夏日涼爽的來源 – 「空調」,如何不增加功耗而提高性能

關鍵字 :東芝TOSHIBA空調air conditioner

隨著地球暖化現象不斷惡化,節能減碳的政策也是全世界重中之重的要點。也因為天氣的炎熱,人們對空調的需求也在不斷增長。就家用空調而言節能、低成本、減少二氧化碳排放、智慧家電的連線性是產品設計的關鍵因素。為解決這些問題,電源效率和感測電路的設計至關重要。東芝的MOSFET、智慧功率IC、運算放大器和其他融合了最新技術的產品陣容,有助於在不增加功耗的同時提高空調性能。

特性:

  • 通過降低導通電抗和最大程度降低發熱,提高電能利用效率(MOSFET)
  • 通過引入具有優異散熱性能的貼片封裝,實現電路板小型化和高效散熱性能(智慧功率IC)
  • 通過光耦合隔離回饋信號電路,提高運行可靠性(光耦)
  • 符合安全標準(UL、cUL等)(光耦)

AC-DC電源:

                  室外機反激式AC-DC轉換器圖例


空調的“室外壓縮機電機的運行”和“風扇電機的驅動”需依靠電力。在空調運行時,安裝在室內和室外機上的風扇電機都是持續旋轉的,因此不能停止。通常情況下,人們認為較大的空調設備耗電會更多,但其實空調的功率大小取決於壓縮機電機和風扇電機對空調的驅動量,因此如果使用大型空調設備在短時間內啟動後又較長時間停機,相對於長時間使用小型空調設備來說會更加節省供電成本。因此在用電過程中如何有效地向系統內部供電,以及如何抑制用電過程中所產生的熱量,是控制空調用電量的關鍵問題。

在AC-DC電源電路中,應選用高擊穿電壓、低導通電阻的MOSFET。通過保持低導通電阻,可以最大限度地減少發熱和電流消耗,同時還可以降低輸出損耗。東芝的功率MOSFET系列產品採用高散熱封裝,可進一步減少發熱。此外,即使在從電源電路到之後供電階段的電源控制中,高靈敏度感測器和晶片組等模組可能對電源的性能要求更高。東芝的LDO穩壓器以最小的電流消耗實現了高性能,從而降低系統總功耗。

在DC-DC電源電路中,電晶體輸出光耦用於一次側的電壓回饋。由於一次側和二次側需要不同電位的信號傳輸,因此利用光耦合型光電耦合器可以簡單可靠地實現信號路徑隔離。此外,遵守各國制定的安全標準也很重要。東芝光耦已通過UL1577VDE:EN60747-5-5、EN62368-1等認證。

直流無刷電機驅動:


使用高壓智慧功率器件 (HV-IPD) 的風扇和壓縮機外圍電路圖例

直流無刷電機具有節能、使用壽命長、噪音低、體積小、重量輕等產品特性。使用直流無刷電機的節能效果非常顯著,各部件中電機的更換也在逐步進行。對於要求功能性和長壽命的部件更換,尤其是需要可控性功能及長使用壽命的部件,直流無刷電機起著重要作用。空調的室外機中使用壓縮機電機和風扇電機,而室內機則使用風扇電機。其中,壓縮機電機的功率最大,對總效率的影響也很大,因此節能高效技術的發展起步時間較早。



近年來,僅靠提高壓縮機效率已經很難脫穎而出,並且由於引入全年性能係數(APF),低負載下的效率也成為需要面對的問題。因此,即使對於室外和室內機的風扇電機,也在提倡節能和高效。
高擊穿電壓智慧功率IC採用最新的高壓微型SOI(矽技術)工藝和嚴密的貼片式封裝,實現了緊湊、高效的直流無刷電機驅動電路,同時還具備開關損耗低,週邊元件少等特性。此外,東芝還提供具有低導通電阻和高散熱效率的MOSFET產品線,這些器件適用於大功率無刷電機驅動電路的外部驅動電路電機控制器,以解決直流無刷電機的問題。

傳感器輸入:

使用運算放大器 (Opamp) 放大傳感器信號的優化電路圖例

如今,互聯網和物聯網越來越受歡迎,人們不僅可以在家裡操控家用電器,還可以通過智慧手機在室外控制家用電器。回家時,人們可以在室外將空調設置到理想室溫,以實現舒適環境。此外,當你在家時,可以使用更多功能來區分“冷”“熱”體感,讓每個人感到舒適。

在這種情況下,使用溫度感測器進行溫度設置就是一個例子。溫度感測器可用於測量待測溫度範圍和待測物件,它根據感測器的使用精度而有所不同。然而,典型的半導體溫度傳感器具有高精度和高敏感性,其輸出信號是一個弱類比信號,因此,在大多數情況下,即使它直接輸入到AD轉換器,也無法執行高精度的數位信號轉換。

東芝提供的CMOS運算放大器TC75S67TU產品線可用於準確放大此類微類比信號。TC75S67TU可實現6nV/√Hz(f=1kHz,GV=40dB,典型值)輸入端雜訊電壓的低雜訊水準,並採用最新的CMOS工藝,以同時實現低電流消耗。此外,東芝還提供有TVS二極體(ESD保護二極體)來保護內部電路不受意外的外部ESD影響,避免終端產品損壞。

 

以上作一個簡單的範例,詳細歡迎大家可以連結東芝官網參考東芝所推薦的相關產品!
Semiconductor Solutions for Air Conditioners | Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation | Asia-English (semicon-storage.com)

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