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对话|半导体器件在家电控制器中的应用趋势
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对话|半导体器件在家电控制器中的应用趋势

2022-05-05 17:05:00 来源:半导体器件应用网 点击:1134

【哔哥哔特导读】伴随家电智能化、网联化的推进,半导体器件在家电控制器中的应用将会焕然一新。

编者按:

智能控制器是各类终端的核心组件。随着智能化、网联化趋势的发展,终端功能的不断完善带来更多智能控制器部署的需求。目前大家电转型升级,小家电品类扩张,家电控制器市场稳定。作为智能家居的核心基础,智能控制器功能的不断丰富,可以进一步推升产品价值量,而智能控制器行业规模也将会带动大小家电等终端产品的核心控制组件的需求量持续成长。

特别是在智能家电的发展趋势下,家电控制器上的核心MCU、功率器件等半导体器件会发生哪些变化?对其性能提出了哪方面的要求?国内半导体器件的供应状况如何?本期《对话》栏目针对以上问题,同时邀请到家电行业的半导体器件供应商和整机厂商共同探讨,对目前的家电控制器应用现状及发展趋势进行解读。以下是本次对话的具体问题:

对话问题导览:

1.随着家电智能化的趋势越来越明显,家电控制器对于MCU的性能有什么具体的要求?目前主流的家电控制器主要有哪些技术解决方案?

2.您了解,家电控制器对功率器件的性能提出了哪些具体的要求或挑战?目前主流的家电控制器主要有哪些技术解决方案?

3.家电控制器创新应用体现在哪里?可否谈谈贵司未来技术主攻方向和相关布局?

4.贵司目前在国产替代方面,家电控制器MCU和功率器件渗透率大概是多少?MCU和功率器件要达到上述性能指标要求,您认为国产家电控制器厂商还有哪些方面的提升空间?

5.作为下游厂商,您对半导体器件厂商有何相应的诉求或建议?

6.与家电控制器厂商交流中,产品的送样时间要求更短。贵公司对此是如何应对的?

7.谈谈家电控制器的现状和未来发展趋势。

受访嘉宾:

对话|半导体器件在家电控制器中的应用趋势

1.随着家电智能化的趋势越来越明显,家电控制器对于MCU的性能有什么具体的要求?目前主流的家电控制器主要有哪些技术解决方案?

拓邦股份陈继荃:我觉得家电控制器单颗MCU的性能要求,要视家电的定位和类型、场景而定。可能为了把成本压下来,在某一些场景下会选用多颗低性能的芯片共同完成一件事情;但也可能选用一颗性能很高的芯片完成一站式的解决方案。例如智能马桶、智能冰箱等智能家电类产品计算能力要求比较高,甚至可能会涉及与人交互或带屏,带系统等功能。

贝仕达克卢成登:目前多数家电控制器MCU带射频,带功能整合。主流的家电控制器解决方案主要是近距离或远距离的无线联网。

小华半导体梁少峰:家电智能化对MCU的通讯能力、感知能力、计算能力等性能提出了更高的要求。目前,主流的大小家电控制器主要有FOC变频电机控制、触摸按键控制、无线连接以及声音控制等技术解决方案。

英唐科技李应强:一般来说,家电控制器MCU性能的稳定性肯定第一。其次,功能齐全。第三,价格有竞争力,再者还要能买得到货,供应充足。

东芝黄文源:东芝利用长期积累的经验和卓越的技术,提供具有高质量存储器、高运算速度和低功耗混合信号组成的通用和特定应用的MCU(例如电机控制),以及适用于家用电器、医疗保健设备、加热和冷却系统以及工业设备等应用的封装的丰富外围设备选项。东芝MCU系列之间可以共享软件和电路板设计,并且支持系统到位以促进客户产品和应用程序的开发,从而降低开发成本和缩短开发周期。

除了MCU以外,将复杂的电机控制集成于一块电机驱动IC中可以简化电机控制的开发过程,以应对家电市场不同层级的需求,各种不同应用可以选择各自更为合适的电机驱动IC以优化不同家电的电动机控制系统,此类需求也正在持续增长。

朗特智能崔荡:目前家电控制器较多的方案是加Wi-Fi、蓝牙或带屏的功能,其他智能家电会增加语音功能或语音交互。

瑞德智能蔡工程师:对于智能家电,联网软件在线升级要好。现在家电控制器应该都是Wi-Fi模块做得多一点。如果智能家电的程序想要升级,可以通过Wi-Fi,再升级到主控芯片。

中微半导罗洪健:智能化和节能化将为家电MCU市场带来新增长动力。相较于传统家电,智能家电融合物联网、云计算、大数据等技术,对处理器芯片、传感器芯片、通信连接芯片等芯片产品性能和数量需求迅速提升,未来空间大。速度快、高集成、低功耗并具备高安全性的产品会获得更大的市场空间。

对话|半导体器件在家电控制器中的应用趋势

澎湃微雷江峰:随着家电智能化的发展,人机交互功能需要不断的加强,传统的LED、LCD显示及触摸按键等朝着支持更大显示的TFT转变,需要支持Wi-Fi,需要联网,需要在线及离线语音辨识功能等。目前主流的家电控制器厂商,主要支持的仍是传统的MCU外加模块等方式来解决,如增加Wi-Fi模块、语音识别模块等。由于智能化和联网化的需求,鸿蒙系统应用的到来,伴随而来的将是控制MCU的产品性能大幅提升,8位单片机到32位单片机升级的时代将会接踵而至。

2.家电控制器对功率器件的性能提出了哪些具体的要求或挑战?目前主流的家电控制器主要有哪些技术解决方案?

