在過去一個世紀(jì)，電作為工業(yè)革命的動力，在生產(chǎn)、生活中得到方便的使用。全世界人們都依賴它，并以此獲得更好的生活水準(zhǔn)。在亞洲，電能管理同樣扮演著重要角色。預(yù)計未來20年，亞洲發(fā)展中國家的用電量將大幅增加，而中國是本地區(qū)最大的用戶。由于中國能源生產(chǎn)的短缺和不均衡，已連續(xù)幾年出現(xiàn)“電荒”現(xiàn)象，從2000年到2004年上半年，中國已有24個省市拉閘限電，包括中西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)。初步測算，5年“電荒”造成國民經(jīng)濟損失超過1萬億人民幣。為解決“電荒”問題，中國政府也頒布了一些法令以提高能效。

圖1：a:混和模式控制IC；b: 電機控制引擎MCE；
c: 模擬信號引擎ASE；d:功率硅器件IGBT面積縮減趨勢。

        在中國，50%以上的電能用于電機驅(qū)動，具體包括工廠的皮帶傳輸、家庭冰箱、洗衣機、空調(diào)、水泵和風(fēng)機。如果節(jié)能電機和電機調(diào)速能普及使用，則可幫助中國乃至全球節(jié)省10%能耗。當(dāng)然，如果為節(jié)約10%能量而增加太多成本，是沒有意義的。本文要討論的就是如何在不增加電機系統(tǒng)成本的前提下實現(xiàn)節(jié)能。

        為實現(xiàn)電機系統(tǒng)的節(jié)能，必須考察整個系統(tǒng)，包括電路、電機、機械結(jié)構(gòu)和其他部分。下面以洗衣機為例說明。

        IR已開發(fā)出一個完整的集成設(shè)計平臺iMOTION（圖2），使電機調(diào)速的成本可以被消費者接受。它包括高性能數(shù)字IC、高電壓模擬IC、創(chuàng)新的功率器件和封裝、新型電機，以及革新的機械結(jié)構(gòu)。上述各部分結(jié)合起來，為消費者提供了性能更好、可靠性更高的方案，而且無需增加成本。下面首先介紹iMOTION的各部分，然后將其放在一個系統(tǒng)中，考察未來幾年內(nèi)洗衣機的發(fā)展趨勢。

        數(shù)字器件。IR創(chuàng)造了新的混和模式控制 IC（圖1a），它包括3個基本功能模塊。以33mips 8051為核心的微處理器MCU、革命性的電機控制引擎MCE，以及實現(xiàn)與外部聯(lián)系的模擬信號引擎ASE。

圖：在中國超過50%的電能用于電機驅(qū)動。

        其中，電機控制引擎MCE（圖1b）包括用硬件和獨特外設(shè)實現(xiàn)的一系列控制單元（如空間矢量脈寬調(diào)制）�？刂扑惴ㄍㄟ^連接控制單元實現(xiàn)實時配置，可以控制表面永磁轉(zhuǎn)子或內(nèi)嵌永磁轉(zhuǎn)子交流電機，也可以控制其它類型電機。永磁交流電機的無傳感器正弦驅(qū)動是該電機控制引擎的獨特功能。它只需極短時間就可實現(xiàn)完整的閉環(huán)控制算法。而運算速度將直接影響系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、速度的動態(tài)性能，閉環(huán)電流控制的更新速率越快，轉(zhuǎn)矩控制的帶寬就越寬。也就是說，能用更小的電機實現(xiàn)相同功能，或用同樣電流在現(xiàn)有電機上實現(xiàn)更大轉(zhuǎn)矩。

        模擬信號引擎ASE（圖1c）集成了電機控制應(yīng)用中的信號處理電路，省去了外置的電壓、電流或其他傳感器信號放大器，采用一種獨特的單電流檢測和反饋電路代替3電流或相電流檢測來實現(xiàn)磁場定向控制。

        幾乎所有電機驅(qū)動的逆變輸出級都采用橋式功率電路。功率電路的柵極驅(qū)動和電流檢測都需要懸浮電路，能承受直流母線電壓的偏置。輸出橋式電路在脈寬調(diào)制方式下工作時，有很高的dv/dt和 di/dt。傳統(tǒng)的光耦和脈沖變壓器耦合技術(shù)已被高壓集成電路HVIC所代替。它在一個器件上包含了5伏數(shù)字CMOS、20V模擬biCMOS、高電壓電平轉(zhuǎn)換和懸浮偏置電路。這里所謂高壓，可以是汽車電機驅(qū)動的100V、民用的600V、工業(yè)電機驅(qū)動的1200V。未來，所有模擬電路將被集成到使用HVIC技術(shù)的單個芯片中，具備柵極驅(qū)動、電流檢測、偏置控制等一系列功能。目前IR2136已成為業(yè)界最流行的3相高壓柵極驅(qū)動電路，很快IR將推出IR2136D，在完全兼容IR2136的基礎(chǔ)上，增加了自舉二極管、改善了瞬態(tài)響應(yīng)。下半年IR還將推出一種混合信號芯片，包括3相柵極驅(qū)動、接地保護、功率因數(shù)校正，以及整個電路的電源控制。

圖2、3、4。

        如圖1d所示為功率硅器件IGBT的發(fā)展趨勢。家電和工業(yè)應(yīng)用功率器件600V和1200V IGBT的發(fā)展經(jīng)歷了從穿通型到薄片、非穿通型、超薄