2021年4月28日，由全球專業的電子科技媒體<電子發燒友>主辦的“2021無刷直流電機控制技術研討會”在深圳隆重舉辦，本次會議邀請到靈動微電子、Keysight、ST、國民技術、航順芯片、極海半導體、芯旺微、兆易創新、峰岹科技、泰芯半導體、Qorvo等國內外優秀企業的專家做精彩分享。
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當前，BLDC創新應用快速發展，新品爆品層出不窮。電子發燒友總經理張迎輝表示，本次大會除了邀請ST、Qorvo等國際廠商之外，還特別邀請了眾多優秀的國產芯片原廠。由于疫情的影響，國際原廠在安排人手異地出差時有所顧慮。同時眾多國產相關的芯片企業，最近幾年均以BLDC技術和應用為重要市場突破口，謀求快速發展。
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隨著國產IC在BLDC技術上的產品線更加豐富，更加有針對性地為國內市場做定制化開發，技術研發與支持人員越來越強大，對于將來拿下更多的市場份額，都有著強大的信心。國產廠商的強勢突起，得益于貼近市場的快速響應以及中國芯片生產制造能力，尤其是在55nm成熟工藝上的供貨能力。
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圖：電子發燒友總經理張迎輝
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那么，國產芯片在2021年會迎來BLDC市場的一個怎樣的變化？國際廠商又會有哪些更新的技術來服務中國市場的核心客戶？在今天的BLDC大會上，眾多國內外芯片廠商同臺獻技，給在大家帶來非常多的干貨分享。
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靈動微電子：基于MM32 MindSPIN平臺 十五萬轉高速電機驅動方案介紹
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靈動微電子是中國本土領先的32位MCU產品及解決方案供應商，在全球5個城市設有分支機構，并在日韓、東南亞、歐洲及北美開展業務，更好的利用全球技術及人力資源，完善產品研發，為客戶提供銷售和技術支持服務。
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在本次大會上，靈動微電子技術經理朱川鄰帶來了《基于MM32 MindSPIN平臺 十五萬轉高速電機驅動方案介紹》的分享。靈動微電子在產品能力布局方面，秉持品質可靠性、自主創新、軟件生態、持續供貨的理念，在核心技術方面，堅持安全、可靠、開放、能效等原則。
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圖：靈動微電子技術經理朱川鄰

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靈動微電子的MM32 MCU產品家族包括通用高性能微控制器MM32 F系列、低功耗高安全微控制器MM32 L系列、電機和電源專用微控制器MM32 SPIN系列以及無線互聯微控制器MM32 W系列。
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該公司產品的應用領域涉及醫療健康、智慧家電、物聯網、個人設備、手機與電腦、通信基建、汽車電子以及智能工業。朱川鄰強調，目前公司的MM32產品在汽車的后裝市場已經有很大的出貨量，國內最大的筋膜槍廠商也在采用公司的芯片方案。
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今年靈動微電子將會推出多款新品，包括通用系列的產品F3270、F0270、F0040、F0140、F5270；低功耗系列產品L0130和L0020，功耗將會比之前該系列的產品更低；無線系列產品W0130、W3270、W0270；電機系列產品SPIN0280、SPIN3270、SPIN180C、SPIN380C。
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靈動微電子的電機MCU方案在智慧出行、家用電器等多個領域被應用，朱川鄰介紹，目前公司的完整方案在智慧出行中已經有不少客戶在使用，比如被用在2輪/3輪電動自行車，平衡車/滑輪車上，家電中的冰箱壓縮機、室內空調風機等產品也有客戶在用公司的方案。
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Keysight：電池模擬器優化電池供電BLDC的續航
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Keysight是全球領先的電子測量公司，該公司通用的電源產品市場經理饒騫在本次大會上帶來了《電池模擬器優化電池供電BLDC的續航》的精彩分享。當前，在人工智能和工業4.0的驅動下，電池供電下電機驅動產品普遍存在續航的焦慮，比如無人機、智能配送車等。
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圖：Keysight電源產品市場經理饒騫

