灯饰之家讯：限电，2004年曾让我们无奈和深思的话题。。。。。。据专家测算，中国从2000年开始至今的5年中，电力短缺造成的直接和间接经济损失已超过1万亿人民币。在不排斥中国需要加快建设电站的同时，我们更应提高能源的利用效率，特别是在工业领域，以控制电力需求的持续增长。
“中国50％以上的电能被用于驱动电机运转，电机的应用场合包括工业设备和家电，如机床、冷库、冰箱、洗衣机和空调等，因此，为规模巨大的电机驱动市场提供高效率、低成本的节能控制方案已成为一项重大的工程挑战。”美国国际整流器公司(IR)首席执行官Alex Lidow博士在多个会议中提出了这样的观点，“电机调速技术和节能电机的使用，可以在中国节省10%的能源。”这是值得我们认真考虑的一个问题：中国的高耗能工业是否太多？我们是否已经考虑了不同的节能手段？相对于广建电厂的工业模式，我更欣赏通过节能来变相增加电能的“绿色”模式。
为了探讨最新半导体技术在节能领域的最新技术，我对Lidow博士进行了专访。Lidow在斯坦福大学获得物理专业博士学位，1977年加入IR公司，是一位技术型的掌舵人。IR致力于功率管理电子领域，是一家覆盖了模拟、混合信号IC、先进电路器件、功率系统和组件的领先公司，涉及应用领域包括家用电器、照明、消费电子、通信设备与计算机等。
以技术促进节能
中国国家发展和改革委员会已经颁布了《能源效率标识管理办法》，规定自2005年3月1日起，一些节能潜力大、使用面广的国产、进口电器产品都将被贴上经过统一认证的能效等级标志。有关数据显示，到2010年，能源效率标识在空调器和冰箱上的有效实施，可以累计为中国节电约180亿度；到2020年，可以累计节电约870亿度。
针对节能电子产品日益强烈的需求，半导体公司都在不断提出新的解决方案。“IR选择两个领域作为发展的重点：为IT业提供所需要的能源，它占了我们业务的一半，今后这一业务领域的发展速度是每年增长20-25%；第二个重点是电机变速控制，帮助中国节省10%的能源。”Lidow表示。
他强调：“电机驱动领域节能空间最大。”IR预计，2006年传统的依靠皮带轮传动的方式将被直接驱动的永磁电机所取代。2007年当市场形成规模的时候，电机控制系统成本将降低为2004年的40%。
Lidow以洗衣机为例介绍了如何利用iMOTION集成设计平台改善其节能性能。现在的洗衣机由电子部分、电机和其它部分构成，如何在不增加电机系统成本的前提下达到节能目的是我们谈论的关键。
在目前的变速电子控制中使用分立IGBT、高压IC和简单的MCU或DSP，并需要转速计实现反馈控制。“我们将以此作为基准，将它的成本看作是100%。”Lidow说，“首先去掉齿轮、轴承和皮带。也就是，我们将使用永磁电机实现直接驱动。”
特殊设计的永磁电机可以得到更高的每安培扭矩值，从洗涤时需要的每分钟100转到每分钟1000转的高速甩干，电机电流最大为5A。要实现这个目标必须革新系统，例如设计新一代IGBT模块、快速二极管、最新一代高压IC以及集成度更高的数字芯片，包括微处理器、电机控制引擎、模拟信号引擎和直驱引擎等，从而满足特殊控制要求。“一旦实现这些功能，我们将节约15%的成本。”Lidow表示。
IR的混合模式控制IC包括了MCU、MCE（运动控制引擎）和ASE（模拟信号引擎）。为了解决时序和闭环中会出现的问题，IR将电机控制和系统控制部分分开，用MCU进行系统控制、PWM变换等，驱动部分则完全利用硬件实现，免去了控制算法的软件编写工作，并通过配置内存去驱动不同类别的电机。模拟信号引擎则利用单电流检测和电流反馈代替了3电流或相电流检测，以降低系统成本。
取决于工艺的进步，驱动器件越来越多地采用高压集成电路，高压的范围已经达到工业电机驱动的1200V。“逐步地，所有的集成电路都会被集成在高压集成技术中的单芯片中，并具有多种功能，如栅级驱动、电流检测、偏置控制等。”Lidow介绍道。IR的下一代驱动单片电路将包括三相栅极驱动、功率因数校正等，以改善瞬态响应性能，并提高保护能力。
“基于这些新技术和器件，2005年我们推出的产品可以实现直接驱动和降低15%的成本，应用到有一定数量的高端洗衣机市场。在此基础上，随着集成技术的发展，成本将再降低40%。”Lidow表示。
此外，单片电机驱动混合信号芯片正在酝酿之中。Lidow透露，IR在2007年将和一家电机制造商推出将单芯片集成到电机中的直接驱动整体方案。“这也意味着使用的能量将是以前的一半。”Lidow说。
