老產(chǎn)品應(yīng)用新技術(shù)，家電行業(yè)精彩創(chuàng)意頻出

人們談到紅海，說的是市場瓜分結(jié)束、技術(shù)基本定型；談到藍海，說的是行業(yè)新興，技術(shù)仍在發(fā)展。然而，最近筆者發(fā)現(xiàn)，在一些貼近消費者的消費類產(chǎn)品上，也許存在一絲縫隙，后來者借助發(fā)展新技術(shù)，認真撿拾碎片化的市場，仍有吃到蛋糕的機會。當然，在已經(jīng)呈現(xiàn)紅海的市場中，要想做大做強，必然需要潛心發(fā)展，踩對關(guān)鍵點，逐步壯大。

事情要從“618”說起。搬家之后需要重新買一個電飯煲，社畜倒不用以前Z老師提起的5000元以上的進口電飯煲，但是好用快煮的要求需要被滿足。長久不接觸生活器具的小Z同學不看不知道，一看嚇一跳，原來家電的發(fā)展已經(jīng)乘上了物聯(lián)網(wǎng)、變頻等東風，發(fā)展到了如今的模樣。想一想五年前購買的聯(lián)網(wǎng)小家電是還會被氣到，那是被商家的噱頭傷害的用戶體驗。然而，如今的小家電，以電飯煲為例，聯(lián)網(wǎng)上云是必然，畢竟要滿足社畜的通勤的路上就開始煮飯；使用IH技術(shù)，為的是讓米飯受熱更均勻，口感更好，滿足筆者這樣的社畜的一點點吃貨的小要求。隔半年就推陳出新的智能小家電產(chǎn)品和良好的用戶體驗、周到的售后服務(wù)，與智能家電剛剛起步時相比已經(jīng)產(chǎn)生了翻天覆地的變化。

（這里科普一下IH加熱技術(shù)——即通過電磁感應(yīng)原理，對炊具進行直接加熱的技術(shù)。區(qū)別于電能—發(fā)熱體—炊具的熱量產(chǎn)生和傳遞形式，IH加熱技術(shù)是線圈盤—炊具的傳遞，因此是Induction Heating，常見的電磁爐產(chǎn)品即采用這種加熱形式。電飯煲使用多段線圈的IH加熱技術(shù)，在底部線圈盤之外，鍋身四周同時設(shè)置了線圈讓鍋底、鍋身同時發(fā)熱，模擬了柴火煮飯時火苗舔舐飯鍋的情形，即柴火飯這一概念。）

電飯煲都逐漸開始將發(fā)展新技術(shù)，以不斷貼近生活，改善用戶體驗，市面上其他更多的小家電或者大件白色家電更是如此。除去聯(lián)網(wǎng)上云，在各類家電中用得最多的便是變頻技術(shù)，既貼近了國家對于能源命運握于自己手中的政策導(dǎo)向，也滿足了老百姓對于節(jié)能省電的需求。老百姓在選擇購買家電時，能效、性能以及智能控制都成為了重要的參考標準。

變頻技術(shù)開始被關(guān)注如何用到家電上是從什么時候開始有跡可循的呢？2015年伊始，眾多業(yè)界人士就開始判斷，無刷直流電機的下一個藍海市場是變頻家電。經(jīng)過幾年的發(fā)展，市場的選擇已經(jīng)驗證了諸多前輩的看法。大規(guī)模、大范圍家電升級改造的背后，體現(xiàn)的是中國家電行業(yè)正面臨從依靠規(guī)模、人口、成本和政策紅利發(fā)展進入由技術(shù)創(chuàng)新為驅(qū)動的時代。

多功能變頻控制在家電產(chǎn)品應(yīng)用越來越廣泛，不單用于空冰洗大家電，同時也應(yīng)用于各類大小家電的電機、壓縮機；包括：風扇、排油煙機、洗碗機等，只要有節(jié)能增效、小尺寸、重量低、高可靠性需求均能采用。由此拉動了MCU、IPM功率模塊及變頻電機數(shù)量同比增加，進而帶動了IGBT、PMIC、MOS管等功率元器件需求的提升。

完成家電變頻化的電路基本可分為四大模塊：變頻功率、電源管理、主控制器、通信傳感。變頻器模塊可以改變驅(qū)動電動機的供電頻率，實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)速率自動調(diào)節(jié)，把50Hz 固定電網(wǎng)頻率改為30-130Hz 變化頻率，使電源電壓適應(yīng)范圍達到142—270V；變頻家電相較于傳統(tǒng)家電，平均效能比提升30%，具備舒適性高、壽命長、靜音等優(yōu)點。

以空調(diào)為例進行器件拆解，包括：（1）主控制器/ 通信電路主板、（2）溫度/ 濕度/ 壓力/ 霍爾等傳感器、（3） 壓縮機/ 風機電機的變頻電路（IPM 模塊/IGBT 等）。

這三塊電路中分別有對于MCU/SOC、PMIC、sensor、電機驅(qū)動芯片、IGBT/MOSFET等需求。變頻&智能化趨勢，驅(qū)動家電提升整機半導(dǎo)體用量；變頻家電需要2至3顆IPM模塊將提升芯片價值量約70%：此外，隨著智能化升級，高檔冰箱將使用5組或以上IPM，空調(diào)、洗衣機、洗碗機等通常使用2或3組IPM；電源管理IC將使用1至8顆；主控MCU將從8位升級至32位，加入AI 芯片（語音識別、圖像識別、深度學習等）；通信單元新增WiFi6/藍牙協(xié)議、傳感器（溫度、濕度、 轉(zhuǎn)速）數(shù)量和感知精度增加等。

