直流變頻空調(diào)將風行，BLDC驅(qū)動器件市場前景看漲

在全球能源危機的基調(diào)下，空調(diào)能效備受關(guān)注。2008年中國生產(chǎn)的9000多萬臺空調(diào)，其中過半產(chǎn)品在大陸銷售。中國每年新裝空調(diào)容量早已超過三峽大壩的總裝機量；在上海等沿海大城市，夏天用電高峰時空調(diào)所耗電量超過了總負荷的40%。因此，新的國家空調(diào)能效標準于2009年初出臺，對空調(diào)的能耗進行限制。其中，新標準將空調(diào)能效比(EER, Energy Efficiency Ratio)作為節(jié)能基準，它等于制冷或制熱量功率與輸入功率之比，EER比值越大，表示空調(diào)的效率越高，因此也就越節(jié)能(參見表1)。

強制法規(guī)的出臺使得定速空調(diào)生存空間受壓，不得不進行庫存處理低價拋售的同時，也吹響了變頻空調(diào)(inverter air-conditioner)爆炸性擴張的集結(jié)號。2007年，中國生產(chǎn)的變頻空調(diào)還占總產(chǎn)量的7%，而當前市面上，海信、美的、格力、海爾等主流品牌的變頻空調(diào)已是"亂花漸欲迷人眼"。

由于日本空調(diào)技術(shù)發(fā)展較快，日本半導體廠商在本土頂尖空調(diào)生產(chǎn)商的技術(shù)交流過程中積累了大量的know-how。而直流變頻較其他驅(qū)動形式來得復雜，BLDC驅(qū)動必須與電機相匹配。中國市場當前的主要空調(diào)變頻器件供應商有日本瑞薩、三洋、東芝、三菱重工、NEC和TI、IR等。同時，相對交流電機的AC驅(qū)動，BLDC電機驅(qū)動技術(shù)具有高效率、低噪音和低振動的優(yōu)勢。未來幾年直流變頻技術(shù)也必將在中國家用空調(diào)市場普及，推高中國的BLDC(直流無刷電機)半導體驅(qū)動器件市場需求。其中，180度正弦波直流驅(qū)動技術(shù)也有逐漸成為主流技術(shù)之勢態(tài)?！?BR>
圖1：三相BLDC電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖。圖片來源：ROHM半導體

從圖1的BLDC電機驅(qū)動示意圖可以看出，控制和功率器件為主要的半導體器件成本所在。其中，控制器件選擇主要有通用的MCU和定制的控制邏輯芯片兩種，功率部分則可根據(jù)逆變應用不同而選擇IGBT或MOSFET。

面對龐大的市場，另一日本半導體巨頭ROHM(羅姆)半導體也開始發(fā)力直流變頻空調(diào)用半導體器件市場。在不久前舉辦的“中國小電機技術(shù)研討會暨展覽會”上，ROHM半導體展示了其在電機驅(qū)動領(lǐng)域的眾多半導體器件與解決方案。

該公司LSI開發(fā)本部的大谷憲司表示：“直流變頻驅(qū)動是節(jié)能空調(diào)的趨勢，ROHM半導體對高速發(fā)展的中國家電市場尤為重視，同時也認為目前是切入直流變頻驅(qū)動市場的好時機?！倍鳵OHM半導體面向直流變頻空調(diào)的風扇控制芯片可以以定制或通用的控制邏輯芯片形式提供，驅(qū)動算法全部由芯片處理，簡化了設(shè)計難度和加速產(chǎn)品上市。

圖2：SPM(表面永磁電機)的電壓-電流矢量圖。

據(jù)介紹，通過使SPM內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子型BLDC電機的反電動勢Ea矢量和電流Ia矢量方向一致，可以獲得高效的驅(qū)動(見圖2)。因此，ROHM半導體推出了空調(diào)BLDC電機使用的三相無刷直流電機控制器BD6209FS。該芯片內(nèi)置了180度正弦波驅(qū)動、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)功能、同步整流、以及0至60度的Ea和Ia相位控制，同時也支持OCP、OVP、TSD和UV四種保護電路。

在空調(diào)風扇變頻的功率器件方面，基于IGBT在大電流(大負荷)時的低導通電阻特性，在高功率應用下可考慮選用IGBT，而在空調(diào)運轉(zhuǎn)速度不變時，由于電流低，則選用MOSFET為佳。ROHM的高耐壓產(chǎn)品――PrestoMOS，據(jù)稱是全球首款通過在局部形成陷阱能級的超結(jié)(Supper Junction)MOSFET，它的反向恢復時間trr縮短到只有70ns，而這對于超結(jié)功率器件的結(jié)構(gòu)和制造工藝都是相對困難的。加上超結(jié)功率器件固有的開關(guān)速度快、快速trr和導通電阻低的特性，該器件無需接入FRD(快速恢復二極管)就可以應用于高壓變頻電路。

大谷憲司強調(diào)：“中國的無刷直流電機設(shè)計才剛剛開始，中國工程師在相關(guān)的電機構(gòu)造、回路設(shè)計方法等基本知識方面經(jīng)驗不足，僅僅提供半導體器件，市場開發(fā)是不可能有進展的。而為了進一步降低成本和簡化客戶設(shè)計，ROHM半導體將會推出基于BD62xx系列控制芯片、柵極驅(qū)動和功率器件的單芯片驅(qū)動模塊，預計2010年將會提供樣片。”

另據(jù)大谷憲司透露，在空調(diào)壓縮機應用領(lǐng)域，ROHM半導體正聯(lián)合其不久前收購的OKI半導體導入相關(guān)半導體驅(qū)動方案。這是一款無傳感器的驅(qū)動方案，預計2011年可以提供樣片。其中ROHM半導體正為此開發(fā)SiC工藝的高功率模塊，包括開關(guān)損耗更低和溫度特性更穩(wěn)定的SiC MOSFET和大電流SiC肖特基二極管，而OKI半導體則負責開發(fā)矢量控制的MCU。