小芯片推動(dòng)大行業(yè)，打通接觸器節能升級難關(guān)

　　廣州金升陽(yáng)科技有限公司

　　目前，我國節能減排政策路線(xiàn)逐漸明晰，相關(guān)政策文件正不斷落地施行。例如國家“十三五”規劃提出的13項約束性指標，其中有10項是與“環(huán)境資源”相關(guān)。同時(shí)，為實(shí)現“中國制造2025”，工業(yè)領(lǐng)域必定是“綠色改造”的重地，而作為工業(yè)控制必不可少的部件——接觸器，在市場(chǎng)穩步增長(cháng)的同時(shí)（如圖1），節能環(huán)保也迫在眉睫。

　　1 “一級能效”更具競爭力

　　接觸器相關(guān)的能效標準（GB21518-2008《交流接觸器能效限定值與能效等級》）對于一級能效的要求非常高，除了永磁式接觸器，其他傳統交流接觸器無(wú)法達到此標準，對傳統交流接觸器的引導作用有限。與2008版的標準相比，如今正在擬制的標準對傳統交流接觸器的能效提高更有引導作用，把一級能效的要求放寬，對二級能效、三級能效的要求變嚴。

　　接觸器行業(yè)的格局即將面臨著(zhù)變化，毫無(wú)疑問(wèn)，具有“一級能效”節能環(huán)保的接觸器更有市場(chǎng)競爭力。

　　但一級能效與三級能效的指標要求相差了5倍以上，并不能通過(guò)簡(jiǎn)單的參數修改就能達到，必須依靠電子控制技術(shù)才能達到。而專(zhuān)用的控制芯片可以幫助廠(chǎng)商對接觸器進(jìn)行節能升級，不僅可以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，還可以降低研發(fā)成本和制造成本，讓產(chǎn)品更有市場(chǎng)競爭力。

　　2 傳統升級，勢不可擋

　　如圖2，一般我們把不帶任何控制的接觸器稱(chēng)為傳統型接觸器，這種接觸器輸入電壓范圍窄（80%~110%額定電壓），線(xiàn)圈損耗大（三級能效）。帶無(wú)源節電控制的接觸器稱(chēng)為第二代節電型接觸器，這類(lèi)接觸器一定程度上解決了線(xiàn)圈損耗大的問(wèn)題，但輸入電壓范圍與傳統型無(wú)太大差別，未能得到廣泛推廣。帶PWM控制的接觸器稱(chēng)為第三代節電型接觸器，這類(lèi)接觸器輸入電壓范圍寬，線(xiàn)圈損耗更?。〒p耗約為一代的1/10），同時(shí)還具備遠程通信等功能，使得接觸器更加智能化。

　　通過(guò)表1參數，能夠更為直觀(guān)地展現國外第三代節電型接觸器與國內傳統型接觸器的參數差異。

　　對比顯示，第三代節電控制的吸持功耗遠小于傳統型產(chǎn)品，減小約4~6倍。同時(shí)輸入電壓可做到交直流寬壓，可大幅度減小線(xiàn)圈的型號，傳統型接觸器的每一個(gè)輸入額定電壓都需要特定的線(xiàn)圈，線(xiàn)圈型號多達十幾個(gè)，而第三代節電型接觸器只需4個(gè)型號就能覆蓋全電壓范圍，物料的管理成本大幅度降低?？傮w而言，第三代接觸器更符合國家智能、環(huán)保的工業(yè)發(fā)展路線(xiàn)。

　　像ABB、施耐德等跨國企業(yè)在多年前已經(jīng)推出第三代系列化產(chǎn)品，但由于國內在此方面技術(shù)應用落后于國外，使得我國第三代接觸器只能依賴(lài)于進(jìn)口，從而導致供貨周期長(cháng)，且價(jià)格昂貴，約為傳統接觸器的3~5倍。

　　所以，盡管第三代接觸器有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前國內用戶(hù)仍大面積使用傳統接觸器。而傳統接觸器耗電量巨大，不久后勢必成為節能減排的重點(diǎn)“改造對象”。

　　3 技術(shù)升級，成本控制

　　近年來(lái)，已有不少?lài)鴥葟S(chǎng)商在研究第三代節電型接觸器，但在設計研發(fā)過(guò)程中都遇到不少難題。主要為如下3點(diǎn)。

　　3.1 成本

　　傳統接觸器價(jià)格比較低，一般1.5~2元/A。而控制電路板包括主功率電路、單片機及外圍電路、驅動(dòng)電路、供電電路，有可能控制電路板的成本就占傳統接觸器價(jià)格的50%以上。

　　在單片機方案中，單片機及其外圍電路的成本占整個(gè)控制電路成本的60%以上。采用國際品牌的控制器，采購成本波動(dòng)大，同時(shí)也有斷供的風(fēng)險。

