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1 家用电器的节能功率设计解决方案家用电器的节能功率设计解决方案 2011年9月 飞兆半导体 2 我们将要讨论什么？我们将要讨论什么？ 1. 为什么节能是重要的为什么节能是重要的? 2. 变频技术是正确解决方案变频技术是正确解决方案 3. 什么是什么是motion-spmtm 产品产品? 4. mini-dip spm产品产品 5. 运动控制设计工具运动控制设计工具 3 第一部分 为什么要节能 第一部分 为什么要节能? 4 环境考虑因素环境考虑因素 sres模型测量范围模型测量范围 sres模型均值模型均值 来源来源 : ipcc 温度变化温度变化 年年 全球变暖全球变暖 5 温室气体排放温室气体排放 住宅类别最终用途的温室气体排放 (住宅类别最终用途的温室气体排放 (2007年年) 来源: 美国能源信息管理局（eia) 2009年度能源展望. *注释: “其它能源使用” 包括小型电气设备、加热元件、及马达应 用；如游泳池和热水浴缸加热器、室外烤架，以及室外天然气照明； 木炉或壁炉中用于初级和次级加热的木材；还有煤油和煤炭。 “其它电器使用”包括彩色电视(6%)，电脑(2%)，加热炉风机(2%)， 洗碗机(1%)，冷冻箱(1%)，以及洗衣机(1%)。 全球排放状况 按行业划分( 全球排放状况 按行业划分(2004年年) 来源: 2007年气候变化: 缓减。 政府间气候变化专门工作委员会第三工作小组的第四次评测报告。 废弃物和污水废弃物和污水 林业 农业 工业 林业 农业 工业 住宅与商业建筑住宅与商业建筑 运输 能源 加热水 房间致冷房间加热 运输 能源 加热水 房间致冷房间加热 其它电器 使用 其它电器 使用 其它能源 使用 照明 其它能源 使用 照明 干衣机 烹饪 冰箱 干衣机 烹饪 冰箱 6 ?欧盟欧盟 ? 建筑能源性能指令(energy performance of building directive, epbd): 从t自2019年起所有新建筑物必须达到零零能源消耗 ? 新能源标识体系 ? 对于生态设计(eco-design):自2010年7月起不可销售b级以下产品 ? 自2013/14年7月后仅可销售a-20%和a-40%产品 ?美国美国 ? “能源之星”标准更高的要求(例如空调从seer12 ? seer16) ? 新的空调节能标准(由ari设立) ? 引入新的节能标准从cop到iplv (综合部分-负载效率数值) ?中国中国 ? 自2010年6月起实施新的能效标识体系 ? 提高空调能效标准 ? 对于空调，自2010年7月起不可销售能效2级以下的产品 ? 自2010年7月后仅可销售新1级, 旧1级和2级空调 ?日本日本 ? 自2006年起实施“领跑者计划” ? 日本在2006年提出全年能源消耗效率(annual performance factor，apf) 新工作项 目(nwip)，并在2007年获得接受 ? 引入新的节能标准(从cop到apf) ? 能源标识，能源效率能源标识，能源效率 世界范围环保政策推动所有产品提高能效 ? 推动在所有马达控制应用中采用变频器 ? 促进传统照明转向led, cfl照明 节能法规和标准节能法规和标准 7 能源消耗能源消耗 ? 2000年加热、致冷年加热、致冷及冷冻占耗电量的50%及冷冻占耗电量的50% ?房间加热: 3,769 亿千瓦时/年 ?房间冷却: 1,498 亿千瓦时/年 ?加热水: 3,160 亿千瓦时/年 ?冷藏和冷冻: 3,137亿千瓦时/年 1990年和年和2000年年22个国际能源署(个国际能源署(iea)成员国主要用于住宅的电能消耗份额成员国主要用于住宅的电能消耗份额 1990: 总计 = : 总计 = 19850 亿千瓦小时/年亿千瓦小时/年 2000: 总计 = : 总计 = 23410 亿千瓦小时/年亿千瓦小时/年 8 第二部分 变频技术是正确解决方案 第二部分 变频技术是正确解决方案 9 为什么是变频技术？为什么是变频技术？ ?因为节能和高性能!因为节能和高性能! 