以數(shù)明半導(dǎo)體的SLM2136 Demo變頻電機驅(qū)動板為例，MCU控制驅(qū)動芯片通過功率器件完成對電機的控制，再通過采集電機相電流完成監(jiān)控。采用先進的無位置傳感器FOC控制策略，并實現(xiàn)全面異常保護，過壓、欠壓、軟硬件過流、過功率、堵轉(zhuǎn)、缺相等完備的保護策略，適用于家用冰箱、商用空調(diào)、車用空調(diào)等單個壓縮機變頻調(diào)速的應(yīng)用場景。

Demo中的SLM2136作為Driver 柵極驅(qū)動芯片，相當于控制器與功率器件（MOSFET 、IGBT ）之間的接口，基本每個功率器件都需要Driver IC ，相較于分立式方案，高集成度驅(qū)動IC 成為主流：驅(qū)動IC 主要由控制模塊、比較器、功率開關(guān)模塊組成，實現(xiàn)小電壓驅(qū)動大電流的功能。

SLM2136是一種高壓、高速功率MOSFET和IGBT驅(qū)動器，具有三個獨立的高、低壓側(cè)參考輸出通道，適用于三相應(yīng)用。專有的HVIC和閂鎖免疫CMOS技術(shù)使加固單片結(jié)構(gòu)成為可能。邏輯輸入與標準CMOS或LSTTL輸出兼容，低至3.3V邏輯。可從外部電流檢測電阻器導(dǎo)出終止所有六個輸出的電流跳閘功能。啟用功能可同時終止所有六個輸出。開路漏極故障信號用于 指示發(fā)生過電流或欠壓停機。通過連接到RCIN的RC網(wǎng)絡(luò)在外部編程的延遲后，過電流故障條件自動清除輸入輸出驅(qū)動器具有一個高脈沖電流緩沖級，設(shè)計用于最小驅(qū)動器交叉?zhèn)鲗?dǎo)。傳輸延遲被匹配以簡化高頻應(yīng)用中的使用。浮動通道可用于驅(qū)動高側(cè)配置的N溝道功率MOSFET或IGBT，其工作電壓高達600V。

拋開Demo不談，一般情況下，變頻功率&電源管理&主控制器&通信傳感中的功率模塊實現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換（ 交/ 直流電變換）功能。根據(jù)電機控制的實際情況，還承擔了對電機的電源供應(yīng)（ 電流升/ 降壓輸出），主要根據(jù)輸出電流大小合理設(shè)計。通常大電流采用MOSFET 和IGBT等分立器件和模組，小電流采用PMIC 集成電路；PMIC 除了內(nèi)置MOSFET 開關(guān)用作電源供應(yīng)；還可集成PWM/PFM 脈沖信號調(diào)制、PFCC功率因素矯正等模塊，控制開關(guān)電路和輸入電流。

MOSFET 在功率模塊中可以分立和集成形式，主要用于電源供應(yīng)升降壓 （DC-DC 直流電轉(zhuǎn)換）。MOSFET的特性在于高電壓接負載，仍然能接通和關(guān)斷負載電流，同時具備高頻開關(guān)的特性。IGBT作為高電壓/ 大電流變頻功率模塊， 在功率模塊中可同時以IPM 模組和分立器件形式存在，主要用于逆變（DC-AC 直交流轉(zhuǎn)換）。IGBT 結(jié)合了MOSFET 閘極控制高輸入阻抗和BJT 大電流低導(dǎo)通壓降的優(yōu)勢，使得器件驅(qū)動功率小、開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗小。MOSFET和IGBT在變頻電路的設(shè)計中如何挑選我們后續(xù)文章將會講到，此處關(guān)注驅(qū)動芯片的選擇。

在這篇文章（抽油煙機的變頻升級）當中，我們講到通過電機的矢量控制來完成電機的變頻控制，這已經(jīng)是比較高端的產(chǎn)品會用到的方式。畢竟精密的角度、位置控制需要大量計算能力，因此通常會使用FPGA+MCU的方式，一般在工控行業(yè)應(yīng)用較多。而在智能家居的中端產(chǎn)品當中，使用單MCU完成無位置傳感器FOC控制策略，采樣方面也許支持單電阻、雙電阻及三電阻采樣、熱啟動迅速（幾秒內(nèi)可重新啟）、低頻力矩補償做到小振動等就足以滿足要求。尤其是在整個家電行業(yè)朝著節(jié)能、智能化的方向發(fā)展時，必不可少會有同質(zhì)化競爭，因此成本非常重要，方案的選擇就是第一步。

?

在驅(qū)動器件方面，數(shù)明提供高可靠性的門級驅(qū)動，產(chǎn)品系列覆蓋200V及600V工作電壓范圍，可供客戶選擇各種驅(qū)動電流以及半橋、全橋設(shè)計。數(shù)明的非隔離門級驅(qū)動產(chǎn)品中，200V IGBT/MOSFET 半橋驅(qū)動IC有SLM2001、SLM2003、SLM2004、SLM2005；160V IGBT/MOSFET 三相全橋驅(qū)動IC有SLM7888；600V IGBT/MOSFET半橋驅(qū)動IC SLM21XX和SLM2304S以及三相全橋驅(qū)動IC SLM2136。非隔離門級驅(qū)動產(chǎn)品具有高可靠性及廣泛兼容性，更寬的驅(qū)動能力。部分驅(qū)動芯片能夠配合MCU和sensor完成變頻方案。無論低壓還是高壓，上海數(shù)明的驅(qū)動芯片都能提供合適的創(chuàng)新解決方案，并且擁有可靠的工程質(zhì)量。

fqj