隨sui著zhe能neng源yuan成cheng本ben上shang升sheng及ji消xiao費fei者zhe對dui家jia電dian節jie能neng意yi識shi增zeng強qiang
，世shi界jie各ge國guo政zheng府fu紛fen紛fen出chu台tai更geng加jia嚴yan格ge的de能neng效xiao標biao準zhun或huo高gao能neng效xiao激ji勵li措cuo施shi以yi提ti升sheng白bai家jia電dian能neng效xiao。如ru美mei國guo能neng源yuan部bu建jian議yi實shi施shi新xin的de能neng效xiao標biao準zhun以yi減jian少shao電dian冰bing箱xiang、空調和洗衣機的能源使用
，某些情況下強製要求能效提升多達35%。日本的能效“領跑者”(Top Runner)項目自實施以來，也大幅提升了空調及電冰箱的能效要求。

 

家電中通常要使用多種不同的電機來控製不同功能。電機包括交流(AC)電機和直流(DC)電機。其中DC電機包括有刷直流電機和無刷直流(BLDC)電機。BLDC電機分旋轉電機和步進電機，具有顯著的節能、低噪聲和優異變速性能等特性，廣泛應用於電冰箱、空調及洗衣機等家電應用。

 

設計人員要設計高能效的家電產品
，就需要在設計中選擇高能效的電源轉換及電機驅動/控kong製zhi方fang案an。安an森sen美mei半ban導dao體ti積ji推tui動dong高gao能neng效xiao創chuang新xin
，提ti供gong寬kuan廣guang陣zhen容rong的de產chan品pin及ji方fang案an。本ben文wen將jiang分fen析xi家jia電dian中zhong的de電dian機ji應ying用yong，並bing介jie紹shao安an森sen美mei半ban導dao體ti應ying用yong於yu典dian型xing家jia電dian產chan品pin的de電dian機ji驅qu動dong及ji控kong製zhi方fang案an。

 

 

針對家電中的不同電機應用對電壓及電流範圍的不同要求，安森美半導體提供寬廣陣容的高能效電機驅動/控製方案，支持最高電壓達600 V，最大電流達50 A。這些電機驅動器包括4種，分別是12 V BLDC電機驅動器、24 V BLDC電機驅動器
、3相 BLDC驅動器控製器(驅動電壓達240 V)及600 V或更高電壓BLDC電機驅動器。

 

除了要匹配不同的電壓/電dian流liu要yao求qiu，工gong程cheng師shi在zai家jia電dian應ying用yong設she計ji的de另ling一yi共gong同tong挑tiao戰zhan是shi能neng耗hao問wen題ti。例li如ru，如ru果guo風feng扇shan驅qu動dong器qi的de電dian路lu板ban內nei置zhi，就jiu會hui產chan生sheng熱re量liang及ji並bing要yao求qiu消xiao耗hao額e外wai的de電dian能neng來lai把ba它ta冷leng卻que。因yin此ci

，工gong程cheng師shi可ke能neng會hui同tong時shi要yao求qiu高gao能neng效xiao及ji具ju強qiang力li冷leng卻que功gong能neng的de電dian機ji。

圖1：用於家電的電機驅動器/控製器電壓/電流範圍概覽。

 

此(ci)外(wai)
，用(yong)戶(hu)要(yao)求(qiu)家(jia)電(dian)產(chan)品(pin)減(jian)小(xiao)電(dian)機(ji)產(chan)生(sheng)的(de)惱(nao)人(ren)噪(zao)聲(sheng)
，希(xi)望(wang)有(you)舒(shu)適(shi)寧(ning)請(qing)靜(jing)的(de)使(shi)用(yong)體(ti)驗(yan)。因(yin)此(ci)，工(gong)程(cheng)師(shi)要(yao)選(xuan)擇(ze)產(chan)生(sheng)更(geng)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)電(dian)機(ji)。有(you)些(xie)家(jia)電(dian)如(ru)電(dian)冰(bing)箱(xiang)
，由(you)於(yu)用(yong)戶(hu)的(de)居(ju)住(zhu)空(kong)間(jian)有(you)限(xian)，他(ta)們(men)會(hui)青(qing)睞(lai)體(ti)積(ji)小(xiao)巧(qiao)的(de)電(dian)冰(bing)箱(xiang)。這(zhe)趨(qu)勢(shi)導(dao)致(zhi)工(gong)程(cheng)師(shi)采(cai)用(yong)更(geng)小(xiao)的(de)電(dian)機(ji)以(yi)優(you)化(hua)占(zhan)用(yong)空(kong)間(jian)。由(you)於(yu)家(jia)電(dian)要(yao)求(qiu)采(cai)用(yong)高(gao)壓(ya)電(dian)源(yuan)來(lai)驅(qu)動(dong)，耐(nai)用(yong)性(xing)
、安全性及可靠性很重要。