拓邦股份陈继荃:还是分场景来定。由于我们家电控制器做得更多是使用蓝牙或者Wi-Fi等智能化场景,所以产品要求更多会考虑低功耗和连接稳定性两个方面。

贝仕达克卢成登:功率器件现在是功率密度跟以前不一样。以前很多的插件,现在都朝小型化,贴片化发展。主流的家电控制器一般采用SMT贴片工艺,以前很多功率器件都是插片工艺。

瑞德智能蔡工程师:目前的趋势主要往数量和空间精简化方向走。不少功率器件越做越小,对空间的要求越来越高。

捷捷半导体何建新:结合于捷捷半导体,家电行业的功率器件主要还是超快恢复的二极管和MOS两类。目前外延超快恢复的二极管主要以安世半导体和欧美一线品牌为主,国内功率器件厂商这两年也开始涉足,但是1000V以上的高压器件,国内厂家技术还不太成熟,正处于研发过程。

小家电可能会用到电流小的功率器件,对于捷捷半导体目前没有太多,都是比较通用的,主要是针对大功率的高电压功率器件,它还是有蛮大的市场。

东芝黄文源:双碳目标下,家用电器的能耗指标不断提高,这就要求功率器件的在功能及性能上做相应的配合以降低家用电器的整体功耗。

从技术的角度来说,功率器件在家电产品中的应用主要可以分为以下几种类型:

1)电磁灶具中驱动加热用电磁线圈的分立 IGBT 元件或者智能功率模块:

2)空调器,电冰箱,洗衣机中电机驱动所需的 IGBT/MOSFET 或者智能功率模块:

3)应用于电风扇,洗衣机中电机驱动的三端双向可控硅和交流开关产品。

这些功率器件的应用,可以大大简化产品电路结构,节省外围器件数量,并提高产品性能及可靠性,安全性。近年来各大半导体厂商纷纷推出了家电产品用功率器件,这其中 IGBT 和 IPM 被广泛认可并应用于各类家用电器产品中。

深爱半导体尹逊杰:智能化之后,家电对外围的器件使用会越来越少。目前我们在小家电领域主要集中在电机驱动方面,功率器件的通开关时间要求短,功耗要低。

3.家电控制器创新应用体现在哪里?可否谈谈贵司未来技术主攻方向和相关布局?

和而泰姜西辉:目前家电控制器的创新应用在物联网方面比较多,特别是智能家居。

小华半导体梁少峰:家电控制器创新应用主要体现在变频控制、人机交互、互联互通、多传感器融合、自适应学习等,这也是我司智能控制器未来的主攻和布局方向。

瑞德智能蔡工程师:目前,智能家居结合物联网的趋势比较明显,但应用比例相对较少。

必易微胡燊刚:家电控制器创新应用从其中的电源管理芯片角度来看,主要体现在更低的待机功耗,更高的集成度,更多的功能需求。为进一步在家电领域做精做深,必易微深入电源管理芯片研发,相继布局了AC-DC,电机驱动,DC-DC等多条产品线,为家电控制器提供系统化的电源芯片解决方案。同时,在芯片的高集成度,低待机,无噪音等方面,必易微提供的创新产品,为客户的方案升级提供了更好的选择。

4.目前在国产替代方面,家电控制器MCU和功率器件渗透率大概是多少?MCU和功率器件要达到上述性能指标要求,您认为国产家电控制器厂商还有哪些方面的提升空间?

贝仕达克卢成登:家电控制器MCU和功率器件基本上都是国产的。跟国外相比,国产部分产品有一些差距。但是跟以前来提,差异还是小了很多,基本上还是能用,没什么问题。功耗和效率方面可能还需要进一步的提高,会比较好。

拓邦股份陈继荃:我们优先会考虑国产芯片。第一是由于目前疫情,国外的交期不稳定,而且有延长的趋势。第二是国产芯片成本有优势。第三,国产的可靠性和稳定性已经跟上。在某些场景下,与传统的TI、ADI芯片厂商相比,国产芯片的性能不落下风。

英唐科技李应强:基本上90%的家电控制器MCU和功率器件都是用国产的。性能方面差不多了。特别是小家电类的要求也不是特别高,基本都可以代替。选择供应商资质没有很大要求,基本上能满足性能,供货能供得上,然后价格有优势,都可以。

朗特智能崔荡:已经达到80%-90%的家电控制器MCU和功率器件基本来自国产供应商。跟国外厂商相比,国内供应商的MCU和功率器件关键还是品质问题,可能一批产品中会有一部分产品会出现异常。

瑞德智能蔡工程师:我们公司近两年选用国产的家电控制器MCU和功率器件应该算是比较多了。跟国外的大厂相比,国产的家电控制器MCU和功率器件需要提升的,一个是性能的稳定性,还有一个是调试的便捷性。

5.作为下游厂商,您对半导体器件厂商有何相应的诉求或建议?

