一(yī)些疫苗對溫度變化高度敏感，從開(kāi)始生(shēng)産到給患者注射前都必須在超低溫（ULT）下(xià)進行儲存。例如，一(yī)些疫苗初需要超低溫儲存，儲存溫度要保持在-60 °C（-76 °F）以下(xià)。在制造工(gōng)廠和相關的倉庫中(zhōng)保持這樣的溫度并不困難。但是，在疫苗被運輸到分(fēn)發地點然後到達接種者的過程中(zhōng)維持這種超低溫度非常困難，并且成本很高。

術語“冷鏈”指的是運輸溫度變化超出規定範圍就會變質或損壞的産品或材料的供應鏈。許多食品、化學品和藥品都需要有嚴格控制的“冷鏈”物(wù)流。深度溫控供應鏈中(zhōng)比較難的就是“後一(yī)公裏”的問題。對于需要在極低溫度下(xià)進行儲存的疫苗，在世界各地的每個疫苗接種點或附近區域都需要昂貴且技術複雜(zá)的超低溫冷櫃。

超低溫冷櫃工(gōng)作原理

一(yī)個使用單級壓縮機制冷循環的标準短期儲藏冷櫃通常隻能達到-20 °C的溫度。而超低溫（ULT）冷櫃采用多級壓縮機，并采用複疊式制冷循環。大(dà)多數超低溫冷櫃使用兩級壓縮機，可達到低至-86 °C的溫度。

圖1：兩級複疊式制冷循環原理圖

冷藏/冷櫃壓縮機是一(yī)種用于壓縮冷凝器盤管中(zhōng)的制冷劑的設備，其工(gōng)作屬于制冷過程中(zhōng)的一(yī)部分(fēn)。這種壓縮過程會增加壓力并産生(shēng)熱量，所發熱量要從制冷劑中(zhōng)帶走。蒸發器盤管中(zhōng)的壓力要低得多，從而引發蒸發過程（這就是冷櫃内部溫度降低的原因）。蒸發是一(yī)個吸熱過程，所以該過程會吸收熱量。因此，壓縮機被比作制冷系統的“心髒”。

制冷壓縮機通常是使用簡單且廉價的感應電(diàn)機來完成壓縮工(gōng)作的。爲了在不同溫度下(xià)提供相應的制冷效果，超低溫冷櫃中(zhōng)的制冷劑會有所不同。但壓縮機通常是兩台基于感應電(diàn)機的标準設備。

超低溫冷櫃所面臨的瓶頸

在超低溫冷櫃中(zhōng)使用這些基于感應電(diàn)機的标準壓縮機存在一(yī)些困難。比較大(dà)的一(yī)個難題就是效率低。感應電(diàn)機的效率相當低（通常約爲70%以下(xià)），這會使它們産生(shēng)熱量。制冷系統中(zhōng)感應電(diàn)機的所有發熱量都需要通過制冷循環過程從系統中(zhōng)帶走。這就意味着制冷系統所做的部分(fēn)工(gōng)作隻是帶走系統的自發熱量，而不是帶走冷藏櫃的熱量。

感應電(diàn)機的另一(yī)個問題是功率因數。感應電(diàn)機反應靈敏，其可憐的功率因數還會随負載的變化而變化。在理想環境條件和理想負載條件下(xià)，也僅能達到理想功率因數的90%左右。這意味着感應電(diàn)機從線路中(zhōng)獲取的視在功率要高于施加于負載的實際功率。在某些司法管轄區，包括歐盟和日本（根據IEC61000-3-2），法律要求有功率因數校正電(diàn)路來維持電(diàn)力傳輸平衡。

無刷直流電(diàn)機可成爲解決方案

無刷直流（BLDC）電(diàn)機在一(yī)些關鍵性的原理方面與感應電(diàn)機不同。顯著的一(yī)點是，無刷直流電(diàn)機由直流電(diàn)壓驅動，而感應電(diàn)機則由交流電(diàn)壓驅動。感應電(diàn)機具有用于産生(shēng)磁場的線圈，而BLDC電(diàn)機使用的則是永磁體(tǐ)。感應電(diàn)機易于控制（隻要通電(diàn)就可以了），而無刷直流電(diàn)機則需要更複雜(zá)的電(diàn)子控制。由于這些差異，BLDC電(diàn)機解決方案的實施成本高于感應電(diàn)機解決方案。

