消费者如以旧款家电换购新型节能家电时，就能省下最高200元美金。该项计划适用的家电涵盖冰箱、洗衣机、洗碗机、以及暖炉和空调系统等等。家电业者面临的挑战，在于如何提升产品效率，但不增加成本。虽然消费者会较为重视长期使用的成本，他们仍需要政府协助提供折扣价，才愿进行采购。

对于节能家电的制造商而言，他们着重的是像洗衣机及洗碗机中的清洗槽、抽水帮浦，以及冰箱和室内空调用的可变速压缩机等马达控制功能。直到现在，仍有许多家电制造商使用单相交流马达（如交流电感式），而这些高电压马达的速度控制则是靠着电压/回数速度算法。此类型马达只需透过附有定时器功能的嵌入式单芯片微控制器和软件，来驱动交流马达的高电压TRIAC，便可轻易地达到电子式驱动的效果。这些单相马达的效果良好，但是改用三相式交流马达，还可省下可观的能源。

三相式交流马达 节能首选

常见的三相交流马达典型配置有久磁同步马达（Permanent Magnet Synchronous Motors，PMSM）和无刷式直流电（BLDC）两种，两种都不使用电刷（亦即不会有磨损），而其整体的机械结构比起现有的通用感应式马达亦较为简单。一旦数量庞大时，这种特性将可降低机械式马达成本，缺点则是电子式驱动较为复杂，因为它需要更可观的CPU能力和繁复的数字驱动电子线路。即使如此，随着不断地有越来越多小型应用使用它，将可以分担额外成本。由于三相马达控制解决方案具备更佳的能源效益、更为可靠、寿命更长、噪音也更低，因此整体来说消费者仍能从中获益。

《图一 三相马达控制拓朴图》

三相马达控制机通常包含3对辅助式PWMs （脉冲宽度调变）频道，它们负责驱动一对高电压推拉式组态（Push-Pull）的MOSFETs或是IGBT晶体管，以便推动马达中每一相位的线圈。此外，每一相位的电流/电压会以模拟式比较器或是模拟对数字转换器测量，这种方式称为无传感器控制，因为它完全不倚靠速度位置传感器来提供封闭控制循环。当相位因旋转马达所产生磁场、进而在未使用相位出现反电动势，导致无法推动时，这时便可实时比较讯号，以计算速度及位置。在提升能源效益的同时，家电制造商也使用被称为「场向量控制」的先进算法，这是一种数学模型，可预测马达的相位电压及电流。以模型估算的效能会与实际测量值相比，所得出的误差便用来校正PWM驱动。此种马达控制方式需要高效能的CPUs，其MAC指令集需超过30MIPS。

《图二 水量计算方式》

提升用水效率

虽然先进的马达控制可以改善电源效率，家电制造商还有来自于消费者和法规的压力，必须提升用水的效率。在传统的有水式家电设计里，可以先启动帮浦、再测量计算帮浦实际启动的时间，以便算出用水量。由于家中的冷水水压不同，因此这种方式并不精确。有水式家电的设计可以精确测出用水量，误差不超过+/-1mm。经过比较以上两种设计之后，其中之一使用簧片水流侦测器来测量水的流动。簧片水流侦测器非常精确，但是价位高昂。替代方案则是改用空气柱组件链接至洗槽，以及补偿式差异气压传感器，使气压的差异会与水位变动成正比。使用另一个压力感应计来测量负载重量，以一个智能型控制器则可减少低负载的水量，如此便可自动提升一段时间后的用水效率。

此外，家电制造商也设计出更大型的家电，以便提升能源效益，因为这样可以靠单一压缩机冷却较大的空间，也可以用单一马达控制模块驱动洗槽，符合以负载/回数所定义法规的节约效果。虽然增加洗衣机大小并不困难，机体标准尺寸仍有限制，以便安装在厨房中。这里的关键在于洗槽会非常靠近机体外壳，因此洗槽的晃动都会触及机体，引起噪音与震动，甚至造成机体移动，浪费更多能源。家电制造商现在采用了更为复杂的算法、以及加速计之类的智能型传感器，侦测即将发生的晃动，并据以修正马达驱动方式，让洗槽正常旋转。

长久以来家电制造商都在寻求更聪明的家电控制方式，以便提升能源效益，例如连接家电与电表。从短期来说，这样可以让消费者选择合适的运作时间，充分利用供电优惠时段，从长期来说则可让能源业者自动暂停部分设备，以便调度电网因应短期内突然高涨的需求。对于家电制造业者来说，链接的关键问题就是要以何为媒介？是无线（ZigBee

®及<1Ghz、Wifi）、还是有线的电源线调制解调器（PLM）。首先，以有线式PLM来说，优点在于线路架构已经完备，可以在交流主干线上直接进行调变。以往的PLM无法达成有效的通讯，但是如今我们已有较新的协议，噪声过滤效果也更佳，而整合的数据协议也可以侦测及更正错误，让媒介变得更为可靠、适用。

家电是达到智能电网的基本前提

再来就是无线讯号，它也是以现有的空气为媒介。Wifi是一项已趋成熟的协议，在已开发国家的家庭中有很高的占有率，但是能源业者则顾虑到直接链接因特网的安全性，因此倾向于推动独立的家庭网络，以保持隐密。由于传递的数据内容不是控制指令就是状态更新，因此会考虑使用较低的带宽来替代，因为其功率损耗较低之故。IEEE 802.15.4和ZigBee目前似乎较受欢迎，因为它们所使用的2.4Ghz网状协议，允许在家中选择最佳通讯路径，同时兼具智能卡AES-128加密所带来的安全性。预计在未来数年中，会在家中看到所谓的「能源网关」，并支持Wifi、ZigBee和PLM，为消费者带来更多选择，并保障家电控制的安全性。

《图三 家中智能型电力网格》

电力公司 公用服务线路 现场服务 服务供货商 测量表

网关 安全传感器 双向数据通讯 娱乐 温度传感器 大型家电

交流或热流帮浦

家中智能型电力网格的链接媒介，通常会混合搭配无线及有线两种。

主要媒介之一就是802.15.4，透过RF收发器可链接至嵌入式微控制器，以及完全兼容的ZigBee平台。这些极小的平台仅需极少的零件，让家电制造商得以将天线节点置于产品中的任何位置，甚至可以放在外部，以确保放在车库或地下室的家电也能稳定联机。

触控功能愈趋重要

尽管三相马达控制及智能网格链接性之类的特性有助于提升能源效益，家电制造厂商的下一个挑战却是要让使用变得更为简易。不同的用电优惠时段必须以简易的方式明确告知，而在选择不同的清洗方式时要能够一目了然地比较及观察节能效果。所有的家电制造厂商都在顺应消费者趋势，设法以新技术改进家电的用户接口。显示方式从以往简陋的LED显示灯号变成区段及图形化的LCD，制造商可以在其中呈现家电操作及设定的动画效果，协助消费者轻松了解如何完全发挥家电性能。

《图四 触控面板已逐渐取代传统机械式按钮》

用户控制键盘则转变成近接感应式无碰触面板解决方案，利用触碰面板模拟IC为独立装置提供电容式触碰感应。低成本的替代方案则以专属的触碰软件套件（Touch Software Suite，TSS）链接库，取代电容式触碰感应组件，让家电制造商可以将其嵌入到自己的主控用微控制器当中，以节省零件和线路板的成本。总之，嵌入式电子可协助家电制造商，让产品变得更节能、更环保、使用更简单、也更为安全可靠，最重要的，更便宜。