低碳潮起，东芝功率器件助力家电降低能耗

从2020年中国提出“双碳”目标以来，3年的时间里，这一话题持续发酵，热度没有丝毫减弱。除了能源、钢铁等领域接连发布减碳计划，与制造业相关的整个产业界也都在摩拳擦掌，推出众多让人眼前一亮的节能材料、技术以及产品。参与全球竞争的中国家电行业就是其中的典型代表。

近日，《电器》记者采访了东芝电子元件（上海）有限公司半导体技术统括部技术企划部高级经理黄文源，了解到家电低能耗的实现，有赖于包括半导体技术在内的电子技术水平的提高。功率器件的能耗变得不可忽视。

东芝电子元件（上海）有限公司半导体技术统括部技术企划部高级经理黄文源

 

IGBT：降低开关损耗和体内二极管的传导损耗

东芝可用于家电的半导体产品种类繁多，包括IGBT、电机驱动电路、MCU、智能功率模块以及名目繁多的小信号分离器件等。

谈到功率器件有哪些类型可以帮助家电降低能耗，黄文源认为可以分为3种类型：一是电磁灶具中驱动加热用电磁线圈的分立IGBT元件或者智能功率模块。二是空调、冰箱、洗衣机中电机驱动所需的IGBT/MOSFET或者智能功率模块。三是应用于电风扇、洗衣机中电机驱动的三端双向可控硅和交流开关产品。

不管哪种类型，IGBT都为家电降低功耗发挥着重要的作用。据了解，IGBT是一种通过与MOSFET相同的方式控制栅极和发射极之间的电压，接通和关断集电极和发射极之间电源的器件。其中，分立IGBT比硅MOSFET更适合控制高压和大电流。黄文源进一步介绍说：“东芝旗下的1350V／30A分立IGBT GT30N135SRA和1100V分立IGBT GT30J110SRA，都有助于降低家电的功耗，而且两者都是通过降低关断开关和二极管的传导损耗，进而实现更低的功耗的。不过，两个产品的适用范围却不同，GT30N135SRA主要适用于采用AC 200V输入电压谐振电路的家电，如IH电磁炉、IH电饭煲和微波炉。GT30J110SRA则适用于IH电饭煲和使用AC 100V输入电压谐振电路的微波炉等家电。”

电磁炉原理示意图

电机驱动IC：简化控制流程

电机在家电行业应用十分广泛，大到空调、冰箱、洗衣机，小到各类厨房小家电，以及清洁电器等。电机作为家电的动力源，不仅广泛应用于各个细分行业，更是用电大户。据美国、欧盟等统计，电机用电量约占总用电量的42%〜50%。提高电机产品的能效水平，有利于中国如期实现“双碳”目标。

“东芝对电机驱动IC的开发已经积累了40多年的经验，并且可以根据客户需求的变化持续改进产品。”黄文源强调。在直流无刷电机驱动IC方面，东芝采用了原创的智能相位控制技术，使得使用东芝无刷电机驱动IC解决方案的开发过程得到优化。由于市场对于节能、电机安静运行的要求越来越高，直流无刷（BLDC）电机被广泛应用于各种场合。“为了提高电机的驱动效率，通常需要一个复杂的控制流程，东芝提供的电机驱动控制电路解决方案可以简化这一流程。东芝还推出了一款3相直流无刷电机控制预驱IC——TC78B011FTG。该产品适用于服务器风扇和鼓风机使用的高速电机，以及无绳真空吸尘器与扫地机器人使用的吸尘电机。”黄文源补充说。

无刷电机驱动原理示意图

除了通过这些功率器件降低产品的功耗，控制方式的系统构架也对整机的功耗起着十分关键的作用，例如控制的变频化、电机的无刷化等，东芝旗下也有相应的解决方案。“此外，这些功率器件的应用还可以大大简化家电产品的电路结构，节省了外围器件数量，不但提高了整机产品的可靠性、安全性，对于家电制造的低碳发展同样不可低估。”黄文源对于功率器件助力家电低碳发展的思路进行总结。