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那么電池供電設備的功耗共性和測試挑戰如何，據饒騫介紹，功耗特性方面，從時間角度來看，電流轉換速度快，需要更快的采樣率；應用場景復雜，需要長時間測量。從幅度角度來看，休眠電流小，在uA-mA 級；工作電流大，mA、A甚至數百A，需要極高的動態電流測量能力（A/D垂直分辨率）。
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這對測試手段的挑戰體現在幾個方面：一是高采樣率、高分辨率、即可以捕獲瞬態，也可以長時間記錄；二是電流測量必須是高動態范圍、高靈敏度和無壓降；三是對海量數據的優化處理和分析能力。
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而這就可以采用APS準確評估功耗，功耗范圍從微瓦到百千瓦，APS具有1-4路的電源和負載，內置電池內阻仿真，內置電量計，功能強大的分析軟件和拖拽式測試序列軟件。比如BV9200B系列產品，支持API函數調用，用戶可進行軟件二次開發。
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比如無人機的功耗測試，操作無人機起飛，降落，從開機，連接WIFI，起飛到降落的過程，軟件實時記錄所有操作過程電流變化，那么如何評估電池續航時間，電池容量除以平均功耗電流嗎？而事實是實測與技術規格書的指標相差20%。
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電池容量與溫度、倍率都有關系。而電池模擬可以減少研發電池管理原型機的不確定性，縮短開發時間，APS有電池內阻仿真功能，可以任意設置電池和電阻，模擬輸出電壓，當充電電流發生改變時，蓄電池的端電壓受內阻影響而發生波動，符合真實。
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意法半導體：ST的電機控制解決方案和應用
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意法半導體的電機控制高級應用開發工程師許錫裕分享介紹了ST的電機控制解決方案和應用，并對意法半導體的技術團隊和支持服務進行了簡述。
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圖：意法半導體的電機控制高級應用開發工程師許錫裕

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在電機控制領域，意法半導體電機控制創新技術中心依照重點行業進行了劃分，主要面向家用電器和空調、電機驅動以及電池供電和低壓應用。意法半導體在深圳、上海和首爾也建設了電機控制實驗室，這些實驗室內部配備的測試設備齊全，可以對客戶應用展開全面測試。
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STM32的電機控制產品主要基于Arm Cortex-M內核（M0、M0+、M3、M33、M4和M7），既有高性能的STM32F7/H7，也有針對主流應用的STM32F0，針對超低功耗的STM32L0等，開發人員可以靈活地為自己的應用程序找到最適配的STM32產品。
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意法半導體同樣為電機控制驅動提供一系列產品，從嵌入式功率級的集成驅動器（STSPIN）到高達數十千瓦的離散智能門驅動器（STDRIVE）。在電源方面，ST也擁有業內最廣泛的產品組合，包括分離元器件和電源模塊，滿足30W到250kW的大功率需求。
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為了解決廣泛的低壓與高壓應用的需求，意法半導體定義了三種不同的集成級別。第一種是離散解決方案，組件選擇包括MCU（STM8/STM32）、STDRIVE系列的門驅動器和STPOWER系列的離散功率設備。第二種是智能集成，解決方案由STSPIN32FF0等系統封裝（MCU+門驅動器）和離散功率級組成。最后是功率集成，將單片機與SLLIMM系列的STSPIN單片或IPM相結合。
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圍繞STM32的運動控制生態系統，意法半導體提供了一系列軟件工具鏈。比如電機控制開發工具包X-Cube-MCSDK，該工具包涵蓋了固件庫、圖形配置程序和監控功能，支持STM32和STSPIN32單片機。還有STM32Cube，專為配置程序和代碼生成的工具集。此外，ST還提供了各式各樣的硬件開發版，涵蓋了不同的電壓和功率，工程師可以根據不同的技術性能來靈活設計。
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國民技術：無刷直流電機控制解決方案
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國民技術行業高級總監陳典帥也在本次無刷直流電機技術研討會上分享了自己的獨到見解，介紹了國民技術的無刷直流電機控制解決方案。
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圖：國民技術行業高級總監陳典帥

