干货满满！技术大咖分享先进电机控制方案以及开发经验

电子发烧友网报道（文/梁浩斌、李弯弯、刘静）近年来，随着电动设备对于性能、能源效率的要求提高，BLDC电机的应用愈加广泛。除了一些比如高速吹风机、手持吸尘器等品类终端市场的爆发，对BLDC电机产生新的需求之外，以前一些使用有刷电机的地方也在开始替换成BLDC电机，比如电动工具、空调、洗衣机等应用。根据Grand View Research的统计，2021年BLDC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%。


紧跟着行业的发展势头，为了帮助工程师提升工作技能，提供一个资讯和交流平台，2023年3月30日，由电子发烧友网主办的2023无刷直流电机控制技术研讨会在深圳益田威斯汀酒店成功举办。本次会议，瑞萨电子、雅特力、中微半导、凌鸥创芯、Qorvo、兆威机电、领芯微、华羿微电、泰芯半导体、琪埔微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。
 
兆威机电：嵌入式马达开发思维在马达控制领域中的运用
 
“嵌入式模型在马达控制系统中的应用，此前有几个痛点，一是如何解决不同的工程师之间的能力差，让不同水平的工程师都能快速上手；第二是如何系统性进行经验总结；第三是如何总结，才能让工程师聚焦在精品产品上，做更有创意的产品。”

兆威机电控制BU总负责人 陈毅东

 
兆威机电控制BU总负责人陈毅东在分享之前，谈到了他们作为to B厂商所观察到的一些应用痛点，所以，这次他带来的分享主题为“嵌入式马达开发思维在马达控制领域中的运用”。
 
首先是嵌入式软件开发，陈毅东表示，嵌入式软件开发的目标主要是三点：代码重用、可扩展性强、维护简单。而在开发的流程中，第一阶段需要将客户的需求转化成具体功能实现，进行模块化设计；第二阶段是验证阶段，将设计的系统进行多层面测试，最终达到客户需求的验收标准。
 
另一方面，软件需要标准化设计，由于开发思路不统一、生产周期的不饿预测性、成本把控、维护复杂性、开发过程中反复试错等问题存在，所以标准化设计有助于提高设计中软件的成功率，加强质量个产品的竞争力。
 
陈毅东还详细介绍了软件标准化的设计中，统一编程规范、软件模块化设计、电机控制的五层设计等的关键思路，并以电动隔断门的实例来进一步分析具体案例的运用。
 
领芯微：高效智能化的电机控制，基于LCM32的实现方案
 
在本次会议上，领芯微电机研发部副经理潘勇带来了《高效智能化的电机控制，基于领芯微LCM32的实现方案》的主题演讲。领芯微成立于2016年4月，团队成员拥有丰富的自主开发8位以及32位CPU、DSP核开发经验，目前已经成功开发和运营了多款面向不同应用领域的MCU以及专用芯片。
 

图：领芯微电机研发部副经理潘勇

 
潘勇表示，公司的产品覆盖消费类、工业类、车规类等应用领域。比如：8位通用微控制器LCM08F18系列，在电动工具领域出货量很大；32位通用微控制器LCM32F037系列，主要应用于水泵、风机等领域；LCM32F039系列，主要面向两轮车市场；LCM32F431系列，应用于家电、汽车电子等高端市场。
 
另外公司的车规平台在今年4月将完成车规认证，包括LCM32A037系列MCU/LCA037系列SOC。还有面向电机控制等应用领城的高性能处理器，32位内核的LCP037B*32系列，该系列产品同时集成了三相半桥极驱动栖块，可直接驱动6个N型MOSFET。
 
在无刷直流电机（BLDC）方案方面。BLDC有感方案：电压范围12VDC~310VDC；三霍尔捕获输入；三霍尔位置校准方法；缺相检测和缺相运行；功率、转速、电流闭环控制。适用于颈膜枪、电动工具领域。BLDC无感控制方案：电压范围12VDC~310VDC；三电压采样输入；内部自构中性点Hall Mid；软件判断过零；灵活设置换相点等。
 
