媒體來稿 | 新的雙碳政策下，家電能源效率市場(chǎng)的新機(jī)遇
時(shí)間：2021-12-07 14:21:48
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[導(dǎo)讀]注：原載于電子工程世界，2021年10月29日隨著中國(guó)“碳達(dá)峰”及“碳中和”目標(biāo)的提出，全產(chǎn)業(yè)掀起了新一輪節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新的熱潮，而近期的一輪限電政策，也讓所有人開始意識(shí)到電力的寶貴之處。根據(jù)國(guó)際能源署（IEA）數(shù)據(jù)顯示，家用電器是居民能源消耗的第二大來源，占住宅總能耗的20%以...
注：原載于電子工程世界，2021年10月29日
作為全球最大的家用電器生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，中國(guó)一直在通過執(zhí)行嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)來提高產(chǎn)品的節(jié)能水平。能效標(biāo)準(zhǔn)和能效標(biāo)識(shí)的實(shí)施，帶來的社會(huì)效益非常明顯。百度百科能效標(biāo)識(shí)詞條顯示，實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)和能源標(biāo)識(shí)，在2020年節(jié)電277.5TWh，約折合節(jié)能量1.29億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
電源管理將交流市電轉(zhuǎn)換成直流，并提供給各類家電應(yīng)用，高效且可靠的電源將在家電節(jié)能中扮演著重要地位。從家電廠商到電源配套廠商以及芯片商，都將節(jié)能高效作為產(chǎn)品的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和賣點(diǎn)。
作為AC-DC電源的領(lǐng)導(dǎo)廠商之一，Power Integrations, Inc.（以下簡(jiǎn)稱PI）近年來不斷在家電市場(chǎng)進(jìn)行創(chuàng)新投入。PI CEO Balu Balakrishnan在2021年2季度財(cái)務(wù)報(bào)告會(huì)上特別強(qiáng)調(diào)：“PI產(chǎn)品的高效率和高可靠性，使得我們不斷在家電市場(chǎng)獲得更多份額。在更嚴(yán)格的效率標(biāo)準(zhǔn)和電子產(chǎn)品日益普及的推動(dòng)以及家電產(chǎn)品價(jià)格上漲的情況下，使得PI也獲得了更多收益?！?/span>
隨著PI不斷優(yōu)化產(chǎn)品組合，使得消費(fèi)及工業(yè)產(chǎn)品占比逐年提高。為什么PI能夠不斷從傳統(tǒng)的家電市場(chǎng)獲得收益與份額？PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光，以如今家電市場(chǎng)發(fā)展所需的三個(gè)重要因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。
高轉(zhuǎn)換效率
如前所述，轉(zhuǎn)換效率是衡量電源管理最重要也是最直接的指標(biāo)。對(duì)于家電應(yīng)用來說，由于工作狀態(tài)很少滿載，因此中度或輕載負(fù)載，以及待機(jī)時(shí)都需要滿足高能效要求。
所有家電能耗要滿足TEC（總能耗）標(biāo)準(zhǔn)要求，TEC總能耗的計(jì)算是以年為一個(gè)計(jì)量范圍的，因而家電在不同工作情況下，不同待機(jī)時(shí)間條件下的能耗會(huì)對(duì)總能耗性能產(chǎn)生影響。
現(xiàn)今，隨著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的快速普及，數(shù)以十億計(jì)配備無線電、傳感器、執(zhí)行器和其他連接組件的線路供電智能設(shè)備被應(yīng)用在家庭中，其中絕大多數(shù)設(shè)備都需要永遠(yuǎn)在線，或者長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)，因此所有這些加起來都會(huì)對(duì)全球能源消耗產(chǎn)生重大影響。根據(jù)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均每個(gè)家庭有40個(gè)設(shè)備在不斷耗電，許多設(shè)備80%-90%的時(shí)間處在待機(jī)狀態(tài)，其電源消耗占家庭總能耗已超過10%。