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國民技術自2000年成立以來，已經在安全、SoC和射頻等領域發明了1000余項專利，并于2017年獲得了中國專利金獎，累計出貨量已經超過了14億顆。國民技術主要產品及業務包括網絡安全、可信計算、智能卡、通用MCU、無線射頻等解決方案。
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針對“安全+通用+無線射頻”三大領域，國民技術開發了SoC技術架構、安全技術能力和低功耗射頻技術三大技術平臺，并由此衍生了通用安全MCU、高等級安全芯片和射頻產品線。國民技術與臺積電、中芯國際等一流晶圓廠和封測常合作，年交付達15000萬顆。依靠優秀的供貨品控能力，國民技術也和微軟、英特爾等國際客戶達成了長期戰略合作。
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在電機控制MCU產品線上，國民技術既有高性能多FOC電機應用MCU N32G455xx，也有高性價比電機應用MCU N32G435xx，低成本電機應用MCU N32G032xx，靈活滿足各類應用的要求。國民技術的電機控制芯片開發套件不僅包括PC端的軟件調試工具和開發包，也有硬件開發板和評估板套件。國民技術多FOC電機控制GUI提供了電機參數計算和下載功能，并支持HALL自學習、AB線序反向等特性，可以直觀地查看數據波形。
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在無速度傳感器矢量控制系統中，電機的高性能運行需要獲取精確的電機本體參數，但電機參數會隨著電機復雜以及溫度變化而隨之改變，嚴重情況下甚至會導致電機系統故障。陳典帥介紹了國民技術業內領先的電機參數自動識別技術，以純軟件的方式來避免硬件成本的增加，目前該技術也在冰箱壓縮機上得到了應用驗證。
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航順芯片：超低功耗、高性價比，HK32MCU在無刷直流電機控制中獲得廣泛應用
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在會上，航順芯片產品經理陳水平發表了《航順HK32MCU在無刷直流電機控制中的應用》的演講。
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圖：航順芯片產品經理陳水平

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2014年，深圳航順芯片成立于深圳，接著設立成都全球研發中心和上海分公司。 2018年起 HK32 MCU大批量產。陳水平表示，航順芯片作為MCU領域的后起之秀，起步晚，但是發展迅猛，目前客戶群體廣泛。“我們在電機驅動領域加大研發力度，主要聚焦通用MCU系列，因為晶圓產能緊缺，5月到6月航順的專用MCU會量產。”
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航順芯片近兩年，已先后完成中國航空工業集團PRE A輪戰略投資，已通過中國科學院/深圳市產業基金億元A輪聯合領投，深圳市匯頂科技-B輪獨家戰略投資，四輪合計數億元融資。
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陳總介紹說，2017年航順推出了HK32F103家族，2018年推出了HK32F030、HK32F031家族，2019年推出了HK32F 030M、HK32SPIN電機家族等六大類產品，目前以低功耗MCU產品見長，航順芯片的客戶已經將其產品批量應用在汽車電子、醫療電子、工業和消費類電子以及智慧城市、智慧家居等各大場景。
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陳水平表示，航順芯片三大爆款產品：32F103系列、32F030、32F031家族，這些都是中國唯一32位MCU正向設計，不侵權，三個層次替換國外品牌。航順主流型-M3內核 HK32F103家族，96M主頻,CORTEX-M3內核，超低的動態功耗，Standby功耗1.6uA，適用于筋膜槍、按摩器、落地扇和風扇燈等轉速不高的產品。M0內核 HK32F030A/031A家族，超低的動態功耗，Standby功耗1.6uA，更優的成本，兼容性可能達到90%。這些產品都可以實現對國外同類產品的直接國產替代。
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極海半導體劉濤：APM32工業級MCU及電機控制應用方案
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珠海極海半導體有限公司市場總監劉濤為觀眾帶來了《APM32工業級MCU及電機控制應用方案》的主題分享。闡述了對電機市場的相關看法以及極海半導體針對目前的芯片相對應的方案。
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圖：珠海極海半導體有限公司市場總監劉濤

