一種繼電器單元的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫豐超，王春芝，張艷楠，李蔭榮，王政

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022）

一種繼電器單元的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

孫豐超，王春芝，張艷楠，李蔭榮，王政

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230022）

繼電器為整車電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵零部件，目前，傳統(tǒng)繼電器在整車中有廣泛的應(yīng)用，文章創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種新型繼電器單元，具有傳統(tǒng)繼電器的功能的同時(shí)，還具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成功能多、通用性好、綜合成本低、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢。

繼電器；繼電器單元；優(yōu)勢

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-147-04

前言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車信息化、智能化程度越來越高，伴隨著汽車功能、電氣設(shè)備越來越多，整車需要更多的繼電器來滿足整車功能的需要。由于傳統(tǒng)汽車電氣盒內(nèi)的繼電器為四腳或五腳通用繼電器，僅實(shí)現(xiàn)單路開關(guān)功能的控制。當(dāng)整車功能增加時(shí)，目前僅能通過增加繼電器數(shù)目、擴(kuò)大電器盒安裝空間的方式解決，此種方式有極大的局限性。而本文通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種繼電器單元，在有限的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)繼電器功能的集成，功能翻倍，優(yōu)勢明顯，且可實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

1、傳統(tǒng)繼電器結(jié)構(gòu)

1.1 傳統(tǒng)五腳繼電器介紹

五腳繼電器：控制回路（針腳85、針腳86），非工作狀態(tài)下，針腳30、針腳87A導(dǎo)通，針腳30、針腳87回路斷開狀態(tài)。（圖1為傳統(tǒng)五腳繼電器圖）

圖1

圖2

工作狀態(tài)下，控制回路（針腳85、針腳86）帶電，針腳30、針腳87A回路由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。針腳30、針腳87回路由斷開狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。（圖2為傳統(tǒng)五腳繼電器原理圖）

1.2 傳統(tǒng)四腳繼電器介紹

四腳繼電器：通過流經(jīng)針腳85、針腳86這一回路的控制電流，實(shí)現(xiàn)對針腳30、針腳87通斷控制。圖3為傳統(tǒng)四腳繼電器圖。（圖3為傳統(tǒng)五腳繼電器圖，圖4為傳統(tǒng)四腳繼電器原理圖）

普通四（五）腳繼電器插片結(jié)構(gòu)，相對簡單，沒有復(fù)雜的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特征，一般針腳與內(nèi)部線圈焊接連接上即可。（圖5為傳統(tǒng)四腳繼電器內(nèi)部線圈實(shí)物圖，圖6、圖7為傳統(tǒng)四腳繼電器三維圖）

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

1.3 傳統(tǒng)繼電器缺點(diǎn)

繼電器實(shí)現(xiàn)功能少，汽車功能增加，只能靠增加繼電器數(shù)目解決，同時(shí)需要增加繼電器布置空間，嚴(yán)重限制整車功能的拓展。

2、繼電器單元設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

為解決上述傳統(tǒng)繼電器缺點(diǎn)，本文通過設(shè)計(jì)一種繼電器單元，就是在不增大安裝空間的情況下（28mm×28mm），將2個(gè)繼電器功能整合入一個(gè)繼電器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，滿足整車的使用要求。

2.2 設(shè)計(jì)思路

本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)的是九腳繼電器單元，考慮的是在一個(gè)傳統(tǒng)五腳繼電器的通用安裝范圍（28mm×28mm）內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)五腳繼電器功能，即范圍不擴(kuò)大，功能翻倍。同理可知，不局限于九腳繼電器單元，例如在28mm×56mm范圍內(nèi)，就可以設(shè)計(jì)出18腳繼電器。

繼電器單元內(nèi)部電路板優(yōu)先集成兩個(gè)五腳繼電器，五腳繼電器在四腳繼電器基礎(chǔ)上，多一路功能輸出，所以集成兩個(gè)五腳繼電器就會(huì)比集成一個(gè)五腳繼電器、一個(gè)四腳繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)的功能更多，應(yīng)用范圍更廣。設(shè)計(jì)也考慮了本繼電器單元的通用化，當(dāng)整車需要使用 ①一個(gè)四腳繼電器、②一個(gè)五腳繼電器、③一個(gè)四腳繼電器、一個(gè)五腳繼電器 ④兩個(gè)四腳繼電器、⑤兩個(gè)五腳繼電器時(shí)，都可以用此繼電器單元取代。

