2022电机控制先进技术研讨会成功举办，多种创新电机控制方案亮相
来源:电子发烧友网发布时间:2022-11-1874浏览
询问 AI电子发烧友网报道（文/梁浩斌、周凯扬、莫婷婷）近几年来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制，以及电力电子，特别是大功率开关器件的发展，再加上国内高压、高速电机制造技术的提升，电机系统智能化的趋势越来越明显。2022年11月17日，由<电子发烧友>主办的2022电机控制先进技术研讨会在深圳湾万怡酒店成功举办。本次会议，意法半导体、凌鸥创芯、国民技术、Microchip、杰开科技、Qorvo、ADI、灵动微电子、先楫半导体等国内外知名企业的专家和领导带来了电机控制领域最新的技术分享。
杰开科技：基于自研算法的电机控制方案助力国产汽车迈向电动化时代
杰开科技专注于汽车电子芯片和相关系统的研发与设计，其MCU系统应用高级工程师王娟娟在本次研讨会上分享了《基于自研算法的电机控制方案助力国产汽车迈向电动化时代》这一主题。杰开科技所有产品线均通过车规认证，且每条产品线至少完成两代以上量产迭代。
AC7840x系列是杰开科技首款基于ARM Cortex-M4F内核的车规级MCU，符合ISO 26262功能安全ASIL-B，支持AUTOSAR 4.4并提供MCAL及配置工具。基于AC7840x，杰开科技推出了两大电机开发板，分别支持单电机和双电机的控制。
杰开科技MCU系统应用高级工程师 王娟娟
本次研讨会上，王娟娟也对电机控制中MCU的资源性能要求，以及杰开科技的MCU解决方案进行了介绍。首先是电机控制中对算力的需求，需要在PWM斩波中断里执行相关的操作，所以需要考虑中断负载率。杰开科技的AC7840x MCU主频高达120MHz，而且支持DSP、FPU，此外，FOC，AC7801x则支持硬件除法、硬件开方根。杰开科技通过内联函数、代码优化进行了软件优化，充分利用的杰开科技MCU的算力。
另外电机控制中最主要的外设PWM对MCU提出了需求，比如PWM精度，精度越高电机的控制越精细。通道可互补、可同向，死区插入等等。
无感方波控制也对比较器提出了需求，反电动势检测，获得过零点。需要三个比较器分别将3相电压与中心电压比较，从而获得过零信号用于换相。杰开科技的MCU优势就在于芯片内部集成了比较器，无需外部器件，节省了成本和空间，同时拥有多个通道，可实现无感方波过零检测，其MCU产品还支持迟滞，避免在某个电压点结果波动。
霍尔传感器电机控制提出的另一大需求就是HALL检测，MCU不仅需要及时响应外部HALL信号的变化，还要能够读取Hall状态，通过Hall信号计算电频率。杰开科技在其MCU处理方式上选择了HALL捕获模式，在每个HALL发生变化时触发中断从而做到边缘检测，边缘中断时会将高低电平时间捕获至寄存器，寄存器可以直接读出HALL状态。
Qorvo：高配置性电机控制方案
电机的应用多种多样，根据应用的不同，电压、电机种类等的不同，对于控制方案也提出了很多不同需求。针对不同的电机应用，往往在方案以及平台上也有不同选择。那么有没有可能用一个平台应对大部分的应用？
Qorvo 电机与电源应用部门经理 Calvin Li
Qorvo电机与电源应用部门经理 Calvin Li在本次研讨会上就带来了主题为《高配置性电机控制方案》的分享。
顾名思义，高配置性的电机控制平台，意味着可以用一个平台来应对不同的应用。如何做到可配置？这要从马达的几个基本要求来谈起，包括动态启动（SIM）、初始位置检测（IPD)、开相检测、失速检测、调制方式（SPWM、SVM、OM、HI）等。在高阶要求方面，则包括更快转速、获取马达参数、运转过程中自动调整参数、待机启动等。
Calvin Li从电源应用控制器的数字部分软件以及模拟部分的硬件两方面讲解了Qorvo是如何做到高配置性。
除此之外，电源的效率一直以来都是不能忽略的一个性能参数。Qorvo在低功耗方面以PAC5256为例，冬眠模式在待机状态下，330V情况时电流只有18微安，换算过来的待机功耗低至5.94mW，而一般来说电源在待机时，普遍经过优化后待机功率功率可以做到0.5-0.3W，极致的可以做到0.5W，因此不到6mW的待机功率是非常有优势的。
