變頻家電向高頻化、智能化及綠色化的方向發(fā)展；盡管“專用MCU＋智能功率模塊”是實(shí)現(xiàn)變頻控制的主流解決方案，但下一代變頻家電將趨向采用基于DSP的正弦波變頻控制技術(shù)。

　　目前中國的變頻家電市場還處于萌芽狀態(tài)。以變頻空調(diào)為例，日本市場的比例已超過了90%，而中國還不足10%，普通開關(guān)空調(diào)仍占中國空調(diào)市場的主導(dǎo)地位。較變頻空調(diào)而言，其他變頻家電，如變頻洗衣機(jī)、變頻冰箱等，就更是萌芽的萌芽了。但變頻家電具有省電、噪音低等諸多優(yōu)點(diǎn)，是白色家電產(chǎn)品更新?lián)Q代的發(fā)展方向。

　　像其它消費(fèi)電子產(chǎn)品一樣，白色家電產(chǎn)品的利潤越來越薄。因此，廠商只有提供增值功能，才能獲得較大利潤。變頻控制就是一很好的增值賣點(diǎn)。目前，中國的海爾、海信、格力等家電廠商均推出了自己的變頻空調(diào)產(chǎn)品。
變頻家電的變頻控制主要表現(xiàn)在兩個方面。

　　1啟動時(shí)，電機(jī)或壓縮幾由低頻到高頻逐步提速，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，好處是減小了啟動電流，降低了對電網(wǎng)的沖擊；減少了高啟動電流造成的損耗；減小了啟動噪音。

　　2在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)或壓縮機(jī)以較低頻率工作，從而降低了能耗。

　　從硬件上來看，實(shí)現(xiàn)變頻控制的方法主要由兩種：基于MCU的控制方法；嵌入式DSP控制方法。

　　主流解決方案專用MCU＋智能功率模塊

　　“目前，變頻空調(diào)市場上的流行解決方案以‘專用MCU＋智能功率模塊’為主。” 科菱機(jī)電（上海）有限公司半導(dǎo)體技術(shù)部副經(jīng)理宋高升說，“專用MCU和專用電源模塊的技術(shù)已經(jīng)很成熟，器件成本也低，而且客戶應(yīng)用時(shí)，各大公司可以提供較好的技術(shù)支持。”

　　科菱公司的KL05電控部分包括遙控器、室內(nèi)單元和室外單元3個完整的部分。其中遙控器由三菱電機(jī)的4位MCU（M34551）實(shí)現(xiàn)；室內(nèi)單元由三菱電機(jī)的8位MCU（M37478）控制；室外變頻單元由三菱電機(jī)的16位馬達(dá)控制專用MCU（M37705）控制；變頻器則采用三菱電機(jī)的第三代CTM系列IPM（PMXXCTM060）智能功率模塊。

　　Toshiba推出的變頻空調(diào)解決方案由專用8位MCU（TMP88CX49NF）和智能功率模塊MIG30J501L組成。其專用MCU除集成了10位16通道的A/D轉(zhuǎn)換器、高速PWM、記時(shí)器和8位SIO/I2C串行接口外，集成有可編程馬達(dá)驅(qū)動器（PMD）是它的特色。PMD可實(shí)現(xiàn)DC馬達(dá)控制、AC馬達(dá)控制、位置自動檢測和過電壓保護(hù)功能。

　　基于DSP的解決方案容易實(shí)現(xiàn)高性能及復(fù)雜系統(tǒng)的控制，但是成本高，在空調(diào)界較難推廣。“實(shí)際上，這是一種誤解。”ADI的Daniel Ang說，“單個DSP器件的成本較高，但整個系統(tǒng)成本較低；雖然MCU的器件成本較低，但整個系統(tǒng)成本較高。”

　　ADI的系列嵌入式DSP馬達(dá)控制器包括ADMC326、ADMC328、ADMC331和ADMC401。預(yù)計(jì)采用DSP實(shí)現(xiàn)變頻控制的空調(diào)器將于2000年前后量產(chǎn)。目前，ADI將研發(fā)重點(diǎn)放在縮小器件尺寸上。例如，ADMC326和ADMC328是采用DIP和SOIC封裝的28管腳的器件。此外，開發(fā)3相電感電機(jī)和永磁電機(jī)控制算法也是ADI的研發(fā)重點(diǎn)。

　　“下一代DSP變頻控制器在保持較低系統(tǒng)成本的同時(shí)，將集成更多功能，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級芯片馬達(dá)控制。”ADI的說。

　　“DSP算法復(fù)雜，不易掌握，這限制了它的應(yīng)用。”Toshiba電子亞洲公司工程師鄧少民說，“但下一代變頻家電將采用基于DSP的Sensorless/正弦波變頻控制技術(shù)。與PWM（脈寬調(diào)制）相比，正弦波變頻控制的曲線變化更平穩(wěn)，轉(zhuǎn)換效率更高。”