也正因此，各國(guó)針對(duì)待機(jī)功耗有了更嚴(yán)苛的要求。早在1999年，IEA向電器產(chǎn)品生產(chǎn)商和銷售商發(fā)起了“1 W計(jì)劃”節(jié)能倡議，目標(biāo)是到2010 年電器產(chǎn)品的待機(jī)功耗達(dá)到1 W以下。如今，根據(jù)歐盟EC1275規(guī)定，在歐盟銷售的家電在關(guān)斷或待機(jī)模式下的最大功耗不得超過500mW。
PI的電源解決方案致力于在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供一致的高效率，同時(shí)PI所有電源解決方案一直在持續(xù)不斷的改善其方案的待機(jī)/空載功耗，比如InnoSwitch3產(chǎn)品在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)可提供最高達(dá)95%的高效性能。而其空載功耗可以做到小于20mW以下。
PI全新的LinkSwitch-TNZ解決方案在單個(gè)IC中集成了離線功率變換和無損耗過零點(diǎn)檢測(cè)，集成的AC過零點(diǎn)檢測(cè)功能及X電容放電功能，特別適合于給無線控制模塊供電的輔助電源。它能夠提供一流的輕載效率，更低的待機(jī)漏電流以符合嚴(yán)格的待機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，其空載功耗<5mw。
除了待機(jī)功耗之外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力能源的50%以上是被電機(jī)類產(chǎn)品消耗掉的，家電中電機(jī)也會(huì)被大量的使用，因此選擇高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是節(jié)約功耗的好方法。
2019年12月31日，中國(guó)正式發(fā)布了有關(guān)室內(nèi)空調(diào)的新版GB國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB 21455-2019設(shè)定了室內(nèi)空調(diào)的最低能效限定值并定義了能效等級(jí)。從2020年7月1日起，新的強(qiáng)制性法規(guī)將取代舊的GB 12021.3-2010和GB 21455-2013標(biāo)準(zhǔn)，并要求在售的空調(diào)產(chǎn)品必須加貼新的GB標(biāo)識(shí)。
更嚴(yán)格的能效要求，將促使定頻空調(diào)大規(guī)模轉(zhuǎn)換到變頻空調(diào)。有助于室內(nèi)空調(diào)達(dá)到所需效率的特性，包括變速壓縮機(jī)、變速風(fēng)扇電機(jī)、改進(jìn)的換熱表面、節(jié)能模式和濾網(wǎng)更換提醒裝置。
PI的BridgeSwitch系列集成半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，支持最大400W輸出，適用于洗碗機(jī)和冰箱、空調(diào)在內(nèi)的家電應(yīng)用，極大簡(jiǎn)化了應(yīng)用于單相或多相PM電機(jī)及BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高壓逆變器的開發(fā)和生產(chǎn)。內(nèi)部集成的半橋功率FREFET可使效率高達(dá)99%，因此無需采用外部散熱片，封裝的低熱阻特性保證了僅采用PCB板散熱即可。BridgeSwitch的下管和上管驅(qū)動(dòng)器可從母線電壓取電，利用內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)自偏置供電，進(jìn)而無需外部的輔助電源供電。高效的特性可以大大改善家電的能耗，高壓BLDC的應(yīng)用也利于改善效率，因同樣功率情況下，高壓電機(jī)當(dāng)中流過的電流會(huì)較小，這樣利于降低銅線上產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗，降低溫升。同時(shí)，采用BLDC也對(duì)降低家電噪聲有益。
高可靠性
家電應(yīng)用的一個(gè)重要特點(diǎn)就是可靠性。PI的TOPSwitch、TinySwitch和LinkSwitch產(chǎn)品被家電客戶認(rèn)可的原因是其高安全性和高可靠性。除了完善的保護(hù)特性已經(jīng)集成進(jìn)IC之外，在初級(jí)側(cè)采用MOSFET的功率開關(guān)管耐壓都在700V以上。
InnoSwitch3采用市場(chǎng)上充電器應(yīng)用當(dāng)中流行的氮化鎵開關(guān)后，高效率的特點(diǎn)得到了淋漓盡致的發(fā)揮。同時(shí)，PI內(nèi)部集成的氮化鎵開關(guān)，其更高的750V耐壓不僅利于應(yīng)對(duì)惡劣的電網(wǎng)環(huán)境，還可以使家電設(shè)備在雷擊情況下更加安全可靠，可大大降低大家電的市場(chǎng)返修率。