贝仕达克卢成登:供应方面还好,因为我们并不是直接跟家电控制器原厂交易,代理商会提供相关的背后服务。

瑞德智能蔡工程师:目前还行。家电控制器MCU和功率器件方面,样品的送样时间可能要快一点。时间就是金钱。

6.与家电控制器厂商交流中,产品的送样时间要求更短。贵公司对此是如何应对的?

小华半导体梁少峰:针对缩短产品的送样时间方面,我司主要通过原厂样片发送和指定线上渠道样片发送相结合的方式,实现样片的快速高效配送。

澎湃微雷江峰:随着家电控制器厂商竞争白热化,产品送样的时间大幅缩减,澎湃微非常注重时效性。首先,在新产品推向市场部分,澎湃微具有非常高效的研发设计团队,可以快速的将客户端的需求转变为产品并推向市场。其次在芯片及工具支持环节,澎湃微具有成成熟的芯片量产测试及工具支持经验,现有的32位产品已经经过大批量的考验。再者在方案支持部分,澎湃微投入了大量的人力着力于电机方案开发,现已完成方波及FOC算法的开发,并已经支持了相应的客户并取得量产。

对话|半导体器件在家电控制器中的应用趋势

7.谈谈家电智能控制器的现状和未来发展趋势。

和而泰姜西辉:家电控制器未来可能会朝着芯片集成化或者使用通用模组方向发展。

贝仕达克卢成登:家电控制器肯定会越来越来越智能化,后面会爆发式增长。每个家庭80%的家电都会是智能的。

小华半导体梁少峰:从智能控制器的位数来看,目前国内家电控制器的主流市场已经从8/16bit MCU成功转型为32bit MCU。未来的趋势主要体现在变频控制、人机交互、互联互通、多传感器融合、自适应学习等方面的性能提升。

英唐科技李应强:就行业来说,智能家电的需求时间长久,不像数码产品一样更新换代迅速。长远来讲,家电控制器的需求巨大。因为每个家庭都需要智能家电,可能100年,甚至200年后还是淘汰不掉。

朗特智能崔荡:我觉得目前油烟机有触摸动作感应还可以。可能我们接触得比较少,主要做咖啡机,但也都用不到这些。

瑞德智能蔡工程师:我觉得一机多功能的智能家电应该会好一点。它的控制器有多种功能呈现,可以替代很多种家电设备,实现一台多用。

捷捷半导体何建新:目前人们的生活水平越来越高,包括华为、小米等厂家都在搭建智能家居的系统平台,只是每一家采用的方案不同。作为半导体功率器件厂家,那也只是配合他们搭建。智能家居无非就是体验感,未来肯定是大趋势。

时恒电子冯昌明:随着智能化发展,家电控制器对电阻产品的安全性、测温的一致性、可靠性等都有要求。电阻、电容也更趋向于小型化和贴片化。目前功率性组合的测温元件都非常小,我们也在研发新的贴装式的功率性热敏电阻。

随着社会进步和科技发展,智能控制器肯定是市场发展的方向,并且随着智能化的应用,家电设备的更新换代都会扩大市场空间。

中微半导罗洪健:家电的发展经历了从最初的简单开关、通电工作,没有智能化显示,仅提供状态标志,到后来加入单片机、加入无线射频产品,通过红外、蓝牙来实现短距离的无线控制,产品的功能和控制逻辑也变得更加的人性化和复杂;再到现在,家电产品通过APP实现远程控制,人机界面也变得越来越丰富多彩。随着物联网的兴起,更多家电能够通过智能网关,实现联动控制、场景化控制。

结语

随着家电智能化程度的提高,控制变得越发复杂,MCU性能被要求高集成,更高算力和更大内存空间,以及低碳战略要求更低的功耗等。同时家电控制器的MCU主流方案中更趋向于搭载自带射频、无线连接、语音交互等模块或功能。家电的能耗指标不断提高,也使得功率器件的在功能及性能上也做出相应的配合以降低家用电器的整体功耗。

采访中发现,得益于成本、性能等优势的日益明显,应用于家电领域的半导体器件基本实现国产替代,为国内的家电控制器厂商提供了稳定的供应基础。伴随智能家电的深入应用以及家电设备的更新迭代,家电控制器的市场空间将被进一步扩大,那么所用到的半导体器件需求也会随之增加。同时伴随AIoT时代的到来,智能家电实现联动控制、人机交互、智能感应等发展趋势也会变得越来越明显,家电控制器应用也会焕然一新。

 

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