天線、雷達、測距儀、衛星、軍用地面車輛、艦船和其他航空航天和國防應用中的高壓/大電流電路，以及270-VDC飛機電源系統，構成了獨特的電源管理挑戰。今天，設計能夠在更小空間內更有效地處理高功率的解決方案至關重要。電動汽車、充電站、電池系統、太陽能和風能應用的配電也帶來了類似的挑戰。本討論通過描述高級繼電器和接觸器如何處理困難的配電需求，簡化了設計師的任務，并介紹了一個工具，用于導航各種接觸器和繼電器功能，以方便選擇。配電技術有各種不同的風格。許多露天開關設計只能承受幾百伏的電壓。然而，使用具有良好介電性能的氣體或真空的更小、重量輕、密封的設備可以切換到70千伏（kV）。

對于接觸器，增大的觸點尺寸和壓力，結合特殊合金材料，可實現高達1000A的高電流管理。將內置霍爾效應電流傳感器集成到接觸器中，可創建這些設備的“智能”電流感應版本。

何時考慮真空型開關

用傳統的開關，由于電弧發生，幾乎不可能中斷千伏電路。當電壓很高時，填充開口觸點之間間隙的空氣迅速電離成導電路徑。因此，雖然觸點正在分開，但電離氣體維持電路-這一問題在通用繼電器中并不常見真空如何將電弧問題降至最低解決電弧的方法是從接觸區域除去可電離氣體。因此，高壓開關被設計成在真空中工作良好。例如，在10-6毫米汞柱的真空中，每密耳接觸間隙的介電強度可達到2000伏。真空電介質也為高壓觸點提供惰性氣氛。真空實際上消除了氧化和腐蝕。當電弧出現在真空中時，空氣或電介質氣體不會發生離解而產生腐蝕性副產品。

射頻應用

良好的絕緣質量和低、穩定的接觸電阻是在射頻（RF）開關中使用高壓真空繼電器的兩個很好的理由。然而，在無線電頻率下操作任何繼電器都會產生電流和電壓限制。當頻率升高時，電流從導體的中心向導體表面遷移的“趨膚效應”可能是個問題。這是因為隨著頻率的增加，導電路徑的表皮深度減小，迫使更多的電流通過更少的導體。這會導致導體表面局部發熱。高溫可能損壞繼電器密封。

當繼電器用作絕緣體時，開路觸點和/或觸點與接地之間存在射頻電壓。在所有實際用途中，繼電器的高壓電容在1到2皮卡天線范圍內。流過該電容的泄漏電流加熱絕緣體的損耗元件，進而限制可施加的射頻電壓。

電流和電壓限制使得有必要降低射頻應用的電流和電壓規格。它們還將操作限制在32兆赫以下的頻率。在選擇特定繼電器時，應考慮這些限制。何時考慮電負性氣體介質開關并非所有高壓繼電器/接觸器都是真空型。具有良好介電性能的惰性氣體也用于高壓元件和系統。這是一個靈活的解決方案，因為可以通過改變氣體混合物和/或壓力來控制加壓外殼中的電壓擊穿。氣體加壓的電弧熄滅特性是另一個優點，因為通常在幾微秒內完全恢復。充氣開關裝置用于高壓電源開關，其功能是關閉常開觸點。這種選擇的一個優點是可以設置氣體混合物和壓力，以便在閉合觸點接觸之前觸發電弧。此外，如果電路電壓高于3500伏，即使電路路徑因觸點彈跳而中斷，電弧仍足以保持電流流動。這種現象有助于氣體填充繼電器的長壽命，如電容放電電路所示。

在傳統繼電器中，觸點電阻隨周期變化。然而，在真空繼電器中，電阻很低，在繼電器的整個壽命期內穩定，典型值為0.015?。低電阻是由于零件清潔均勻、無氧化或污染以及在接觸區域使用純金屬造成的。由于觸點密封在真空外殼內，因此在爆炸性或腐蝕性環境中可以安全地進行切換。