节能节能 相比传统开/关控制，变频控制可以 节省平均 相比传统开/关控制，变频控制可以 节省平均40%的用电量的用电量 舒适舒适 空调中的变频器可以: 空调中的变频器可以: -缩短冷却时间 (加快 缩短冷却时间 (加快50%) -提供精确的温度控制 (控制在 提供精确的温度控制 (控制在1c) ) 安静安静 对于风扇马达，变频器可以减少可闻噪声对于风扇马达，变频器可以减少可闻噪声 10 白色家电的变革白色家电的变革 运动 51%运动 51% 照明 19%照明 19% 加热和冷却 16%加热和冷却 16% it 14% 电能消耗电能消耗 常用家电台 / 年 估计值 千瓦小时/年 节能 千瓦小时/年 节省 节省成本 / 年(美元) 根据 常用家电台 / 年 估计值 千瓦小时/年 节能 千瓦小时/年 节省 节省成本 / 年(美元) 根据 oecd 冰箱冰箱5400万万70060 %227 亿亿25 亿 洗衣机 亿 洗衣机4600万万92964 %273 亿亿30 亿 空调 亿 空调3600万万75060 %162 亿亿18 亿亿 2003年在常用家电中使用变速马达控制 技术的节能潜力 年在常用家电中使用变速马达控制 技术的节能潜力 73亿美元亿美元 设备回本年数:设备回本年数: 750千瓦时千瓦时 x 60% x 0.11美元美元/千 瓦时 千 瓦时= 49.5美元美元/年?年? 100美元美元/ 49.5美元美元 = 2 年年 sears, roebuck and co.高级副总裁高级副总裁dan laughlin指出：指出：“在美国有超过在美国有超过3,300万的万的能源大户能源大户 冰箱冰箱 ，如果所有，如果所有3,300万台冰箱换成能源之星产品，我们可以节省足够的能源，供应洛杉矶所有家庭 照明长达八年。 万台冰箱换成能源之星产品，我们可以节省足够的能源，供应洛杉矶所有家庭 照明长达八年。” (prnewswire，2003年年10月月) -加利福尼亚州公布了美国最严苛的加利福尼亚州公布了美国最严苛的空调空调标准标准(在现行标准基础上提高了在现行标准基础上提高了30% ，并且在联邦标准基础上 提高了 ，并且在联邦标准基础上 提高了10%)：估计加利福尼亚州可在十年的时间里节省差不多：估计加利福尼亚州可在十年的时间里节省差不多34亿美元亿美元(加州能源委员会，加州能源委员会，2002年年2月月 14日） 一个倡议团体，美国节能联盟表示： 日） 一个倡议团体，美国节能联盟表示：“预计新的电器有望广泛使用，这可以避免在预计新的电器有望广泛使用，这可以避免在2020年建造年建造150家发 电厂。 家发 电厂。” (美国联合通讯社和路透社，美国联合通讯社和路透社，2004年年5月月) 来源: fuji chemera research电器杂志, 华尔街日报, 飞兆半导体 oecd = 经济发展和合作组织(organization for economic development and cooperation） 30个成员国) 11 第三部分 什么是 第三部分 什么是motion-spmtm产品？产品？ 12 绿色智能解决方案绿色智能解决方案 模拟、分立元件和封装技术的整合模拟、分立元件和封装技术的整合 组装这些部件可能 增加制造时间 并导致低良率 保护考虑 制造影响 组装这些部件可能 增加制造时间 并导致低良率 保护考虑 制造影响 lvichvicco-pack igbt/mosfet 分立元件的整合分立元件的整合 motion-spmtm产品集成 所有不同元件，提高生产 率，同时简化生产过程 产品集成 所有不同元件，提高生产 率，同时简化生产过程 使用模拟元件的保护电路使用模拟元件的保护电路 会引起延时和噪声会引起延时和噪声 motion-spmtm产品内置产品内置 hvic、lvic和保护电路和保护电路 需要为优化开关和短路动态 参数而使用外部元件 需要为优化开关和短路动态 参数而使用外部元件 motion-spmtm产品针对 内置功率器件而优化驱动特性 产品针对 内置功率器件而优化驱动特性 设计考虑设计考虑 -减少总体系统成本减少总体系统成本 -缩短开发时间缩短开发时间 -易于管理易于管理 -优化的控制灵活性优化的控制灵活性 -更高的可靠性更高的可靠性 二极管/ 电阻/ 热敏电阻 二极管/ 电阻/ 热敏电阻 13 motion-spmtm产品的优势产品的优势 ? 