半導(dǎo)體廠商：競(jìng)技家電變頻領(lǐng)域

　　作為通訊乃至軍事行業(yè)的技術(shù)支撐者，半導(dǎo)體廠商曾經(jīng)離家用電器行業(yè)很“遠(yuǎn)”，而現(xiàn)在，隨著家電應(yīng)用市場(chǎng)和功能的擴(kuò)展，消費(fèi)者對(duì)家電產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)的要求越來(lái)越高，半導(dǎo)體廠商轉(zhuǎn)身成為了家電變頻技術(shù)的競(jìng)技者。

　　電機(jī)控制IC：爭(zhēng)奇斗艷

　　家用電器是中國(guó)最先推廣節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)識(shí)的產(chǎn)品，家電電力消耗的主力是電機(jī)，電機(jī)的高效、節(jié)能成為大勢(shì)所趨，家電電機(jī)控制IC于是成為半導(dǎo)體企業(yè)的新熱點(diǎn)。目前用于電機(jī)控制的IC產(chǎn)品主要包括針對(duì)電機(jī)控制應(yīng)用的MCU（微控制器）、DSP（數(shù)字信號(hào)控制技術(shù)）以及專用的電機(jī)控制芯片。

　　據(jù)家電業(yè)內(nèi)人士介紹，雖然DSP技術(shù)能夠提高電機(jī)控制的性能，但由于DSP產(chǎn)品價(jià)格較高，目前DSP技術(shù)被很多家電企業(yè)作為儲(chǔ)備技術(shù)。真正最多應(yīng)用于家電的電機(jī)控制IC產(chǎn)品是MCU。來(lái)自家電行業(yè)的信息顯示，意法半導(dǎo)體（ST）、NEC、瑞薩半導(dǎo)體是家電電機(jī)控制的主要MCU產(chǎn)品提供商。

　　飛兆半導(dǎo)體（韓國(guó)）公司高級(jí)經(jīng)理 Sung-Il Yong向《電器》記者介紹說(shuō)，帶有電機(jī)控制外設(shè)的8位MCU通常用于無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC） 的方波控制。不過(guò)，為了減少噪聲、提高精度和電機(jī)控制效率，32位RISC MCU越來(lái)越多地用于家用電器，尤其是空調(diào)中。

　　Sung-Il Yong表示，家電用MCU的發(fā)展趨勢(shì)是將控制功能集成在一個(gè)MCU中，例如，用一個(gè)MCU控制壓縮機(jī)的逆變器、PFC和戶外風(fēng)扇電機(jī)。這樣，需要采用性能更高的MCU，32位RISC MCU目前是家電高端變頻控制的最適合的解決方案。

　　ST微控制器產(chǎn)品部總經(jīng)理Jim Nicholas也表示，融低功耗、易用性和低成本于一身的32位控制器有發(fā)展前景。2007年，ST曾推出適用于白色家電的32位微控制器系列產(chǎn)品。新產(chǎn)品采用了ARM公司為要求實(shí)現(xiàn)高性能（1.25DhrystoneMIPS/MHz）、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用而專門(mén)設(shè)計(jì)的ARMCortex-M3內(nèi)核。STM32系列產(chǎn)品配有成套的ST和第三方的開(kāi)發(fā)工具。ST提供一個(gè)評(píng)估板、USB開(kāi)發(fā)工具包和一個(gè)免費(fèi)的軟件庫(kù)，非常方便開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)外圍功能。

　　Sung-Il Yong同時(shí)認(rèn)為，如果DSP的價(jià)格可以降低到32位RISC MCU的價(jià)格，未來(lái)家電電機(jī)控制IC發(fā)展趨勢(shì)將是轉(zhuǎn)向采用DSP技術(shù)。目前德州儀器（TI）和美國(guó)微芯科技（Microchip）等公司都有專門(mén)針對(duì)家電行業(yè)開(kāi)發(fā)的DSP技術(shù)。

　　國(guó)際整流器公司（IR）中國(guó)區(qū)總經(jīng)理邢安飛則認(rèn)為，專用的電機(jī)控制芯片更有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，未來(lái)將獲得更廣泛的應(yīng)用：“IR將變頻控制的算法硬件化，作為專用芯片組的一部分，減少了用戶編程的時(shí)間和成本。這樣的硬件化平臺(tái)傳輸和反應(yīng)速度更快，且成本很有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”據(jù)《電器》記者了解，IR目前在中國(guó)推廣的iMOTION集成功率設(shè)計(jì)平臺(tái)，內(nèi)置微處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的雙路控制（也可以實(shí)現(xiàn)單路控制，省去了風(fēng)機(jī)控制部分）。專用控制芯片內(nèi)各硬件單元之間可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控組合，且為客戶預(yù)留了開(kāi)發(fā)空間。該芯片組分別集成了一個(gè)可工作的完整PMSM調(diào)速驅(qū)動(dòng)器所需的周邊控制和功率半導(dǎo)體器件，還包含了三相逆變器驅(qū)動(dòng)IC和高電壓電流傳感IC，以提供數(shù)字控制IC和功率部分之間的必要鏈接。邢安飛表示，目前IR開(kāi)發(fā)的專用電機(jī)控制芯片方案已經(jīng)在中國(guó)生產(chǎn)的空調(diào)上批量應(yīng)用，這個(gè)方案IR還在進(jìn)一步改進(jìn)，未來(lái)開(kāi)發(fā)成本有可能會(huì)進(jìn)一步降低。“iMOTION 集成設(shè)計(jì)方案改進(jìn)算法，可以在不提高整體系統(tǒng)成本的前提下，節(jié)約一半的電能。該方案還可以將節(jié)能電機(jī)產(chǎn)品控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期從原來(lái)的8～9個(gè)月減少到2個(gè)月左右。最重要的是，相比于軟件控制，硬件平臺(tái)的性能更好，更穩(wěn)定。” 邢安飛強(qiáng)調(diào)說(shuō)。

