效率提升在智能家電發(fā)展中的作用

我們距離圍著(zhù)篝火吃飯的時(shí)代已經(jīng)很遠了。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。

根據研究，家用電器市場(chǎng)預計將快速增長(cháng)，2021年價(jià)值6400億美元，預計到2027年將增長(cháng)到7850億美元。而在智能家電領(lǐng)域，這種增長(cháng)更加明顯：從2021年的338億美元，到2025年預計達到764億美元。這是一個(gè)近18%的復合年增長(cháng)率（CAGR）！這將是一個(gè)巨大的增長(cháng)。

那么，是什么推動(dòng)了市場(chǎng)的這種增長(cháng)？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(wú)"的特點(diǎn)

更多的遠程工作和學(xué)習機會(huì )意味著(zhù)人們花更多時(shí)間在家里，增加了對現代家用電器的需求。如果你是最近購買(mǎi)新家電的眾多消費者之一，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，整合了你最喜歡的語(yǔ)音助手的空調。然而，在家里更多的時(shí)間意味著(zhù)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)強有力的賣(mài)點(diǎn)，但消費者也想確保他們的新電器在使用時(shí)不會(huì )給他們的錢(qián)包--或環(huán)境--造成負擔。但是，能源效率不僅是由消費者推動(dòng)的，它也越來(lái)越被政府所推動(dòng)。新的國家和國際法規正在將這一 "可有可無(wú)的功能"變成許多市場(chǎng)的強制性要求。

幸運的是，節能電器比以往任何時(shí)候都更受歡迎，也更容易獲得。由于半導體技術(shù)的進(jìn)步和變頻化的趨勢，我們在過(guò)去幾十年中見(jiàn)證了能源效率的大幅提高(圖1)

圖1：能源消耗的減少，數據基于能源之星和國際能源署（見(jiàn)我們的白皮書(shū)中的完整參考）。

通過(guò)變頻實(shí)現更有效的電機控制

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體。它們一起工作，可以?xún)?yōu)化我們電器中的電機工作方式。

在變頻技術(shù)出現之前，冰箱中的壓縮機只有兩種速度：全速或關(guān)閉。當空氣變得太熱時(shí)，它將開(kāi)啟并以全功率運行，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)。半導體被用來(lái)優(yōu)化這一過(guò)程的變速驅動(dòng)--或稱(chēng)變頻化。

通過(guò)變頻技術(shù)，冰箱的壓縮機可以根據需要逐步調整。在其最簡(jiǎn)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。然后功率半導體通過(guò)調整壓縮機的速度來(lái)執行這些命令。這意味著(zhù)電機的工作更有效率——需要時(shí)更多，不需要時(shí)更少。

滿(mǎn)足能源效率要求的功率半導體

開(kāi)發(fā)最節能的設計，重要的是著(zhù)眼于整個(gè)系統。讓我們來(lái)看看通過(guò)更先進(jìn)的功率半導體解決方案來(lái)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(zhù)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，設計用于電源管理電路和100W以下的電機驅動(dòng)中的整流、轉換器和逆變器階段。通過(guò)利用PCB銅線(xiàn)來(lái)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計中，600V RC-D2系列的逆導型IGBT是冰箱壓縮機等低功率驅動(dòng)的理想選擇。當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(wú)論是分立器件還是功率模塊，每個(gè)開(kāi)關(guān)都需要一個(gè)驅動(dòng)器，它是控制信號和功率開(kāi)關(guān)之間的接口。例如，我們的EiceDRIVER?柵極驅動(dòng)IC的高集成度有助于降低電路復雜度、開(kāi)發(fā)時(shí)間、材料清單（BOM）和電路板空間，同時(shí)提高可靠性。

數字馬達控制技術(shù)也很重要，它讓我們不僅可以節省能源，還可以節省進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。iMOTION?數字電機控制器為家電開(kāi)發(fā)商提供了快速和準確的 "開(kāi)箱即用 "的變速驅動(dòng)器控制。憑借其電機控制引擎（MCE），不需要進(jìn)行軟件編碼，只需要通過(guò)為相應的電機配置MCE，即可以快速實(shí)現變速驅動(dòng)器。此外，像MCEDesigner這樣的先進(jìn)工具可以幫助開(kāi)發(fā)人員在一個(gè)小時(shí)內完成電機的安裝和運行。

在設計智能、高效的家用電器時(shí)，思考整個(gè)系統如何協(xié)同工作是很重要的?；ヂ?lián)的智能功能無(wú)疑是新設計中一個(gè)越來(lái)越重要的特征，但也必須實(shí)現能源效率。通過(guò)整合正確的功率模塊、電機控制器和相關(guān)組件，家電開(kāi)發(fā)商可以確保他們的設計同時(shí)滿(mǎn)足消費者和法規的要求。

本文轉載自英飛凌博客，作者：Jens，翻譯：趙佳。