如何運用數字I/O來(lái)保護繼電器

　　1. 簡(jiǎn)述

　　在開(kāi)關(guān)系統中，短路或者是開(kāi)路的情況下，由于存在著(zhù)額外的電流或者是電壓，繼電器往往會(huì )過(guò)載。所有的繼電器都有一個(gè)最大的承載電流和熱切換功率，如果超出了這個(gè)范圍，會(huì )增加繼電器焊接在一起的風(fēng)險，從而引起無(wú)法釋放，或者是釋放時(shí)間過(guò)長(cháng)的情況。

　　原因是在電源這部分有存在著(zhù)電容性的器件，可能會(huì )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(wèn)題，但是需要清楚的是在電源部分增加限流器也是無(wú)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中的，在工作的時(shí)候需要一定的時(shí)間來(lái)響應，就達不到想要的結果。

　　像一些模塊卡，像40-411,40-412和40-413就可以用來(lái)減少焊接故障的發(fā)生，特別是在接入故障的測試目標的時(shí)候。為了解釋以上的數字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(lái)說(shuō)明一下。

　　2. 數字I/O模塊

　　40-411,40-412和40-413的輸出端就帶有限流器的驅動(dòng)，這些驅動(dòng)使用的是MOSFET輸出，并且包括可以讓電流順利通過(guò)的限流器。在驅動(dòng)進(jìn)入到限流模式之后，電壓電壓降會(huì )穿過(guò)MOSFET，這個(gè)電壓降會(huì )讓MOSFET變熱。這個(gè)驅動(dòng)同樣也包含了一個(gè)可以通過(guò)保護電流啦將MOSFET關(guān)閉的溫度傳感器。當MOSFET冷卻之后，它又可以重新開(kāi)始工作了。這個(gè)強大的裝置可以保護器件免于受損害--之后持續的高電壓才會(huì )將器件燒壞。這個(gè)溫度傳感器和限流器是非?？拷麺OSFET的，所以響應時(shí)間是非常的短的，這樣可以有效地保護了MOSFET。

　　在包含了拉電流和灌電流驅動(dòng)的數字I/O卡中，這兩個(gè)驅動(dòng)都是可以關(guān)閉的，或者是將某一個(gè)驅動(dòng)連接到電源或者是接地。

　　在高電平被應用的地方，應該注意的是它包含了一個(gè)偏置二極管，在開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)候，就意味著(zhù)將會(huì )有一個(gè)電壓電壓降穿過(guò)驅動(dòng)，這個(gè)就出現了比預想中更加高的阻抗。

　　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中常見(jiàn)的故障類(lèi)型。它們可以用來(lái)模擬開(kāi)路短路的故障，和一些常見(jiàn)的與其他的信號線(xiàn)或者是電源/地線(xiàn)之間的短路。但是在選擇的時(shí)候，需要看具體的應用，因為有一些應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用，這就需要從元器件層面去做必要的權衡。下圖是Pickering的故障注入模塊的圖示：

　　4. 模塊組合-故障注入模塊與數字I/O模塊

　　為了將電源和地線(xiàn)連接到路徑中，用戶(hù)可以用數字I/O模塊來(lái)實(shí)現，并且還可以為開(kāi)關(guān)提供限流保護?？梢允褂脭底諭/O模塊來(lái)將故障注入的切換變換為冷切換，冷切換對于開(kāi)關(guān)的壽命的沒(méi)有太大的影響。

　　故障注入的經(jīng)典的結構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(gè)或者是多個(gè)故障信號源可以是電源(電池)或者是地線(xiàn)。當使用數字I/O卡來(lái)進(jìn)行中間部分的連接后，就可以起到一個(gè)限流的作用。

　　如果數字I/O模塊40-411只提供與地線(xiàn)之間的聯(lián)系，那么它只能驅動(dòng)一個(gè)激勵信號源。如果信號方向是顛倒的，那么40-411將會(huì )把信號壓縮到在比地線(xiàn)低0.6V，因為輸出存在著(zhù)二極管。40-411是帶有1A的灌電流的，它將會(huì )把信號限制在1.5A和+3.5V，如果是低電壓，那么將會(huì )有一個(gè)高電流，最壞的情況是在1.5V的時(shí)候有3.5A的電流。

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

　　40-413數字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，低電平的驅動(dòng)一般是在7A的電流，還有在高電平的情況下，是3.5A的電流。這種設計不適合于2A電流的應用中，但是可以用于需要大電流的故障注入應用中。

　　在很多情況下，可以通過(guò)并行排布多于1個(gè)通道的數字I/O模塊來(lái)提高對更大電流的限制的能力。

　　不管在什么情況下，用戶(hù)都可以通過(guò)數字I/O模塊卡來(lái)切換信號，而不用再通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)操作。在數字I/O模塊關(guān)閉與地線(xiàn)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(kāi)關(guān)。這樣就意味著(zhù)可以大大地提高開(kāi)關(guān)的使用壽命，原因在于將開(kāi)關(guān)的熱切換轉化為了冷切換。

　　任何情況下，用戶(hù)都必須保證數字I/O的電壓不能超過(guò)標稱(chēng)的電壓。

　　5. 其他應用

　　在實(shí)際應用上，數字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(xiàn)或者電源線(xiàn)的開(kāi)關(guān)模塊中。