　　功率器件向高集成智能功率模塊發(fā)展

　　雖然單個(gè)功率器件的效率越來(lái)越高，控制簡(jiǎn)化，但電路的復(fù)雜性給生產(chǎn)和測(cè)試帶來(lái)不便。功率模塊是將功率器件的配置、散熱乃至驅(qū)動(dòng)問(wèn)題在模塊中解決，因而易于使用， 可靠性高。以變頻空調(diào)為例，目前中國(guó)的變頻空調(diào)大部分都采用IPM功率模塊。

　　據(jù)《電器》記者了解，功率模塊是采用微電子技術(shù)和先進(jìn)的制造工藝，把功率集成電路與微電子器件及外圍功率器件組裝成一體，能實(shí)現(xiàn)智能功率控制的商品化部件。模塊大多采用密封式結(jié)構(gòu)，以保證良好的電氣絕緣和抗震性能。用戶只須了解模塊的外圍特性，即可使用。因此，它能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，縮短系統(tǒng)的研制周期。國(guó)內(nèi)外許多著名的模塊廠商的產(chǎn)品都通過(guò)了IEC950（國(guó)際電工委員會(huì)）或UL1950（美國(guó)）、GS（德國(guó)）、CE（歐共體）安全認(rèn)證，其質(zhì)量可靠、安全性好、抗干擾性強(qiáng)、符合電磁兼容性（EMC）標(biāo)準(zhǔn)、便于維修。

　　據(jù)《電器》記者了解，向家用電器行業(yè)提供功率模塊的企業(yè)主要是飛兆半導(dǎo)體和三菱半導(dǎo)體等企業(yè)。據(jù)Sung-Il Yong介紹，飛兆半導(dǎo)體能夠?yàn)樽冾l空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)提供一整套高能效模塊產(chǎn)品，包括Motion-SPM 和 PFC-SPM。飛兆半導(dǎo)體的 PFC-SP模塊為設(shè)計(jì)人員提供了緊湊的“綠色”解決方案，適用于空調(diào)和工業(yè)逆變器設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)可靠性和效率，同時(shí)減小了電路板空間。這些智能功率模塊專為 3kW~6kW 功率范圍電機(jī)控制應(yīng)用的全開(kāi)關(guān)型功率因數(shù)校正（PFC） 電路而設(shè)計(jì)，每款 PFC-SPM 器件均在44×26.8mm 的高散熱效率的封裝中集成了兩個(gè)快速恢復(fù)二極管、兩個(gè)續(xù)流二極管（freewheeling diode）、兩個(gè) IGBT、一個(gè)柵級(jí)驅(qū)動(dòng) IC、一個(gè)電流檢測(cè)電阻和一個(gè)熱敏電阻。PFC-SPM 是高度集成的模塊，與分立器件解決方案相比，可節(jié)省 50% 的電路板面積，并內(nèi)置了多種保護(hù)功能，增強(qiáng)了可靠性。這些器件提供 99%（典型值）的功率因數(shù)，以滿足強(qiáng)制性 PFC 標(biāo)準(zhǔn)（IEC61000-3-2）；支持 40kHz 的開(kāi)關(guān)工作頻率，能夠減少功率損耗。

　　據(jù)悉，目前飛兆的功率模塊方案已經(jīng)在三星、大金等品牌產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用，其中僅大金一家，飛兆每年就要提供40萬(wàn)個(gè)微型SPM模塊。在青島，飛兆還設(shè)立了全球功率資源中心（Global Power ResourceSM），配備了技術(shù)專家與中國(guó)的消費(fèi)電子品牌廠家和白色商品制造商合作。

　　在中國(guó)市場(chǎng)，三菱、東芝等公司生產(chǎn)的IPM“智能”功率模塊則廣受歡迎。這種模塊把開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到了功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”的功率模塊（IPM），不僅縮小了整機(jī)的體積，也方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。三菱電機(jī)分屬機(jī)構(gòu)科菱機(jī)電（上海）有限公司半導(dǎo)體事業(yè)部應(yīng)用技術(shù)課經(jīng)理宋高升稱， 目前三菱在中國(guó)消費(fèi)電子即變頻空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)的功率控制模塊領(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了60%的市場(chǎng)份額。

　　有消息人士稱，由于中國(guó)家電企業(yè)集中采購(gòu)三菱的IPM產(chǎn)品，2008年年初三菱的IPM模塊銷售甚至出現(xiàn)了供不應(yīng)求的狀況。

　　據(jù)悉，三菱目前用于變頻家電上的IPM器件主要是三菱第三代、第四代DIP-IPM。2008年年初，三菱電機(jī)（MitsubishiElectric）還新推出第五代L1系列智能功率模塊，其將硅片溫度傳感器設(shè)置在IGBT硅片正中央處，實(shí)現(xiàn)了更加精確迅速的硅片溫度檢測(cè)。該系列IPM采用全柵型CSTBT硅片技術(shù)，具有比L系列IPM更低的損耗以及更加優(yōu)化的VCE與Eoff折衷曲線。L1系列智能功率模塊主端子有針腳型和螺絲型兩種形式，同樣電流電壓等級(jí)的L1系列IPM與L系列IPM的封裝完全兼容。此外，L1系列IPM還首次開(kāi)發(fā)了25A/1200V和50A/600V的小封裝產(chǎn)品以滿足客戶節(jié)約成本的需求。