甚至對(duì)于印度等供電質(zhì)量較差市場(chǎng)，其供電電壓范圍有時(shí)會(huì)達(dá)到350VAC甚至更高，因此為了防止在輸入產(chǎn)生浪涌或雷擊期間電源的安全，需要更嚴(yán)苛的電源解決方案。對(duì)此，PI推出了三款900V耐壓產(chǎn)品，可更好的優(yōu)化整體方案成本，且具備更好的額定耐壓裕量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定可靠。
PI所有產(chǎn)品均具備精確的過溫保護(hù)特性，這也有助于在故障情況下對(duì)家電設(shè)備加以保護(hù)。
高集成度
高度集成的解決方案在增加系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，整體元件數(shù)目大大減少。對(duì)于家電廠商來說在“缺芯”、通脹的時(shí)代，采購(gòu)生產(chǎn)更加易于組織實(shí)現(xiàn)。PI所有的方案均致力于整體方案的元件數(shù)目減少，并將完善的保護(hù)功能集成進(jìn)IC。
PI的InnoSwitch 3，將控制器、驅(qū)動(dòng)器、PowiGaN開關(guān)、保護(hù)和SR控制全部整合，利于嚴(yán)格地控制功率開關(guān)的開關(guān)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)效率最大化。
PI的InnoMux芯片組，通過單個(gè)變換級(jí)，單個(gè)磁性元件，無需二級(jí)DC-DC變換電路滿足輸出恒壓或恒流要求，從而實(shí)現(xiàn)了元件數(shù)量減少約50％，PCB面積同時(shí)減少，效率提高10%以上的目標(biāo)。該芯片采用的PowiGaN技術(shù)，可涵蓋70W的輸出功率應(yīng)用，并且無需外加散熱片。
總結(jié)
一直以來，PI都將能效作為公司發(fā)展的重中之重，是主要的清潔能源概念股票成分股，包括Cleantech Index、Nasdaq Clean Edge Green Energy等。兩次被Sustainble Bussiness評(píng)為20可持續(xù)發(fā)展概念股，并且獲得包括能源之星、Star of Energy Efficiency等組織頒發(fā)的榮譽(yù)。
數(shù)據(jù)顯示，PI自1998年推出高能效EcoSmart節(jié)能技術(shù)以來，目前已累計(jì)出貨超160億顆。大約已為全世界的消費(fèi)者、公司和機(jī)構(gòu)節(jié)省了1400億度待機(jī)能耗，相當(dāng)于140億美元的電費(fèi)，等于160萬戶家庭的年用電量，相當(dāng)于每年減排600萬噸二氧化碳。
隨著各國(guó)政府對(duì)于節(jié)能減排要求的與日俱增，在高效、高可靠性、高集成度等技術(shù)驅(qū)使下，選擇PI的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)家電產(chǎn)品的更高效率及更高可靠性，同時(shí)節(jié)約開發(fā)及使用成本，助力雙碳目標(biāo)早日達(dá)成。
作為全球最大的家用電器生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，中國(guó)一直在通過執(zhí)行嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)來提高產(chǎn)品的節(jié)能水平。能效標(biāo)準(zhǔn)和能效標(biāo)識(shí)的實(shí)施，帶來的社會(huì)效益非常明顯。百度百科能效標(biāo)識(shí)詞條顯示，實(shí)施能效標(biāo)準(zhǔn)和能源標(biāo)識(shí)，在2020年節(jié)電277.5TWh，約折合節(jié)能量1.29億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
電源管理將交流市電轉(zhuǎn)換成直流，并提供給各類家電應(yīng)用，高效且可靠的電源將在家電節(jié)能中扮演著重要地位。從家電廠商到電源配套廠商以及芯片商，都將節(jié)能高效作為產(chǎn)品的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和賣點(diǎn)。
作為AC-DC電源的領(lǐng)導(dǎo)廠商之一，Power Integrations, Inc.（以下簡(jiǎn)稱PI）近年來不斷在家電市場(chǎng)進(jìn)行創(chuàng)新投入。PI CEO Balu Balakrishnan在2021年2季度財(cái)務(wù)報(bào)告會(huì)上特別強(qiáng)調(diào)：“PI產(chǎn)品的高效率和高可靠性，使得我們不斷在家電市場(chǎng)獲得更多份額。在更嚴(yán)格的效率標(biāo)準(zhǔn)和電子產(chǎn)品日益普及的推動(dòng)以及家電產(chǎn)品價(jià)格上漲的情況下，使得PI也獲得了更多收益?！?/span>