由于成本高以及實施技術複雜(zá)，BLDC電(diàn)機尚未用于超低溫冷櫃的壓縮機中(zhōng)。但是一(yī)些用于新空調的壓縮機已經驗證了這項理念的可行性。ROHM集團的先進技術和市場條件日益變化都預示着BLDC壓縮機在超低溫冷櫃中(zhōng)的應用也許已經到了可以一(yī)展身手的時候。

在超低溫冷櫃中(zhōng)使用基于無刷直流電(diàn)機的壓縮機将會帶來與額外(wài)成本對等的效益。此外(wài)，随着近年來技術的進步，控制BLDC電(diàn)機解決方案的成本和複雜(zá)性都得到了顯著改善。

ROHM擁有行業先進的BLDC電(diàn)機驅動器解決方案系列，包括可将其嵌入設計中(zhōng)來實現所有電(diàn)機控制的DIP模塊。此外(wài)，ROHM的BLDC電(diàn)機控制專家随時可以爲突破這一(yī)瓶頸提供支持。

使用BLDC壓縮機設計超低溫冷櫃的優勢

在新的超低溫冰櫃設計中(zhōng)使用基于BLDC的壓縮機的好處是電(diàn)源效率提高、自發熱量降低、功率因數校正。BLDC電(diàn)機在将電(diàn)能轉化爲物(wù)理做功方面比感應電(diàn)機更高效。BLDC電(diàn)機産生(shēng)的熱量顯著降低，因此制冷系統中(zhōng)進入的熱量更少，從而可實現更高效的冷卻。BLDC電(diàn)機可以通過使用功率因數校正技術使其在功率因數爲1的情況下(xià)運行，從而降低視在功率的損耗。

消除重要應用中(zhōng)的低效問題

在壓縮機中(zhōng)使用感應電(diàn)機時會使效率降低，而在超低溫冷櫃中(zhōng)使用兩個感應電(diàn)機更會使效率指數級下(xià)降。從功率和制熱/制冷循環的角度來看，其效率是比較低的。無刷直流電(diàn)機提供了一(yī)種令人驚喜的解決方案，但是需要付出一(yī)些額外(wài)的成本，并且技術複雜(zá)性也有所增加。但是基于BLDC的壓縮機所帶來的能效和合規性，可以抵消掉這部分(fēn)額外(wài)的成本。ROHM可以提供豐富的BLDC電(diàn)機系統産品組合和BLDC電(diàn)機控制專業知(zhī)識，以幫助解決技術複雜(zá)性高的問題。

将感應電(diàn)機替換爲BLDC電(diàn)機在效率方面具有優勢。然而，這增加了成本和設計的複雜(zá)性。ROHM擁有針對BLDC電(diàn)機的解決方案，使複雜(zá)設計處理易如反掌。

圖2：ROHM BLDC電(diàn)機解決方案參考設計

如圖2所示，ROHM參考設計可以幫助用戶構建具有卓越能效的超低溫冷櫃。

無論用戶選擇集成度超高的ROHM IGBT IPM系列，還是希望通過分(fēn)立元器件得到理想性價比的産品，都可以使用IGBT、MOSFET和栅極驅動器來協同工(gōng)作。這可以使您構建出具有低功耗和較小(xiǎo)因數的運行系統。

ROHM IGBT IPM系列具有優異的電(diàn)源管理系統，是高集成度超低溫冷櫃的理想解決方案。
BM6437x系列，600 V IGBT IPM，通過利用内置IGBT特性和内部FRD在高功率下(xià)的軟恢複特性，實現了行業先進的低噪聲特性。
當布局靈活性和熱性能優化成爲主要考量因素時，ROHM Field Stop Trench IGBT、RGT/RGS系列或SiC MOSFET、SCT系列是理想選擇。這些分(fēn)立元器件可以與合适的栅極驅動器産品組合使用。
在電(diàn)源方面，ROHM隔離(lí)型AC/DC系列可以提供更高的性能和穩定性。

爲了幫助用戶在更大(dà)程度地減少設計工(gōng)作量的前提下(xià)實現理想性能，ROHM可以基于豐富的經驗在用戶的開(kāi)發過程中(zhōng)提供全面的應用支持。

總結

現在，是時候該認真考慮超低溫冰櫃的BLDC壓縮機設計了。基于BLDC的超低溫冷櫃已是預備未來不時之需亟需加強的工(gōng)作之一(yī)，ROHM已準備好與願意直面這項挑戰的設計工(gōng)程師的合作。