功率器件在提高家电效率方面的作用

人类对地球的影响是不可否认的，全球正在努力在我们享受的便利设施和奢侈品之间取得更好的平衡，并减少对环境的影响。其中一项运动是通过能源之星效率等标准来提高家用电器的效率。美国在执行新的能效标准方面历来落后。例如，现在，如果您看看这些法规生效之前的 HVAC 压缩机市场，就会发现美国只有 5% 的 HVAC 压缩机市场采用变频技术。另一方面，中国已经实现了几乎 100% 的逆变器化，而欧洲则约为 65%，因为他们更早制定了相关法规。

如果您回顾几年前，洗衣机使用的是所谓的永久分体式电容器电机。这些电机的总体效率约为 60%。在过去的几年里，我们开始看到更多的洗衣机通过过渡到永磁体或 BLDC 电机而获得能源之星评级，其效率约为 80%。随着这些类型的电机技术的引入，您还必须为这些电机引入某种类型的驱动器，称为逆变器。

这种新型电机技术本身效率更高。随着逆变器的引入，可以实现变速电机控制，进一步提高效率并有助于满足能源之星的要求。以暖通空调系统为例，历史系统具有单速风扇，因此无论所需的冷却或加热负载如何，它总是以相同的速度运行。通过引入变速电机功能，电机可以以其实际额定功率的 50% 运行，从而减少 90% 的能源使用。电机以其实际额定功率的 85% 运行可减少 50% 的能源使用。

变频还有另一个好处：由于它能够以变速运行电机以满足加热/冷却负载需求，因此设备的使用寿命实际上会更长。其背后的原因是，当设备只有一种速度时，它会变得更热、更困难。这是典型的变频冰箱的情况，在其使用寿命内以额定功率的 20% 运行，减去首次插入新冰箱时最初的两小时冷却周期。这有助于延长压缩机和冰箱的使用寿命，并通过提高轻载效率来显着节省能源。

这种向逆变化的转变对制造商来说是一个挑战，因为许多制造商没有内部电力电子团队。他们的专业知识在于了解如何制造机电系统。直到几年前，电器还没有逆变器驱动器和永磁或无刷直流电机。事实上，除了用户界面之外，基本上没有任何半导体内容。随着变频电机控制的引入，当前电器的内容发生了巨大变化。典型的逆变器由六个开关、三个半桥驱动器或三相逆变器驱动器、电机驱动芯片、电流传感器/分流器和辅助电源组成。

典型的逆变器由六个开关、三个半桥
驱动器或三相逆变器驱动器、电机控制 IC、
电流传感器/分流器和辅助电源组成。

制造商面临的另一个挑战是成本。在设备中添加新技术可能会使成本增加 15% 至 20%。这可能会成为提高能源效率的竞争劣势，因为购买新洗衣机或冰箱的消费者可能会拒绝贵 15% 到 20% 的机器，而可能会选择更便宜的版本。

半导体行业是提高效率的驱动力，这并不是第一次发生这样的事情。以照明为例，从白炽灯泡到紧凑型荧光灯，再到最终到 LED 灯泡的转变是半导体技术在这段时期内不断进步的结果。这项创新彻底改变了市场，并显着减少了与室内照明相关的能源消耗。正是这些相同类型的趋势现在正在转变为主要家用电器。随着各行业出台更多的能源法规，产品中的半导体含量将会增加。半导体技术的进步将再次引领潮流。

半导体行业从一开始就一直遵循美洲的潜在法规。随着法规成为法律，半导体行业与原始设备制造商合作，了解法规的含义以及可用于将下一代产品推向市场的解决方案。

对于不具备某些新技术专业知识的制造商来说，这可能会令人望而生畏。这就是为什么原始设备制造商与半导体公司建立真正的合作伙伴关系并利用他们的专业知识至关重要的原因。半导体合作伙伴倾向于创建针对特定应用的参考设计解决方案。这些参考设计可以为 OEM 提供 80% 完整的硬件和软件解决方案，并由原理图和电路板布局文件支持。然后，OEM 可以将其产品化为适合其最终应用程序外形尺寸的解决方案，并通过这样做，根据其产品空间的应用要求获得该解决方案的所有权。拥有合适的半导体合作伙伴最终可以缩短产品上市时间。

根据IEA 的数据，家电占全球最终电力需求的 15%，即建筑物用电量的四分之一。随着人们对气候变化的日益关注，电器的能源效率将成为抑制能源消耗、从而减少温室气体排放的关键途径。家电原始设备制造商预计在不久的将来会有更多的法规和能源标准。与合适的功率半导体公司合作对于跟上步伐至关重要。