 

 

據統計
，高檔電冰箱中使用的電機最多，可能達5個或更多
，典型應用包括阻尼器、風扇、製冰機、壓縮機、氣qi流liu調tiao節jie及ji冷leng卻que流liu泵beng等deng。最zui基ji礎chu功gong能neng的de電dian冰bing箱xiang也ye有you壓ya縮suo電dian機ji和he冷leng卻que流liu泵beng。較jiao高gao端duan的de產chan品pin使shi用yong風feng扇shan及ji阻zu尼ni器qi，利li用yong電dian機ji進jin行xing氣qi流liu調tiao節jie。製zhi冰bing機ji可ke能neng使shi用yong2個電機
，一個用於出冰，另一個用於清空製冰托盤。

圖2：電冰箱中的電機應用

 

1) 壓縮機驅動

 

所有的電冰箱都有壓縮機。最新的壓縮機使用工作電壓為600 V的BLDC電機設計，要求電機驅動器具有高擊穿電壓
、高能效及高可靠性。針對壓縮機電機驅動應用，建議使用安森美半導體用於3相電機控製的智能功率模塊(IPM)，如單分流電阻型的STK551U362A-E(10 A)和STK531U3x2x-E (5 A到10 A)，以及三分流電阻型的STK554U362A-E(10A)和STK534U3x2x-E(5A至10A)。

 

這些IPM使用安森美半導體獨特的絕緣金屬基板技術(IMST)，在鋁板也就是在金屬基板上搭建電子電路
，使多種元件能夠封裝在同一個模塊IC中，包括電阻和電容等分立無源元件
、二極管和晶體管等分立有源元件
，以及更複雜的IC或專用集成電路(ASIC)，如門極驅動器、數字信號處理器(DSP)、邏輯元件等。IMST也能使功率輸出電路、控製電路及其外圍電路貼裝在相同基板上。這些IPM提供高能效
、高gao可ke靠kao性xing及ji高gao安an全quan性xing，跟gen采cai用yong分fen立li元yuan件jian實shi現xian的de大da電dian流liu設she計ji相xiang比bi，能neng幫bang助zhu大da幅fu減jian少shao元yuan件jian數shu量liang，減jian小xiao電dian路lu板ban占zhan用yong空kong間jian
，降jiang低di係xi統tong總zong成cheng本ben
，減jian少shao散san熱re及ji提ti升sheng可ke靠kao性xing。

圖3：安森美半導體智能功率模塊(IPM)采用IMST將多種元器件封裝為模塊。

2) 自動製冰機驅動

 

dianbingxiangzidongzhibingjishiyongyoushuadianji，yixianggongnengshikaiqiheguanbiyongyutianchongtuopandegongyingfa，lingyixianggongnengshiyidanshuijiebingjiufanzhuantuopan。zhelianggegongnengdoukeyishiyongH橋電機驅動器來實現。安森美半導體提供用於自動製冰機電機驅動的器件包括LB1948M和LV8548M等。這些器件提供高擊穿電壓、高能效和變速控製等關鍵特性。其中，LB1948M是2通道、12 V低飽和電壓驅動、正向/反向電機驅動器

，采用強固的擊穿設計，在待機模式下的電流消耗為零。LV8548M是單低導通阻抗DMOS驅動器，勵磁模式包括滿步及半步等
，提供不同的步幅調節；這器件的導通阻抗僅為1 Ω，幫助提升能效；待機模式下的電流消耗同樣為零，提供低能耗工作。

 

3) 通風電機

 

對於電冰箱而言，通過風機通風來排熱是重要功能
，要求電機驅動器具有安靜驅動、高能效及變速控製等特性。安森美半導體提供應用於電冰箱通風的創新、高能效的無傳感器型電機驅動器
，如LV8804FV
、LV8805SV及LB11685AV等deng三san相xiang驅qu動dong器qi。這zhe些xie驅qu動dong器qi能neng夠gou提ti供gong低di能neng耗hao及ji低di振zhen動dong的de工gong作zuo，它ta們men不bu要yao求qiu霍huo爾er傳chuan感gan器qi，因yin而er能neng夠gou減jian小xiao電dian機ji尺chi寸cun。軟ruan啟qi動dong功gong能neng使shi它ta們men能neng夠gou穩wen定ding地di安an靜jing啟qi動dong。LV8804FV
、LV8805SV集成的軟開關功能實現極為安靜的電機工作。此外，鎖保護功能用於在電機異常停轉時關閉輸出，因而保護驅動器。

圖4：安森美半導體用於電冰箱的電機驅動及其它產品陣容。

 

4) 阻尼器

 