2.3 繼電器單元原理圖構(gòu)建

圖8為繼電器單元原理圖。

圖8

針腳1、針腳2、針腳4、針腳9功能執(zhí)行輸出端，針腳3、針腳5功能執(zhí)行電源輸入端，針腳7為控制電源輸入端，針腳6、針腳8控制電源輸出端。

2.4 繼電器單元實(shí)體設(shè)計(jì)

圖9

圖10

繼電器單元構(gòu)成：九腳繼電器單元由外殼a（圖9）和功能執(zhí)行部分b（圖10）構(gòu)成。

繼電器單元外殼為塑料殼體，材料PA66,長方體結(jié)構(gòu)。殼體為注塑一體成型件，有2處卡接結(jié)構(gòu)，卡接結(jié)構(gòu)為倒三角結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)外殼a及功能執(zhí)行部分b的卡接。（圖9繼電器外殼a、圖10為功能執(zhí)行部分b）

繼電器模塊功能執(zhí)行部分b由焊接MINI繼電器21、22、塑料臺(tái)面23、9個(gè)金屬引出腳24、PCB板25構(gòu)成。9腳繼電器單元特征：殼體尺寸長×寬×高=28mm×28mm× 60mm，在通用28mm×28mm的繼電器尺寸范圍內(nèi)新設(shè)計(jì)1、3、7、9針腳(針腳標(biāo)注序號(hào)見繼電器正視圖)，針腳長度（9 ±0.5）mm，寬度（2.8±0.1）mm，銅制材料，四個(gè)針腳對稱分布。（圖11為繼電器正視圖、圖12為繼電器俯視圖）

圖11

圖12

繼電器針腳與PCB連接通過錫焊連接，針腳接觸片上有圓孔設(shè)計(jì)，限位設(shè)計(jì)，繼電器插片安裝于電器盒后，會(huì)與電器盒內(nèi)端子連接，端子上設(shè)計(jì)有圓形凸臺(tái)，便于卡接牢固。直徑1.65mm，邊緣倒角設(shè)計(jì)。

針腳1、針腳2、針腳3、針腳4、針腳6、針腳7、針腳9接觸片為平行關(guān)系，與針腳5、針腳8為垂直關(guān)系，針腳5與針腳8兩者間為平行關(guān)系。

針腳2、針腳4、針腳5、針腳6、針腳8位置關(guān)系遵循傳統(tǒng)五腳繼電器排布規(guī)律設(shè)計(jì)。針腳1、針腳3、針腳7、針腳9設(shè)計(jì)為對稱排布，分布于另外五個(gè)針腳的周圍，針腳1、針腳7與針腳3、針腳9優(yōu)選設(shè)計(jì)為平行關(guān)系。

圖13

繼電器單元針腳特征在于（關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)）：針腳1（針腳4）接觸片平面與PCB板平行設(shè)計(jì)，中間彎折設(shè)計(jì)，角度45度，針腳1中間連接過渡部分橫跨針腳2、針腳3（針腳6）設(shè)計(jì)。

針腳2接觸片平面與PCB板平行設(shè)計(jì)，中間彎折設(shè)計(jì)，角度90度。

針腳3、針腳6、針腳9接觸片平面與PCB板平行設(shè)計(jì)，與PCB版接觸部位為“T型”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