设计和开发设计和开发 ? 节省空间 ? 紧凑设计 ? 更易于满足效率和emi法规 ? 节省开发时间 ? 缩短上市时间 ? 制造: 单一元件替代数种元件制造: 单一元件替代数种元件 ? 更简便的采购 ? 更低的组装成本 (单一拾放,无特殊步骤) ? 更高的良率(预测试,更少的连接) ? 面向未来的合适技术面向未来的合适技术 ? 先进的技术 ? 更高的效率 ? 高质量和高可靠性 14 motion-spmtm产品的应用 应用示例 使用motion-spmtm 产品的空调系统结构图 motion-spmtm产品适用于所有类型的马达驱动解决方案，尤其适合 三相马达驱动应用 *fps是飞兆半导体的商标 hvic lvic 3 vbvsp nu vcc(h) vcc(l) com vin(h)vin(l)vfocsc lpf gnd vcc mini-dip spm vdd 3 3 fo pfc part (pfc-spm, pfc controller) vin(h) vin(l) p u v w 3 nwnv n inrush current limit circuitry lpf bldcm u v w ac power emi filter part mcu part vth rth 5v 15v 5v reference design for motion-spmtm vntc 3 3 smps part (fpstm, green fpstm) 15 motion-spmtm产品组合产品组合 容量 应用 容量 应用 中等功率工业 变频器 风扇马达 系统空调 房间空调 冰箱 洗衣机 真空吸尘器 电动工具 低功率工业 变频器 洗碗机 大型大型dip spm 封装封装 (spim) 600v / 50a 100a 10kw5kw2kw1kw0.5kw0.1kw 整体空调 dip spm 封装封装 (spm2) 600v / 15a 75a mini-dip spm 封装封装(spm3) 600v / 3a 30a tiny-sip spm 封装封装 (spm5) 500v / 1a, 3a 250v / 3a 泵 mini-dip spm 封装封装 (spm45h) 600v / 5a 15a (*20a型款开发中) 热泵 16 我们有什么产品？/ 它们用在哪里?我们有什么产品？/ 它们用在哪里? tiny-dip 0.1kw dip 5kw large-dip 10kw 我们有: 我们有: motion-spmtm产品产品 (10w 10,000w 解决方案)解决方案) motion-spmtm产品 用于: 产品 用于: 房间空调, 系统空调 热泵 冰箱 洗衣机 洗碗机 真空吸尘器 循环泵 电动工具 缝纫机 纺织机械 工业变频器 房间空调, 系统空调 热泵 冰箱 洗衣机 洗碗机 真空吸尘器 循环泵 电动工具 缝纫机 纺织机械 工业变频器 bldc风扇马达驱动风扇马达驱动 压缩机驱动压缩机驱动 底部 隐藏于散热器下 隐藏于散热器下 底部 隐藏于散热器下 隐藏于散热器下 mini-dip 1.5kw mini-dip 2.2kw 17 motion-spmtm产品系列(1)产品系列(1) 60x3160x3144x26.844x26.839x23 封装封装 dip spm 陶瓷基板封装陶瓷基板封装 dip spm dbc基板封装基板封装 mini-dip spm 全模成型（全模成型（full- mold）封装）封装 mini-dip spm dbc基板封装基板封装 mini-dip spm 陶瓷基板封装陶瓷基板封装 系列系列 dip spm封装封装 600v-1030a fsam10sm60a fsam10sh60a fsam15sm60a fsam15sh60a fsam20sm60a fsam20sh60a fsam30sm60a fsam30sh60a dip spm封装封装 600v-50,75a fsam50sm60a fsam75sm60a mini-dip