1、概述
市面上有很多的開關(guān)，用于切換電壓、電流信號(hào)，如Pickering生產(chǎn)的1000多種PXI開關(guān)模塊，其中很多模塊是可以切換很高電流的。
本文是基于Pickering的開關(guān)模塊來(lái)闡述相關(guān)觀點(diǎn)的。
針對(duì)于單個(gè)開關(guān)來(lái)說(shuō)，一般都有標(biāo)稱的切換電流，而且這些都有熱切換和冷切換的區(qū)分的（熱切換和冷切換的區(qū)別就在于在切換的時(shí)候是否有電壓存在）。由于熱切換是有一定的限制的，當(dāng)進(jìn)行熱切換的時(shí)候，由于直流電壓的增加，經(jīng)常會(huì)伴隨著對(duì)功率的限制。
在使用模塊的時(shí)候，多多少少都會(huì)有一些限制，而且這些限制一般是由下面的幾點(diǎn)引起的：
1）在開關(guān)中的功率的損失，另外增加了在單個(gè)槽位中PXI接口和線圈驅(qū)動(dòng)方面的功率損耗；
2）在閉合的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橛袩崃康漠a(chǎn)生而引起觸點(diǎn)之間可能會(huì)融化，然后焊接在一起；
3）由于周圍電路的元器件損耗了功率而使得某部分的元件超過(guò)了它本身的熱承受能力；
4）由于機(jī)箱的冷卻機(jī)制的限制，以及在單個(gè)槽位上的承載功率的限制。
在設(shè)計(jì)生產(chǎn)大電流的開關(guān)的時(shí)候，Pickering一般會(huì)測(cè)試它的溫度的上升等變化，并且也會(huì)在55℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行可靠性測(cè)試。因?yàn)槟K中的不同部分的溫度上升的趨勢(shì)是不一樣的，所以，在檢測(cè)的時(shí)候，Pickering都會(huì)進(jìn)行全面的監(jiān)控和檢測(cè)。
2、檢測(cè)模塊的方法
為了測(cè)試模塊，首先需要做的是搭建增強(qiáng)版的樣機(jī)，然后進(jìn)行一系列的測(cè)試，最重要的部分是采用一系列的溫度傳感器來(lái)監(jiān)控周圍的所有部分的溫度。
我們會(huì)在很多種復(fù)合的路徑中加載電流，并同時(shí)檢測(cè)所有的元件的狀態(tài)，同時(shí)會(huì)記錄溫度跟隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，我們都知道需要在哪些地方放置溫度探針來(lái)采集溫度信號(hào)，這樣有利于找出有缺陷的地方。
我們也會(huì)測(cè)試在路徑中的阻抗，這樣就可以知道用戶在使用的時(shí)候，哪些阻抗會(huì)變大，這個(gè)是很重要的，因?yàn)楦S著阻抗的增大，功率的損耗會(huì)上升的很快的，會(huì)直接影響到模塊的熱負(fù)載能力的。我們也需要關(guān)心的另一方面是開關(guān)在不同的使用狀況下的壽命的變化是怎么樣的。
3、開關(guān)設(shè)計(jì)方案
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要的目的是提高開關(guān)切換電流大小的能力，而且是要所有的通道都是一樣的，比如在一系列的10A電流的單刀單擲開關(guān)組的每個(gè)開關(guān)的能力都是要一樣的。但是為了達(dá)到這個(gè)目的，通道數(shù)就收到了很大的限制，并且，而且可能會(huì)因?yàn)檫@個(gè)而增加了費(fèi)用--這個(gè)可是用戶很關(guān)心的問題！在很多的測(cè)試系統(tǒng)中，電流是通過(guò)同時(shí)進(jìn)行的幾個(gè)通道進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，這些路徑可能會(huì)經(jīng)由系統(tǒng)的任何一個(gè)位置，但是每一次的電流一般都會(huì)比最大的電流小。