　　智能功率模塊

　　智能功率模塊是變頻器的核心器件。智能功率模塊一般由IGBT芯片、FWD芯片和控制IC電路組成。

　　由于開關(guān)頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對器件造成的過電壓、過電流毛刺也更大。為提高變頻系統(tǒng)的可靠性，三菱電機(jī)推出了第四代智能電源模塊：ASIPM和DIP-IPM。ASIPM即“用戶專用”IPM，它將一臺變頻器幾乎所有的硬件都集成到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線相連；而DIP-IPM則是針對家電應(yīng)用對功率器件的要求（低成本、小型化、高可靠性、易使用等），在IPM成功的基礎(chǔ)上而開發(fā)的。DIP-IPM的特點(diǎn)包括：內(nèi)置三相交流輸出的IGBT逆變電路；只需一個＋15V的驅(qū)動電源；四種保護(hù)功能；雙列直插封裝；不采用任何光耦直接與單片機(jī)端口耦合，從而省略至少6套隔離電路。1/4開關(guān)頻率可達(dá)到15KHz。DIP-IPM系列中的PS21352（5A/600V）適合于變頻冰箱；PS21353（10A/600V）則適合于變頻洗衣機(jī)；PS21244（15A/600V）和PS21245（20A/600V）適合于變頻空調(diào)。上述新產(chǎn)品目前已經(jīng)在日本變頻家電中得到了廣泛應(yīng)用，預(yù)計(jì)在2001年將會應(yīng)用于中國的變頻家電中。

　　Toshiba也推出了第四代智能功率模塊MIG30J501L。它集成有六塊600V/30A的IGBT芯片，具有過電流保護(hù)、低電壓保護(hù)、高溫保護(hù)等保護(hù)功能。它采用單電源供電、無需光耦驅(qū)動，另外由于采用小電阻檢測OC電流，明顯降低了模塊的功率耗散。

　　解決方案要具有通用性

　　變頻空調(diào)器按照其室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)、室外風(fēng)機(jī)及壓縮機(jī)的類型，可分為3A和3D變頻空調(diào)器。對于室內(nèi)、室外風(fēng)機(jī)和變頻壓縮機(jī)均為交流（AC）形式的變頻空調(diào)器，一般稱之為3A變頻空調(diào)器；而對于室內(nèi)、室外風(fēng)機(jī)和變頻壓縮機(jī)均為三相直流無刷電機(jī)（DCBLM）形式的變頻空調(diào)器，一般稱之為3D變頻空調(diào)器。

　　“3D變頻空調(diào)器不太適合中國市場，一是因?yàn)槠鋬r(jià)位較高，僅物料成本就高于同功率的3A變頻空調(diào)器近300元，不符合目前中國的消費(fèi)水平；二是其開發(fā)難度較大，空調(diào)系統(tǒng)和控制器的配合復(fù)雜度較高。” 科菱公司的宋高升說。
變頻空調(diào)制造商常采用不同類型的壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)以及節(jié)流方式，因此，無論是基于MCU的解決方案，還是基于DSP的解決方案都要具有較好的通用性。例如，KLO5通過在線修改存儲于EEPROM中的V/F曲線，可以適合不同的變頻壓縮機(jī)；KLO5室外PCB預(yù)留了LEV接口，它既能滿足采用雙毛細(xì)管節(jié)流方式的中低檔機(jī)的需求，也能滿足采用電子膨脹閥節(jié)流方式的中機(jī)的需求；KL05室內(nèi)機(jī)軟件對風(fēng)機(jī)的霍爾脈沖反饋采用兼容性設(shè)計(jì)，對于單脈沖、雙脈沖、三脈沖、四脈沖的PG電機(jī)KL05都能適應(yīng)。

　　變頻家電發(fā)展方向

　　變頻家電是多學(xué)科交叉技術(shù)，它的發(fā)展完全依賴于電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展。未來的變頻家電應(yīng)該是朝著高頻化、智能化及綠色化的方向發(fā)展。

　　高頻化：變頻器在驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行中，根據(jù)開關(guān)頻率的不同會產(chǎn)生不同的調(diào)制噪音。由于考慮成本的需要，目前空調(diào)用變頻器普遍采用低速IPM，開關(guān)頻率設(shè)計(jì)在3K左右，會產(chǎn)生調(diào)制噪音，這主要是3K正好處于人耳敏感的聲音頻率范圍。但幸運(yùn)的是空調(diào)的變頻單元安裝在室外，空調(diào)的使用者并無明顯體會。而對于類似變頻冰箱和變頻洗衣機(jī)的家電，必須使用高頻、超靜音變頻。

　　智能化：變頻家電的智能化是建立在數(shù)字化的基礎(chǔ)上的。隨著MCU控制技術(shù)及電力電子器件保護(hù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，變頻器除了應(yīng)具備完善的自診斷、自保護(hù)功能外，還可以在運(yùn)行中在線辨識電機(jī)（壓縮機(jī)）的定子參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視變頻器的直流母線電壓、輸出電流等多種參數(shù)，動態(tài)調(diào)整SPWM的V/F曲線，使壓縮機(jī)始終保持恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。

　　綠色化：綠色家電有兩層含義：是顯著節(jié)電；第二是不對或少對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。事實(shí)上變頻空調(diào)、變頻冰箱和變頻洗衣機(jī)在不斷為人類創(chuàng)造美好生活的同時(shí)，又變成了對電網(wǎng)的污染源，即向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流，使總功率因數(shù)下降，并使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺或尖峰，甚至出現(xiàn)缺角和畸變。消除對電網(wǎng)產(chǎn)生污染的方法是在變頻器中增加功率因數(shù)校正（PFC）功能，三菱電機(jī)為此專門開發(fā)了PMXXAUBW060系列A/F-IPM。A/F-IPM即有源濾波IPM，它通過內(nèi)置的溝槽型IGBT采用PAM控制策略來改善變頻器的輸入電流和電壓波形，使功率因數(shù)提高到99％以上。