針腳5接觸片平面與PCB板垂直設(shè)計(jì)，中間連接過渡部分橫跨針腳6設(shè)計(jì)。

針腳7接觸片平面與PCB板平行設(shè)計(jì)，中間彎折設(shè)計(jì)，角度90度，針腳7中間連接過渡部分橫跨針腳9設(shè)計(jì)。

針腳8接觸片平面與PCB板垂直設(shè)計(jì)，中間連接過渡部分橫跨針腳9設(shè)計(jì)。（圖13為繼電器單元針腳布置圖）

圖14

繼電器塑料臺(tái)面特征（圖14）設(shè)計(jì)：塑料臺(tái)面為上下兩層設(shè)計(jì)，分上臺(tái)面和下臺(tái)面，兩者注塑一體成型，臺(tái)面有針腳安裝孔H1，貫穿上下兩層，下層孔大小與針腳片外圍尺寸相等，尺寸大小關(guān)系滿足d1=d2，h1=h2,d3=d4，同理，類比其他針腳同樣滿足，上層孔與針腳片的延伸部分匹配設(shè)計(jì)，上層臺(tái)面孔大小大于下層臺(tái)面孔大小，針腳安裝后，嵌入塑料臺(tái)面，與針腳外形尺寸相匹配，每個(gè)臺(tái)面設(shè)計(jì)有針腳安裝支撐限位特征T1。（圖14為繼電器單元塑料臺(tái)面圖）

圖15

針腳的形狀、結(jié)構(gòu)、高度、數(shù)量設(shè)計(jì)特點(diǎn)：針腳布置排布原則是在如此小的空間內(nèi)，以能夠安全、合理布置下9個(gè)針腳為原則布置的，凸起結(jié)構(gòu)形狀上以達(dá)到彼此平行關(guān)系為原則設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)彼此間的安全間隙大于3mm。針腳1、針腳2、針腳4、針腳7經(jīng)過一定的角度彎折設(shè)計(jì)后，這樣，繼電器單元內(nèi)部所有針腳延伸部分構(gòu)成平行關(guān)系，并保持與 PCB面的垂直關(guān)系。高度上：有相應(yīng)的橫跨設(shè)計(jì)，上下高度差為3mm，針腳1、針腳2、針腳4、針腳5、針腳7、針腳8在與PCB接觸部位實(shí)現(xiàn)等高設(shè)計(jì)，針腳3、針腳6、針腳9在與PCB接觸部位實(shí)現(xiàn)等高設(shè)計(jì)，9個(gè)針腳在PCB板的連接處為上下排布關(guān)系。針腳載流設(shè)計(jì)能力可以滿足大小為的30A電流通過。（圖15為繼電器單元內(nèi)部針腳排布圖）

3、繼電器單元應(yīng)用

3.1 繼電器單元應(yīng)用分析

圖16

針腳7為控制電源輸入端，提供電源后，針腳6、針腳8控制電源輸出端在收到信號(hào)后，控制回路接通，MINI繼電器K1、K2吸合后，1、5回路斷開，2、5回路接通；與此同時(shí)，3、4回路斷開，3、9回路接通，連接于3、9回路（2、5回路）的用電器正常工作。（圖16為繼電器單元原理圖）

根據(jù)整車功能需求，本繼電器單元可組合出如下功能，并滿足整車應(yīng)用需求。

3.1.1 應(yīng)用1，取代兩個(gè)單獨(dú)五腳繼電器，實(shí)現(xiàn)其功能

整車需求兩個(gè)五腳繼電器時(shí)，按照上文原理圖，完成針腳1到針腳9的接線工作，工作狀態(tài)為：針腳7為控制電源輸入端，針腳6、針腳8控制電源輸出端在收到信號(hào)，控制回路接通，MINI繼電器K1、K2吸合，1、5回路斷開，2、5回路接通，與此同時(shí)，3、4回路斷開，3、9回路接通，于是，2、5回路和3、9回路的用電器正常工作，1、5回路、3、4回路上的電源切斷，用電器停止工作。（或停止信號(hào)輸出）

3.1.2 應(yīng)用2，取代兩個(gè)單獨(dú)四腳繼電器，實(shí)現(xiàn)其功能

整車需求兩個(gè)四腳繼電器功能時(shí)，停止使用針腳1和針腳4，此時(shí)針腳2、針腳5、針腳6、針腳7構(gòu)成四腳繼電器回路；針腳3、針腳7、針腳8、針腳9構(gòu)成四腳繼電器功能回路，按照接線路完成接線工作，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)四腳繼電器功能。