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極海半導體成立于2019年，但公司做芯片已經有20年的歷史，當前主要聚焦在工業、高端消費和汽車，主營產品為32位工業級通用MCU，工業互聯網Soc-eSE安全主控，也是大基金一期與二期同時投資的芯片設計企業，同時也是國產CPU出貨量最大的企業。極海半導體擁有四大芯片設計技術能力，多元CPU內核設計能力、多核異構芯片設計能力、混合架構芯片設計能力以及安全加密嵌入式eSE芯片設計能力。
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劉濤表示當前全球電機需求正在逐年上升，而全球無刷電機的產量也在逐年增加，而無刷電機在國家能耗標準與國際接軌后，就需要用MCU去做一些優化的控制。而電機控制的意義就在于提高性能、降低能耗。
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同時電機的應用范圍廣泛，極海也會針對不同應用提供一個成本最低的方案，在低成本的同時也能夠保證產品質量。極海的方案主要是三點快、穩、準，同時在控制成本的同時還可以把控交貨的穩定性。
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極海工業級APM32 MCU工作主頻在48MHz-500MHz，除了提供芯片產品以外，也會提供從開發板到SDK包括商務機的調試程序，做到對客戶的全面支持。同時在深圳、上海、成都、廣州等地都有原廠技術支持團隊，可以第一時間服務客戶。
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目前極海半導體已經有許多落地應用案例，如機器人關節伺服系統、電單車電機驅動、高性能機器人伺服系統、冰箱變頻控制器、擺輪分揀設備滾筒系統等。
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芯旺微沈毅：ChipON KF32在電機控制領域的應用
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上海芯旺微電子技術有限公司AE沈毅帶來了《ChipON KF32在電機控制領域的應用》的主題分享，介紹了芯旺微KF32在電機產品的發展與相關應用案例。
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圖：上海芯旺微電子技術有限公司AE沈毅

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目前電機廣泛應用在汽車、工業、軍警、醫療、家電、工具、健康、3C、消費等多個領域當中。電機的主要控制方式大致有三種，PWM控制器（代表為直流有刷電機，只需8位MCU）、VF控制器（3相交流異步電機，需要16位MCU）、FOC控制器（代表為3相永磁同步電機，需要達到32位MCU、DSP、FPGA）。
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芯旺微最終選擇了FOC算法，KF 32（FOC）可以讓3相永磁同步電機獲得直流電機的調速行為，具有響應速度快、高速、高轉矩、轉矩脈動小等特點。FOC的主要作用是將輸入電壓與電流都是直流量，轉矩與轉子電流成正比，改變轉子輸入電壓就可以改變轉子電流。
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不僅是FOC，還是無感FOC，減少了位置傳感器，通過嵌入在MCU中的算法模塊來確定轉子位置，這個方案具備高溫、高速、可靠、低成本的特點。同時KF32也對FOC進行了相應優化，主頻達到48-120MHz，此外在RAM、FLASH、ADC、CMP、PGA、PWM、QEI、工作溫度等方面進行了許多優化。
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在可配置的內核上，芯旺微擁有32位乘法器、32位除法器、32位DSP、多個64位累加器、數據加速單元、FPU單精度浮點運算單元等，可以根據不同產品進行配置。
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沈毅介紹到，資源與生態上，芯旺微會提供自身產權的軟件支持產品以及軟件庫支持，擁有豐富的調試工具、編程器，以及EVB、DEMO等調試板，網站社區內容生態服務等。
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典型的應用場景有風機、水泵等，如KF32F130/KF32A140已經應用于無感FOC風機水泵（工規/車規兼容）上；另外還有輪轂電機、吸塵器電機（低于40V、大于500W）的應用，如吸塵機可以通過算法的優勢實現在48M的平臺上實現超過12萬轉的轉速。
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兆易創新：GD32 MCU提供多方位的電機驅動解決方案
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兆易創新產品市場經理陳奇帶來了GD32 MCU提供多方位的電機驅動解決方案。他介紹，2013年，兆易創新正式推出第一顆MCU產品——Cortex-M3 GD32 MCU；2016年發布第一顆國產Cortex-M4 32位MCU。經過多年技術沉淀，兆易創新GD32 MCU 已經擁有了26條完整的產品線，具備基于Arm? Cortex?-M23內核MCU產品M23、M3、M4、M33和RISC-V 等多內核，應用領幾乎覆蓋了主流市場。
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圖：兆易創新產品市場經理陳奇

