如何運(yùn)用數(shù)字I/O來(lái)保護(hù)繼電器

　　1. 簡(jiǎn)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(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(xiǎn)，從而引起無(wú)法釋放，或者是釋放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)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(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(tǒng)中的，在工作的時(shí)候需要一定的時(shí)間來(lái)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(lái)減少焊接故障的發(fā)生，特別是在接入故障的測(cè)試目標(biāo)的時(shí)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(lái)說(shuō)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(dòng)，這些驅(qū)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(qū)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(qū)動(dòng)同樣也包含了一個(gè)可以通過(guò)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(gè)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(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(yīng)時(shí)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(dòng)的數(shù)字I/O卡中，這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)都是可以關(guān)閉的，或者是將某一個(gè)驅(qū)動(dòng)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(gè)偏置二極管，在開關(guān)打開的時(shí)候，就意味著將會(huì)有一個(gè)電壓電壓降穿過(guò)驅(qū)動(dòng)，這個(gè)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(duì)于安全性的要求比較高的系統(tǒng)中常見(jiàn)的故障類型。它們可以用來(lái)模擬開路短路的故障，和一些常見(jiàn)的與其他的信號(hào)線或者是電源/地線之間的短路。但是在選擇的時(shí)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(lái)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(lái)將故障注入的切換變換為冷切換，冷切換對(duì)于開關(guān)的壽命的沒(méi)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(hào)源的接口，有一個(gè)或者是多個(gè)故障信號(hào)源可以是電源(電池)或者是地線。當(dāng)使用數(shù)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(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(dòng)一個(gè)激勵(lì)信號(hào)源。如果信號(hào)方向是顛倒的，那么40-411將會(huì)把信號(hào)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(huì)把信號(hào)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或者是電源線的驅(qū)動(dòng)，唯一的要求是連接一條故障線來(lái)提供這樣的功能。在低電平的驅(qū)動(dòng)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(shí)候還帶著1.5A的電流。在高電平的驅(qū)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(qū)動(dòng)的時(shí)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(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(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(guò)并行排布多于1個(gè)通道的數(shù)字I/O模塊來(lái)提高對(duì)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(guò)數(shù)字I/O模塊卡來(lái)切換信號(hào)，而不用再通過(guò)開關(guān)來(lái)操作。在數(shù)字I/O模塊關(guān)閉與地線或者是激勵(lì)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(guò)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。