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继电器面临新技术革命

2017-08-08

网络的兴起把世界带进了经济发展的又一新时期。未来10年,将是信息技术和网络应用高速发展的时期。继电器作为电子信息业的支撑产业以及作为利用电子信息技术改造传统产业的基础,其技术发展将是革命性的。 

  数字化、网络化、信息化已成为当今世界科技发展的主流。模拟到数字的转变将是未来10年内电子产品更新换代主旋律。继电器必须积极应对这种革命性的转变。面对技术不断创新、市场不断出现新的需求,继电器行业对自身发展的认识应有新的思路,应尽快制订从模拟技术市场向数字技术市场转变的战略措施,大力促进产业结构、产品结构的高技术化,全面提升继电器的产业结构和产品结构。 

  数字化技术发展对继电器技术发展的要求是:微型化、薄型化(表面贴装);低功耗、低损耗(绿色化);高频化;抑制EMI/RFI;高精度、高稳定性、高可靠性;多功能化、组合化、模块化、智能化。 

  继电器主要市场正从传统的电子产品转向数字化信息产品:通讯设备、计算机、网络终端产品、数字音视频设备以及信息家电等产品。当今,通讯与网络、计算机及软件、家电等消费类电子正随着数字化技术的快速发展进一步走向融合,这种结合和一体化,已成为当今信息技术和信息产业的重要发展趋势。 

  IC和LSI的驱动电压将从5V改为3V,为进一步降低功率将目标定为1.5V,如采用1.5V驱动信号继电器,将要求继电器功耗低于50mW。现代组装技术正由自动插装技术向表面贴装技术(SMT)发展,进而向微组装技术(MPT)、微机电系统(MEMS)方向发展。 

  在这场世界信息技术革命浪潮中,继电器技术和产业一定要以前瞻性的新技术、新产品去满足新兴产业和新的生产技术工程化、智能化的需要,同时还要大力推进继电器自身加速向以微电子技术为基础的转变。 

  小型功率继电器 

  小型功率继电器通常指最大触点开闭电流大于2A的通用电磁继电器(EMR),这是目前市场上使用量最大的一类继电器,按产品类型划分,已占继电器的半壁江山。这类继电器技术发展已相当成熟,近期,技术发展的新目标是:继续减小体积,向薄型(高5mm)和窄型(宽5mm)两个方向发展,以进一步降低PCB层间距离或减小PCB安装面积;进一步降低功耗,大力研制和推广环保型以及节能保持型继电器,努力解决触点“粘结”故障难题;在体积减小的同时提高绝缘性能,隔离电压大于2500V,满足BellCore和FCCPart68等标准要求;提高可靠性,高可靠不再为军用继电器所垄断,对通用继电器已提出50PPM或更高的要求。 

上海11选5分布走势图  低电平信号继电器 

  低电平信号继电器通常指最大触点开闭电流小于2A的通信继电器,主要用于通信、网络产品、计算机等信息产品,按应用领域划分,通信继电器约占继电器总量25%。 

  该类继电器采用永磁设计以获得较小底面积及较低的功耗,采用DIP封装以适应自动插装和SMT的需要。 

  目前通信继电器的主流产品是第三代程控交换机通信继电器,14.0×7.0×5.5,140mW,结构采用平衡力式极化型,由计算机集成系统(CIMS)生产制造。1998年国际上已推出第四代通信继电器,10.0×6.5×5.0,0.7g,100mW;表面贴装型,耐热260℃、5~10s焊接热;隔离电压大于2500V,满足BellCore和FCC等标准要求。 

  第三代移动通信、卫星地面站等领域采用的新型高频继电器能无失真地传输信号。适用于W—CDMA方式的小型高频继电器(2.5GHz),其插入损耗:0.2dB以下,隔离度:60dB以上,电压驻波比:1.2以下。

  汽车继电器 

  汽车继电器泛指应用在汽车工业中的各类继电器,约占继电器总量的16%。对汽车继电器的要求是:小体积,大电流(有的达70A),结构坚固耐振,耐水、油、湿和盐雾,以及超静音等。要求汽车继电器进行模拟汽车运行状态的各种试验,如电磁兼容(EMC)试验、启动电机的感性负载试验等。 

  当今,以至今后汽车继电器的一个重要发展方向是将传统的开关继电器与微电子技术、计算机技术相结合,扩展成具有故障诊断、报警和模糊控制功能的一个功能部件,即组合式继电器。例如,雨刮继电器从单纯的继电器转为雨刮控制器。组合式继电器技术主要在硬件和软件开发 

  。硬件方面,广泛采用微控制器(MCU)、专用IC(ASIC)以及SMT、SMD(表面贴装器件)。软件方面,对开发工具的运用和熟练的编程技术及技巧。实现产品向智能化、系统集成化、模块化及满足环保、低功耗要求方面发展。 

  固态继电器(SSR) 

上海11选5分布走势图  SSR是由电子元器件、IC和混合电路构成、通过半导体结实现电路导通和关断的一种电子式继电器,其在各类继电器中增长最快,在整个继电器中的比重不断上升,目前约占8%。与EMR相比,SSR具有可靠性高、寿命长(达上亿次,而EMR通常几十万次)、EMI低、响应速度快、控制功率低(与大多数逻辑IC兼容)和抗振动等优势。这些优势决定了SSR具有旺盛的生命力和极强的市场竞争力。 

  随着电子技术、光电子技术的进步,SSR性能将有进一步提高:导通电阻降至1mΩ以下;断路漏电流降至1μA以下,开关时间降至10μs以下;高负载能力直流达1000A;实现多组转换等。 

