关键词:
交流接触器
节能芯片
专用集成电路
PWM
摘要:
交流接触器作为一种大规模使用在工农业中的低压电器,其在全国的使用量数以亿计,耗电总量巨大。因此,为缓解能源紧张,构建节能型社会,设计一款具有自主知识产权的交流接触器节能芯片有重要意义。
本文根据交流接触器“强电吸合,弱电吸持”的工作原理,设计出一款交流接触器节能芯片ZDLX-1H(浙大绿芯1号)。以此芯片为核心的节能器与型号为CJ20-100A(220V)的交流接触器配合使用,使交流接触器能够在很小导通角的直流方式下运行,不仅能够节约电能,还能显著的降低噪声与温升。节能器体积小,易于安装,可以方便的对现有传统的交流接触器进行改造。此外,芯片ZDLX-1H还设计了过压报警、欠压报警和温度报警功能,提高了节能器工作的安全性和可靠性。
主要工作以及创新点包括:
(1)设计了智能脉宽调制(PWM)模式的节能器:当交流接触器进入节能状态之后,芯片输出的脉宽能够根据外电压自动调节,当外电路电压过高或者过低时,节能器输出脉宽(导通角)相应减小或者增大,从而保证节能器中流过的电流在一个合适的范围之内,使节能率保持稳定。
(2)设计了低压分断功能:节能器在电源电压低至132V时给出释放信号,使交流接触器断开。
(3)设计了欠压报警功能:节能器的电源电压低至185V时,给出报警信号。
(4)设计了过压报警功能:节能器的电源电压高于242V时,给出报警信号,该功能在现有版本测试中未实现,在新版中已经重新设计。
(5)设计了过温报警功能。芯片检测到周围温度高于125℃时,节能器报警;当温度降低且低于85℃,报警解除(此温度报警范围为2014年4月新版(流片中)的数据,而文中第五章测试数据为2013年11月流片的现有版本数据,文中其它与温度报警相关的内容均已采用新版流片的数据)
(6)采用CSMC0.5um数模混合CMOS工艺实现了交流接触器的节能芯片ZDLX-1H。测试结果表明,以该芯片为核心的节能器配合交流接触器工作,节电率可达90%以上。芯片静态工作电流300uA左右,功耗仅为1.5mW。符合低功耗设计指标,并且通过了国家标准GB8871—2001中的EMC项目测试。