清洁低碳供暖需要电力电子装置

英国政府最近宣布的房屋供暖战略(Heat and Buildings Strategy)的目标是，到2028年安装60万台热泵。为了实现这一目标，政府从2022年4月开始提供5000英镑（6636美元）的补贴，以鼓励房主安装更高效、低碳的供暖系统，如热泵。这些补贴旨在将热泵的成本提高到与传统燃气锅炉供暖相同的水平，并将通过一项新的4.5亿英镑（5.79亿美元）、为期3年的锅炉升级计划提供。

根据英国可再生能源中心的数据，通常安装一台热泵的成本从8000英镑（10600美元）到14000英镑（18580美元）不等，5000英镑的补贴并不是一笔小数目。与燃气锅炉相比，热泵可节省高达52%的运营成本，从而缩短新装热泵的投资回报时间（数据同样来自英国可再生能源中心）。房屋供暖是英国最大的碳排放源之一，占总量的21%。预计低碳供暖解决方案将成为英国实现其到2050年净零碳排放承诺的关键。

当用于房屋供暖时，热泵比简单的电阻加热器更节能，而且热泵的碳足迹比燃烧天然气等化石燃料的系统要小。热泵的有效性源于这样一个事实，即传输给定量的热量所需的功远远小于所传输的热量。借助更高效的电力电子装置，可以进一步减少传输给定量的热量所需的功，从而提高热泵的效率，使其更加环保且碳排放量更低。

低碳和高效的供暖系统（如热泵）预计不会更贵，而且可能很快就会比燃气锅炉的购买和运行成本更低。新计划的目标之一是在三年内（到2025年）将热泵的成本降低四分之一到一半。技术和设计的改进以及伴随着市场扩张而带来的更高产量，预计将成为热泵成本降低的主要驱动力。

热泵依靠永磁(PM)或无刷直流(BLDC)电机来驱动压缩机和冷凝器风扇。这些电机需要电子驱动系统。驱动电机的电力电子装置的改进将有助于降低热泵的成本。拥有高效且高性价比的电机驱动设计对于在快速扩张的热泵市场取得成功是必要的，但这还不够。最初的目标设定为3年的期限，使上市时间至少与出色的设计一样重要。缩短几周的设计周期可以在市场份额方面带来很大的不同。

使用集成功率模块有助于缩短开发时间并减少元件数量。但热泵电机驱动系统还包括传感器和软件。为了最大限度地减少元件数量，以最快的速度进入市场，设计时可使用集成电机驱动IC，这些IC可直接与各种传感器连接，其内置的软件可实现恒速和恒扭矩工作，并且符合所有必要的国际安规和性能标准，包括IEC 60335和60730。

政府致力于与行业合作，以帮助实现到2030年热泵的购买和运行成本与化石燃料锅炉相同的目标，随着市场的扩大和技术的进步，预计到2025年成本将大幅下降。这将为政府的新目标提供支持，即到2035年英国家庭安装的所有供暖系统都将使用低碳技术，如热泵。

结论

在房屋供暖战略的指引下，英国政府制定了激励人们安装热泵等清洁低碳供暖系统的计划，同时也激励热泵制造商快速开发效率更高、成本最高可降低50%的创新设计。先进、高度集成的电机驱动IC将是实现这一目标的核心技术。如果该战略取得成功，将会有超过50万台热泵得以安装，大大减少英国对不稳定的全球能源价格和对化石燃料的依赖，并在2035年前新增多达24万个就业机会。Power Integrations提供了许多解决这些问题的参考设计，其中包括：

• RDR-851 - 这是一款使用BridgeSwitch IC (BRD1260C) 设计而成的适用于风扇无刷直流电机的50W三相逆变器；
• RDR-852 - 这是一款适用于高压无刷直流电机驱动的200W三相逆变器，使用BridgeSwitch IC (BRD1263C) 和Power Integration的LinkSwitch-TN2 (LNK3204D) 设计而成，并且采用磁场定向控制(FOC)方法；
• RDR-853 - 这是一款适用于高压无刷直流电机驱动、具有高温升性能的300W三相逆变器，使用BridgeSwitch IC (BRD1265C) 和Power Integration的LinkSwitch-TN2 (LNK3204D) 设计而成，并且采用磁场定向控制(FOC)方法

参考文献

英国可再生能源中心： https://www.renewableenergyhub.co.uk/main/heat-pumps-information/air-source-heat-pump-cost/

英国政府推动降低清洁热能成本的计划： https://www.gov.uk/government/news/plan-to-drive-down-the-cost-of-clean-heat