潘勇强调，公司的电机控制核心技术体现在几个方面，一是自研高性能位置观测器，速度控制范围宽，高速数字延时补偿，低速范围观测器稳定运行，观测器闭环直接启动，启动扭矩大等；二是高精度、高性价比电流/电压采样与保护，内部集成度高，包括ADC、比较器、OPA、DAC等，可以降低FOC电流采样成本，可实现两相下桥臂、一路母线电流检测，仅使用6颗电阻、3颗电容作为滤波用；三是PMSM/BLDC带速重投，快速带速重投切入，无电流、转速等波动，保护功率器件，防止过流等。
 
华羿微：推敲电机驱动最适合的功率器件和方案
 
在本次会议上，华羿微产品技术总监刘义芳带来了《推敲电机驱动最适合的功率器件和方案》的主题演讲。华羿微成立于2017年6月28日，是华天电子集团旗下专业从事半导体功率器件研发设计、封测和销售的高新技术企业。
 

图：华羿微产品技术总监刘义芳

 
华羿微通过自主创新、技术积累和市场拓展，已经形成以领先晶圆研发设计和一流封测工艺为核心竞争力的业务体系。自研产品以20V—150V的中低压MOSFET为主，已量产的产品达到400余种，广泛应用于电动车、汽车电子、5G基站、电动工具、储能、消费电子等领域，特别是在电机驱动、电池储能领域拥有较高的市场占有率。
 
在会上，刘义芳对电机分类、电机驱动方式、电机及驱动趋势、器件可靠性等进行了详细介绍。他表示，在器件参数方面有很多需要注意的方面，比如，BVDSS，负温度系数，高温耐压下降；SOA，规格书上的参考意义不大等。
 
刘义芳还详细介绍了公司的SIP方案，他表示，产品按照车载等级设计，可做有刷直流电机单极和双极模式控制；无刷直流电机的方波、FOC驱动控制。适用于如风扇、风机、手持云台、吸尘器、扫地机、除螨仪、呼吸机、无人机以及汽车空调吹风、雨刮器、车窗、油泵等电机控制。
 
SIP方案的特点包括：1、集成度高，集成了LDO、MCU、Driver和MOSFET；2、工程师易开发，集成硬件电机引擎，无需复杂电机算法，缩短产品上市周期；3、客户产品易平台化，100W以下驱动方案，只需调整几个电机参数；4、提高系统可靠性，单器件方案，达到车载品可靠登记；5、优化系统成本，减少PCB面积成本及外围元件成本；6、EMI性能，缩短功率部分走线，减少杂散及寄生电感。
 
泰芯半导体MCU在电机领域的应用
 
珠海泰芯半导体市场总监李少辉在大会上带来了关于“泰芯MCU在电机领域的应用”精彩分享。泰芯半导体从2019年推出第一颗直流无刷电机专用MCU芯片TXM2000系列产品之后，如今已经形成较为丰富的产品家族。成立仅6个年头的泰芯半导体，已斩获133项专利技术。

珠海泰芯半导体市场总监 李少辉

 
李少辉在BLDC大会上，详细介绍了已量产的产品线WiFi HalowTMSOC、WiFi/蓝牙双模SOC芯片、MCU系列芯片，并相应讲解了各大产品线的型号、芯片特点以及应用领域。
 
其中MCU系列产品包括通用MCU、电机驱动MCU、触控MCU、无线MCU、充电MCU。根据李少辉的介绍，泰芯在电机领域应用的MCU产品，可以支持有感方波、弦波、FOC、无感方波，通过自研的上位机，还可以实时观测8个变量曲线，方便调节参数和查问题。
 
李少辉重点介绍了泰芯半导体TX8M2010、TX8M1261、TX8M226X、TX32M230X四款电机驱动MCU产品。其中资源稍微更多一些的是TX8M1261芯片，李少辉表示这颗芯片把不需要的资源砍掉了，尽可能做到充分利用，可以支持有感方波/无感方波，内置2个多个功能比较器、2个运算放大器，内置1个12位500kSPS的SAR ADC，内置1个SPI、1个IIC和2个UART接口，并支持多种低功耗模式，最低功耗为5uA，最高转速50万转。目前该芯片已经批量应用于筋膜枪、电动工具、按摩器等。
 
值得一提的是，成立之初，泰芯半导体还做了一个比较特殊的WiFi芯片，即为WiFi HalowTM ，该芯片具有低功耗、远距离、超强穿透力等优势。主要销往欧美、日韩等地区，重点应用在婴儿监视器、低功耗可视门铃、农业物联网、NVR安防套装、低功耗电池IPC、远距离无线网桥等。
 
