作者：竇明佳
摘要 ：本文介紹了汽車繼電器的分類以及插入式電磁繼電器的結構和關鍵參數，同時結合工程實踐總結了一套繼電器選型的方法，並對整車電氣系統設計時繼電器相關回路設計註意事項進行闡述，具有一定的指導意義。
關鍵詞：汽車繼電器；選型；回路設計
Selection and application principle of Automobile plug-in electromagnrtic realy
DOU Ming-jia,
Abstract: This Paper introduces the classification of automotive relay ，at the same time，this paper also introduce the structure and key parameters of plug-in electromagnetic relay,
And combined with engineering practice,it summarizes a set of relay selection methods, and expounds the matters needing attention in relay circuit design in electric system design ,which has certain guiding significance.
Key word: Automotive relay;Selection;Circuit design
引言
繼電器在汽車電源分配電路以及車身控制器PCB板上很常見，單台車不同型號繼電器的使用數量從20個到40個不等，包括發動機主繼電器、燈光繼電器、雨刮繼電器、鼓風機繼電器、電動門窗繼電器、天窗電機繼電器等，由於繼電器所控制的負載不同、布置區域的不同以及EMC的需求，因此根據不同的使用場景選擇合適的繼電器對於整車電氣系統的可靠性至關重要。
2、繼電器的作用及分類
繼電器是當輸入量達到規定條件時，其一個或多個輸出量產生預定躍變的元器件，繼電器在汽車電路中的主要作用有：
（1）電流放大：允許使用低電流開關（或模組內部MOSFET驅動）控制大電流的通斷；
（2）電氣隔離：在負載之間提供電氣隔離（例如消除潛藏回路）；
（3）邏輯反轉：將低電平控制訊號轉換為高電平控制訊號；
汽車繼電器的分類方式有很多種，按照內部結構分為：
（1）電磁式繼電器：借助電磁感應原理透過觸點的閉合/斷開通斷電路；
（2）固態繼電器：是由微電子電路，分立電子器件組成的新型無觸點開關器件；
（3）組合式繼電器：采用PCB式繼電器與其他邏輯電子路線一起組成特定功能的繼電器。
國標QC/T 695-2018—【汽車用繼電器】根據安裝類別和外形及負載能力將汽車汽車繼電器分為7個類別（如表1），本文主要對汽車上電源分配系統（保險/繼電器盒）內常用的插入式電磁繼電器選型及使用原則進行介紹。
3、汽車插入式電磁繼電器的結構及關鍵參數
插入式電磁繼電器主要由繞組（線圈）、鐵心、軛鐵、銜鐵、動簧片、動斷觸點NC（在繼電器動作後處於斷開狀態、釋放後處於閉合狀態的觸點組）、動和觸點NO（在繼電器動作後處於閉合狀態、釋放後處於斷開狀態的觸點組）、引出腳以及底座組成（如圖1），線上圈未通電時依靠動簧片的拉力使動斷觸點接通、動和觸點斷開，當線上圈兩端輸入一定的電壓或電流後，線圈產生的磁場克服動簧片的拉力而吸引銜鐵，從而使動斷觸點斷開、動和觸點閉合。
汽車插入式電磁繼電器的主要參數包括觸點參數、效能參數、線圈參數，表2針對各主要參數進行詳細的解釋：
4、繼電器的選型方法
下面透過某純電動輕卡驅動系統散熱風扇繼電器的選型過程來分析插入式電磁繼電器的選型方法：
4.1根據負載類別及負載大小選擇繼電器的型號
整車用電器的負載類別大致可分為阻性負載（如外後視鏡加熱，後風窗加熱等），感性負載（如冷卻風扇等），容性負載（大燈、霧燈等），對於感性負載、容性負載除了考慮負載穩定工作後的連續電流外還要考慮觸點接通瞬間的脈沖電流、浪湧電流的大小，負載穩定工作的連續電流要小於所選用繼電器觸點參數的最大連續電流限值，脈沖電流及浪湧電流的峰值要小於所選用繼電器觸點參數中最大切換電流的限值，如圖2為該純電動輕卡所用散熱風扇示波器采集的起動電流波形，穩定工作電流為19.4A，啟動瞬間峰值電流為64A，根據公司平台化及通用化規則選用宏發 HFV15類別繼電器，該繼電器常開觸點最大連續電流40A（85°C），最大切換電流150A（NO觸點）滿足負載的需求。
4.2確定繼電器使用電壓
