人類對(duì)地球的影響是不可否認(rèn)的，全球正在努力在我們享受的便利設(shè)施和奢侈品之間取得更好的平衡，并減少對(duì)環(huán)境的影響。其中一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)是通過能源之星效率等標(biāo)準(zhǔn)來提高家用電器的效率。美國在執(zhí)行新的能效標(biāo)準(zhǔn)方面歷來落后。例如，現(xiàn)在，如果您看看這些法規(guī)生效之前的 HVAC 壓縮機(jī)市場(chǎng)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)美國只有 5% 的 HVAC 壓縮機(jī)市場(chǎng)采用變頻技術(shù)。另一方面，中國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾乎 100% 的逆變器化，而歐洲則約為 65%，因?yàn)樗麄兏缰贫讼嚓P(guān)法規(guī)。

如果您回顧幾年前，洗衣機(jī)使用的是所謂的永久分體式電容器電機(jī)。這些電機(jī)的總體效率約為 60%。在過去的幾年里，我們開始看到更多的洗衣機(jī)通過過渡到永磁體或 BLDC 電機(jī)而獲得能源之星評(píng)級(jí)，其效率約為 80%。隨著這些類型的電機(jī)技術(shù)的引入，您還必須為這些電機(jī)引入某種類型的驅(qū)動(dòng)器，稱為逆變器。

這種新型電機(jī)技術(shù)本身效率更高。隨著逆變器的引入，可以實(shí)現(xiàn)變速電機(jī)控制，進(jìn)一步提高效率并有助于滿足能源之星的要求。以暖通空調(diào)系統(tǒng)為例，歷史系統(tǒng)具有單速風(fēng)扇，因此無論所需的冷卻或加熱負(fù)載如何，它總是以相同的速度運(yùn)行。通過引入變速電機(jī)功能，電機(jī)可以以其實(shí)際額定功率的 50% 運(yùn)行，從而減少 90% 的能源使用。電機(jī)以其實(shí)際額定功率的 85% 運(yùn)行可減少 50% 的能源使用。

變頻還有另一個(gè)好處：由于它能夠以變速運(yùn)行電機(jī)以滿足加熱/冷卻負(fù)載需求，因此設(shè)備的使用壽命實(shí)際上會(huì)更長。其背后的原因是，當(dāng)設(shè)備只有一種速度時(shí)，它會(huì)變得更熱、更困難。這是典型的變頻冰箱的情況，在其使用壽命內(nèi)以額定功率的 20% 運(yùn)行，減去首次插入新冰箱時(shí)最初的兩小時(shí)冷卻周期。這有助于延長壓縮機(jī)和冰箱的使用壽命，并通過提高輕載效率來顯著節(jié)省能源。

這種向逆變化的轉(zhuǎn)變對(duì)制造商來說是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵S多制造商沒有內(nèi)部電力電子團(tuán)隊(duì)。他們的專業(yè)知識(shí)在于了解如何制造機(jī)電系統(tǒng)。直到幾年前，電器還沒有逆變器驅(qū)動(dòng)器和永磁或無刷直流電機(jī)。事實(shí)上，除了用戶界面之外，基本上沒有任何半導(dǎo)體內(nèi)容。隨著變頻電機(jī)控制的引入，當(dāng)前電器的內(nèi)容發(fā)生了巨大變化。典型的逆變器由六個(gè)開關(guān)、三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器或三相逆變器驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、電流傳感器/分流器和輔助電源組成。

典型的逆變器由六個(gè)開關(guān)、三個(gè)半橋
驅(qū)動(dòng)器或三相逆變器驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)控制 IC、
電流傳感器/分流器和輔助電源組成。

制造商面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是成本。在設(shè)備中添加新技術(shù)可能會(huì)使成本增加 15% 至 20%。這可能會(huì)成為提高能源效率的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，因?yàn)橘徺I新洗衣機(jī)或冰箱的消費(fèi)者可能會(huì)拒絕貴 15% 到 20% 的機(jī)器，而可能會(huì)選擇更便宜的版本。

半導(dǎo)體行業(yè)是提高效率的驅(qū)動(dòng)力，這并不是第一次發(fā)生這樣的事情。以照明為例，從白熾燈泡到緊湊型熒光燈，再到最終到 LED 燈泡的轉(zhuǎn)變是半導(dǎo)體技術(shù)在這段時(shí)期內(nèi)不斷進(jìn)步的結(jié)果。這項(xiàng)創(chuàng)新徹底改變了市場(chǎng)，并顯著減少了與室內(nèi)照明相關(guān)的能源消耗。正是這些相同類型的趨勢(shì)現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕矣秒娖鳌ｋS著各行業(yè)出臺(tái)更多的能源法規(guī)，產(chǎn)品中的半導(dǎo)體含量將會(huì)增加。半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步將再次引領(lǐng)潮流。

半導(dǎo)體行業(yè)從一開始就一直遵循美洲的潛在法規(guī)。隨著法規(guī)成為法律，半導(dǎo)體行業(yè)與原始設(shè)備制造商合作，了解法規(guī)的含義以及可用于將下一代產(chǎn)品推向市場(chǎng)的解決方案。

對(duì)于不具備某些新技術(shù)專業(yè)知識(shí)的制造商來說，這可能會(huì)令人望而生畏。這就是為什么原始設(shè)備制造商與半導(dǎo)體公司建立真正的合作伙伴關(guān)系并利用他們的專業(yè)知識(shí)至關(guān)重要的原因。半導(dǎo)體合作伙伴傾向于創(chuàng)建針對(duì)特定應(yīng)用的參考設(shè)計(jì)解決方案。這些參考設(shè)計(jì)可以為 OEM 提供 80% 完整的硬件和軟件解決方案，并由原理圖和電路板布局文件支持。然后，OEM 可以將其產(chǎn)品化為適合其最終應(yīng)用程序外形尺寸的解決方案，并通過這樣做，根據(jù)其產(chǎn)品空間的應(yīng)用要求獲得該解決方案的所有權(quán)。擁有合適的半導(dǎo)體合作伙伴最終可以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

根據(jù)IEA 的數(shù)據(jù)，家電占全球最終電力需求的 15%，即建筑物用電量的四分之一。隨著人們對(duì)氣候變化的日益關(guān)注，電器的能源效率將成為抑制能源消耗、從而減少溫室氣體排放的關(guān)鍵途徑。家電原始設(shè)備制造商預(yù)計(jì)在不久的將來會(huì)有更多的法規(guī)和能源標(biāo)準(zhǔn)。與合適的功率半導(dǎo)體公司合作對(duì)于跟上步伐至關(guān)重要。