效率提升在智能家电发展中的作用

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本文转载自英飞凌博客，作者：Jens，翻译：赵佳。

我们距离围着篝火吃饭的时代已经很远了。由于技术的进步和联网家用电器的使用，我们的家庭正变得更加智能、方便和高效。

根据研究，家用电器市场预计将快速增长，2021年价值6400亿美元，预计到2027年将增长到7850亿美元。而在智能家电领域，这种增长更加明显：从2021年的338亿美元，到2025年预计达到764亿美元。这是一个近18%的复合年增长率（CAGR）！这将是一个巨大的增长。

那么，是什么推动了市场的这种增长？又是什么关键功能吸引了人们的注意？
“
家用电器的效率——
不仅仅是一个"可有可无"的特点

更多的远程工作和学习机会意味着人们花更多时间在家里，增加了对现代家用电器的需求。如果你是最近购买新家电的众多消费者之一，你可能已经注意到了很多新功能：可以帮助你完成购物清单的冰箱，用App控制的洗衣机，整合了你最喜欢的语音助手的空调。然而，在家里更多的时间意味着消耗更多的能源，这就是为什么家用电器的操作成本往往比便利性更重要。

虽然智能化可能是一个强有力的卖点，但消费者也想确保他们的新电器在使用时不会给他们的钱包--或环境--造成负担。但是，能源效率不仅是由消费者推动的，它也越来越被政府所推动。新的国家和国际法规正在将这一 "可有可无的功能"变成许多市场的强制性要求。

幸运的是，节能电器比以往任何时候都更受欢迎，也更容易获得。由于半导体技术的进步和变频化的趋势，我们在过去几十年中见证了能源效率的大幅提高(图1)

图1：能源消耗的减少，数据基于能源之星和国际能源署（见我们的白皮书中的完整参考）。

通过变频实现更有效的电机控制

逆变器可以将家用电器的效率提高30％。但如何做到呢？三个部件是关键：传感器、微控制器和功率半导体。它们一起工作，可以优化我们电器中的电机工作方式。

在变频技术出现之前，冰箱中的压缩机只有两种速度：全速或关闭。当空气变得太热时，它将开启并以全功率运行，直到空气冷却到一定温度。然后，它将完全关闭，直到需要时再次启动。半导体被用来优化这一过程的变速驱动--或称变频化。

通过变频技术，冰箱的压缩机可以根据需要逐步调整。在其最简单的形式中，冰箱中的传感器测量空气的温度和风扇的速度。然后，微控制器将该信息解释为命令。然后功率半导体通过调整压缩机的速度来执行这些命令。这意味着电机的工作更有效率——需要时更多，不需要时更少。

满足能源效率要求的功率半导体

开发最节能的设计，重要的是着眼于整个系统。让我们来看看通过更先进的功率半导体解决方案来提高效率的一些具体方法。

首先，智能功率模块IPM的高度集成性意味着它们可以非常紧凑。例如，CIPOS™ Nano IPM是一种超紧凑的三相或半桥MOSFET™ IPM，设计用于电源管理电路和100W以下的电机驱动中的整流、转换器和逆变器阶段。通过利用PCB铜线来散去模块的热量，它的面积减少了60%。在倾向于使用分立器件的设计中，600V RC-D2系列的逆导型IGBT是冰箱压缩机等低功率驱动的理想选择。当提高轻载效率是首要任务时，可以使用我们的功率MOSFET，如CoolMOS™ PFD7。

无论是分立器件还是功率模块，每个开关都需要一个驱动器，它是控制信号和功率开关之间的接口。例如，我们的EiceDRIVER™栅极驱动IC的高集成度有助于降低电路复杂度、开发时间、材料清单（BOM）和电路板空间，同时提高可靠性。

数字马达控制技术也很重要，它让我们不仅可以节省能源，还可以节省进入市场的时间。iMOTION™数字电机控制器为家电开发商提供了快速和准确的 "开箱即用 "的变速驱动器控制。凭借其电机控制引擎（MCE），不需要进行软件编码，只需要通过为相应的电机配置MCE，即可以快速实现变速驱动器。此外，像MCEDesigner这样的先进工具可以帮助开发人员在一个小时内完成电机的安装和运行。

在设计智能、高效的家用电器时，思考整个系统如何协同工作是很重要的。互联的智能功能无疑是新设计中一个越来越重要的特征，但也必须实现能源效率。通过整合正确的功率模块、电机控制器和相关组件，家电开发商可以确保他们的设计同时满足消费者和法规的要求。