效率提升在智能家電發(fā)展中的作用

我們距離圍著篝火吃飯的時(shí)代已經(jīng)很遠(yuǎn)了。由于技術(shù)的進(jìn)步和聯(lián)網(wǎng)家用電器的使用，我們的家庭正變得更加智能、方便和高效。

根據(jù)研究，家用電器市場預(yù)計(jì)將快速增長，2021年價(jià)值6400億美元，預(yù)計(jì)到2027年將增長到7850億美元。而在智能家電領(lǐng)域，這種增長更加明顯：從2021年的338億美元，到2025年預(yù)計(jì)達(dá)到764億美元。這是一個(gè)近18%的復(fù)合年增長率（CAGR）！這將是一個(gè)巨大的增長。

那么，是什么推動(dòng)了市場的這種增長？又是什么關(guān)鍵功能吸引了人們的注意？

家用電器的效率——

不僅僅是一個(gè)"可有可無"的特點(diǎn)

更多的遠(yuǎn)程工作和學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)意味著人們花更多時(shí)間在家里，增加了對(duì)現(xiàn)代家用電器的需求。如果你是最近購買新家電的眾多消費(fèi)者之一，你可能已經(jīng)注意到了很多新功能：可以幫助你完成購物清單的冰箱，用App控制的洗衣機(jī)，整合了你最喜歡的語音助手的空調(diào)。然而，在家里更多的時(shí)間意味著消耗更多的能源，這就是為什么家用電器的操作成本往往比便利性更重要。

雖然智能化可能是一個(gè)強(qiáng)有力的賣點(diǎn)，但消費(fèi)者也想確保他們的新電器在使用時(shí)不會(huì)給他們的錢包--或環(huán)境--造成負(fù)擔(dān)。但是，能源效率不僅是由消費(fèi)者推動(dòng)的，它也越來越被政府所推動(dòng)。新的國家和國際法規(guī)正在將這一 "可有可無的功能"變成許多市場的強(qiáng)制性要求。

幸運(yùn)的是，節(jié)能電器比以往任何時(shí)候都更受歡迎，也更容易獲得。由于半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步和變頻化的趨勢(shì)，我們?cè)谶^去幾十年中見證了能源效率的大幅提高(圖1)

圖1：能源消耗的減少，數(shù)據(jù)基于能源之星和國際能源署（見我們的白皮書中的完整參考）。

通過變頻實(shí)現(xiàn)更有效的電機(jī)控制

逆變器可以將家用電器的效率提高30％。但如何做到呢？三個(gè)部件是關(guān)鍵：傳感器、微控制器和功率半導(dǎo)體。它們一起工作，可以優(yōu)化我們電器中的電機(jī)工作方式。

在變頻技術(shù)出現(xiàn)之前，冰箱中的壓縮機(jī)只有兩種速度：全速或關(guān)閉。當(dāng)空氣變得太熱時(shí)，它將開啟并以全功率運(yùn)行，直到空氣冷卻到一定溫度。然后，它將完全關(guān)閉，直到需要時(shí)再次啟動(dòng)。半導(dǎo)體被用來優(yōu)化這一過程的變速驅(qū)動(dòng)--或稱變頻化。

通過變頻技術(shù)，冰箱的壓縮機(jī)可以根據(jù)需要逐步調(diào)整。在其最簡單的形式中，冰箱中的傳感器測量空氣的溫度和風(fēng)扇的速度。然后，微控制器將該信息解釋為命令。然后功率半導(dǎo)體通過調(diào)整壓縮機(jī)的速度來執(zhí)行這些命令。這意味著電機(jī)的工作更有效率——需要時(shí)更多，不需要時(shí)更少。

滿足能源效率要求的功率半導(dǎo)體

開發(fā)最節(jié)能的設(shè)計(jì)，重要的是著眼于整個(gè)系統(tǒng)。讓我們來看看通過更先進(jìn)的功率半導(dǎo)體解決方案來提高效率的一些具體方法。

首先，智能功率模塊IPM的高度集成性意味著它們可以非常緊湊。例如，CIPOS? Nano IPM是一種超緊湊的三相或半橋MOSFET? IPM，設(shè)計(jì)用于電源管理電路和100W以下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的整流、轉(zhuǎn)換器和逆變器階段。通過利用PCB銅線來散去模塊的熱量，它的面積減少了60%。在傾向于使用分立器件的設(shè)計(jì)中，600V RC-D2系列的逆導(dǎo)型IGBT是冰箱壓縮機(jī)等低功率驅(qū)動(dòng)的理想選擇。當(dāng)提高輕載效率是首要任務(wù)時(shí)，可以使用我們的功率MOSFET，如CoolMOS? PFD7。

無論是分立器件還是功率模塊，每個(gè)開關(guān)都需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，它是控制信號(hào)和功率開關(guān)之間的接口。例如，我們的EiceDRIVER?柵極驅(qū)動(dòng)IC的高集成度有助于降低電路復(fù)雜度、開發(fā)時(shí)間、材料清單（BOM）和電路板空間，同時(shí)提高可靠性。

數(shù)字馬達(dá)控制技術(shù)也很重要，它讓我們不僅可以節(jié)省能源，還可以節(jié)省進(jìn)入市場的時(shí)間。iMOTION?數(shù)字電機(jī)控制器為家電開發(fā)商提供了快速和準(zhǔn)確的 "開箱即用 "的變速驅(qū)動(dòng)器控制。憑借其電機(jī)控制引擎（MCE），不需要進(jìn)行軟件編碼，只需要通過為相應(yīng)的電機(jī)配置MCE，即可以快速實(shí)現(xiàn)變速驅(qū)動(dòng)器。此外，像MCEDesigner這樣的先進(jìn)工具可以幫助開發(fā)人員在一個(gè)小時(shí)內(nèi)完成電機(jī)的安裝和運(yùn)行。

在設(shè)計(jì)智能、高效的家用電器時(shí)，思考整個(gè)系統(tǒng)如何協(xié)同工作是很重要的?；ヂ?lián)的智能功能無疑是新設(shè)計(jì)中一個(gè)越來越重要的特征，但也必須實(shí)現(xiàn)能源效率。通過整合正確的功率模塊、電機(jī)控制器和相關(guān)組件，家電開發(fā)商可以確保他們的設(shè)計(jì)同時(shí)滿足消費(fèi)者和法規(guī)的要求。

本文轉(zhuǎn)載自英飛凌博客，作者：Jens，翻譯：趙佳。