去年1月，泰芯半导体再度率先推出TXW80X系列802.11b/g/n WiFi芯片，同年4月其又推出三到四颗TX8C12/22/32系列通用/电机/触摸MCU芯片。
 
CHIPWAYS BLDC电机控制IC及驱动方案 
 
上海琪埔维半导体华南区技术主管John Zhang在大会上带来了关于“CHIPWAYS BLDC电机控制IC及驱动方案”的主题分享。琪埔维半导体是一家深度聚焦汽车芯片研发及设计的公司，主要产品涵盖MCU、BMS AFE芯片及数字隔离芯片、传感器、通信芯片等。

上海琪埔维半导体华南区技术主管John Zhang

 
作为国内较早布局车规芯片研发的企业之一，琪埔维2016年成功量产符合AEC-Q100车规标准的传感器芯片，2018年又成功量产车规级集成CAN FD的MCU芯片，去年推出ASIL-D车规级BMS电池组监控芯片。John Zhang在会议上透露，“2023年公司将重磅推出车规级数模混合电机驱动芯片”。
 
琪埔维虽然进入电机领域的时间较晚，但据John Zhang的介绍，其在上海和苏州的研发人员已经超过100多名，并且前身大都是来自恩智浦、瑞萨电子等国际知名集成电路企业的技术人才，我们在国内打造了第一条车规封装线，从源头到设计再到生产始终坚持自主可控。
 
在会议上，John Zhang重点介绍了XL660x系列芯片。该芯片同时满足AEC-Q100和ISO26262 ASIL功能安全标准的高性能汽车级微控制器芯片，它基于32位ARM Cortex-M3内核，兼低功耗和高性能，多配置可选Flash和RAM。产品主要应用在BCM车身控制、电机控制、电动尾门、车门控制、防夹车窗/天窗、电动座椅、空调/空气质量、中控仪表、车灯控制等，可以在-40℃~125℃环境下工作。
 
John Zhang表示，琪埔维可以提供完整的解决方案，公司对实际功能组件也做了区分，使用起来调试非常方便。车规产品要做到量产，芯片底层的驱动和框架也要满足安全的要求。
 
消费市场低迷，但BLDC电机仍有翻倍成长的应用领域
 
谈到今年的电子应用市场，相信大家应该有体会，今年的市场并没有大家希望的那么好，不少应用行业还有砍单的现象发生，特别是消费类电子市场，砍单的现象不少，但有没有今年会表现比较好的市场呢？其实有的，BLDC电机的有些领域今年会有不错的表现，比如汽车、电动两轮车、高速风筒等应用市场。特别是高速风筒市场今年应该会有翻倍表现。

电子发烧友行业分析师 程文智

 
高速风筒方面，目前出货量还不错的厂商，有徕芬、追觅、素士、直白、康夫等。今年很多传统的家电厂商比如美的、飞腾、飞科等等也加入到了竞争之列。根据我们的了解，现在大概有50多个品牌在做高速风筒产品。
 
国内的这些品牌大都采用的是国内的芯片厂商的方案。目前高速风筒基本都采用了BLDC电机，根据我们的统计，去年的高速风筒出货量大概在800万台左右，从今年的年初以来的市场出货情况来看，今年的总出货量有望突破2000万台。
 
电子发烧友行业分析师程文智表示，虽然市场出货量上升很快，但价格也卷得很厉害，去年的时候，控制板可能还在30元以上，据说现在每个月都会降价1块钱，方案价格卷得很厉害。
 
还有，今年国内两轮车的增速超过了市场的预期，预计今年的销量大概有5000万辆左右。加上存量的维修市场，这个数字会更高。除了国内市场，东南亚市场也是未来的发展方向之一。前几年由于疫情的扰动，国内两轮车企业，出海计划放缓，但现在疫情放开后，东南亚两轮车和摩托车的电动化有望在未来几年加速。预计东南亚市场也会有大概2000万左右的量级。
 
汽车一直也是电机用量比较大的领域，现在BLDC电机在汽车中的渗透率也在不断提升。
 
当然，除了这些应用，还有洗地机、割草机、水下机器人、自动售货机，机器人等有些新型比较有潜力的市场值得大家关注。