媒體來稿?|?新的雙碳政策下，家電能源效率市場的新機遇
時間：2021-11-03 14:28:59
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[導讀]注：原載于電子工程世界，2021年10月29日隨著中國“碳達峰”及“碳中和”目標的提出，全產業(yè)掀起了新一輪節(jié)能減排技術創(chuàng)新的熱潮，而近期的一輪限電政策，也讓所有人開始意識到電力的寶貴之處。根據國際能源署（IEA）數(shù)據顯示，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...
作為全球最大的家用電器生產和消費國，中國一直在通過執(zhí)行嚴格的能效標準來提高產品的節(jié)能水平。能效標準和能效標識的實施，帶來的社會效益非常明顯。百度百科能效標識詞條顯示，實施能效標準和能源標識，在2020年節(jié)電277.5TWh，約折合節(jié)能量1.29億噸標準煤。
電源管理將交流市電轉換成直流，并提供給各類家電應用，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)能高效作為產品的重要創(chuàng)新點和賣點。
作為AC-DC電源的領導廠商之一，Power Integrations, Inc.（以下簡稱PI）近年來不斷在家電市場進行創(chuàng)新投入。PI CEO Balu Balakrishnan在2021年2季度財務報告會上特別強調：“PI產品的高效率和高可靠性，使得我們不斷在家電市場獲得更多份額。在更嚴格的效率標準和電子產品日益普及的推動以及家電產品價格上漲的情況下，使得PI也獲得了更多收益?！?/span>
隨著PI不斷優(yōu)化產品組合，使得消費及工業(yè)產品占比逐年提高。為什么PI能夠不斷從傳統(tǒng)的家電市場獲得收益與份額？PI資深技術培訓經理閻金光，以如今家電市場發(fā)展所需的三個重要因素進行了詳細分析。高轉換效率
如前所述，轉換效率是衡量電源管理最重要也是最直接的指標。對于家電應用來說，由于工作狀態(tài)很少滿載，因此中度或輕載負載，以及待機時都需要滿足高能效要求。
所有家電能耗要滿足TEC（總能耗）標準要求，TEC總能耗的計算是以年為一個計量范圍的，因而家電在不同工作情況下，不同待機時間條件下的能耗會對總能耗性能產生影響。
現(xiàn)今，隨著物聯(lián)網市場的快速普及，數(shù)以十億計配備無線電、傳感器、執(zhí)行器和其他連接組件的線路供電智能設備被應用在家庭中，其中絕大多數(shù)設備都需要永遠在線，或者長時間的待機，因此所有這些加起來都會對全球能源消耗產生重大影響。根據勞倫斯伯克利國家實驗室的統(tǒng)計數(shù)據，平均每個家庭有40個設備在不斷耗電，許多設備80%-90%的時間處在待機狀態(tài)，其電源消耗占家庭總能耗已超過10%。
也正因此，各國針對待機功耗有了更嚴苛的要求。早在1999年，IEA向電器產品生產商和銷售商發(fā)起了“1 W計劃”節(jié)能倡議，目標是到2010 年電器產品的待機功耗達到1 W以下。如今，根據歐盟EC1275規(guī)定，在歐盟銷售的家電在關斷或待機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負載范圍內提供一致的高效率，同時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/空載功耗，比如InnoSwitch3產品在整個負載范圍內可提供最高達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IC中集成了離線功率變換和無損耗過零點檢測，集成的AC過零點檢測功能及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，更低的待機漏電流以符合嚴格的待機標準，其空載功耗<5mw。
除了待機功耗之外，據統(tǒng)計，電力能源的50%以上是被電機類產品消耗掉的，家電中電機也會被大量的使用，因此選擇高效的電機驅動也是節(jié)約功耗的好方法。
2019年12月31日，中國正式發(fā)布了有關室內空調的新版GB國家標準，GB 21455-2019設定了室內空調的最低能效限定值并定義了能效等級。從2020年7月1日起，新的強制性法規(guī)將取代舊的GB 12021.3-2010和GB 21455-2013標準，并要求在售的空調產品必須加貼新的GB標識。
更嚴格的能效要求，將促使定頻空調大規(guī)模轉換到變頻空調。有助于室內空調達到所需效率的特性，包括變速壓縮機、變速風扇電機、改進的換熱表面、節(jié)能模式和濾網更換提醒裝置。
PI的BridgeSwitch系列集成半橋電機驅動器，支持最大400W輸出，適用于洗碗機和冰箱、空調在內的家電應用，極大簡化了應用于單相或多相PM電機及BLDC電機驅動的高壓逆變器的開發(fā)和生產。內部集成的半橋功率FREFET可使效率高達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的下管和上管驅動器可從母線電壓取電，利用內部電路實現(xiàn)自偏置供電，進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的應用也利于改善效率，因同樣功率情況下，高壓電機當中流過的電流會較小，這樣利于降低銅線上產生的導通損耗，降低溫升。同時，采用BLDC也對降低家電噪聲有益。
高可靠性
家電應用的一個重要特點就是可靠性。PI的TOPSwitch、TinySwitch和LinkSwitch產品被家電客戶認可的原因是其高安全性和高可靠性。除了完善的保護特性已經集成進IC之外，在初級側采用MOSFET的功率開關管耐壓都在700V以上。
InnoSwitch3采用市場上充電器應用當中流行的氮化鎵開關后，高效率的特點得到了淋漓盡致的發(fā)揮。同時，PI內部集成的氮化鎵開關，其更高的750V耐壓不僅利于應對惡劣的電網環(huán)境，還可以使家電設備在雷擊情況下更加安全可靠，可大大降低大家電的市場返修率。
甚至對于印度等供電質量較差市場，其供電電壓范圍有時會達到350VAC甚至更高，因此為了防止在輸入產生浪涌或雷擊期間電源的安全，需要更嚴苛的電源解決方案。對此，PI推出了三款900V耐壓產品，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，實現(xiàn)產品的穩(wěn)定可靠。
PI所有產品均具備精確的過溫保護特性，這也有助于在故障情況下對家電設備加以保護。
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，整體元件數(shù)目大大減少。對于家電廠商來說在“缺芯”、通脹的時代，采購生產更加易于組織實現(xiàn)。PI所有的方案均致力于整體方案的元件數(shù)目減少，并將完善的保護功能集成進IC。
PI的InnoSwitch 3，將控制器、驅動器、PowiGaN開關、保護和SR控制全部整合，利于嚴格地控制功率開關的開關時序，實現(xiàn)效率最大化。
PI的InnoMux芯片組，通過單個變換級，單個磁性元件，無需二級DC-DC變換電路滿足輸出恒壓或恒流要求，從而實現(xiàn)了元件數(shù)量減少約50％，PCB面積同時減少，效率提高10%以上的目標。該芯片采用的PowiGaN技術，可涵蓋70W的輸出功率應用，并且無需外加散熱片。
總結
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。
數(shù)據顯示，PI自1998年推出高能效EcoSmart節(jié)能技術以來，目前已累計出貨超160億顆。大約已為全世界的消費者、公司和機構節(jié)省了1400億度待機能耗，相當于140億美元的電費，等于160萬戶家庭的年用電量，相當于每年減排600萬噸二氧化碳。
隨著各國政府對于節(jié)能減排要求的與日俱增，在高效、高可靠性、高集成度等技術驅使下，選擇PI的產品可以實現(xiàn)家電產品的更高效率及更高可靠性，同時節(jié)約開發(fā)及使用成本，助力雙碳目標早日達成。
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