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家電智能化與變頻化加深,國產替代正當時
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家電智能化與變頻化加深,國產替代正當時

2021-12-08 16:41:28 來源:半導體器件應用網 點擊:3085

【嗶哥嗶特導讀】目前,家電的智能化和變頻化的程度逐漸加深,國產芯片在當前國產替代趨勢下將迎來發展機遇。

2021年11月11日,2021’(合肥)家電電源與智能控制技術研討會在合肥富力威斯汀酒店圓滿結束。針對本次研討會圍繞的家電智能控制技術和變頻控制技術等方案話題,半導體器件應用網記者邀請到了航順芯片產品經理陳水平、極海半導體產品經理許沁和靈動微電子電機事業部市場經理胡力興,就目前家電芯片技術難點、智能控制、能效提升等問題展開探討。

家電智能化與變頻化加深,國產替代正當時

家電智能化與變頻化加深,國產替代正當時

家電芯片面臨的技術挑戰

目前國家實施碳達峰碳中和目標,變頻家電可以大幅降低家電能耗,節約電力的開銷,對未來的雙碳目標會有很大的幫助。

胡力興表示:“目前變頻家電的滲透率提高,國內空調的滲透率達到86%,并每年以15%的速度增長;變頻的冰箱、洗衣機也在以百分之八、九的速度增長,變頻家電是未來的大趨勢。MCU作為家電的主控芯片,如何做到更高可靠性,實現電機控制更好的性能效率,是家電未來的一個大方向,也是靈動微電子目前投入人力、資源的地方。”

目前家電的細化領域較多,各個領域的主控芯片的功能都會有區別。如果芯片要兼容多種細分領域的應用,那么對芯片的整體設計有一定的要求。航順芯片主要產品以MCU主控芯片為主。針對每一個領域提出專用的芯片,是航順芯片作為一家MCU廠商在家電行業的產品規劃。

陳水平認為,家電芯片高度集成化,會大大降低產品的復雜程度,減少家電工程師的設計時間和成本。隨著大功率的應用,可能會給家電芯片帶來散熱、可靠性等問題。因此如何調整家電芯片集成化,便捷化,同時考慮功耗和可行性,成為目前家電芯片存在的挑戰。

許沁認為:“目前家電MCU主控芯片和變頻驅動芯片主要的技術挑戰還是在于智能的控制和變頻能效的提升。能效的提升是永無止境的,因為沒有辦法達到100%,但家電能效提升對全球能源消耗具有重要的意義。”

針對目前家電智能化和變頻化所帶來的技術挑戰,航順芯片的創新方案主要是把可靠性的東西集成在MCU里,比如電機的算法,將電機驅動部分加到MCU里,大大減少外圍的應用電路。相信后期隨著整個家電芯片發展,國產芯片有機會做更好的整合。

據了解,對于家電創新性方面,極海在算法上投入了大量的人力、物力。從今年上半年開始,極海已經正式立項投資,與浙江大學、鄭州大學,蘭州大學等高校聯合開發算法,預計在12月份會有第一個版本的算法庫釋放,將會是行業領先的算法,進一步優化家電效率。

32位MCU在家電市場的優勢

8位MCU運算速度有限,通常是做比較簡單的控制。16位MCU可以做通訊功能,但是與32位MCU相比,成本和性能優勢并不明顯。從整體架構來說,32位MCU的產品性能,更符合智能家電、家居等領域的應用,目前ARM公司在生態體系和產品的成熟度上進行投入優化,成本逐漸降低。

陳水平認為:“32位MCU以前產品比較單一,目前隨著智能化的進程,現在很多家電越來越復雜,功能也越來越多。我覺得后續32位MCU的市場還是非常大的,基本上會切換到32位MCU。”

許沁表示:“家電智能化和電機能效這兩部分是我們未來的發展愿景。不管MCU怎么智能化,還是要提高效率,同時對于軟件的算力都有更高的要求,所以32位MCU一定是未來發展的方向。”

據了解,目前32位MCU已廣泛應用在電風扇、咖啡機、豆漿機、冰箱、空調等智能家電,掃地機、吸塵器等智能家居產品,以及智慧家庭的智能門鎖等細分產品。

家電智能化與變頻化加深,國產替代正當時

靈動微電子吸塵器應用方案

如何提高電機能效等級,降低成本?

總體來講,電機能效等級主要涉及兩方面。一個是芯片的功耗,雖然MCU的功耗不會太大,但是對于類似冰箱等需要長期插電的家電會有一些損耗,因此需要把家電芯片工藝調得更優化,使功耗更低。另一方面是算法,因為算法的提升對功耗的降低也有非常大的幫助。

雖然電機控制的能效等級不完全是由芯片完成,但電機控制作為一套整體系統,能效提升源于電機本身的改進,目前BLDC電機技術可以實現降低能耗,提高家電電機的效率。

陳水平對此表示:“針對BLDC應用,我們會把家電芯片功能集成化,通過控制板高度集成化,減少外圍電路的功耗,不用外掛其他的外圍芯片,減少功耗,同時也會從電機的算法和硬件等方面提高家電電機的能效。”

隨著家電電機能效的提高,家電的制造整體成本可能也會相應提高,那么兩者之間如何達到平衡?