在充氣繼電器中，接觸電阻通常較低，但不像真空繼電器那樣低或穩定。接觸電阻也隨著所用試驗方法的不同而變化很大。體積大、電流大的測量電路通常會導致接觸電阻降低。鍍金提高了穩定性，降低了充氣繼電器的接觸電阻。

開關電源接通、斷開和負載的影響因素術語“電源切換”和“熱交換”涉及通過激活繼電器中斷或啟動電源。當繼電器通電時，在初始閉合和隨后的觸點彈跳過程中形成電弧。電弧會導致接觸腐蝕，除非采取預防措施，否則可能導致接觸焊接。至少，它會造成相當大的接觸損傷。因此，電弧持續時間、電流和電壓水平對繼電器壽命和可靠性至關重要。高壓電源開關繼電器通常有鎢或鉬觸點。這些金屬很硬，熔化溫度高，有助于抵抗電弧的影響。一些具有毫安電流的高壓繼電器使用銅觸點，但它們通常用于“只攜帶”應用。電路負載類型是選擇合適繼電器的一個重要因素。電路負載通常可被視為電容性、感性或電阻性。

電阻負載-直流（DC）電阻負載的中斷導致觸點分離時產生電弧，并持續到觸點進一步分離。在一定的電壓和電流條件下，電弧持續時間取決于觸點分離速度、冷卻和去離子速度以及不可避免的電感和分布電容。在相同電壓下，交流（AC）負載比直流負載更容易中斷，因為交流電每半個周期都會自行中斷。極性變化會阻止金屬在同一方向上繼續轉移，這種情況通常會導致與直流負載的早期接觸失效。

感應負載-中斷直流感應負載比電阻負載更困難。電感中儲存的能量（[1/2]LI2，其中L為電感，I為電流，單位為安培），產生一個電壓（–L[di/dt]），該電壓趨于維持電流。電流繼續，直到電感的能量消散。除非使用特殊的快開觸點或其他方式來中斷電弧，否則電弧的持續性取決于負載的時間常數（L/R，其中R是電阻，單位為歐姆），這是一個直接關系。交流感應負載不會產生與直流負載相同的問題，因為在每個半周期結束時極性反轉會迫使電流為零。此外，電流與電壓不同步，在電流半周期的最后一部分，電源電壓與自感電壓相反。

電容性負載-直流電路中的閉合觸點對電容器進行充電或放電會導致高的浪涌電流。對觸點的影響取決于初始峰值電流的大小和電路的時間常數。交流電路中的類似情況并不常見。為獲得最佳結果，繼電器應置于負載的接地側。如果不這樣做，觸點和外殼之間可能會產生大電流電弧，從而繞過負載。電源是電流浪涌的唯一限制。

在實際應用中，這三種元件通常都存在，但具有重要電容或電感元件的電路由于其儲能而更難切換。使情況進一步復雜化的是，一些電路有高涌流。在高涌流條件下，試圖在觸點彈跳期間中斷非常高電流的觸點會產生一個導致觸點金屬熔化的重電弧。最終，這可能導致接觸焊接。在正弦交流的情況下，情況更糟，因為交流的峰值電壓和電流分別比相同負載電壓下的等效直流電流大41%。

擴展你的思維來應對新的挑戰

今天，許多應用程序需要更多的電力才能在更少的空間內更有效地使用。例如，飛機采用270伏直流電標準，以提高傳統115/200伏系統的可靠性、維護、重量和壽命周期。這一發展還需要對電源管理技術進行更周密的選擇。

設計者應考慮電路條件和繼電器的電氣、機械和環境規范。設計者還應了解繼電器工作特性的權衡，并意識到繼電器術語是一種具有特殊含義的特殊語言。評估與高壓/大電流電路相關的電源管理產品是一個復雜的課題，正如本簡要概述中討論的開關技術的其他方面一樣。為了讓設計師的工作更輕松，TE Connectivity提供了一個“虛擬開發工具包”，涵蓋高壓接觸器、高壓繼電器、電線電纜和連接器。通過工具包方便的在線菜單，可以快速訪問產品特性和優點、圖紙、三維PDF和規格。這一工具為設計師提供了有價值的見解，幫助他們選擇開關技術來處理當今苛刻的配電要求。