3.1.3 應(yīng)用3，取代一個(gè)四腳繼電器和一個(gè)五腳繼電器，實(shí)現(xiàn)其功能

整車需求一個(gè)四腳繼電器和一個(gè)五腳繼電器時(shí)，停止使用針腳1，此時(shí)針腳2、針腳5、針腳6、針腳7構(gòu)成四腳繼電器功能回路；針腳3、針腳4、針腳7、針腳8、針腳9構(gòu)成五腳繼電器功能回路，按照接線路完成接線工作。

3.1.4 應(yīng)用4，取代一個(gè)五腳繼電器，實(shí)現(xiàn)其功能

整車需求一個(gè)五腳繼電器功能時(shí)，仍舊可以使用此繼電器單元。針腳1、針腳2、針腳5、針腳6、針腳7構(gòu)成五腳繼電器功能回路；或針腳3、針腳4、針腳7、針腳8、針腳9構(gòu)成的五腳繼電器功能回路。

3.1.5 應(yīng)用5，取代一個(gè)四腳繼電器，實(shí)現(xiàn)其功能

整車需求四腳繼電器功能時(shí)，針腳2、針腳5、針腳6、針腳7構(gòu)成四腳繼電器回路；或針腳3、針腳7、針腳8、針腳9構(gòu)成四腳繼電器功能回路。

3.2 繼電器單元應(yīng)用范圍及優(yōu)勢分析

除了整車開發(fā)過程中的使用，本繼電器單元對改裝市場、售后服務(wù)市場也具有廣闊的應(yīng)用前景。對于像水泥攪拌車、消防車等由改裝公司實(shí)施的改裝車輛，本繼電器單元開發(fā)過程中使用一個(gè)五腳繼電器功能，安裝后，懸空的四個(gè)針腳（即另一組五腳繼電器）用于車輛功能的加裝。無需外加繼電器，也無需考慮繼電器的固定位置及如何固定，安裝應(yīng)用方便。同時(shí)還具有以下優(yōu)勢：

1）改裝車使用時(shí)，因?yàn)槭墙栌谜囈延械睦^電器單元，避免個(gè)人加裝不符合要求繼電器帶來的整車安全隱患。

2）避免改裝市場隨意布置繼電器帶來的整車安全隱患。在改裝市場，針對傳統(tǒng)繼電器在電器盒內(nèi)沒用繼電器布置位置的情況，使用此種繼電器單元，可實(shí)現(xiàn)繼電器在電器盒內(nèi)的布置。

3）本繼電器單元，一旦一路繼電器損壞造成電器盒盒體損壞無法修復(fù)時(shí)，可以設(shè)計(jì)應(yīng)用本繼電器單元的備用回路，解決車輛出現(xiàn)的故障。

4、結(jié)論

本九腳繼電器單元，在傳統(tǒng)繼電器同樣大小的安裝空間（28mm×28mm）內(nèi)，實(shí)現(xiàn)繼電器功能增倍，可以最多滿足于兩個(gè)五腳繼電器的功能需求，解決傳統(tǒng)繼電器應(yīng)用缺點(diǎn)，優(yōu)勢明顯。本繼電器單元可以在整車開發(fā)過程中使用，也可在改裝及售后服務(wù)市場使用，有效解決改裝及專用車市場存在改裝、加裝不規(guī)范帶來的整車安全隱患問題，應(yīng)用前景廣闊。

[1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) Q/JQ 3735-2010汽車通用繼電器技術(shù)條件.

The Design And Application Of A Relay Unit

Sun Fengchao, Wang Chunzhi, Zhang Yannan, Li Yinrong, Wang Zheng
( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230022 )

Relay is the key component of the electrical design. At present, the traditional relay is widely applied in the vehicle. The new type of relay unit mentioned in this paper, has the function of traditional relay，but also has compact structure, integrated function, good generality, low comprehensive cost, the advantages of wide application.

Relay; Relay unit; Advantage

U462.1

A

1671-7988(2016)07-147-04

孫豐超，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.046