針對(duì)于一些小電流系統(tǒng)（很有代表性的是2A電流系統(tǒng)），一般都不會(huì)有太多的限制，因?yàn)橄胍⒆銐虻耐ǖ纴?lái)應(yīng)付所有的可能存在的情況。比如一個(gè)x8的矩陣只可以在八個(gè)通道中攜帶滿量程的電流，多路復(fù)用器可以在選通的那個(gè)通道中攜帶最大的電流，所以，在多路復(fù)用器模塊中，這些多路復(fù)用的組數(shù)就是可以同時(shí)工作的通道數(shù)。
所有的上述的限制，我們都會(huì)在說(shuō)明書中標(biāo)明的。
4、模塊本身的限制
在以前的說(shuō)明書中，一般都會(huì)標(biāo)注可以攜帶最大電流的通道數(shù)目。但是這樣對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)還不是很足夠的，特別是在有混合電流負(fù)載的系統(tǒng)中更加不全面。在最新的說(shuō)明書中，我們會(huì)標(biāo)注所有的電流平方。
之所以會(huì)這樣標(biāo)注，是因?yàn)槿绻_關(guān)系統(tǒng)帶有一個(gè)在可用路徑中常規(guī)的路徑阻抗，那么功率的大小將會(huì)與電流的平方有直接的關(guān)系。
舉一個(gè)特殊的例子，比如一個(gè)單刀單擲開關(guān)系統(tǒng)中擁有每個(gè)通道可以切換16A的電流的16個(gè)單刀單擲開關(guān)（內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，型號(hào)為：40-161-001），額定是1536A電流平方，現(xiàn)在通過(guò)下面的例子來(lái)說(shuō)明：
例子二：16個(gè)通道同時(shí)工作時(shí)可以切換9.79A電流（因?yàn)?/span>9.792=95.84A,6*95.84=1533A）；下圖是在額定功率的情況下的熱切換圖示：
也不是所有的模塊都會(huì)出現(xiàn)這樣的狀況，因?yàn)樵谕ǖ乐g的阻抗很小的時(shí)候，它也是正常的工作的。當(dāng)傳輸?shù)穆窂街g的阻力越大，那功率的損耗就越不可能是這個(gè)引起的。典型的應(yīng)用中的阻抗比最大的阻抗范圍小。
在通道的阻抗是不斷變化的時(shí)候，那么就需要采取一種保守的方式來(lái)減少使用的誤差。
5、短時(shí)間過(guò)載和熱量時(shí)間參數(shù)
在開關(guān)系統(tǒng)中的熱量慣性就意味著他可以在短時(shí)間中的有很高的負(fù)載的能力，一般是在一定的時(shí)間段內(nèi)，用負(fù)載的平均量來(lái)衡量。這個(gè)時(shí)間參數(shù)一般會(huì)在說(shuō)明書說(shuō)明的。
比如在16個(gè)單刀單擲的模塊中的所有的通道都有16A的電流，并長(zhǎng)達(dá)30秒，之后又有90秒是沒有任何的電流，那么在這120秒內(nèi)的平均電流的平方是1024A。如果熱參數(shù)是300秒，那么一般在使用的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)負(fù)載過(guò)大的問題了。上圖中的說(shuō)明是可以持續(xù)4分鐘的。下圖是最大電流的承載能力。
6、總結(jié)
根據(jù)上述的描述，我們可以看到，在使用開關(guān)系統(tǒng)的時(shí)候，需要清楚開關(guān)的切換電流大小，含熱切換和冷切換的電流，以及在短時(shí)間內(nèi)可以承載的大電流的能力等，這些都是可以在說(shuō)明書中看到的。只有熟悉了這些參數(shù)之后，在搭建開關(guān)系統(tǒng)的時(shí)候才會(huì)考慮到各種可能出現(xiàn)的問題，從而確保系統(tǒng)能夠正常的使用，提高測(cè)試系統(tǒng)的效率。
