人類(lèi)對(duì)地球的影響不可否認(rèn)，全球正在努力在我們享受的便利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(guò)能源之星效率等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)提高家用電器的效率。美國(guó)在執(zhí)行新的效率標(biāo)準(zhǔn)方面歷來(lái)落后。例如，現(xiàn)在，如果您查看這些法規(guī)生效之前的 HVAC 壓縮機(jī)市場(chǎng)，美國(guó)僅占 HVAC 壓縮機(jī)逆變器市場(chǎng)的 5%。另一方面，中國(guó)已經(jīng)幾乎 100% 實(shí)現(xiàn)了逆變器，而歐洲大約為 65%，因?yàn)樗麄冇懈绲姆ㄒ?guī)。

好消息是美國(guó)已經(jīng)意識(shí)到需要提高效率，并且正在努力迎頭趕上。許多標(biāo)準(zhǔn)最近已頒布或?qū)⒃诓痪玫膶?lái)頒布，包括：

該 爐效等級(jí) 走進(jìn)在2019年夏天的效果。

HVAC 壓縮機(jī) EE 法規(guī)將于 2023 年生效，同時(shí)淘汰消耗臭氧層的制冷劑。

美國(guó)能源部一項(xiàng) 旨在改善吊扇能耗的新 舉措展示了如何研究和制定上述法規(guī)。

如果您回顧幾年前，洗衣機(jī)使用的是所謂的永久分離式電容器電機(jī)。這些電機(jī)的整體效率約為 60%。在過(guò)去的幾年里，我們開(kāi)始看到越來(lái)越多的洗衣機(jī)通過(guò)過(guò)渡到大約 80% 的效率的永磁或 BLDC 電機(jī)而獲得能源之星評(píng)級(jí)。隨著這些類(lèi)型的電機(jī)技術(shù)的引入，您還必須為這些電機(jī)集成某種類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器，稱(chēng)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)一步提高效率并幫助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)有一個(gè)單速風(fēng)扇，因此無(wú)論需要冷卻或加熱負(fù)載，它總是以相同的速度運(yùn)行。通過(guò)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。以實(shí)際額定功率的 85% 運(yùn)行的電機(jī)可將能源使用量減少 50%。

逆變器還有另一個(gè)好處：由于它能夠以可變速度運(yùn)行電機(jī)以滿足加熱/冷卻負(fù)載需求，因此設(shè)備實(shí)際上會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。這背后的原因是當(dāng)設(shè)備只有一個(gè)速度時(shí)，它運(yùn)行得越來(lái)越熱。這是典型的變頻冰箱，當(dāng)您第一次插入新冰箱時(shí)，它將在其使用壽命期間以其額定功率的 20% 運(yùn)行減去最初的兩小時(shí)冷卻周期。這有助于延長(zhǎng)壓縮機(jī)和冰箱的使用壽命，并在提高輕載效率的同時(shí)顯著節(jié)約能源。

這種向逆變器化的轉(zhuǎn)變對(duì)制造商來(lái)說(shuō)具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵S多制造商沒(méi)有內(nèi)部電力電子團(tuán)隊(duì)。他們的專(zhuān)長(zhǎng)在于了解如何制造機(jī)電系統(tǒng)。直到幾年前，電器還沒(méi)有逆變器驅(qū)動(dòng)器和永磁或無(wú)刷直流電機(jī)。事實(shí)上，在用戶界面之外基本上沒(méi)有半導(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。一個(gè)典型的逆變器由六個(gè)開(kāi)關(guān)、三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器或一個(gè)三相逆變器驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)電機(jī)控制 IC、電流傳感器/分流器和一個(gè)輔助電源組成。

典型的逆變器由六個(gè)開(kāi)關(guān)、三個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器或一個(gè)三相逆變器驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)電機(jī)控制 IC、電流傳感器/分流器和一個(gè)輔助電源組成。

制造商面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是成本。將新技術(shù)添加到電器中會(huì)使成本增加 15% 到 20%。這可能是提高能效的一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，因?yàn)橘?gòu)買(mǎi)新洗衣機(jī)或冰箱的消費(fèi)者可能會(huì)拒絕貴 15% 到 20% 的洗衣機(jī)或冰箱，并可能會(huì)選擇更便宜的版本。它以 退稅 作為激勵(lì)消費(fèi)者來(lái)抵消成本并啟動(dòng)能源之星趨勢(shì)。這種協(xié)同努力有助于開(kāi)始教育消費(fèi)者什么是能源之星電器，以及證明增加的前期成本合理的終身?yè)碛谐杀尽?/p>

半導(dǎo)體行業(yè)是實(shí)現(xiàn)這些效率提升的驅(qū)動(dòng)力，而且這樣的事情已經(jīng)不是第一次發(fā)生了。看看照明，從白熾燈泡到緊湊型熒光燈，然后最終到 LED 燈泡的過(guò)渡是半導(dǎo)體技術(shù)在一段時(shí)間內(nèi)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)的能源使用。正是這些相同類(lèi)型的趨勢(shì)現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕募矣秒娖鳌ｋS著各行各業(yè)的能源法規(guī)越來(lái)越多，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。

從一開(kāi)始，半導(dǎo)體行業(yè)就一直在遵循美洲的潛在法規(guī)。隨著它們成為法律，半導(dǎo)體行業(yè)將與原始設(shè)備制造商合作，以了解法規(guī)的含義以及它們可用于將下一代產(chǎn)品推向市場(chǎng)的解決方案。

對(duì)于在其中一些新技術(shù)方面沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)的制造商來(lái)說(shuō)，這可能令人生畏。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(zhuān)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提供支持。然后，OEM 可以將其生產(chǎn)成適合其最終申請(qǐng)人外形的解決方案，并通過(guò)這樣做，根據(jù)其產(chǎn)品空間的應(yīng)用要求獲得所有權(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) 國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，電器占全球最終電力需求的 15%，或建筑用電量的四分之一。隨著人們?cè)絹?lái)越關(guān)注氣候變化，電器的能效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。在不久的將來(lái)，家電 OEM 可以期待更多的法規(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。

審核編輯：郭婷