阻zu尼ni器qi用yong於yu起qi緩huan衝chong作zuo用yong，當dang作zuo用yong點dian運yun動dong很hen慢man時shi
，幾ji乎hu沒mei有you阻zu力li，而er在zai作zuo用yong點dian運yun動dong較jiao快kuai時shi阻zu力li就jiu明ming顯xian增zeng大da，廣guang泛fan用yong於yu電dian冰bing箱xiang和he洗xi衣yi機ji等deng應ying用yong。安an森sen美mei半ban導dao體ti用yong於yu電dian冰bing箱xiang阻zu尼ni器qi的de電dian機ji驅qu動dong器qi包bao括kuoLB1948M和LV8548M等。這些器件提供高擊穿電壓、高能效
、低待機電流及變速控製等關鍵特性。

 

常見的房間空調包括室內機及室外機等不同組成部分。空調室內機通常使用2個電機，其中1個用於風扇

，另一個用於百葉窗，以控製房間內的氣流
；室外機通常使用3個電機，用於壓縮機、風扇及閥。更高端型號還有輔助風扇。

 

 

室內機和室外機都會用到直流風扇，需要驅動3相BLDC風扇電機。風扇電機的驅動電壓可達250 V
，設計要求采用600 V器件
，以確保足夠強固，能夠處理噪聲尖峰問題。其中，室內機使用1.0 A的風扇。較大的分體式空調則使用2.0 A風扇。室外機使用3.0 A的風扇。

圖5：空調中的電機應用。

 

安森美半導體為直流風扇電機提供由LV8136V預驅動器IC和STK611-7xx或STK5C4係列三相風扇電機混合集成電路(HIC)構成的驅動方案。此方案提供高壓、大電流(1 A/2 A/3 A)驅動，能效高，工作安靜
，元器件數量少，集成多種保護特性，提供更高可靠性。省電模式還使待機電流幾乎為零。

 

 

安森美半導體為空調的壓縮電機及風扇電機驅動提供STK551-xxx係列、STK554-xxx係列和STK5C47xxx係列的3相變頻器IPM，以及結合升壓功率因數校正(PFC)和3相變頻器的STK57F-3xx係列二合一IPM產品，提供多種應用優勢。以STK57F-3xx係列IPM產品為例
，由於將PFC和3相變頻器合二為一，不僅提供高能效電路
，還大幅減少元器件數量

，節省PCB占用空間，縮短開發時間
，降低組裝成本，加快上市進程。

圖6. 安森美半導體用於空調的二合一變頻器智能功率模塊(IPM)。

 

洗衣機要求采用電機來驅動筒、水泵以及各種泵，烘幹機需要電機來驅動筒及鼓風機。

圖7. 洗衣機/烘幹機中的電機應用。

 

1) 筒驅動

 

在洗衣機內部
，筒驅動器是最大的電機，通常電流在10 A範圍。安森美半導體用於3相BLDC電機驅動器的IPM是用於筒驅動的最先進產品係列，符合高能效、安靜驅動、極佳散熱、強固及可靠工作等要求。這些IPM包括單分流電阻型的STK551U362A-E(10 A)和STK531U3x2x-E (5 A至10 A)以及三分流電阻型的STK554U362A-E(10A)和STK534U3x2x-E(5A到10A)。

 

2) 供水及排水泵

 

供水及排水泵要求高能效及變速驅動等關鍵特性。安森美半導體的LB11920和LB1975采用直接PWM控製，提供高能效，用於這類三相BLDC電機驅動應用。這些器件的PWM占空比能夠采用IC輸入來控製，適合從9.5 V至30 V的寬工作電壓範圍。

 

3) 阻尼器

 

洗衣及烘幹機應用中
，阻尼器上要有一個電機來控製烘幹機的氣流。此阻尼器的關鍵要求跟電冰箱阻尼器相同

，推薦使用LB1948MC、LB1909MC、LV8548MC和LV8549MC等高能效電機驅動器IC。以LB1948MC為例，這器件易於設計
，待機電流幾乎為零。

 

4) 直流風扇

 

洗衣及烘幹機中的鼓風機跟空調應用類似
，建議使用LV8136V。這是一款PWM係統預驅動器IC，用於驅動3相無刷直流電機。由於采用PWM驅動，這IC提供優化的能效及低噪聲。

 

 

安森美半導體積極推動高能效創新，提供應用於家電的完整方案，包括電源、電機驅動、用戶接口、通信
、測量等。本文重點介紹了安森美半導體應用於電冰箱
、空調、烘幹及洗衣機等家電的電機驅動及控製器以及高集成度的智能功率模塊(IPM)方案，幫助設計人員針對具體應用選擇適合的產品
，設計出高能效

、高可靠性及靜音工作的家電。