根據整車電壓平台選擇繼電器的使用電壓，例如在商用車上分12V、24V平台，所以選用繼電器的線圈電壓要和整車的電壓平台相匹配，用於切換24V負載的繼電器觸點間隙遠大於切換12V負載的觸點間隙，如果將標有12V的繼電器用於切換24V負載，有可能無法斷開電弧而導致繼電器燒毀，因為該純電動輕卡低壓系統為12V平台所以采用宏發HFV15/12類別繼電器。
4.3 確定觸點的形式
根據整車電氣原理選擇一組常開（只有動合觸點NO）或者一組轉換形式（包括動斷觸點NC和動合觸點NO），該純電動輕卡驅動系統散熱風扇由VCU根據電機控制器IGBT溫度以及驅動電機溫度設定閥值來控制繼電器的觸點閉合，因此選用一組常開形式。
4.4根據繼電器使用環境選擇封裝方式
汽車上常用的插入式電磁繼電器一般放置在繼電器盒內，通常選用防塵罩型，而對於有防水要求的則選擇塑封型，其底座、引出端和外殼間有點膠封閉，繼電器內部被封閉在外殼和底板內，該車型散熱風扇繼電器布置在底盤保險盒內因此可選用防塵罩型。
4.5選擇觸點材料
對於同一款繼電器，不同的觸點材料所適用的負載種類或範圍略有不同。常用的觸點材料為AgSnO2銀錫合金氧化物觸點材料，其具有優秀的抗粘接性，同時材料轉移少，適用於阻性負載、燈負載、感性負載和容性負載，所以在選用繼電器時觸點材料通常預設為AgSnO2銀錫合金氧化物觸點材料。
4.6是否線上圈兩端並聯瞬態抑制元件
由於繼電器的線圈是感性負載，當斷開繼電器線圈回路時，儲存線上圈中的能量會在開關兩側產生過電壓，該過電壓的峰值甚至可以達到數KV，並且關端速度越快，過電壓峰值越高，如果控制線圈回路的半導體元件耐壓不夠高的話將極有可能被擊穿失效，同時該反峰電壓沿電源線傳導會造成嚴重的電磁騷擾，透過線上圈兩端並聯瞬態抑制元件（電阻、二極管、TVS）可線上圈的控制開關斷開後，將線圈和抑制元件構成導電回路，從而有效縮減線圈斷開的反向峰值電壓，但同時使得線圈電流的衰減速度變緩，導致繼電器的動觸點返回常閉位置的速度變緩，時間增加，引起繼電器的壽命降低。線上圈兩端並聯瞬態抑制二極管對反峰電壓的抑制效果最好但同時對繼電器的降低程度最大，因此通常不推薦使用，通常選用在繼電器線圈兩端並聯瞬態抑制電阻的方式來降低反峰電壓，因此選擇在散熱繼電器兩端並聯680Ω瞬態抑制電阻從而降低由繼電器引起的傳導騷擾問題。
總和如上6項內容可確定該純電動輕卡車型驅動系統散熱風扇繼電器的型號為宏發 HFV15/12-HT-R，如下圖3其訂貨標記範例。
5 、繼電器的使用原則
5.1滿足最小負載電流的原則
電磁繼電器的設計在觸點負載電流大於1A時可以穩定的切換，但當觸點負載電流小於1A（例如負載為電磁閥、電磁鐵等）時，由於開閉電弧所引起的觸點面清潔效果較小，長期使用觸點表面積碳，因此接觸可靠性會下降，對於該使用情況需要進行可靠性的驗證或者選用固態繼電器替代電磁繼電器。
5.2避免線圈兩端並聯電器負載的原則
如下圖4所示，這是一個經常出現在車輛電源模式控制情景下的示意圖，圖中上遊的S1開關可以是點火鑰匙或者BCM、PEPS的電源模式高邊驅動輸出，例如RUN/CRANK，S1還可能是另一個繼電器的觸點，例如發動機系統的主繼電器，
當沒有負載2時，S1開關在斷開時，儲存在繼電器線圈中的能量透過圖4中小的電流回路進行釋放，線圈中的電流透過並聯線上圈兩端的電阻（通常為680Ω），考慮線圈電阻（HFV15為90Ω）後的等效電阻為79.5Ω，當繼電器線圈控制回路在斷開前的電壓為13.5V時，當S1斷開瞬間流經線圈和並聯電阻的電流為170mA，並逐漸減小將線圈中儲存的電能轉換為熱能。但當負載2存在，如圖4並聯在繼電器線圈的兩端時，儲存在繼電器線圈中的電流在釋放時會透過接地回路尋找到另外一條路徑如圖3大的電流回路，如果負載2的電阻為3Ω，則線圈釋放的大部份電流就會經過負載2，這樣磁場會以較慢的速度分解，繼電器觸點的回跳時間延長，導致觸點間電弧發生觸點黏連的可能性增加。
為了避免上述情況，通常可以增加繼電器的底邊控制，如圖5在繼電器線圈後面增加S2開關，S1僅僅控制整車的電源模式，實際繼電器的工作轉狀態由S2開關控制，例如對於上述純電動輕卡車型驅動系統散熱風扇繼電器，通常將整車控制器（VCU）作為S2開關來控制散熱風扇的工作狀態。另外也可以在負載2的電源輸入回路增加二極管，可阻止繼電器線圈釋放電流透過負載2.
6、結論
透過上述繼電器的選型方法及繼電器使用原則可規避前期設計階段因為繼電器選型不合理造成的繼電器觸點燒蝕、積碳以及EMC問題，但同時還需要在設計驗證階段借助一系列的電效能測試對繼電器的設計選型進行驗證，從而保證車輛在面對各種復雜使用工況的可靠性。
