9v继电器维修干货分享开关电源输入端继电
发布时间：2024年08月14日 点击：[6]人次
摘要开关电源产品有一个重要的性能指标为输入冲击电流，该指标通常要往小的方向设计，常规设计是在开关电源输入端的火线上串联一个热敏电阻（NTC）,而对于功率较大的开关电源则同时在热敏电阻（NTC）上并一个继电器，用于产品稳定工作时减少器件损耗和提高可靠性。本文重点分析并入继电器后发生触点短路失效的原因，通过原理、实验测试、验证及继电器材料方面，详细解析继电器在电路设计应用过程中的问题点，为继电器在开关电源产品上的设计提供参考。
关键词：开关电源、继电器、冲击电流
失效现象及来源实际工程设计中，把图1的PFC电路设计到产品上，测试发现冲击电流超标（设计目标≤25A），到达70A。本方案中，热敏电阻RT1的阻值为10Ω，理论上计算，按照输入电压为90VAC，即在相位90°或270°时，有最大的输入峰值电压为90*√2≈127V,输入最大峰值电流（输入冲击电流）为Imax=127/10=12.7A，测试结果和理论计算完全偏离。
图1 PFC电路
结合图1分析，影响输入冲击电流的器件主要是热敏电阻RT1和继电器K1，有以下4种组合情况：①热敏电阻开路和继电器未吸合，此时输入属于开路状态，产品应该无输入；②热敏电阻开路和继电器吸合，输入电流经过继电器直接给到后端电路，热敏电阻在电路中不起作用，输入冲击电流大；③热敏电阻正常和继电器未吸合，输入电流经过热敏电阻给到后端电路，输入冲击电流受抑制而减少；④热敏电阻正常和继电器吸合，输入电流主要经继电器给到后端电路，热敏电阻在电路中不起作用，输入冲击电流大；对热敏电阻和继电器进行检测，结果为热敏电阻阻值正常，继电器在没有供电的情况下常开点处于吸合状态，也就是继电器为异常器件。
更换新的继电器后，测得的冲击电流仅为7.4A。之前产品测试冲击电流超标属于第④种情况，输入电流主要经继电器给到后端电路，热敏电阻在电路中不起作用，导致输入冲击电流大。
电路图1的工作原理为：继电器K1并联在输入热敏电阻RT1的两端，由PFC电感L2的辅助绕组经过线性稳压后供电。当开关电源上电启动后，因为继电器K1此时没有供电电压，继电器K1处于开路状态，输入电流通过热敏电阻RT1给大电解电容C8充电，从而限制了开机的输入冲击电流。当功率管Q1接收的驱动信号后，PFC电感L2辅助绕组电压建立，即继电器K1供电电压建立。当供电电压达到9V左右时，继电器开始工作，触点闭合把热敏电阻RT1短路，降低产品工作时的输入线路阻抗，减少损耗，提高产品的效率。
继电器触点短路失效的原因对于继电器未供电，常开点已经吸合的情况，即继电器触点短路失效，一般存在以下三种可能，下面对以下三种可能原因一一进行分析排查：
① 继电器动作频率过高，使用次数已超过继电器所能承受的开关次数；
② 继电器所处环境温度过高；
③ 继电器流经浪涌电流过大。
通过对图1电路工作原理的分析和实际监测继电器K1触点两端电压，继电器K1仅在上电过程中动作，正常工作后触点不会再有开关动作，因此继电器K1的开关次数仅与人为输入的开关次数有关。通过查阅继电器的规格书可知，该继电器的使用次数为1*10^4次，产品还在调试阶段，不可能达到1*10^4次，所以不是使用次数超过寿命的原因导致。
图2 继电器触点稳态电流波形
【黄色为输入电压，蓝色为继电器触点电流】
通过实际测量，如图2，该继电器工作时触点电流约3A，继电器环境温度为83℃。查阅本款应用的继电器规格书标明环境耐温参数为10A/85℃，通入电流7A时可用于105℃，对比实际使用的环境和电流，可以排除由于使用环境温度过高的原因导致。
图3 继电器触点导通波形
【黄色为输入电压，蓝色为继电器触点电流】
继电器K1后端负载为感性负载(L1、L2)及容性负载（C1、C2、C8），实测继电器K1触点电流，如图3所示。从图中可以发现继电器K1触点在导通后的一段时间内出现了尖峰电流，最大尖峰Imax=39.4A。继电器规格参数最大耐电流10A，而在调试产品时经过多次开机产生的浪涌电流冲击（39.4A）会使触点处损伤进而导致粘合失效。