作者：英飛凌工業半導體公眾號
我們距離圍著篝火吃飯的時代已經很遠了。 由於技術的進步和聯網家用電器的使用，我們的家庭正變得更加智能、方便和高效。
根據研究，家用電器市場預計將快速增長，2021年價值6400億美元，預計到2027年將增長到7850億美元。 而在智能家電領域，這種增長更加明顯：從2021年的338億美元，到2025年預計達到764億美元。 這是一個近18%的複合年增長率（CAGR）！ 這將是一個巨大的增長。
那麼，是什麼推動了市場的這種增長？ 又是什麼關鍵功能吸引了人們的注意？
▍家用電器的效率——不僅僅是一個“可有可無”的特點
更多的遠程工作和學習機會意味著人們花更多時間在家裡，增加了對現代家用電器的需求。 如果你是最近購買新家電的眾多消費者之一，你可能已經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音助手的空調。 然而，在家裡更多的時間意味著消耗更多的能源，這就是為什麼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強有力的賣點，但消費者也想確保他們的新電器在使用時不會給他們的錢包--或環境--造成負擔。 但是，能源效率不僅是由消費者推動的，它也越來越被政府所推動。 新的國家和國際法規正在將這一 “可有可無的功能”變成許多市場的強制性要求。
幸運的是，節能電器比以往任何時候都更受歡迎，也更容易獲得。 由於半導體技術的進步和變頻化的趨勢，我們在過去幾十年中見證了能源效率的大幅提高（圖1）
圖1：能源消耗的減少，數據基於能源之星和國際能源署（見我們的白皮書中的完整參考）。
▍通過變頻實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？ 三個部件是關鍵：傳感器、微控制器和功率半導體。 它們一起工作，可以優化我們電器中的電機工作方式。
在變頻技術出現之前，冰箱中的壓縮機只有兩種速度：全速或關閉。 當空氣變得太熱時，它將開啟並以全功率運行，直到空氣冷卻到一定溫度。 然後，它將完全關閉，直到需要時再次啟動。 半導體被用來優化這一過程的變速驅動--或稱變頻化。
通過變頻技術，冰箱的壓縮機可以根據需要逐步調整。 在其最簡單的形式中，冰箱中的傳感器測量空氣的溫度和風扇的速度。 然後，微控制器將該信息解釋為命令。 然後功率半導體通過調整壓縮機的速度來執行這些命令。 這意味著電機的工作更有效率——需要時更多，不需要時更少。
▍滿足能源效率要求的功率半導體
開發最節能的設計，重要的是著眼於整個系統。 讓我們來看看通過更先進的功率半導體解決方案來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，設計用於電源管理電路和100W以下的電機驅動中的整流、轉換器和逆變器階段。 通過利用PCB銅線來散去模塊的熱量，它的面積減少了60%。 在傾向於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的理想選擇。 當提高輕載效率是首要任務時，可以使用我們的功率MOSFET，如CoolMOS™ PFD7。
無論是分立器件還是功率模塊，每個開關都需要一個驅動器，它是控制信號和功率開關之間的接口。 例如，我們的EiceDRIVER™柵極驅動IC的高集成度有助於降低電路複雜度、開發時間、材料清單（BOM）和電路板空間，同時提高可靠性。
數字馬達控制技術也很重要，它讓我們不僅可以節省能源，還可以節省進入市場的時間。 iMOTION™數字電機控制器為家電開發商提供了快速和準確的 “開箱即用 ”的變速驅動器控制。 憑藉其電機控制引擎（MCE），不需要進行軟體編碼，只需要通過為相應的電機配置MCE，即可以快速實現變速驅動器。 此外，像MCEDesigner這樣的先進工具可以幫助開發人員在一個小時內完成電機的安裝和運行。
在設計智能、高效的家用電器時，思考整個系統如何協同工作是很重要的。 互聯的智能功能無疑是新設計中一個越來越重要的特徵，但也必須實現能源效率。 通過整合正確的功率模塊、電機控制器和相關組件，家電開發商可以確保他們的設計同時滿足消費者和法規的要求。
評論