隨著PI不斷優(yōu)化產(chǎn)品組合，使得消費(fèi)及工業(yè)產(chǎn)品占比逐年提高。為什么PI能夠不斷從傳統(tǒng)的家電市場(chǎng)獲得收益與份額？PI資深技術(shù)培訓(xùn)經(jīng)理閻金光，以如今家電市場(chǎng)發(fā)展所需的三個(gè)重要因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。
高轉(zhuǎn)換效率
如前所述，轉(zhuǎn)換效率是衡量電源管理最重要也是最直接的指標(biāo)。對(duì)于家電應(yīng)用來說，由于工作狀態(tài)很少滿載，因此中度或輕載負(fù)載，以及待機(jī)時(shí)都需要滿足高能效要求。
所有家電能耗要滿足TEC（總能耗）標(biāo)準(zhǔn)要求，TEC總能耗的計(jì)算是以年為一個(gè)計(jì)量范圍的，因而家電在不同工作情況下，不同待機(jī)時(shí)間條件下的能耗會(huì)對(duì)總能耗性能產(chǎn)生影響。
現(xiàn)今，隨著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的快速普及，數(shù)以十億計(jì)配備無線電、傳感器、執(zhí)行器和其他連接組件的線路供電智能設(shè)備被應(yīng)用在家庭中，其中絕大多數(shù)設(shè)備都需要永遠(yuǎn)在線，或者長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)，因此所有這些加起來都會(huì)對(duì)全球能源消耗產(chǎn)生重大影響。根據(jù)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均每個(gè)家庭有40個(gè)設(shè)備在不斷耗電，許多設(shè)備80%-90%的時(shí)間處在待機(jī)狀態(tài)，其電源消耗占家庭總能耗已超過10%。
也正因此，各國(guó)針對(duì)待機(jī)功耗有了更嚴(yán)苛的要求。早在1999年，IEA向電器產(chǎn)品生產(chǎn)商和銷售商發(fā)起了“1 W計(jì)劃”節(jié)能倡議，目標(biāo)是到2010 年電器產(chǎn)品的待機(jī)功耗達(dá)到1 W以下。如今，根據(jù)歐盟EC1275規(guī)定，在歐盟銷售的家電在關(guān)斷或待機(jī)模式下的最大功耗不得超過500mW。
PI的電源解決方案致力于在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供一致的高效率，同時(shí)PI所有電源解決方案一直在持續(xù)不斷的改善其方案的待機(jī)/空載功耗，比如InnoSwitch3產(chǎn)品在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)可提供最高達(dá)95%的高效性能。而其空載功耗可以做到小于20mW以下。
PI全新的LinkSwitch-TNZ解決方案在單個(gè)IC中集成了離線功率變換和無損耗過零點(diǎn)檢測(cè)，集成的AC過零點(diǎn)檢測(cè)功能及X電容放電功能，特別適合于給無線控制模塊供電的輔助電源。它能夠提供一流的輕載效率，更低的待機(jī)漏電流以符合嚴(yán)格的待機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，其空載功耗<5mw。
除了待機(jī)功耗之外，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力能源的50%以上是被電機(jī)類產(chǎn)品消耗掉的，家電中電機(jī)也會(huì)被大量的使用，因此選擇高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是節(jié)約功耗的好方法。
2019年12月31日，中國(guó)正式發(fā)布了有關(guān)室內(nèi)空調(diào)的新版GB國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB 21455-2019設(shè)定了室內(nèi)空調(diào)的最低能效限定值并定義了能效等級(jí)。從2020年7月1日起，新的強(qiáng)制性法規(guī)將取代舊的GB 12021.3-2010和GB 21455-2013標(biāo)準(zhǔn)，并要求在售的空調(diào)產(chǎn)品必須加貼新的GB標(biāo)識(shí)。
更嚴(yán)格的能效要求，將促使定頻空調(diào)大規(guī)模轉(zhuǎn)換到變頻空調(diào)。有助于室內(nèi)空調(diào)達(dá)到所需效率的特性，包括變速壓縮機(jī)、變速風(fēng)扇電機(jī)、改進(jìn)的換熱表面、節(jié)能模式和濾網(wǎng)更換提醒裝置。