而在MCU的生态上，Calvin Li表示在Qrovo官网上，为工程师提供了用户指南、数据表等，同时提供参考设计以及EVK评价套件、SDK、为BLDC和永磁同步电机的参考固件以及GUIs。Qrovo从硬件、软件、开发到调试，都有整套支持团队，同时其上海的研发和应用团队为国内市场做了很多本土化文档，这对于国内工程师而言大大降低了上手难度。
ADI：ADI Trinamic 运动控制解决方案
ADI业务经理高伟在本次研讨会上带来了主题为《ADI Trinamic 运动控制解决方案》的分享，主要从五个方面对ADI的Trinamic产品线进行介绍，包括TMC运动控制方案、伺服控制解决方案、BLDC无感FOC控制、步进伺服方案以及DC/Step功率驱动方案。
ADI业务经理 高伟
高伟着重介绍了TMC4671，这是一款具有场向控制的伺服控制器，集成了增量式编码器、数字霍尔传感器、模拟霍尔传感器、模拟正弦/余弦编码器、2个通用ADCs。
TMC4671较大的优势是将FOC算法集成到硬件，可以支持有刷、无刷、步进电机。同时PWM频率可以达到100kHz，并可以支持配置（25kHz-100kHz），满足低电感电机的控制。由于他的高动态响应，现在越来越多产品上会使用到，比如电动工具等。
总体而言，ADI Trinamic解决方案包括一体机、模块、控制+驱动、运动控制、驱动、预驱等，比如一体机PANdrive可以提供集成了先进数字和模拟IP的解决方案，同时还会将一些应用控制包括加减速、FOC算法等集成到方案中，使用户可以快速将产品推向市场。
灵动微电子：基于灵动SPIN系列平台化电机应用解决方案
灵动成立于2011年，专注于MCU平台与解决方案，在国内32位通用MCU公司中位居前列，累计交付超4亿颗。为了满足客户不同的要求，灵动微电子打造了丰富的产品系列。其MCU产品家族包括MM32F（高性能微控制器）、MM32L（低功耗微控制器）、MM32A（汽车微控制器）、MM32 SPIN（电机与电源微控制器）、MM32W（无线微控制器）。其中，MM32 SPIN系列分为驱动MCU、预驱MCU、专用MCU。
图：灵动微电子市场经理官兵
灵动微电子市场经理官兵提到，客户选择MCU，不仅是选择这个MCU资源，更多的是会考虑到MCU完整的生态系统。目前，灵动微电子打造了MCU生态体系——生态系统Ecosystem，为客户提供从芯片硬件到软件算法、从参考方案到系统设计的全方位支持。
电机控制对MCU有着更高的要求，包括高算力、高级定时器、ADC、专用外设、高集成。例如，高速风筒需要把MCU做到手柄里，对产品的尺寸有一定的要求，此时就需要用高度集成方案。目前，针对电机控制领域，灵动微电子已经推出了多款高集成电机解决方案、电机专用MCU。
具体来看，灵动高集成电机解决方案集成了高压预驱、LDO，比较器等，可用于DC供电的水泵、风机方案等。例如MM32 SPIN560C，这是一颗工业级芯片，集成6N驱动与5V LDO，官兵提到，该产品即将进行AEC-Q100认证，最高工作频率达 96MHz，内置高速存储器，丰富的 I/O 端口和多种外设。
灵动电机专用MCU具备转子位置侦测、闭环启动、顺逆风接转、霍尔相位自学习自校准等特点，灵活度更高，适用于市电供电水泵、风机、压缩机等项目。例如MM32SPIN0802系列32位MCU，同样是一颗工业级芯片，并且即将进行AEC-Q100认证。在性能上，该产品基于Arm Cortex-M0内核，可用于高速吹风筒、伺服驱动器等。
先楫半导体：先楫高性能RISC-V MCU HPM6000系列在电机控制领域的高端应用
Grand View Research数据显示，2021年永磁同步的市场规模是179亿美元，预计2025年的市场规模可达223亿美元。年复合增长率为5.7%。永磁同步市场不断发展，这也带动了永磁同步电机需求量的快速上升。
会议上，先楫半导体资深电机应用专家周城提到，永磁同步电机可以通过转子结构等改进优化反电势波形，适用于医疗、变频器、伺服、汽车等领域。常见的永磁同步电机控制策略有反电势正弦波、反电势梯形波两种，反电势正弦波基于转子磁场定向的矢量控制，反电势梯形波基于霍尔或者电压检测的闭环控制。
