老产品应用新技术，家电行业精彩创意频出

人们谈到红海，说的是市场瓜分结束、技术基本定型；谈到蓝海，说的是行业新兴，技术仍在发展。然而，最近笔者发现，在一些贴近消费者的消费类产品上，也许存在一丝缝隙，后来者借助发展新技术，认真捡拾碎片化的市场，仍有吃到蛋糕的机会。当然，在已经呈现红海的市场中，要想做大做强，必然需要潜心发展，踩对关键点，逐步壮大。

事情要从“618”说起。搬家之后需要重新买一个电饭煲，社畜倒不用以前Z老师提起的5000元以上的进口电饭煲，但是好用快煮的要求需要被满足。长久不接触生活器具的小Z同学不看不知道，一看吓一跳，原来家电的发展已经乘上了物联网、变频等东风，发展到了如今的模样。想一想五年前购买的联网小家电是还会被气到，那是被商家的噱头伤害的用户体验。然而，如今的小家电，以电饭煲为例，联网上云是必然，毕竟要满足社畜的通勤的路上就开始煮饭；使用IH技术，为的是让米饭受热更均匀，口感更好，满足笔者这样的社畜的一点点吃货的小要求。隔半年就推陈出新的智能小家电产品和良好的用户体验、周到的售后服务，与智能家电刚刚起步时相比已经产生了翻天覆地的变化。

（这里科普一下IH加热技术——即通过电磁感应原理，对炊具进行直接加热的技术。区别于电能—发热体—炊具的热量产生和传递形式，IH加热技术是线圈盘—炊具的传递，因此是Induction Heating，常见的电磁炉产品即采用这种加热形式。电饭煲使用多段线圈的IH加热技术，在底部线圈盘之外，锅身四周同时设置了线圈让锅底、锅身同时发热，模拟了柴火煮饭时火苗舔舐饭锅的情形，即柴火饭这一概念。）

电饭煲都逐渐开始将发展新技术，以不断贴近生活，改善用户体验，市面上其他更多的小家电或者大件白色家电更是如此。除去联网上云，在各类家电中用得最多的便是变频技术，既贴近了国家对于能源命运握于自己手中的政策导向，也满足了老百姓对于节能省电的需求。老百姓在选择购买家电时，能效、性能以及智能控制都成为了重要的参考标准。

变频技术开始被关注如何用到家电上是从什么时候开始有迹可循的呢？2015年伊始，众多业界人士就开始判断，无刷直流电机的下一个蓝海市场是变频家电。经过几年的发展，市场的选择已经验证了诸多前辈的看法。大规模、大范围家电升级改造的背后，体现的是中国家电行业正面临从依靠规模、人口、成本和政策红利发展进入由技术创新为驱动的时代。

多功能变频控制在家电产品应用越来越广泛，不单用于空冰洗大家电，同时也应用于各类大小家电的电机、压缩机；包括：风扇、排油烟机、洗碗机等，只要有节能增效、小尺寸、重量低、高可靠性需求均能采用。由此拉动了MCU、IPM功率模块及变频电机数量同比增加，进而带动了IGBT、PMIC、MOS管等功率元器件需求的提升。

完成家电变频化的电路基本可分为四大模块：变频功率、电源管理、主控制器、通信传感。变频器模块可以改变驱动电动机的供电频率，实现电动机运转速率自动调节，把50Hz 固定电网频率改为30-130Hz 变化频率，使电源电压适应范围达到142—270V；变频家电相较于传统家电，平均效能比提升30%，具备舒适性高、寿命长、静音等优点。

以空调为例进行器件拆解，包括：（1）主控制器/ 通信电路主板、（2）温度/ 湿度/ 压力/ 霍尔等传感器、（3） 压缩机/ 风机电机的变频电路（IPM 模块/IGBT 等）。

这三块电路中分别有对于MCU/SOC、PMIC、sensor、电机驱动芯片、IGBT/MOSFET等需求。变频&智能化趋势，驱动家电提升整机半导体用量；变频家电需要2至3颗IPM模块将提升芯片价值量约70%：此外，随着智能化升级，高档冰箱将使用5组或以上IPM，空调、洗衣机、洗碗机等通常使用2或3组IPM；电源管理IC将使用1至8颗；主控MCU将从8位升级至32位，加入AI 芯片（语音识别、图像识别、深度学习等）；通信单元新增WiFi6/蓝牙协议、传感器（温度、湿度、 转速）数量和感知精度增加等。

