汽車開關接觸系統的設計與應用

田雅雅 李巖

摘要：從汽車開關的接觸系統入手，詳細論述小電流、中電流和大電流的開關接觸系統設計，并闡述新型接觸系統霍爾和光柵系統的原理，展望代表未來趨勢的電容觸摸系統。

關鍵詞：汽車開關；小電流；大電流；霍爾；電容觸摸

1.汽車電器開關的分類

汽車開關種類很多，它們在工作中都有各自的負載定義，有大電流負載，也有小電流負載。為保證開關能有穩定的工作表現，需要選用最合適的接觸系統。根據電流負載大小，整車開關有3種：大電流開關、中電流開關和小電流開關。大電流開關負載電流1～25A，此類開關一般直接連接電源和終端零件（如車窗升降電動機，前照燈，電喇叭，起動電機等）。中電流開關負載電流0.1～1A，這些開關一般控制繼電器或小功率執行器。小電流開關負載電流1～100mA，它們輸出控制信號到ECU（電子控制單元）或BCM （車身控制模塊）。

2.接觸系統的設計介紹

2.1大電流接觸系統

在大電流工作環境中，常用的觸點材料是AgSnO2和AgNi（20）。根據實際生產和應用經驗，Ag基材料的觸點在100mA以上的工作環境中能有非常好的表現，在電弧環境下Ag基材料的觸點有自清潔的功能，但AgNi（20）和AgSnO2兩種材料的自清潔原理是不一樣的。AgNi（20）由雙金屬組成，其機械、物理性能是Ag和Ni按體積百分比的加和作用。大電流開關中，開關觸點接通瞬間會有電弧產生，在電弧作用下，當溫度高于Ni的熔點1453℃時，Ni可以大量溶解于電弧處產生的Ag熔體中，當溫度下降冷卻時，溶解的Ni重新沉積于Ag基體中，Ni的反復溶解和析出在觸點表面形成細Ni顆粒的接觸層，這種材料的形成會降低AgNi（20）觸點的侵蝕率。而AgSnO2材料屬于“顆粒增強”型金屬基符合材料，其中，Ag作為基體，SnO2作為強化相在機械性能上提供材料強度、硬度，在電接觸性能上提高材料的抗熔焊能力和耐電弧侵蝕能力。AgSnO2主要靠熱穩定性高的SnO2顆粒懸浮于Ag熔池中增加粘度而減小材料飛濺。

在實際使用中發現，與AgNi（20）相比，AgSnO2具有更低的材料轉移特性，所以在開關類產品中，一般高于20A的正極觸點會選用AgSnO2， 負極觸點選用AgNi（20）。而在0.1A到20A之間的開關觸點都選擇AgNi（20）。

2.2中電流接觸系統設計

中電流0.1～1A對于銀基材料的自清潔功能還是適用的，因此適用于大電流的銀基材料接觸系統同樣適用于中電流環境，另外一方面，還有一些接觸系統如導電橡膠、金手指等也適用于中電流環境，電流最大為0.1A時，以使用金手指滑動塊，為了提高金手指的彈性，其使用的基材是CuSn6。為了提高接觸性能，接觸區鍍金。如果電流超過0.2A，此時可以使用銀觸點滑動塊結構，銀觸點可以是AgNi（20）合金，也可以是直接電鍍銀。如果按鍵是按壓式或者是翹板式開關，就只能選用橡膠墊了，橡膠墊不僅能提供操作手感，而且在其接觸區域可以放入不同觸點帶來不同的接觸性能。金觸點的工作電流為0.5A，而鎳點的工作電流為0.3A.

2.3小電流接觸系統設計

小電流的接觸材料通常是鍍金處理，它們是惰性材料， 其性能受環境影響很小， 有非常小的接觸電阻和優異的穩定性， 即使在很小的接觸力情況下都有很好的接觸性能。 所有中電流的非銀基接觸系統都能直接應用于小電流環境， 將所有大中電流接觸系統中的銀觸點更換成鍍金觸點， 這個改進后的接觸系統就能在小電流環境中使用。 另外帶金點、鎳點、 碳點的橡膠墊都適用于此環境中。

2.3 接觸系統的應用

各種接觸系統存在于不同開關中， 由于篇幅有限， 本文以幾個典型的例子來說明接觸系統在開關中的應用。 圖1為部分德國大眾車型上使用的大電流前照燈控制開關。旋鈕能帶動轉軸旋轉， 通過機械結構設計， 轉軸能夠推動下方電接觸區域觸點臂的運動， 通過觸點的吸合運動來實現相應的開關功能。 圖2為德國大眾車型上使用的中電流后視鏡調節開關。接觸橋被裝配在轉軸上， 通過轉動旋鈕， 接觸橋在PCB上運動實現左右后視鏡的翻轉功能。圖3為標致雪鐵龍部分車型上使用的小電流刮水操作開關。 環形接觸片被鉚接在后風窗刮水操作旋鈕上， 用戶旋轉旋鈕時帶動接觸片在柔性電路板上運動， 柔性電路板將接觸片的運動信號傳遞到主PCB 上。 圖4為標致408的中控臺控制開關。 其接觸系統是橡膠墊上使用碳觸點配合電路板上的金觸點， 這個結構是接觸系統中最簡單也是應用最廣泛的。

3結語

車用電器開關看似簡單，但不同的開關操作方式，不同的信號輸出，不同的操作手感以及不同的看管耐久次數都會影響開關的接觸系統選擇，除了要不斷分析開關接觸系統，同事也要及時總結及不斷更新，這樣才能使車用開關設計成本降低，開發周期縮減。

參考文獻：

[1]黃錫文. 常用低壓觸點材料電性能研究[J]. 電工材料，2006（4）；26-34