　　而金升陽(yáng)推出的SCM1501B為接觸器節電專(zhuān)用的控制芯片（如圖3），采用第三代PWM斬波控制技術(shù)，內置供電電路、驅動(dòng)電路和控制電路，把整個(gè)控制電路的器件數量大幅度簡(jiǎn)化并減少PCB（印制板）面積。采用SCM1501B，控制芯片及其外圍電路的成本僅占整個(gè)控制電路成本的30%以?xún)取?/p>

　　雖然采用第三代接觸器，控制電路的成本有所增加，所增加的成本在10%~40%范圍內，但接觸器殼架越大，控制電路的成本占比越低。從長(cháng)遠來(lái)看，采用第三代接觸器的成本是更低的（如圖4）。因為第三代接觸器更節能更省電，更符合國家的節能減排政策。

　　3.2 電路板體積大，接觸器結構需重新設計

　　目前所采用的控制器一般為單片機，整個(gè)電路的體積較為復雜。單片機供電電壓一般為3.3 V或5 V，為從母線(xiàn)高壓取電，需要供電電路；驅動(dòng)MOS管還需要驅動(dòng)電路；單片機正常工作還需要一定的外圍電路。假如控制電路板體積太大，就很難放進(jìn)傳統接觸器里面，接觸器必須重新設計。

　　而國外的第三代接觸器，接觸器結構與控制電路板是一體化設計的，鐵芯、線(xiàn)圈、彈簧、外殼等都需配合電路板重新設計，內部結構跟傳統接觸器完全不一樣。

　　一般來(lái)說(shuō)，殼架越小的接觸器，內部可用的空隙越小，控制電路越難放進(jìn)去。而SCM1501B的控制芯片極大簡(jiǎn)化了外圍電路，體積可以大幅度減小，在傳統接觸器的結構不變的情況下，也可以輕易安裝。圖5為9A接觸器與控制電路的實(shí)際裝配圖，可以看到控制電路可以很容易地放進(jìn)接觸器里面。

　　以下通過(guò)一組測試數據可以展現SCM1501B 的優(yōu)異性能。

　　表2顯示國外A品牌第三代節電型接觸器產(chǎn)品性能參數。

　　然后把國外A接觸器本身的控制電路拆掉，換成SCM1501B的控制板，所得到的測試數據略?xún)?yōu)于它本身的參數，如表3所示。

　　接著(zhù)再把SCM1501B的控制板放到國內傳統型的接觸器上，得到的測試參數如表4所示。

　　可以看到，采用SCM150B的控制電路后，傳統型接觸器的線(xiàn)圈控制參數可與國外的第三代節電技術(shù)產(chǎn)品媲美。

　　3.3 人才緊缺和專(zhuān)利風(fēng)險

　　帶節電控制的接觸器技術(shù)門(mén)檻比較高，需要具有豐富電子電力經(jīng)驗和單片機軟件編程經(jīng)驗的工程師才能勝任此類(lèi)研發(fā)，并且還會(huì )存在比較大的專(zhuān)利風(fēng)險。

　　由于國外的行業(yè)巨頭在資金、研發(fā)能力、品牌效應方面有絕對的優(yōu)勢，完全有能力設計出與傳統接觸器不一樣的接觸器，而此類(lèi)接觸器從電路到結構都有完備的專(zhuān)利保護。由于知識產(chǎn)權、設計能力、資金投入巨大、研發(fā)周期等原因，國內的接觸器進(jìn)行第三代升級難度很大。

　　而金升陽(yáng)的SCM1501B參數設計簡(jiǎn)單，無(wú)需單片機編程能力，僅需調節簡(jiǎn)單的電阻便 可以設計吸合電流、吸持電流、動(dòng)作電壓的調節。該芯片具有多項已授權的發(fā)明專(zhuān)利，沒(méi)有專(zhuān)利侵權后顧之憂(yōu)。同時(shí)國產(chǎn)設計的芯片，也無(wú)需擔憂(yōu)供貨的問(wèn)題。

　　4 結束語(yǔ)

　　采用金升陽(yáng)推出的專(zhuān)用控制器SCM1501B，控制電路板小型化使得原本的產(chǎn)品結構無(wú)需大改，器件的簡(jiǎn)化可大幅度降低電路的成本，可以極大縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，解決接觸器制造商及用戶(hù)的多重困擾。

　　不可否認，國內的低壓電器產(chǎn)品與國外產(chǎn)品在設計、材料、電子等方面還存在一定差距，但伴隨著(zhù)半導體技術(shù)在各工業(yè)行業(yè)上的應用的大趨勢，廣州金升陽(yáng)科技有限公司將通過(guò)半導體技術(shù)助力低壓電器行業(yè)的發(fā)展，助攻國內的接觸器逐步升級到第三代節電型產(chǎn)品，大幅度減小接觸器的功耗，為國家節能減排做貢獻，讓中國制造走向國際舞臺。

　　本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第11期第31頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。