图1  灯控开关电路图

汽车灯控开关，由于其使用频率非常高，负载电流比较大，是影响组合开关整体使用寿命的关键所在。在汽车组合开关的产品试验中，对影响汽车组合开关产品质量的失效现象和原因进行分析并提出解决方案等一系列的活动，对提高和保证产品质量有着深远的意义。

试验样品

试验样品主要由灯控基板和灯控滑块组成。灯控基板上镶埋着触点片；灯控滑块上的滑槽内安装导电片。通过操作灯控滑块来控制导电片与灯控基座上触点片的接触或断开，实现汽车组合开关灯控功能（见图1）。镶埋着触点片的灯控基板及触点片编号见图2。

试验过程

由于灯控开关承载着大电流，而且关系到夜间行车的安全，因此进行耐久寿命试验是非常必要的。

1. 按照产品标准（Q/SK J02.36-2000 JK3073）要求，分别对A6-A3和A6-A9的两个触点施加10A的负载电流。

2. 按照国家行业标准（QC/T 218-1996）以20次/min的速率进行寿命耐久试验。在完成50000次的寿命耐久试验后，灯控开关应各项性能良好。

3. 在实际试验中的3个试件所得出试验数据（如表所示）。

失效现象

试验数据显示：试件的开关触点在寿命耐久试验中，均在标准要求寿命50%左右的情况下失效，从而可以判断：灯控开关存在着致命的质量缺陷。

通过对3个试件分别拆解后发现：试件触点被破坏的现象基本一致，分别如下：

1. 1#试件基座板上A6触点片移动错位；

2. 2#试件的基座板上A6触点片周围的塑料被熔化、变形；

3. 3#试件的基座板上A6触点片被熔化的塑料包裹。

失效原因分析

由失效的1#、2#和3#试件的灯控开关的失效现象断定：由于A6触点片高温引起周围塑料熔化，造成开关失效的根本原因是开关的触点温升过高。触点温升是由两大因素造成的：

1. 触点电阻

由焦耳定律得出：Q=0.24IRt。其中R是触点电阻，它是产生热量的根源之一。我们习惯观察触点电阻的大小，实际是监视着触点温升的高低，这直接影响开关产品质量的好与坏。触点电阻的大小量值可通过测量触点两端的电压降来确定，因此国标对开关试验前与试验后的触点电压降是有严格规定的，即试验前不得超过150mV，试验后不得超过250mV。

触点电阻是由膜电阻和收缩电阻组成。其中，收缩电阻与触点之间接触压力成反比，膜电阻与通过触点间电流成反比。由表中数据得知，试件在耐久试验前所测的触点电压降数值均在允许范围内。在试验过程中负载没有发生变化，即触点电流是恒定的。从拆开的试件观察滑块导电片的弹簧正常，即触点压力是恒定的。

因此，我们得出结论：触点温升过高与触点电阻关系不大。

图2  灯控基板及触点片编号

2. 触点开断时的拉弧

开关触点在导通与断开过程中，电弧的烧炽与熄灭产生了大量的热能。它的物理过程是：当触点头断开很小距离时，电流被截断，电源电压全部加在触头间隙上，并建立了电场强度，当电场强度达到了足以使介质击穿时，就会产生电弧（或火花）。如果触点周围建立了有良好的散热环境，将电弧热量散发出去，那么对触点影响不大。           

通过对失效的1#，2#和3#试件的检查发现：灯控基板上镶埋的触点片前后密封严紧，触点片周围没有电弧散热的环境，电弧产生的巨大热量无法散发出去。因此，灯控开关的灯控基板没有散热通风的条件是造成触点温升过高的主要原因。

解决方案

针对电弧引起的触点温升过高，灯控开关的灯控基板没有散热通风条件的问题，我们提出如下两个解决方案：

1. 提高塑料件的耐温性

用高品质、高熔点材料来低抗触点高温，使其塑料不能熔化。但是，耐高温的优质材料价格往往会高于当前使用的原材料价格，从提高产品质量，降低成本造价的意义来讲，此方案解决问题的意义不大。

2. 改善灯控开关的灯控基板触点片周边环境，降低触点温度

改变触点片周边原有的封密结构，设计成便于空气流动的通道和具有空气换热功能的空腔。此设计结构的特点是先将电弧产生的热量经通道放出去，再由空腔孔补入空气，将触点冷却。具体过程为：在电弧产生时，周围空气及触点温度急剧上升，膨胀的热气顺水平的通道流出，同时，新的空气由空腔孔从下自上流进并补充到弧光的发生点。此时，空气将由弧光引起高温的触点团团围住，包围的空气对高温触点起到了一定的冷却作用。如此循环可将发生弧光触点的温升控制在允许范围内。

图3  改3#试件灯控基板增加空腔孔结构图

试验与验证

选择３个试件，分别编号为：改1#试件、改2#试和改3#试件，具体试验过程如下：

1. 改1#试件的整改方案：将该件的A6触点一侧开成便于空气流动的通道。目的是改善散热环境。经验证，寿命耐久试验3.5万次失效。

2. 改2#试件的整改方案：首先将该件改成与改1#试件一样的通道，然后在通道中间增加了一个通孔。目的是增加和扩大了空气的流动性。经验证，寿命耐久试验4.7万次失效。

3. 改3#试件的整改方案：将该件的触点A6的另一侧开成通道，在通道两端方向增加了具有空气换热功能的空腔孔（结构见图3）。经验证：寿命耐久试验9.8万次失效，超过了国家标准要求近2倍。

方案实施的可行性

实施上述的解决方案2在铸塑的工艺上具有可行性，在模具的技术改造上简单易行，并且非常可靠。

以原有“灯控基板”的模具为基础，首先依据A9和A6两个触点片的间距和每个触点片的几何尺寸来设计出两个型芯，即空气流动的通道型芯和空气换热的空腔型芯。同样，依据A9和A6两个触点片的数据，在原有灯控基板模具上设计两个型芯定位孔的位置、形状及大小。待通道型芯和空腔型芯与模具上的两个型芯定位孔加工制造完成后，将两个型芯分别安装在模具上的两个型芯定位孔中，注塑工艺及其他技术参数基本不用作调整。

依据上述方案，我们最终设计了具体的整改技术方案。用改进后灯控基板模具生产出来的新灯控基板，其内部结构均达到了设计要求。安装有整改后灯控基板的灯控开关，经产品试验后进行寿命耐久试验其寿命均超过9万次，该产品投放到市场以来均未因质量问题而发生退换和索赔。

结束语

电器开关触点温升是保证开关产品质量的一个重要参数。在设计开关和选择材料上万万不能忽视。用聪明和智慧设计出良好的结构可将触点温升控制在最低点，这样才能保证汽车组合开关产品质量的可靠性和稳定性，才能选购廉价的相同种类的原材料而降低产品制造成本。