陳水平認為,電機在制造上可能會增加家電成本,但是家電能效等級提高后,電機使用壽命明顯增長,使用過程當中會降低家電用戶成本。此外,如果家電MCU集成度提高,外圍器件減少,整個PCB板的成本就會減少。因此,要想在提供電機能效的同時,又要控制成本,那么需要綜合考慮家電芯片集成化,提高整體的PCB板以及怎么優化家電電機等方面的因素。

許沁則認為:“綜合來看,我認為首先更應該關注如何幫助家電客戶提升能效,其次是提升產品的性能。能效更低,家電會更省電。對于中間的家電整機廠商客戶來說,如果能夠幫助終端的用戶節省用電成本,那么家電的售價也可以提高,這樣芯片成本付出其實是無關緊要的。”

“作為一個控制單元,MCU的成本在整個家電電機系統里并不是最主要的。電機里基本上是磁材料,如果成本能夠降低,主要在于電機磁材成本。但MCU的算法可以把家電電機控制得更平穩,使得家電客戶用到更小的電容,可以降低相對成本。”胡力興表示。

進入第四季度,家電市場供應相對平穩

縱觀2021年全年,目前已經進入第四季度。國產芯片正在慢慢地進行替代,32位MCU也在逐漸走進家電市場,但目前還是有缺貨的情況。隨著國家相關部門的投入,我們認為缺貨只是暫時的情況,預計家電芯片供貨緊缺的局面在未來半年之內會得到緩解。

由于明年下半年庫存的產能釋放出來,明年一季度產能還是會有點緊缺,家電廠商會儲備相應品牌庫存,整體來說家電芯片價格波動不大。陳水平補充表示:“家電芯片價格波動也取決于晶圓廠和封裝廠市場,因為我們處于設計環節,我們的價格也是取決于上游的原材料,所以價格會目前來說已經漲了幾波,可能后期漲價會平緩一點,沒那么快,或者后期會有穩重待降的可能。我們目前產能已經在大幅緩解,相信明年年初可以大批量量產。目前交期一般都是4~6周,一般的常用料都有庫存。”

據許沁透露,目前極海市場端的家電芯片產品售價也比較穩定,主要系公司的管控力度相對較大,會與代理商去對真實的出貨價格,保證客戶拿到的產品不是一個偏離市場預期的價格。

胡力興告訴記者:“目前來說,靈動微電子產能供應還是正常的,因為我們也在逐步把芯片升級換代,未來產品用更好的工藝,比如12寸的晶圓。目前交期是按20周計,具體還是要聯系當地的銷售同事進行溝通。”

國產替代下,看好合肥家電市場

目前國產芯片尤其是MCU在國內整個市場來說,占比還是非常低。國內家電行業內,還是小家電芯片較多,大家電基本上以進口芯片為主。隨著家電智能化和變頻化發展,家電芯片市場有望持續增長,為國內急需補上短板。

胡力興表示,未來家電領域的大方向肯定是國產芯片占更大的優勢,而且做得越來越好。因為國產芯片各種門類非常齊全,而且一旦做東西,都是能夠從廣往深了做。相信未來家電會做得很好,并且非常有特色。

家電智能化與變頻化加深,國產替代正當時

在國內重要家電生產基地中,合肥家電市場早已引起行業人士關注。此前,合肥市政府積極招商引資,引進了家電行業的美的、美菱等國內知名家電廠商,并有很多家電企業部門的產業鏈及其產業配套的生產廠家,形成了家電基地非常重要的既有優勢。許沁認為,除了中國廣東順德以外,合肥將會成為一個非常重要的家電生產基地。

陳水平表示,由于很多家電類產品的特殊性,功能比較復雜,國內家電企業會有顧慮國產芯片可能在質量或穩定上面可能不如國外或臺灣芯片。合肥家電市場可能需要多方面的努力,包括媒體多舉辦一些活動,讓更多的家電用戶相信好的國產芯片能夠用進來。

他還認為:“后續國產芯片一定會在家電方面做更深的投入,加大芯片的研發力度,把芯片做的更質量更好。因為家電行業的芯片比普通消費電子芯片的要求高,要得到客戶的認可,需要投入更多的精力和資金。家電方面,很多MCU廠商會做產品的升級迭代,這也是我們未來要做的事情。我也比較看好合肥家電市場。”

結語

目前MCU主控芯片和變頻驅動芯片作為智能家電的核心元器件,雖然在高可靠性、性能提升等方面仍然存在調整,但是隨著芯片智能化、變頻化程度的提高,國產芯片將受到進一步的研發、創新,相信在國產替代的進程中取得更大進步和突破。其中,合肥家電基地或將成為國內重要的家電應用市場。未來,家電芯片的高集成度、高可靠性、低成本趨勢也將會更加明顯。

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