以数明半导体的SLM2136 Demo变频电机驱动板为例，MCU控制驱动芯片通过功率器件完成对电机的控制，再通过采集电机相电流完成监控。采用先进的无位置传感器FOC控制策略，并实现全面异常保护，过压、欠压、软硬件过流、过功率、堵转、缺相等完备的保护策略，适用于家用冰箱、商用空调、车用空调等单个压缩机变频调速的应用场景。

Demo中的SLM2136作为Driver 栅极驱动芯片，相当于控制器与功率器件（MOSFET 、IGBT ）之间的接口，基本每个功率器件都需要Driver IC ，相较于分立式方案，高集成度驱动IC 成为主流：驱动IC 主要由控制模块、比较器、功率开关模块组成，实现小电压驱动大电流的功能。

SLM2136是一种高压、高速功率MOSFET和IGBT驱动器，具有三个独立的高、低压侧参考输出通道，适用于三相应用。专有的HVIC和闩锁免疫CMOS技术使加固单片结构成为可能。逻辑输入与标准CMOS或LSTTL输出兼容，低至3.3V逻辑。可从外部电流检测电阻器导出终止所有六个输出的电流跳闸功能。启用功能可同时终止所有六个输出。开路漏极故障信号用于 指示发生过电流或欠压停机。通过连接到RCIN的RC网络在外部编程的延迟后，过电流故障条件自动清除输入输出驱动器具有一个高脉冲电流缓冲级，设计用于最小驱动器交叉传导。传输延迟被匹配以简化高频应用中的使用。浮动通道可用于驱动高侧配置的N沟道功率MOSFET或IGBT，其工作电压高达600V。

抛开Demo不谈，一般情况下，变频功率&电源管理&主控制器&通信传感中的功率模块实现电流转换（ 交/ 直流电变换）功能。根据电机控制的实际情况，还承担了对电机的电源供应（ 电流升/ 降压输出），主要根据输出电流大小合理设计。通常大电流采用MOSFET 和IGBT等分立器件和模组，小电流采用PMIC 集成电路；PMIC 除了内置MOSFET 开关用作电源供应；还可集成PWM/PFM 脉冲信号调制、PFCC功率因素矫正等模块，控制开关电路和输入电流。

MOSFET 在功率模块中可以分立和集成形式，主要用于电源供应升降压 （DC-DC 直流电转换）。MOSFET的特性在于高电压接负载，仍然能接通和关断负载电流，同时具备高频开关的特性。IGBT作为高电压/ 大电流变频功率模块， 在功率模块中可同时以IPM 模组和分立器件形式存在，主要用于逆变（DC-AC 直交流转换）。IGBT 结合了MOSFET 闸极控制高输入阻抗和BJT 大电流低导通压降的优势，使得器件驱动功率小、开关频率高、开关损耗小。MOSFET和IGBT在变频电路的设计中如何挑选我们后续文章将会讲到，此处关注驱动芯片的选择。

在这篇文章（抽油烟机的变频升级）当中，我们讲到通过电机的矢量控制来完成电机的变频控制，这已经是比较高端的产品会用到的方式。毕竟精密的角度、位置控制需要大量计算能力，因此通常会使用FPGA+MCU的方式，一般在工控行业应用较多。而在智能家居的中端产品当中，使用单MCU完成无位置传感器FOC控制策略，采样方面也许支持单电阻、双电阻及三电阻采样、热启动迅速（几秒内可重新启）、低频力矩补偿做到小振动等就足以满足要求。尤其是在整个家电行业朝着节能、智能化的方向发展时，必不可少会有同质化竞争，因此成本非常重要，方案的选择就是第一步。

 

在驱动器件方面，数明提供高可靠性的门级驱动，产品系列覆盖200V及600V工作电压范围，可供客户选择各种驱动电流以及半桥、全桥设计。数明的非隔离门级驱动产品中，200V IGBT/MOSFET 半桥驱动IC有SLM2001、SLM2003、SLM2004、SLM2005；160V IGBT/MOSFET 三相全桥驱动IC有SLM7888；600V IGBT/MOSFET半桥驱动IC SLM21XX和SLM2304S以及三相全桥驱动IC SLM2136。非隔离门级驱动产品具有高可靠性及广泛兼容性，更宽的驱动能力。部分驱动芯片能够配合MCU和sensor完成变频方案。无论低压还是高压，上海数明的驱动芯片都能提供合适的创新解决方案，并且拥有可靠的工程质量。

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