如何運(yùn)用數(shù)字I/O來保護(hù)繼電器

1. 簡述

在開關(guān)系統(tǒng)中，短路或者是開路的情況下，由于存在著額外的電流或者是電壓，繼電器往往會過載。所有的繼電器都有一個最大的承載電流和熱切換功率，如果超出了這個范圍，會增加繼電器焊接在一起的風(fēng)險(xiǎn)，從而引起無法釋放，或者是釋放時間過長的情況。

原因是在電源這部分有存在著電容性的器件，可能會釋放大電流，從而產(chǎn)生熱量使得連接部分融化，等到冷卻之后就有可能連接在一起。

增加額外的限流器可以減少這部分的問題，但是需要清楚的是在電源部分增加限流器也是無法避免電容性的電流的影響，并且，由于限流器是接入到電源控制系統(tǒng)中的，在工作的時候需要一定的時間來響應(yīng)，就達(dá)不到想要的結(jié)果。

像一些模塊卡，像40-411,40-412和40-413就可以用來減少焊接故障的發(fā)生，特別是在接入故障的測試目標(biāo)的時候。為了解釋以上的數(shù)字IO模塊可以減少了這方面的損壞，下面就以故障注入模塊作為例子來說明一下。

2. 數(shù)字I/O模塊

40-411,40-412和40-413的輸出端就帶有限流器的驅(qū)動，這些驅(qū)動使用的是MOSFET輸出，并且包括可以讓電流順利通過的限流器。在驅(qū)動進(jìn)入到限流模式之后，電壓電壓降會穿過MOSFET，這個電壓降會讓MOSFET變熱。這個驅(qū)動同樣也包含了一個可以通過保護(hù)電流啦將MOSFET關(guān)閉的溫度傳感器。當(dāng)MOSFET冷卻之后，它又可以重新開始工作了。這個強(qiáng)大的裝置可以保護(hù)器件免于受損害--之后持續(xù)的高電壓才會將器件燒壞。這個溫度傳感器和限流器是非常靠近MOSFET的，所以響應(yīng)時間是非常的短的，這樣可以有效地保護(hù)了MOSFET。

在包含了拉電流和灌電流驅(qū)動的數(shù)字I/O卡中，這兩個驅(qū)動都是可以關(guān)閉的，或者是將某一個驅(qū)動連接到電源或者是接地。

在高電平被應(yīng)用的地方，應(yīng)該注意的是它包含了一個偏置二極管，在開關(guān)打開的時候，就意味著將會有一個電壓電壓降穿過驅(qū)動，這個就出現(xiàn)了比預(yù)想中更加高的阻抗。

3. 故障注入模塊

Pickering的故障注入模塊是用于仿真模擬對于安全性的要求比較高的系統(tǒng)中常見的故障類型。它們可以用來模擬開路短路的故障，和一些常見的與其他的信號線或者是電源/地線之間的短路。但是在選擇的時候，需要看具體的應(yīng)用，因?yàn)橛幸恍?yīng)用中需要的切換電流或者是電壓有比較高的要求，特別是一些比較特殊的應(yīng)用，這就需要從元器件層面去做必要的權(quán)衡。下圖是Pickering的故障注入模塊的圖示：

4. 模塊組合-故障注入模塊與數(shù)字I/O模塊

為了將電源和地線連接到路徑中，用戶可以用數(shù)字I/O模塊來實(shí)現(xiàn)，并且還可以為開關(guān)提供限流保護(hù)。可以使用數(shù)字I/O模塊來將故障注入的切換變換為冷切換，冷切換對于開關(guān)的壽命的沒有太大的影響。

故障注入的經(jīng)典的結(jié)構(gòu)圖如上面的圖示所示，這里面已經(jīng)集成了多種可能的故障信號源的接口，有一個或者是多個故障信號源可以是電源(電池)或者是地線。當(dāng)使用數(shù)字I/O卡來進(jìn)行中間部分的連接后，就可以起到一個限流的作用。

如果數(shù)字I/O模塊40-411只提供與地線之間的聯(lián)系，那么它只能驅(qū)動一個激勵信號源。如果信號方向是顛倒的，那么40-411將會把信號壓縮到在比地線低0.6V，因?yàn)檩敵龃嬖谥O管。40-411是帶有1A的灌電流的，它將會把信號限制在1.5A和+3.5V，如果是低電壓，那么將會有一個高電流，最壞的情況是在1.5V的時候有3.5A的電流。

40-412模塊將會提供允許連接外部地線或者是電源線的驅(qū)動，唯一的要求是連接一條故障線來提供這樣的功能。在低電平的驅(qū)動的情況下(連接到地線)，電流一般也是限制在1A的，最壞的情況是在1.5V的時候還帶著1.5A的電流。在高電平的驅(qū)動的情況下，電流大約會在1A，但是需要注意的是電壓降會比低電平驅(qū)動的時候更大。

40-413數(shù)字I/O模塊與40-412的功能是差不多一樣的，但是在高電流的情況下，低電平的驅(qū)動一般是在7A的電流，還有在高電平的情況下，是3.5A的電流。這種設(shè)計(jì)不適合于2A電流的應(yīng)用中，但是可以用于需要大電流的故障注入應(yīng)用中。

在很多情況下，可以通過并行排布多于1個通道的數(shù)字I/O模塊來提高對更大電流的限制的能力。

不管在什么情況下，用戶都可以通過數(shù)字I/O模塊卡來切換信號，而不用再通過開關(guān)來操作。在數(shù)字I/O模塊關(guān)閉與地線或者是激勵源之間的連接之前，就可以關(guān)閉故障注入卡上的開關(guān)。這樣就意味著可以大大地提高開關(guān)的使用壽命，原因在于將開關(guān)的熱切換轉(zhuǎn)化為了冷切換。

任何情況下，用戶都必須保證數(shù)字I/O的電壓不能超過標(biāo)稱的電壓。

5. 其他應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用上，數(shù)字I/O不只可用于故障注入模塊中，也可以用在其他的有連接到地線或者電源線的開關(guān)模塊中。