开关的模型在之前的帖子中已有过描述,当然不同的开关参数有很大不同,普通开关的参数如下图所示所列,这些参数仅仅作为参考,为后续分析提供依据。事实上每个整车厂都会对这些基本的元件做一些规定,特别是老化最终的数值是设计的最后壁垒。
① 导通电阻:是指开关导通时开关的等效阻抗。当开关出厂时初始数值可能很小,在使用过程中慢慢变大,表7.1中的最大值是在整个寿命周期中的最大值。
②关断电阻:是指开关断开时开关的等效阻抗。同样的,当开关出厂时,初始初值较大随着环境和使用关断电阻也慢慢变化,表7.1中的最小值是在整个寿命周期中的最小值。
③ 工作电流:是指开关保证工作的稳定电流,其最小值一般认为是开关的湿电流。但电流很大时,开关上的压降也会变大,因此开关的工作电流有一个适宜的工作区域,既保证触点的防腐蚀,又不会发热引起导通电阻和关断电阻等参数的进一步漂移。
④最大电流:当开关电流非常大时会引起很大的发热。以导通电阻50Ω为例,当电流达到100mA时,发热功率接近500mW,这对于普通开关来说会引起局部过热,导致结构变形参数漂移等后果。
⑤湿电流:是指开关需要通过维持一定的电流用于清理开关触点表面的尘垢和腐蚀,以保持触点状态良好的电流最小值,称为湿润电流,这个电流对金属表面的氧化起阻止作用,防止开关失效。当开关的湿电流设计不合理时,开关会在较短的时间内发生参数的变化,而这是一个正反馈加强的过程,开关将会很快损坏。
⑥抖动时间:开关在闭合和关断的过程中，会出现反复的状态变化,最后达到稳定的时间。开关抖动的原因是由开关极其微小的触点面积、机械式设计方式产品老化等因素造成的。开关的抖动时间和开关的类型相关，由于开关技术的发展,对电子开关来说,抖动时间并没有意义，因此该参数一般用于机械开关。
线束的模型比较简单，实际的导线并不是完全绝缘的,在一定的程度上也会对地和电源有一定的阻抗,因此定义如下图所示的模型。
线束模型的参数就是等效到电源的电阻Rpu和等效到地的电阻R。这两个值与线束的连接方式有关系,如果线束连接高电平有效信号,Rpu比Rp大很多;反之线束连接低电平信号,Ru比Rp小很多,如下表所列。
需要注意:开关模型和线束模型仅仅是一个参考,对于大部分设计来说,需要弄清楚电路极限在哪里,这样方便去匹配和协调整车上的开关。在设计中,以上模型的建立是最基础的一步,如果实际的参数与上述并不符合,则需要整车企业对开关提供商和电子模块提供商进行协调处理。
在汽车电子设计中，开关和线束的设计至关重要，直接影响系统的可靠性、安全性和性能。以下是设计要点：
开关设计要点
可靠性
耐久性：开关需承受频繁操作，确保长寿命。
环境适应性：能耐受温度、湿度、振动等恶劣条件。
安全性
防误操作：设计应防止意外触发，如增加防护或使用特定操作方式。
电气安全：确保绝缘和耐压性能，防止短路或漏电。
用户体验
操作反馈：提供明确的触觉或听觉反馈，确保用户感知操作状态。
布局合理：符合人机工程学，便于操作。
电气性能
负载能力：能承受设计电流和电压。
接触电阻：保持低接触电阻，减少发热和能量损失。
EMC兼容性
抗干扰：减少电磁干扰，确保不影响其他电子设备。
线束设计要点
电气性能
电流承载：根据负载选择合适的线径，避免过热。
电压降：减少长距离传输中的电压损失。
机械性能
抗振动：固定牢固，避免振动导致磨损或断裂。
弯曲性能：确保线束在安装和使用中能承受弯曲。
环境适应性
耐温性：适应高温和低温环境。
防水防尘：在潮湿或多尘环境中保持性能。
安全性
防火阻燃：使用阻燃材料，防止火灾。
绝缘保护：确保良好绝缘，防止短路。
EMC兼容性
屏蔽设计：对敏感信号线进行屏蔽，减少干扰。
布线规划：避免高功率线与信号线平行，减少干扰。
可维护性
模块化设计：便于安装和维护。
标识清晰：明确标识线束和连接器，便于故障排查。
成本控制
材料选择：在满足性能前提下，选择经济材料。
优化设计：减少线束长度和复杂度，降低成本。
总结
开关和线束设计需综合考虑可靠性、安全性、用户体验、电气性能、EMC兼容性、可维护性和成本控制，确保汽车电子系统的稳定运行。
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