上海11选5分布走势图  SSR产品发展方向:一是微型化,如光MOSSSR3.9×4.09×2.0mm,已成为当前世界热门产品;二是大功率,如采用新型电力电子器件VDMOS,已达100V/30A,工作频率100KHz,采用IGBT,已达1700V/800A,工作频率150KHz;三是模块化(如I/O模块、IPM模块等)、组合化、智能化。 

  IPM(智能功率模块)是集微电子技术、电力电子技术和控制技术于一体的高科技产品,是在新型功率器件—绝缘栅双极晶体管IGBT的基础上,采用SMT和厚膜IC工艺,将IBGT芯片、最优化栅极驱动电路、控制电路和过流、过压、短路、过热、欠压锁定等保护电路装在一块模块内。IPM实际上是一种功能拓展的模块化、智能化的SSR。 

  目前,鉴于SSR价格偏高,主要用于军事、防火、抗干扰等高档次场合。随着技术的迅速进步,SSR会有更大的价格下降空间,其应用将进一步扩大。 

  微型机电继电器 

  最近,国外已利用微机电系统(MEMS)技术开发成功了迄今世界上最小的微型机电继电器1.5×1.0×0.6mm。该继电器触点负荷0.3A,触点接触电阻小于300mΩ,触点断开时绝缘电阻大于1013Ω,动作电压5V,可满足长途通信和数据通信以及要求体积小、精度高的电子装置的需要。 

  目前,微型继电器虽尚处研发阶段,但在21世纪必将得到飞速发展,前景不可限量。 

  继电器外形尺寸将继续缩小结构和材料将不断创新 

  继电器发展目标是不断提高技术性能和性能价格比,而不断缩小外形尺寸,不断进行结构和材料创新正是实现这一目标的必然结果和动力源泉。 

上海11选5分布走势图  试以程控交换机用通信继电器为例。自第一代通信继电器于70年代投产以来,差不多以每十年更新一代的速度向前发展,到80年代生产的第二代通信继电器外形尺寸已缩小到20.0×10.0×9.0mm(200mW),再到90年代生产的第三代通信继电器尺寸又缩小为14.0×7.0×5.5mm(140mW),直到1998年推出的第四代通信继电器尺寸更进一步缩小到10.0×6.5×5.0mm(100mW)。从第三代到第四代的更迭已缩短为8年。预测第四代通信继电器在21世纪初将成为通信继电器的主流产品。 

  继电器这种外形尺寸的缩小,是否意味着已逐渐逼近其物理“极限”?早在30年前,就曾有人预测,10mm是继电器外形尺寸的“极限”,后来又预测8mm、5mm 

  ,然而所有这些预测一次次被实践所突破。目前,国际上除第四代通讯继电器外,还大量生产3.9×4.1×2.0mm的SSR,近期更推出了1.5×1.6×0.6mm的微型机电继电器。继电器发展究竟有无“极限”?极限”究竟在哪里?究竟由哪些因素决定?看来突破这些“限制”发展新一代继电器及相关新技术、新材料乃是当前继电器发展的一个重要方向,也是继电器技术发展中的一个重大研究课题。国外研究力度很大,且在寻找新的途径。我们也应从研究继电器技术“限制”问题入手,探寻突破现有“限制”的理论和技术,努力实现我国继电器技术飞跃。

  由传统的开关继电器向组合式继电器发展 

  继电器是一种自动控制元件,而不是最终产品,它只有装入整机系统才能发挥作用。随着整机系统向高可靠(减少连线)、高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化方向发展,系统对功能元件的要求越来越高,希望多功能化、组合化、系统集成化、模块化、智能化,单一功能的传统继电器已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。 

上海11选5分布走势图  另一方面,由于继电器设计及工艺水平的提高,已可将微电子技术、光电子技术、智能控制技术等移植到继电器,内部集成各种器件和电路,如MCU、ASIC等,使之能实现多种功能,如延时、放大、运算、显示、监控、报警、故障诊断、模糊控制等等。 

  正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了智能化的多功能的组合式继电器。组合式继电器更能从整机系统角度出发,实现更高性能的系统指标。从单一开关功能的传统继电器转变为多功能的组合式继电器不仅是一种概念上的突破,同时也是继电器技术发展的必然结果。这是继电器领域的一场革命,对继电器技术有重大推动作用。目前,组合式继电器技术已崭露头角,21世纪将是组合式电器技术真正快速发展的时期。我们一定要抓住这一机遇,加强继电器技术与系统应用的互相融合,努力培养复合型创新人才,实现继电器技术上的大跨越。 

  继电器技术和其他学科相结合将产生新的继电器领域 

  继电器技术一旦与其他学科结合定会诞生一系列崭新的继电器领域和重大经济增长点。70年代与半导体技术、光电技术相结合诞生了SSR。最新的典型例证便是使用MEMS技术研制成功的微型机电继电器。该微型继电器既不是传统继电器外形尺寸的机械缩小,也不是继电器简单的拓展和延伸,而是由微电子技术发展而引发的一场微小型化革命的产物,是微电子技术与精密加工技术交叉的前沿研究领域。它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、材料科学、能源科学等。 

  微型继电器的发展开辟了一全新的继电器领域,它能实现许多继电器不能完成的功能,在航天、航空、汽车、生物医学、环境控制和军事等许多领域都有十分广阔的应用和市场前景。微型继电器是跨世纪的科学技术,在21世纪知识经济中将有更大发展。这向我们昭示:强调和加强交叉学科的结合,对我国继电器技术发展具有重要的意义。




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