小芯片推动大行业，打通接触器节能升级难关

　　广州金升阳科技有限公司

　　目前，我国节能减排政策路线逐渐明晰，相关政策文件正不断落地施行。例如国家“十三五”规划提出的13项约束性指标，其中有10项是与“环境资源”相关。同时，为实现“中国制造2025”，工业领域必定是“绿色改造”的重地，而作为工业控制必不可少的部件——接触器，在市场稳步增长的同时（如图1），节能环保也迫在眉睫。

　　1 “一级能效”更具竞争力

　　接触器相关的能效标准（GB21518-2008《交流接触器能效限定值与能效等级》）对于一级能效的要求非常高，除了永磁式接触器，其他传统交流接触器无法达到此标准，对传统交流接触器的引导作用有限。与2008版的标准相比，如今正在拟制的标准对传统交流接触器的能效提高更有引导作用，把一级能效的要求放宽，对二级能效、三级能效的要求变严。

　　接触器行业的格局即将面临着变化，毫无疑问，具有“一级能效”节能环保的接触器更有市场竞争力。

　　但一级能效与三级能效的指标要求相差了5倍以上，并不能通过简单的参数修改就能达到，必须依靠电子控制技术才能达到。而专用的控制芯片可以帮助厂商对接触器进行节能升级，不仅可以缩短产品上市时间，还可以降低研发成本和制造成本，让产品更有市场竞争力。

　　2 传统升级，势不可挡

　　如图2，一般我们把不带任何控制的接触器称为传统型接触器，这种接触器输入电压范围窄（80%~110%额定电压），线圈损耗大（三级能效）。带无源节电控制的接触器称为第二代节电型接触器，这类接触器一定程度上解决了线圈损耗大的问题，但输入电压范围与传统型无太大差别，未能得到广泛推广。带PWM控制的接触器称为第三代节电型接触器，这类接触器输入电压范围宽，线圈损耗更小（损耗约为一代的1/10），同时还具备远程通信等功能，使得接触器更加智能化。

　　通过表1参数，能够更为直观地展现国外第三代节电型接触器与国内传统型接触器的参数差异。

　　对比显示，第三代节电控制的吸持功耗远小于传统型产品，减小约4~6倍。同时输入电压可做到交直流宽压，可大幅度减小线圈的型号，传统型接触器的每一个输入额定电压都需要特定的线圈，线圈型号多达十几个，而第三代节电型接触器只需4个型号就能覆盖全电压范围，物料的管理成本大幅度降低。总体而言，第三代接触器更符合国家智能、环保的工业发展路线。

　　像ABB、施耐德等跨国企业在多年前已经推出第三代系列化产品，但由于国内在此方面技术应用落后于国外，使得我国第三代接触器只能依赖于进口，从而导致供货周期长，且价格昂贵，约为传统接触器的3~5倍。

　　所以，尽管第三代接触器有很多优点，但目前国内用户仍大面积使用传统接触器。而传统接触器耗电量巨大，不久后势必成为节能减排的重点“改造对象”。

　　3 技术升级，成本控制

　　近年来，已有不少国内厂商在研究第三代节电型接触器，但在设计研发过程中都遇到不少难题。主要为如下3点。

　　3.1 成本

　　传统接触器价格比较低，一般1.5~2元/A。而控制电路板包括主功率电路、单片机及外围电路、驱动电路、供电电路，有可能控制电路板的成本就占传统接触器价格的50%以上。

　　在单片机方案中，单片机及其外围电路的成本占整个控制电路成本的60%以上。采用国际品牌的控制器，采购成本波动大，同时也有断供的风险。

　　而金升阳推出的SCM1501B为接触器节电专用的控制芯片（如图3），采用第三代PWM斩波控制技术，内置供电电路、驱动电路和控制电路，把整个控制电路的器件数量大幅度简化并减少PCB（印制板）面积。采用SCM1501B，控制芯片及其外围电路的成本仅占整个控制电路成本的30%以内。

　　虽然采用第三代接触器，控制电路的成本有所增加，所增加的成本在10%~40%范围内，但接触器壳架越大，控制电路的成本占比越低。从长远来看，采用第三代接触器的成本是更低的（如图4）。因为第三代接触器更节能更省电，更符合国家的节能减排政策。

　　3.2 电路板体积大，接触器结构需重新设计

　　目前所采用的控制器一般为单片机，整个电路的体积较为复杂。单片机供电电压一般为3.3 V或5 V，为从母线高压取电，需要供电电路；驱动MOS管还需要驱动电路；单片机正常工作还需要一定的外围电路。假如控制电路板体积太大，就很难放进传统接触器里面，接触器必须重新设计。

　　而国外的第三代接触器，接触器结构与控制电路板是一体化设计的，铁芯、线圈、弹簧、外壳等都需配合电路板重新设计，内部结构跟传统接触器完全不一样。

　　一般来说，壳架越小的接触器，内部可用的空隙越小，控制电路越难放进去。而SCM1501B的控制芯片极大简化了外围电路，体积可以大幅度减小，在传统接触器的结构不变的情况下，也可以轻易安装。图5为9A接触器与控制电路的实际装配图，可以看到控制电路可以很容易地放进接触器里面。

　　以下通过一组测试数据可以展现SCM1501B 的优异性能。

　　表2显示国外A品牌第三代节电型接触器产品性能参数。

　　然后把国外A接触器本身的控制电路拆掉，换成SCM1501B的控制板，所得到的测试数据略优于它本身的参数，如表3所示。

　　接着再把SCM1501B的控制板放到国内传统型的接触器上，得到的测试参数如表4所示。

　　可以看到，采用SCM150B的控制电路后，传统型接触器的线圈控制参数可与国外的第三代节电技术产品媲美。

　　3.3 人才紧缺和专利风险

　　带节电控制的接触器技术门槛比较高，需要具有丰富电子电力经验和单片机软件编程经验的工程师才能胜任此类研发，并且还会存在比较大的专利风险。

　　由于国外的行业巨头在资金、研发能力、品牌效应方面有绝对的优势，完全有能力设计出与传统接触器不一样的接触器，而此类接触器从电路到结构都有完备的专利保护。由于知识产权、设计能力、资金投入巨大、研发周期等原因，国内的接触器进行第三代升级难度很大。

　　而金升阳的SCM1501B参数设计简单，无需单片机编程能力，仅需调节简单的电阻便 可以设计吸合电流、吸持电流、动作电压的调节。该芯片具有多项已授权的发明专利，没有专利侵权后顾之忧。同时国产设计的芯片，也无需担忧供货的问题。

　　4 结束语

　　采用金升阳推出的专用控制器SCM1501B，控制电路板小型化使得原本的产品结构无需大改，器件的简化可大幅度降低电路的成本，可以极大缩短开发时间，解决接触器制造商及用户的多重困扰。

　　不可否认，国内的低压电器产品与国外产品在设计、材料、电子等方面还存在一定差距，但伴随着半导体技术在各工业行业上的应用的大趋势，广州金升阳科技有限公司将通过半导体技术助力低压电器行业的发展，助攻国内的接触器逐步升级到第三代节电型产品，大幅度减小接触器的功耗，为国家节能减排做贡献，让中国制造走向国际舞台。

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第11期第31页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。