PI的BridgeSwitch系列集成半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，支持最大400W輸出，適用于洗碗機(jī)和冰箱、空調(diào)在內(nèi)的家電應(yīng)用，極大簡(jiǎn)化了應(yīng)用于單相或多相PM電機(jī)及BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高壓逆變器的開發(fā)和生產(chǎn)。內(nèi)部集成的半橋功率FREFET可使效率高達(dá)99%，因此無需采用外部散熱片，封裝的低熱阻特性保證了僅采用PCB板散熱即可。BridgeSwitch的下管和上管驅(qū)動(dòng)器可從母線電壓取電，利用內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)自偏置供電，進(jìn)而無需外部的輔助電源供電。高效的特性可以大大改善家電的能耗，高壓BLDC的應(yīng)用也利于改善效率，因同樣功率情況下，高壓電機(jī)當(dāng)中流過的電流會(huì)較小，這樣利于降低銅線上產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗，降低溫升。同時(shí)，采用BLDC也對(duì)降低家電噪聲有益。
高可靠性
家電應(yīng)用的一個(gè)重要特點(diǎn)就是可靠性。PI的TOPSwitch、TinySwitch和LinkSwitch產(chǎn)品被家電客戶認(rèn)可的原因是其高安全性和高可靠性。除了完善的保護(hù)特性已經(jīng)集成進(jìn)IC之外，在初級(jí)側(cè)采用MOSFET的功率開關(guān)管耐壓都在700V以上。
InnoSwitch3采用市場(chǎng)上充電器應(yīng)用當(dāng)中流行的氮化鎵開關(guān)后，高效率的特點(diǎn)得到了淋漓盡致的發(fā)揮。同時(shí)，PI內(nèi)部集成的氮化鎵開關(guān)，其更高的750V耐壓不僅利于應(yīng)對(duì)惡劣的電網(wǎng)環(huán)境，還可以使家電設(shè)備在雷擊情況下更加安全可靠，可大大降低大家電的市場(chǎng)返修率。
甚至對(duì)于印度等供電質(zhì)量較差市場(chǎng)，其供電電壓范圍有時(shí)會(huì)達(dá)到350VAC甚至更高，因此為了防止在輸入產(chǎn)生浪涌或雷擊期間電源的安全，需要更嚴(yán)苛的電源解決方案。對(duì)此，PI推出了三款900V耐壓產(chǎn)品，可更好的優(yōu)化整體方案成本，且具備更好的額定耐壓裕量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定可靠。
PI所有產(chǎn)品均具備精確的過溫保護(hù)特性，這也有助于在故障情況下對(duì)家電設(shè)備加以保護(hù)。
高集成度
高度集成的解決方案在增加系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，整體元件數(shù)目大大減少。對(duì)于家電廠商來說在“缺芯”、通脹的時(shí)代，采購(gòu)生產(chǎn)更加易于組織實(shí)現(xiàn)。PI所有的方案均致力于整體方案的元件數(shù)目減少，并將完善的保護(hù)功能集成進(jìn)IC。
PI的InnoSwitch 3，將控制器、驅(qū)動(dòng)器、PowiGaN開關(guān)、保護(hù)和SR控制全部整合，利于嚴(yán)格地控制功率開關(guān)的開關(guān)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)效率最大化。
PI的InnoMux芯片組，通過單個(gè)變換級(jí)，單個(gè)磁性元件，無需二級(jí)DC-DC變換電路滿足輸出恒壓或恒流要求，從而實(shí)現(xiàn)了元件數(shù)量減少約50％，PCB面積同時(shí)減少，效率提高10%以上的目標(biāo)。該芯片采用的PowiGaN技術(shù)，可涵蓋70W的輸出功率應(yīng)用，并且無需外加散熱片。
總結(jié)
一直以來，PI都將能效作為公司發(fā)展的重中之重，是主要的清潔能源概念股票成分股，包括Cleantech Index、Nasdaq Clean Edge Green Energy等。兩次被Sustainble Bussiness評(píng)為20可持續(xù)發(fā)展概念股，并且獲得包括能源之星、Star of Energy Efficiency等組織頒發(fā)的榮譽(yù)。
數(shù)據(jù)顯示，PI自1998年推出高能效EcoSmart節(jié)能技術(shù)以來，目前已累計(jì)出貨超160億顆。大約已為全世界的消費(fèi)者、公司和機(jī)構(gòu)節(jié)省了1400億度待機(jī)能耗，相當(dāng)于140億美元的電費(fèi)，等于160萬戶家庭的年用電量，相當(dāng)于每年減排600萬噸二氧化碳。
隨著各國(guó)政府對(duì)于節(jié)能減排要求的與日俱增，在高效、高可靠性、高集成度等技術(shù)驅(qū)使下，選擇PI的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)家電產(chǎn)品的更高效率及更高可靠性，同時(shí)節(jié)約開發(fā)及使用成本，助力雙碳目標(biāo)早日達(dá)成。
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