的标准或供需双方的技术协议，在制造、检验及筛选过程中的质量控制等级。其质量系数πQ是指不同质量等级对元器件工作失效率λP影响的调整系数。元器件的失效率可用下式表示：

λP=λb(πE·πQ·K)

式中:λP表示工作失效率；

λb表示基本失效率；

πE表示环境系数；

πQ表示质量系数；

K：表示其它因素造成的综合系数，如应用系数、种类系数等。

不同质量等级的元器件，其质量系数πQ不同。从上式可以看出质量系数对元器件失效率的影响程度，所以要求在选择元器件时，要根据整机系统的可靠性要求，选择元器件的质量等级。

继电器的质量等级按GJB/Z299B《电子设备可靠性予计手册》规定划分为5个质量等级，如表1所示。

表1质量等级与质量系数πQ 质量等级质量要求说明补充说明πQ

A A1 符合GJB65A—91《有可靠性指标的电磁继电器总规范》，列入质量认证合格产品目录的W级产品。0.15

A2 符合GJB65A—91的Y级产品；符合GJB1042—90《电磁继电器总规范》的产品；符合GJB1434—92《真空继电器总规范》的产品；符合GJB1436—92《干簧继电器总规范》的产品；按质量认证标准，经中国电子元器件质量认证委员会认证的合格产品。符合

QZJ840617密封继电器“七专”技术条件的产品；符合QZJ840618密封温度继电器“七专”技术