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市场预测:直流变频空调将风行,BLDC驱动器件前景看涨

上网日期: 2010年01月12日 ?? 作者: Raymond Su ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:BLDC? MCU? 能效比? MOSFET?

作者:Raymond Su

在全球能源危机的基调下,空调能效备受关注。2008年中国生产的9000多万台空调,其中过半产品在大陆销售。中国每年新装空调容量早已超过三峡大坝的总装机量;在上海等沿海大城市,夏天用电高峰时空调所耗电量超过了总负荷的40%。因此,新的国家空调能效标准于2009年初出台,对空调的能耗进行限制。其中,新标准将空调能效比(EER, Energy Efficiency Ratio)作为节能基准,它等于制冷或制热量功率与输入功率之比,EER比值越大,表示空调的效率越高,因此也就越节能(参见表1)。

表1:中国空调能效比(EER)指标。
表1:中国空调能效比(EER)指标。

强制法规的出台使得定速空调生存空间受压,不得不进行库存处理低价抛售的同时,也吹响了变频空调(inverter air-conditioner)爆炸性扩张的集结号。2007年,中国生产的变频空调还占总产量的7%,而当前市面上,海信、美的、格力、海尔等主流品牌的变频空调已是"乱花渐欲迷人眼"。

由于日本空调技术发展较快,日本半导体厂商在本土顶尖空调生产商的技术交流过程中积累了大量的know-how。而直流变频较其他驱动形式来得复杂,BLDC驱动必须与电机相匹配。中国市场当前的主要空调变频器件供应商有日本瑞萨、三洋、东芝、三菱重工、NEC和TI、IR等。同时,相对交流电机的AC驱动,BLDC电机驱动技术具有高效率、低噪音和低振动的优势。未来几年直流变频技术也必将在中国家用空调市场普及,推高中国的BLDC(直流无刷电机)半导体驱动器件市场需求。其中,180度正弦波直流驱动技术也有逐渐成为主流技术之势态。

图1:三相BLDC电机驱动结构图。图片来源:ROHM半导体
图1:三相BLDC电机驱动结构图。图片来源:ROHM半导体

从图1的BLDC电机驱动示意图可以看出,控制和功率器件为主要的半导体器件成本所在。其中,控制器件选择主要有通用的MCU和定制的控制逻辑芯片两种,功率部分则可根据逆变应用不同而选择IGBT或MOSFET。

LSI开发本部 大谷宪司
LSI开发本部 大谷宪司

面对庞大的市场,另一日本半导体巨头ROHM(罗姆)半导体也开始发力直流变频空调用半导体器件市场。在不久前举办的“中国小电机技术研讨会暨展览会”上,ROHM半导体展示了其在电机驱动领域的众多半导体器件与解决方案。

该公司LSI开发本部的大谷宪司表示:“直流变频驱动是节能空调的趋势,ROHM半导体对高速发展的中国家电市场尤为重视,同时也认为目前是切入直流变频驱动市场的好时机。”而ROHM半导体面向直流变频空调的风扇控制芯片可以以定制或通用的控制逻辑芯片形式提供,驱动算法全部由芯片处理,简化了设计难度和加速产品上市。

据介绍,通过使SPM内转子和外转子型BLDC电机的反电动势Ea矢量和电流Ia矢量方向一致,可以获得高效的驱动(见图2)。因此,ROHM半导体推出了空调BLDC电机使用的三相无刷直流电机控制器BD6209FS。该芯片内置了180度正弦波驱动、正转/反转功能、同步整流、以及0至60度的Ea和Ia相位控制,同时也支持OCP、OVP、TSD和UV四种保护电路。

图2:SPM(表面永磁电机)的电压-电流矢量图。
图2:SPM(表面永磁电机)的电压-电流矢量图。

在空调风扇变频的功率器件方面,基于IGBT在大电流(大负荷)时的低导通电阻特性,在高功率应用下可考虑选用IGBT,而在空调运转速度不变时,由于电流低,则选用MOSFET为佳。ROHM的高耐压产品――PrestoMOS,据称是全球首款通过在局部形成陷阱能级的超结(Supper Junction)MOSFET,它的反向恢复时间trr缩短到只有70ns,而这对于超结功率器件的结构和制造工艺都是相对困难的。加上超结功率器件固有的开关速度快、快速trr和导通电阻低的特性,该器件无需接入FRD(快速恢复二极管)就可以应用于高压变频电路。

大谷宪司强调:“中国的无刷直流电机设计才刚刚开始,中国工程师在相关的电机构造、回路设计方法等基本知识方面经验不足,仅仅提供半导体器件,市场开发是不可能有进展的。而为了进一步降低成本和简化客户设计,ROHM半导体将会推出基于BD62xx系列控制芯片、栅极驱动和功率器件的单芯片驱动模块,预计2010年将会提供样片。”

另据大谷宪司透露,在空调压缩机应用领域,ROHM半导体正联合其不久前收购的OKI半导体导入相关半导体驱动方案。这是一款无传感器的驱动方案,预计2011年可以提供样片。其中ROHM半导体正为此开发SiC工艺的高功率模块,包括开关损耗更低和温度特性更稳定的SiC MOSFET和大电流SiC肖特基二极管,而OKI半导体则负责开发矢量控制的MCU。

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