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在國際等諸多因素的影響下，半導體產品迎來國產化替代的機遇，市場份額不斷提高。2017年GD32 MCU總銷量超過1億顆，到了2020年6月累積出貨量突破了4億顆，銷量持續攀升。
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近幾年，國產芯片發展逐漸成熟，半導體廠商不斷推出新產品以適應市場需求。陳奇介紹，GD32 MCU能實現不同系列間兼容，具備高性能、開發簡易、工業級可靠性等特點。兆易創新發布的業界首顆基于RISC-V內核的通用MCU GD32V系列32位通用MCU產品，在行業內率先將開源指令集架構RISC-V引入通用微控制器領域， 在2020年發布了基于Arm Cortex-M33內核的GD32E501系列MCU，適用于傳輸速率較高的應用場景。GD30DRV8306、GD32F303RC、GD32VF103等芯片也廣泛應用于無人機、汽車、掃地機器人、電鉆等產品上。
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同時，兆易創新持續打造GD32 MCU開發環境。陳奇表示，兆易創新提供從芯片到軟件SDK、開發套件等完整工具鏈與開發生態，不斷推進產業升級步伐。
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峰岹科技：電機驅動專用芯片及方案
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峰岹科技專注于高性能電機驅動控制芯片設計及核心應用控制算法研發，致力于把門檻降低，讓普通工程師都能開發電機驅動方案。峰岹科技應用部總監羅薛從電機驅動專用芯片及方案等展開介紹。
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圖：峰岹科技應用部總監羅薛

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隨著人工智能技術的高速發展，越來越多的智能產品搭載AI技術，與此同時對產品的性能要求也逐步提高。峰岹科技打造出高性能電機驅動控制芯片，包括三相ASIC、單相ASIC、MCU、驅動IC、功率器件、IPM系列，適用不同的芯片應用場景，具有專用性強、高度集成、智能化、高能效等特點，穩定可靠，性能卓越，幫助客戶簡化產品設計，縮短產品開發周期。
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其中電機主控芯片MCU包括三相第1代MCU FU6831/18/11，三相RISC-V雙核MCU FU69XX，以及單相雙核MCU FU5821等；電機主控芯片ASIC包括三相內置預驅有感正弦、三相全內置無感方波、三相全內置無感FOC、單相全內置主控ASIC、三相全內置主控ASIC等系列；驅動/功率器件/IPM包括中壓半橋HVIC、高壓半橋IPM、高壓超結MOS等系列。產品廣泛應用于消費電子、IT及通信設備、智能機器人、工業及汽車等領域。
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羅薛提到，峰岹科技打造出專用ASIC——三相全內置無感FOC，其特點之一就是降低了噪音，廣泛應用于各種電機驅動方案，例如空氣凈化器等對噪音有特殊的應用領域。
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在提高方案魯棒性的方式中，峰岹科技首次提出高魯棒性電機控制算法，將其做成完全自主知識產權電機驅動專用IP內核。行業內位置估算精確度大概在±15度，而峰岹科技實現控制在±2度的精度，適用于同類電機不用調試。
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珠海泰芯：雙核架構的WiFi智能電機微控制器方案已獲國內外大客戶使用
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珠海泰芯半導體有限公司成立于2016年，這是一家以集成電路設計、無線智能通信解決方案為一體的高新技術企業。這家企業先后推出了低功耗遠距離物聯網WIFI芯片、低功耗電機控制器芯片及產品方案。公司現有研發人員50余人，核心成員大多擁有名校碩士以上學歷，并在國內外知名集成電路公司工作十年以上，例如Silicon Lab、中興、揚智、炬力和建榮等，具有豐富的集成電路設計與量產經驗。
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珠海泰芯半導體佛山辦事處經理柯福波表示，公司TXM4000采用了雙核系統架構實現WiFi智能電機控制器的設計，包含兩個子系統：1、電機控制子系統，使用了高性能的32位微控制器，最高工作頻率可以達到72MHz，內置32KB高速Flash存儲器，6KB SRAM，豐富的增強型I/O端口和外設連接到外部總線；2、WiFi通信子系統，該子系統采用一個高性能的32bit的CPU，集成WiFi基帶和Imac硬件協議層，以及內置的2.4G RF電路。Wifi子系統可以獨立運行，在不干擾電機控制系統的情況下，可以隨時將電機控制子系統的運行狀態通過WiFi報到互聯網管理平臺，也可以將管理平臺下發的指令發送給電機控制子系統，控制或改變電機控制的運行狀態。產品已經導入的廠商包括海康威視、大華等眾多公司。
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圖：珠海泰芯半導體佛山辦事處經理柯福波