驱动数字化产品的未来
随着对计算机、服务器、路由器、电信设备计算能力的要求越来越高，功率器件方面要求的功率密度也越来越大。与此同时，数字电视、数字视频录像机等数字化电子产品将是全球未来的热点产品，在功能和处理能力不断提升的同时，对功率管理也提出了更高的要求。
“根据我们的观察，功率密度每年的增长幅度是15％。这个增长速度体现在晶体管数目的增长以及模拟IC、混和信号IC、数字IC、新技术架构的发展等各方面。”Lidow表示，“如何为这些电子产品提供高效的功率管理解决方案也是IR的重点。”
要满足功率管理日益苛刻的要求，工艺和封装成为关键的两个要素。IR在2002年推出了专利的双面封装技术，使IGBT和快速二极管的电流密度提高了一倍，同时确保功率器件的封装尺寸进一步缩小、成本进一步降低。目前IR提供的封装工艺包括直接邦定铜工艺、绝缘金属基板工艺和双面冷却工艺等。在高电压IGBT器件采用的工艺中，IR经历了由穿通型、薄片、非穿通型、超薄、耗尽型沟槽等发展历程。新型的IGBT比任何前一代IGBT具有更低的正向压降和开关能量。最新一代的IGBT在消耗同样的能量下，芯片面积减半。
IR通过与Sanyo成立合资企业开发节能功率模块。合资企业将采用Sanyo的专利绝缘金属基板(Insulated metal Substrate Technology，IMST)技术，此举预期将为全球电器制造商提供崭新和简单的插入式(Plug-in)电机控制解决方案。
零成本电机节能方案
目前，中国58％的电机都是普通的单相电机。“如果采用永磁电机，改进电机控制算法，就可以节约一半的电能，但消费者关心的问题是进行这种改良的成本有多大？如果我们花费1000美元的成本来改造控制系统，却只节约10美元，这是得不偿失的。根据我们的经验，全球的消费者，如果让他们花1美元节省10美元，他们可能都不愿意。所以要让他们买节能产品，要么是他们没有其他选择，要么是这种节能产品给他们增加的成本是零。把这些节能产品在不增加任何成本的情况下提供给消费者，是对IR公司的一大挑战。”Lidow说，“而从技术的角度来说，对于我们的最大挑战是如何把不同的功能、不同的技术和不同的工艺集成到一个单片中。”
IR的目标就是要设计一个电机控制系统，它的成本必须和一个简单机电系统的成本一样。为此，IR认真考察了整个节能系统的技术细节。对设计人员，要求不仅懂得数字集成电路，也要掌握运动控制算法和软件编程的技巧。芯片设计方面，IR开发了一系列的模拟/混和信号器件，目标是在1200V的条件下让这些模拟/混和信号器件发挥非常高的性能；在完善混合模式器件技术的基础上，微控制器、运动控制引擎和模拟信号引擎等关键功能也被集成到单一芯片之中，这样可以节省一大部分成本。
为了应对两大领域面临的设计挑战，必须采用多种不同的技术。Lidow表示，这包括软件、模拟IC、混和信号IC、数字IC、分立元件、封装技术等等。“IR采取的方式是：要么自己开发，要么购买拥有这一技术的公司。这种策略我们称之为“技术池”，也就是将相关的技术聚集到一起来用于解决遇到的课题。”他说。
建立中国“人才池”
IR成立于1947年，经过58年的运作，已经成为功率管理领域的技术先锋之一。Lidow预测说：“全球的功率管理市场发展十分迅速，目前的规模为130亿美元，预计到2013年市场规模将增长到700亿美元。”
“目前，IR 40％的收入来自亚太地区，中国是其中最大的一块，也是增长速度最块的。IR到中国来开展业务，最重要的原因是中国有一大批非常好的人才。IR在中国的最大机遇，就是和这些很有才华的工程师进行合作。”Lidow强调道，“IR已经根植中国11年。我们把这里看作世界上人才聚集最多的地方。通过和客户、设计公司的业务往来，我们接触到很多这样的人才；通过与高校、研究机构的合作关系，我们也可以获得高素质的人才。此外，我们和一些客户也建立了更深入的关系。例如，我们和美的集团合作成立了一家研究所，主要开发用于家电的变速控制技术。我们已经看到这类合作在高速增长的市场上带来的好处。”灯饰之家是专注于灯饰,照明,灯具,照明灯具,灯饰大全的新闻资讯和各灯饰,照明,灯具,照明灯具,灯饰大全的装修效果图与建材网络营销等服务,敬请登陆http://dengshi.jc68.com/
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