中国制造之殇：可控硅篇

Posted 2020-08-21

　　说实话，我正真接触可控硅时间并不长，以前我只知道这东西功能类似于继电器，主要控制AC负载的开关。什么BT136、BTA06、BTB06最初只是在自动麻将机里见过。由于一直是研究数字硬件编程还是个码农，对这些也不屑，视为粗物。

　　一次公司接到一个项目，这是第一次错过与可控硅亲密接触。项目是一个巨型的LED地埋钟，需要从高楼下往下看的，新加坡人的鬼创意，不过创意还是不错的。那时还没做名正言顺做技术总监，只不过刚开始主导一些项目，经验、威信和资历都不够强大。有一个老高级工程师还没退休，做配电柜设计是一把手，不过仅此而已。所里的这些工程师们基本都40-50岁的样子了，知识结构老化，年轻的，有半瓶子本事的都跳槽了。我那时一个20多的小伙也是因为天性使然，硬是在这群大叔们的眼皮底下，靠自己的能力一点一点地从被领导到领导他们。我的很多意见、方案被忽略、被认为是年轻人目光短浅、没有经验、好高骛远，直到事后才被真正认可。一来二去的，我说话才渐渐有了份量，而这个项目正发生在此期间。

　　甲方要求钟在日照下30米以上高楼可见，可以调节亮度，要应对工业区市电电压的大幅度变化。我们定好方案后才能预埋管道、预留坑位并、进行钢筋混凝土。先上个图吧，好解释。外圈直径约30米光景。

　　我管部分技术和编程，所以土建尺寸啥的都没参与，也没人问我。倒是总经理天天跟我讨论日光可见问题，颜色已经定了”黄色“，但2000年左右根本没有好的四元素黄色LED，除非进口。我只提了4点要求，1.发光强度必须大于5000CD/M²，最好8000以上；2.覆盖的玻璃必须有散射效果，或者LED排列足够密；3.LED集束管化、模块化，防水防潮，便于更换。4.发光坑内置的箱体不锈钢制作。这些要求看上去很不错吧，事实是每一样达到初衷的。

　　首先是高亮度LED，算下来没法有进口的，成本太高（其实是可以用的，只是领导舍不得）。后来用了宁波的一家厂的黄色LED，发射角只有±20度，法向光强2000CD都不到，价格是进口的1/10，亮度指标只有1/4。这可以说是第一张烂牌，引发了连锁反应。亮度不够，首先得多用1倍以上，功率增加了一倍，亮度已有我预期的1/2，耗散热量增加了好几倍。

　　总经理自认为增加了LED是一张好牌，因为采购覆盖玻璃方便了。我原先要求找到透过率高的散射膜，夹在两块8mm的钢化玻璃之间，现在变成了下面一张毛玻璃，上面一张透明玻璃。第二张烂牌导致LED数量又增加50%，而且到现场以后毛玻璃沾上露水，基本上透明了。

　　前面说的那个高工又自告奋勇的枪了我的活，私自设计了集束管的PCB，让PCB厂加工去了，而且做了几千片。我看到PCB图纸后大发雷霆，马上要求领导层开会。这个集束管采用了64个LED，8个串联再8个并联，问题在于串联回路里没有放电阻就并联了。每个LED的V_f曲线都有微小的区别，8个串联后差异就会更大，没有接一个几十欧姆的电阻就并联，会导致V_f小的那一路电流会增大，直到V_f增长到大家一样。通常单颗LED的最大工作电流被限定到20mA一下，超过20mA，LED的寿命和亮度就会急剧下降。说理自然是我KO别人，但我无奈对那几千片不能用的PCB做了妥协（换作今天，我绝对不在妥协了），这妥协有带来了新的麻烦。为了让PCB能用，PCB厂对线路做了手工切割，但没有放置电阻的位置，就这样成品集束管引出了9根线，并要外接8个电阻，天一般的工作量。最终工程进度来不及，大家加班了2周，又熬夜2天才勉强在甲方规定的期限内进场安装。

　　再说说不锈钢箱体，搞结构设计的是个退休返聘的高级工程师。我并没有要抹黑这些高级职称的前辈们，但是有一点是要指出的，各行如隔山，即使细小的不同也有很大的差异，有很多人知识没有更新，与工厂生产实际脱节等等是设计不出好产品的。这个结构高工其实设计配电箱什么中规中矩的大家伙还是可以的，但小型电器就不太行了，要是我的话自己不行就集思广益。弄到合理的设想，自己细化即可。不锈钢强度很高，基本上没法攻牙上螺丝，用自攻螺丝固定的异形箱体，拆卸几次就散架了。说实话这个项目的箱体只需要做个空心马扎加个鞋盒一样的盖子就行了，不需要一颗自攻螺丝，可惜还是没人听。

　　说回控制线路，我的提议是联级传送信号，减少排线数量，并在每个箱子内装上联级线路。要是我一开始提议用可控硅控制开关，也许方案可以被接受，但我用了继电器。继电器维持电流不大，可吸合时产生的干扰十分巨大，连我自己都不能保证联级的可靠性，但如果用可控硅加光耦控制，干扰问题就解决了。方案另一个被各位高工和领导否定的原因是，传送市电主电缆断头接线的问题。由于第一张烂牌，LED用了原计划的3倍以上，整体功率从10多KW增加到了40KW，电缆需从2.5平方改成6平方，没有6平方的动力线被剪成一段段并头攻头防水连接的先例，就是2.5平方的线，户外操作接十几个接头也是不容易的。本质上由于经验不够，自己又存在疑问，没办法用足够的理由说服大家，最终导致了一坨屎一样的设计上马了。最终现场的总接线坑里汇集了72条1平方的2芯线，没错没有护套！还有一个保险丝板和继电器箱，布满了蛇群一样的AC电源线。最终这个钟在我们良心的后期维护下走了5年。

　　总的来说上述的决策失误很常见，并不是中国独有的，刚愎自用的老外也多的是

　　其实，一直没深入接触可控硅，跟我所接触的研发项目有很大关系。说句笑话，我一直害怕直接接触220V以上的高压。读初中的时候，年轻无知，弄了个电容降压的线路给碱性5号电池充电，结果一不小心短路了，整整一层十几户的电都断了（那时每家都不装空气开关，保险丝还是用电线代替的），电弧把铜片都烧化了。之后还有多次被电的经历，不过触电并不太痛苦，只是不太喜欢这种感觉。从此碰高压的东西就小心了，小心得过了头，连显像管电视都不敢修了，听说彩电高压包的电压更高，索性就不碰了。这些年来，开关电源、逆变器、整流器、背光高压板都是弱项，没太多实践经验。这类电子产品要是坏了，不是烟雾弥漫、火花乱闪就是黑乎乎的一片，不像数字电路，电不着人，用手那把镊子，还能测出虚焊。

　　可控硅的特性还是很奇怪的，我的直接映像就是触发后，不反向加电是不关断的。很多教材把可控硅介绍得复杂化了，特别是双向可控硅。下图是是两幅单向可控硅的等效原理图。

　　直到