汽車(chē)閃光繼電器優(yōu)化分析與改進(jìn)

朱德強(qiáng)

摘要：FIasherA是一種24V系統(tǒng)的汽車(chē)閃光控制繼電器（后面簡(jiǎn)稱閃光繼電器），在客戶端出現(xiàn)極個(gè)別產(chǎn)品常亮或不動(dòng)作，閃光繼電器是為提醒別人，它的失效存在一定的危險(xiǎn)性，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致交通事故，所以我們非常重視此問(wèn)題，必須要解決它。本文著重介紹了此次分析的過(guò)程及處理方法。本文從簡(jiǎn)要地介紹閃光繼電器開(kāi)始，進(jìn)而介紹此次優(yōu)化的分析過(guò)程及處理方法。

關(guān)鍵詞：閃光繼電器 擊穿 壓敏電阻 防電源反接

引言

普通的閃光繼電器般是三個(gè)PIN腳，（49）B接電源正極、（49a）（L）接負(fù)載、E（31）接電源負(fù)極。

閃光繼電器是種控制轉(zhuǎn)向燈（鹵素?zé)艋騆ED燈）按照定的頻率（60～120次/min）進(jìn)行閃爍，同時(shí)它對(duì)所帶的燈泡進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其中的指示燈損壞后它會(huì)控制指示燈按不同的頻率（a.閃光頻率增高：其閃光頻率至少應(yīng)高于原來(lái)閃光頻率的75%，但不得低于140周/分.b.閃光頻率下降：其閃光頻率至少應(yīng)低于原來(lái)閃光頻率的50%，但不得高于50周，分；c.指示燈長(zhǎng)亮或長(zhǎng)滅。通常我們是按方案a的要求）進(jìn)行閃爍，這樣可以提醒駕駛員及行人注意，避免發(fā)生交通事故。它的工作原理是智能IC或單片機(jī)接收到外部啟動(dòng)信號(hào)后輸出定頻率的PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)后端的繼電器或MOS管帶動(dòng)轉(zhuǎn)向燈工作，同時(shí)通過(guò)檢測(cè)取樣電阻或MOS管的反饋信號(hào)判斷負(fù)載是否正常，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)則輸出頻率相應(yīng)增加的PWM信號(hào)。

這是種較常用的方案，由于汽車(chē)上的電氣復(fù)雜，線末多，感性負(fù)載多，所以外部的保護(hù)電路也必須設(shè)計(jì)好，否則同樣的應(yīng)用電路也會(huì)出現(xiàn)失效的，下面以FlasherA的失效做為案例進(jìn)行說(shuō)明。

一、不良現(xiàn)象

客戶反饋我司產(chǎn)品在裝配過(guò)程中出現(xiàn)燈常亮或不工作，不良樣件取回測(cè)試也同樣出現(xiàn)燈常亮或不工作。拆殼檢查分析，發(fā)現(xiàn)部分三極管出現(xiàn)CE短路或開(kāi)路、二極管擊穿開(kāi)路并形成小洞，經(jīng)測(cè)試確認(rèn)這些產(chǎn)品的不良均是二、三極管損壞。

二、不良分析

不良品的原理圖見(jiàn)圖1，IC1是智能IC，二極管D1起繼電器K1線圈的續(xù)流作用，避免Q1關(guān)斷時(shí)繼電器產(chǎn)生的高壓反電動(dòng)勢(shì)（無(wú)續(xù)流時(shí)可達(dá)上千伏）將Q1擊穿，Q1則是繼電器K1的控制開(kāi)關(guān)。

從圖1判定造成三極管、二極管擊穿損壞的原因有如下可能：

A由BC817的規(guī)格書(shū)可知，它的集電極電流Ic是500mA。

繼電器K1的線圈電阻為362×（1±10%）Ω，在正常工作電壓（18V～32V）范圍時(shí)，最大工作電流：

I=32÷（36236.2）=98.2mA<500mA，所以A的可能去除。

B此閃光器用于工程機(jī)械，整車(chē)在實(shí)際使用中，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，燈、喇叭、電磁閥等負(fù)載的通斷會(huì)產(chǎn)生瞬問(wèn)的尖峰高電壓脈沖群沖擊，圖2是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)電磁閥接通后斷開(kāi)時(shí)的波形圖（Vpp=332V，V+=134V，V-=-198V）；

從以上波形圖可以看出，尖峰脈沖干擾的產(chǎn)生與整車(chē)的負(fù)載使用情況有很大的關(guān)系，產(chǎn)生的尖峰脈沖經(jīng)電源線串?dāng)_到產(chǎn)品電源引腳。這種尖峰高電壓超過(guò)器件的承受電壓范圍，造成三極管、二極管被擊穿而開(kāi)路或短路。

C從圖2的波形圖，整車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)脈沖，三極管的VEBO只有5V，但從圖2的波形圖看，反電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止5V，所以反向電壓過(guò)高也是三極管失效的原因之。

從B、C兩點(diǎn)的分析可知，引起三極管、二極管失效的主要原因是由于整車(chē)的電源較差，在負(fù)載啟停時(shí)產(chǎn)生過(guò)高的尖峰脈沖，使三極管、二極管擊穿損壞。

三、矯正措施

1.矯正方案

從第2點(diǎn)的B、C分析可知，正向電壓和反向電壓VEBO過(guò)高是引起二極管、三極管失效的主要原因，所以我們采取以下的措施進(jìn)行改善：

（1）為吸收尖峰脈沖在電源輸入端增加個(gè)壓敏電阻：

此閃光器用于24V系統(tǒng)，工作電壓范圍為18VDC～32VDC，按照壓敏電壓取最高工作電壓1.2～1.5倍但低于被保護(hù)器件最大工作電壓的原則，選用WMR10D470K，它的主要參數(shù)如下表：

（2）二極管由反向耐壓75V的1N4148改為反向耐壓為1000V的M7（位號(hào)D1）；

（3）三極管由耐壓50V的BC817改成耐壓140V的MMBT5551；

（4）在電源負(fù)端增加防反極性的二極管D2（1N4007）；

優(yōu)化后的原理圖如圖3：

2.驗(yàn)證

（1）Pspice仿真分析

加正向電壓120V進(jìn)行仿真，Q1的c極電壓正常；加反向電壓120V進(jìn)行仿真，Q1的c極電壓正常，仿真圖如圖4所示。

（2）EMC測(cè)試

按照ISO 7637-2 5b的波形（US*為34.56V）加于輸入端，測(cè)試400ms沒(méi)有損壞，功能正常。

（3）實(shí)際使用

經(jīng)以上優(yōu)化后1年多均沒(méi)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，由此證明此改善是有效的。

四、結(jié)束語(yǔ)

從閃光繼電器的優(yōu)化可以看出，汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，一方面要考慮電源干擾，另一方面要考慮防電源反接，防電源反接不僅僅是防電源的反接，另外可以防止由于汽車(chē)上電機(jī)或電磁閥等感性負(fù)載在啟停過(guò)程中產(chǎn)生的高的反電動(dòng)勢(shì)，由于車(chē)上線束多，線間容易產(chǎn)生耦合，對(duì)部分產(chǎn)品形成反向電壓，嚴(yán)重者則會(huì)損壞，所以汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)整體都必須有防電源反接功能。endprint