小芯片推動大行業(yè)，打通接觸器節(jié)能升級難關(guān)

　　廣州金升陽科技有限公司

　　目前，我國節(jié)能減排政策路線逐漸明晰，相關(guān)政策文件正不斷落地施行。例如國家“十三五”規(guī)劃提出的13項約束性指標(biāo)，其中有10項是與“環(huán)境資源”相關(guān)。同時，為實現(xiàn)“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，在市場穩(wěn)步增長的同時（如圖1），節(jié)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(biāo)準(zhǔn)（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(tǒng)交流接觸器無法達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，對傳統(tǒng)交流接觸器的引導(dǎo)作用有限。與2008版的標(biāo)準(zhǔn)相比，如今正在擬制的標(biāo)準(zhǔn)對傳統(tǒng)交流接觸器的能效提高更有引導(dǎo)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(yán)。

　　接觸器行業(yè)的格局即將面臨著變化，毫無疑問，具有“一級能效”節(jié)能環(huán)保的接觸器更有市場競爭力。

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

　　2 傳統(tǒng)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為傳統(tǒng)型接觸器，這種接觸器輸入電壓范圍窄（80%~110%額定電壓），線圈損耗大（三級能效）。帶無源節(jié)電控制的接觸器稱為第二代節(jié)電型接觸器，這類接觸器一定程度上解決了線圈損耗大的問題，但輸入電壓范圍與傳統(tǒng)型無太大差別，未能得到廣泛推廣。帶PWM控制的接觸器稱為第三代節(jié)電型接觸器，這類接觸器輸入電壓范圍寬，線圈損耗更小（損耗約為一代的1/10），同時還具備遠(yuǎn)程通信等功能，使得接觸器更加智能化。

　　通過表1參數(shù)，能夠更為直觀地展現(xiàn)國外第三代節(jié)電型接觸器與國內(nèi)傳統(tǒng)型接觸器的參數(shù)差異。

　　對比顯示，第三代節(jié)電控制的吸持功耗遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)型產(chǎn)品，減小約4~6倍。同時輸入電壓可做到交直流寬壓，可大幅度減小線圈的型號，傳統(tǒng)型接觸器的每一個輸入額定電壓都需要特定的線圈，線圈型號多達(dá)十幾個，而第三代節(jié)電型接觸器只需4個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。

　　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(nèi)在此方面技術(shù)應(yīng)用落后于國外，使得我國第三代接觸器只能依賴于進(jìn)口，從而導(dǎo)致供貨周期長，且價格昂貴，約為傳統(tǒng)接觸器的3~5倍。

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

　　3 技術(shù)升級，成本控制

　　近年來，已有不少國內(nèi)廠商在研究第三代節(jié)電型接觸器，但在設(shè)計研發(fā)過程中都遇到不少難題。主要為如下3點。

　　3.1 成本

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

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

　　而金升陽推出的SCM1501B為接觸器節(jié)電專用的控制芯片（如圖3），采用第三代PWM斬波控制技術(shù)，內(nèi)置供電電路、驅(qū)動電路和控制電路，把整個控制電路的器件數(shù)量大幅度簡化并減少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控制電路成本的30%以內(nèi)。

　　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(nèi)，但接觸器殼架越大，控制電路的成本占比越低。從長遠(yuǎn)來看，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(jié)能更省電，更符合國家的節(jié)能減排政策。

　　3.2 電路板體積大，接觸器結(jié)構(gòu)需重新設(shè)計

　　目前所采用的控制器一般為單片機(jī)，整個電路的體積較為復(fù)雜。單片機(jī)供電電壓一般為3.3 V或5 V，為從母線高壓取電，需要供電電路；驅(qū)動MOS管還需要驅(qū)動電路；單片機(jī)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(tǒng)接觸器里面，接觸器必須重新設(shè)計。

　　而國外的第三代接觸器，接觸器結(jié)構(gòu)與控制電路板是一體化設(shè)計的，鐵芯、線圈、彈簧、外殼等都需配合電路板重新設(shè)計，內(nèi)部結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)接觸器完全不一樣。

　　一般來說，殼架越小的接觸器，內(nèi)部可用的空隙越小，控制電路越難放進(jìn)去。而SCM1501B的控制芯片極大簡化了外圍電路，體積可以大幅度減小，在傳統(tǒng)接觸器的結(jié)構(gòu)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。

　　以下通過一組測試數(shù)據(jù)可以展現(xiàn)SCM1501B 的優(yōu)異性能。

　　表2顯示國外A品牌第三代節(jié)電型接觸器產(chǎn)品性能參數(shù)。

　　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(shù)據(jù)略優(yōu)于它本身的參數(shù)，如表3所示。

　　接著再把SCM1501B的控制板放到國內(nèi)傳統(tǒng)型的接觸器上，得到的測試參數(shù)如表4所示。

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

　　3.3 人才緊缺和專利風(fēng)險

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

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

　　而金升陽的SCM1501B參數(shù)設(shè)計簡單，無需單片機(jī)編程能力，僅需調(diào)節(jié)簡單的電阻便 可以設(shè)計吸合電流、吸持電流、動作電壓的調(diào)節(jié)。該芯片具有多項已授權(quán)的發(fā)明專利，沒有專利侵權(quán)后顧之憂。同時國產(chǎn)設(shè)計的芯片，也無需擔(dān)憂供貨的問題。

　　4 結(jié)束語

　　采用金升陽推出的專用控制器SCM1501B，控制電路板小型化使得原本的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無需大改，器件的簡化可大幅度降低電路的成本，可以極大縮短開發(fā)時間，解決接觸器制造商及用戶的多重困擾。

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

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