图：先楫半导体资深电机应用专家周城
先楫半导体致力于高性能嵌入式解决方案，产品包括微控制器、微处理器和周边芯片，以及配套的开发工具和生态系统。目前已经推出全球超高性能通用MCU系列——HPM6700/6400系列，高性价比通用MCU系列——HPM6300系列等产品。公司的产品具有主频、采样精度更高，电流环多轴同步化，丰富的外设接口，以及芯片能承受的温度范围会更宽等特点。
先楫半导体的产品具备超高性能、高可靠性、高安全性等竞争优势。在超高性能方面，周城介绍到，HPM6000系列采用RISC-V架构，具备高效能、低功耗、高安全的特点，应用于智能工业、金融终端支付系统、边缘计算及物联网等领域。其中HPM6360的主频达648 MHz，Coremark 跑分达到3390；HPM6750的主频高提升到816 MHz，Coremark 跑分达到9220，超过国际多款高性能MCU。
电机控制和驱动器IC稳步增长
电机的正常工作离不开电机驱动器IC的支持，电机驱动器IC包含了速度控制、力矩控制、位置控制及过载保护等功能，它可以根据输入信号，按照内置的算法控制电机绕组电路流动方向，从而控制电动机的启停与转动方向。
一般来说，电机驱动IC集成了CMOS 控制电路和DMOS 功率器件，它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。电机驱动器IC采用标准的TTL逻辑电平信号控制，具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
电子发烧友行业分析师 程文智
电子发烧友行业分析师程文智在今天的分享中表示，这几年电机控制与驱动器IC一直在增长，主要是因为市场对高性能和节能电机的需求不断增加，消费、家电、工业，及汽车中采用BLDC电机越来越多。
据市场调研机构The Insight Partners统计，2021年全球电机驱动器IC市场规模为38.82亿美元，预计2028年将达到55.89亿美元，年复合增长率为5.3%（2021-2028）。
电机驱动IC的主要玩家有：TI、ST、ADI、英飞凌、安森美、罗姆、Allegro、东芝、Microchip和Qorvo等。这10家公司的份额超过了整个市场的60%以上。除此之外，还有瑞萨、松下、恩智浦，MPS、PI、迈来芯、峰岹科技、富满微、普诚科技、数明半导体、圣邦微、澎湃微、芯朋微、凌鸥创芯、必易微、拓尔微、瑞盟、艾为、思瑞浦、纳芯微、诚芯微、瞻芯、智芯、率能半导体、智浦欣微、芯北科技、巴丁微、晶致、禹创半导体、士兰微、灿瑞科技、芯派科技、晶丰明源等等国内外企业都有相关的产品。
从消费地区层面来看，据QYResearch统计，2020年，亚太占全球电机驱动器IC市场份额达50.75%，其次为北美，占22.59%，欧洲占17.09%，拉美占5.52%，中东和非洲占4.05%。中国市场在过去几年变化较快，2020年市场规模为7.2亿美元，约占全球的25.48%，预计2027年将达到10.1亿美元，届时全球占比将达到26.57%。
从产品市场应用情况来看，2020年，消费电子是电机驱动器IC最大的行业市场，占比达到24.23%，工业及汽车领域，办公用品紧随其后，分别占比18.47%和15.02%。
电机控制器方面，主要以MCU为主，中国地区的MCU市场中，主要还是以海外厂商的MCU为主，前六大MCU厂商瑞萨电子、Microchip、ST、恩智浦、英飞凌和TI加起来超过了80%的市场份额。另外，国内MCU企业这两年发展迅速，目前在国内上市的MCU相关企业有20家之多，还有BYD半导、辉芒微电子等处在上市进程当中，以及灵动、小华半导体、芯旺微、沁恒微、极海科技、华芯微特、凌鸥创芯、领芯微等发展不错的MCU企业。
还有，在电机控制领域，这几年有控制IC和驱动器IC开始集成化的趋势，不少厂商开始采用SiP的方式将二者集成在一起。
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