小芯片推動大行業，打通接觸器節能升級難關

　　廣州金升陽科技有限公司

　　目前，我國節能減排政策路線逐漸明晰，相關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“環境資源”相關。同時，為實現“中國制造2025”，工業領域必定是“綠色改造”的重地，而作為工業控制必不可少的部件——接觸器，在市場穩步增長的同時（如圖1），節能環保也迫在眉睫。

　　1 “一級能效”更具競爭力

　　接觸器相關的能效標準（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。

　　接觸器行業的格局即將面臨著變化，毫無疑問，具有“一級能效”節能環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要求相差了5倍以上，并不能通過簡單的參數修改就能達到，必須依靠電子控制技術才能達到。而專用的控制芯片可以幫助廠商對接觸器進行節能升級，不僅可以縮短產品上市時間，還可以降低研發成本和制造成本，讓產品更有市場競爭力。

　　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），線圈損耗大（三級能效）。帶無源節電控制的接觸器稱為第二代節電型接觸器，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），同時還具備遠程通信等功能，使得接觸器更加智能化。

　　通過表1參數，能夠更為直觀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，線圈型號多達十幾個，而第三代節電型接觸器只需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。總體而言，第三代接觸器更符合國家智能、環保的工業發展路線。

　　像ABB、施耐德等跨國企業在多年前已經推出第三代系列化產品，但由于國內在此方面技術應用落后于國外，使得我國第三代接觸器只能依賴于進口，從而導致供貨周期長，且價格昂貴，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點，但目前國內用戶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“改造對象”。

　　3 技術升級，成本控制

　　近年來，已有不少國內廠商在研究第三代節電型接觸器，但在設計研發過程中都遇到不少難題。主要為如下3點。

　　3.1 成本

　　傳統接觸器價格比較低，一般1.5~2元/A。而控制電路板包括主功率電路、單片機及外圍電路、驅動電路、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，同時也有斷供的風險。

　　而金升陽推出的SCM1501B為接觸器節電專用的控制芯片（如圖3），采用第三代PWM斬波控制技術，內置供電電路、驅動電路和控制電路，把整個控制電路的器件數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。

　　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。從長遠來看，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，為從母線高壓取電，需要供電電路；驅動MOS管還需要驅動電路；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。

　　一般來說，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際裝配圖，可以看到控制電路可以很容易地放進接觸器里面。

　　以下通過一組測試數據可以展現SCM1501B 的優異性能。

　　表2顯示國外A品牌第三代節電型接觸器產品性能參數。

　　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優于它本身的參數，如表3所示。

　　接著再把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，傳統型接觸器的線圈控制參數可與國外的第三代節電技術產品媲美。

　　3.3 人才緊缺和專利風險

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

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

　　而金升陽的SCM1501B參數設計簡單，無需單片機編程能力，僅需調節簡單的電阻便 可以設計吸合電流、吸持電流、動作電壓的調節。該芯片具有多項已授權的發明專利，沒有專利侵權后顧之憂。同時國產設計的芯片，也無需擔憂供貨的問題。

　　4 結束語

　　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品結構無需大改，器件的簡化可大幅度降低電路的成本，可以極大縮短開發時間，解決接觸器制造商及用戶的多重困擾。

　　不可否認，國內的低壓電器產品與國外產品在設計、材料、電子等方面還存在一定差距，但伴隨著半導體技術在各工業行業上的應用的大趨勢，廣州金升陽科技有限公司將通過半導體技術助力低壓電器行業的發展，助攻國內的接觸器逐步升級到第三代節電型產品，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。

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