spm 封装封装 600v-315a fsbf3ch60b fsbf5ch60b fsbf10ch60bt fsbf10ch60b fsbf15ch60bt mini-dip spm 封装封装 600v-1530a fsbb15ch60bt fsbb15ch60c fsbb20ch60ct fsbb20ch60c fsbb30ch60c mini-dip spm封装封装 600v-515a (*20a) fna40560, fnb40560 fna40860 fna41060, fnb41060 fna41560, fnb41560 *fnc42060 : 开发中 特性特性 三相变频器模块(igbt) 可调短路电流保护，使用低边sense-igbt 相同封装尺寸和宽额定功率范围(高达7.5kw) 高功率密度, 高耐用性 内置ntc热敏电阻 低边开路发射极，用于低成本电流感测 保护功能：scp, uvlo, otp* 三相变频器模块(igbt) 相同封装尺寸和宽范围额定功率(高达 3kw)，并在z字形引脚结构下，获得较大的 引脚至引脚间隔 高功率密度，高耐用性 内置自举二极管 低边开路发射极，用于低成本电流感测 保护功能：scp, uvlo 三相变频器模块(igbt) 小型封装尺寸和宽额定功率范围(高达 2kw) 低待机电流 高功率密度，高耐用性 内置自举二极管和ntc热敏电阻 低边开路发射极，用于低成本电流感 测 保护功能： scp, uvlo, otp* *通过通过ntc热敏电阻热敏电阻 18 motion-spmtm产品系列产品系列 (2) 29x1229x1229x1290x55 封装封装 tiny-dip spm smd封装封装 tiny-dip spm dip封装封装 tiny-dip spm 双双dip封装封装 large-dip spm dbc基板封装基板封装 系列系列 tiny-dip spm 封装封装(smd) 500v额定电压额定电压 fsb50250s fsb50450s fsb50250us fsb50450us fsb50550us 250v 额定电压额定电压 fsb50325s fsb50825us tiny-dip spm 封装封装 (dip) 500v额定电压额定电压 fsb50250 fsb50450 fsb50550u fsb05250ud fsb50450ud tiny-dip spm 封装封装 (双双dip) 500v额定电压额定电压 fsb50550t fsb05250utd fsb50550utd 250v 额定电压额定电压 fsb50325t spim-inv 600v-50a fssn50ch60 特性特性 三相变频器模块(mosfet) 额定功率：达到0.2kw 相比小型封装产品，具有高功率密度 高耐用性(开关和短路) 低传导和辐射emi (缓慢的 dv/dt & di/dt) 保护功能：带有uvlo的hvic 三相变频器模块(igbt) 高功率密度，小型移模（transfer-molded）dbc封装 dbc基片带来的良好的热性能 内置ntc热敏电阻 低边开路发射极，用于低成本电流感测 保护功能： scp, uvlo, otp* *通过通过ntc热敏电阻热敏电阻 19 pfc-spm 产品系列产品系列(1) 44x26.844x26.8 封装封装 mini-dip spm dbc基板封装基板封装 mini-dip spm dbc基板封装基板封装 系列系列 bst-pfcm 600v-20a, 30a fpab20bh60b fpab30bh60b bdl-pfcm 600v-40/60a fpdb40ph60b fpdb60ph60b 特性特性 功率因数校正模块 额定功率：高达3kw 拓扑；传统提升-pfc dbc、陶瓷基板带来的良好热性能 集成保护功能：scp(ocp), uvlo, otp* 功率因数校正模块 额定功率：高达5kw 拓扑；无桥pfc 由dbc、陶瓷基板带来的良好热性能 集成保护功能：scp(ocp), uvlo, otp* *通过通过ntc热敏电阻热敏电阻 20 第四部分 第四部分 mini-dip spm产品产品 21 mini-dip spm产品产品(1) 简介简介 ? 产品系列产品系列: ? v1 mini-dip spm 产品产品 fna40560, fna40860, fna41060, fna41560 fnb40560, fnb41060, fnb41560 ? v2 fnc42060 (600v/20a型款在开发中型款在开发中) ? 封装封装: 移模封装移模封装(陶瓷基板类型陶瓷基板类型) ? 主要应用主要应用: ? 消费类电器变频器消费类电器变频器 (低功率空调，洗衣机，冰箱等低功率空调，洗衣机，冰箱等) ? 低功率工业变频器低功率工业变频器 (工业变频器工业变频器, 水泵，跑步机，缝纫机，门控制器等水泵，跑步机，缝纫机，门控制器等) ? 特点特点: ? 更小的封装尺寸更小的封装尺寸(相比相比mini-dip spm 产品，缩小产品，缩小 44%) ? 集成保护功能集成保护功能: scp(ocp), uvlo, 通过通过ntc热敏 电阻实现 热敏 电阻实现otp保护保护 ? 相同冲模尺寸下具有更高的功率密度相同冲模尺寸下具有更高的功率密度 -更高的短路稳健性更高的短路稳健性 ? 内置自举二极管，内置自举二极管，ntc热敏电阻热敏电阻 ? 用于低成本电流感测的用于低成本电流感测的3-n终端终端 com vcc in(ul) in(vl) in(wl) vfo csc out(wl) out(vl) out(ul) (9) nw (8) nv (7) nu (23) vs(v) (26) vb(u) (19) in(vh) (22) vb(w) (10) csc (11) vfo (14) in(ul) (13) in(vl) (12) in(wl) (15) com uvs uvb out(uh) uvs wvs out(wh) com vcc out(vh) in(uh) vvs in(vh) (25) vs(u) (24) vb(v) (21) vs(w) (20) in(uh) (18) in(wh) (17) vcc(h) (1) vth (2) rth vvs vvb wvs wvb in(wh) (16) vcc(l) (6) w (5) v (4) u (3) p ntc 22 mini-dip spm封装封装(2) 封装结构封装结构 mini-dip spm 封装纵向结构封装纵向结构 mini-dip spm 封装内部结构封装内部结构 lvichvic 6个个igbt6个个frd ntc 3个个b/d 铜线铝线引线框 陶瓷(绝缘材料) 粘合剂 环氧树脂 铜线铝线引线框 陶瓷(绝缘材料) 粘合剂 环氧树脂 23 第五部分 运动控制设计工具 第五部分 运动控制设计工具 24 运动控制设计工具运动控制设计工具(1) 3. 点击 “运动控制”3. 点击 “运动控制” 2. 选择 “设计工具”2. 选择 “设计工具” 1. 选择 “设计支持”1. 选择 “设计支持” 25 运动控制设计工具运动控制设计工具(2) 1. 点击 “启用运动控制设计工具”1. 点击 “启用运动控制设计工具” 1. 填入您的电子邮件地址和密码 2. 点击“提交” 1. 填入您的电子邮件地址和密码 2. 点击“提交” 2. 如没有注册，请按以下步骤操作2. 如没有注册，请按以下步骤操作 26 运动控制设计工具运动控制设计工具(3) ? 可以看到功率损耗模拟结果及图形1至图 形8 可以看到功率损耗模拟结果及图形1至图 形8 1. 点击“评估”1. 点击“评估” 1. 在绿框内填入15项1. 在绿框内填入15项 27 结论结论 ? 能源法规正在全球范围推动节能活动，对于马达驱动家用电器， 变频技术是实现高能效的合适的解决方案。因此， 能源法规正在全球范围推动节能活动，对于马达驱动家用电器， 变频技术是实现高能效的合适的解决方案。因此，motion- spmtm 产品是实现变频家用电器的产品是实现变频家用电器的最佳路径。最佳路径。 ? motion-spmtm的优势如下的优势如下 设计和开发设计和开发 ? 节省空间节省空间 ? 紧凑设计紧凑设计 ? 更易于满足能效和更易于满足能效和emi法法规规 ? 节省开