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柯福波分析說，泰芯WiFi支持覆蓋范圍達到5公里，普通商用應用環境可以達到4.2公里。泰芯WiFi相對傳統WiFi的波長更長，數據可以傳輸2兆，可以傳輸視頻，一個可以連接上千個節點。泰芯半導體將WiFi、IoT和電機技術深度融合，衍生出特殊的應用。
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泰芯半導體MCU產品在電機領域開拓的方向包括筋膜槍、電子秤、落地扇、吸塵器、水泵、吊扇和血氧儀等領域。
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Qorvo：電機控制的高速解決方案
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Qorvo電機與電源部門應用經理李方哲分享了《電機控制的高速解決方案》的主題演講，在分享中，他主要介紹了Qorvo的PAC高集成度電機控制芯片的架構、設計資源、Qorvo FOC算法，以及PAC適合的應用場景及他們能提供的解決方案。
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圖：Qorvo電機與電源部門應用經理李方哲

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他還指出，相比采用分立方案和采用集成功率模塊的方案，集成方案的IC數量更少，整體BOM成本會更低，同時還可滿足驅動器小尺寸和高可靠性的要求。
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圖1：基于PAC芯片的電機控制框圖。（來源：Qorvo）

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在李方哲介紹的PAC 40V/20W的BLDC解決方案中，他主要介紹了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285。據他介紹，該芯片是一款高度集成的低功耗BLDC控制器和驅動器，在單個產品中集成了閃存可編程MCU、電源管理、信號調理和三相BLDC逆變器。采用了50MHz Arm Cortex- M0內核，具有32kB閃存和8KB SRAM。PAC5285還包含一個40V單電源輸入，非常適合用于12V電池供電應用。直流-直流電荷泵將電源輸入轉換為IC和逆變器電源，穩壓器用于5V系統電源、內核和模擬電源。
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此外，PAC5285還集成了差分放大器，用于檢測電機電流，實現過流保護和電機控制。逆變器可配置為在過流、過壓、欠壓和過熱事件時關閉。該功率監控器支持ADC在內部對所有電源軌進行采樣。該器件包含六個40V/300mΩ MOSFET，支持三相BLDC電機應用。
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在他看來，采用PAC5285的高集成度和單芯片可以顯著減小PCB尺寸和降低BOM成本，因此非常適合用于超級緊湊的低功耗2節至6節電池供電BLDC智能電機控制。
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李方哲還特別提到，PAC5285消耗極低的休眠電流，12VDC時僅為8μA。因此，比較適合電動牙刷等應用。
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另外，他還介紹了更加高級的BLDC控制器PAC5526/5527及其開發板。
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BLDC市場持續穩步增長，預計2025年將達223億美元
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電子發燒友行業分析師程文智分享了《BLDC及其控制市場的觀察和思考》，他在分享中提到，全球BLDC市場規模在持續穩步增長中，2020年BLDC全球市場規模為171億美元，預計未來五年將會以5.7%的年復合增長率增長，預計2025年將達到223億美元。
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圖：電子發燒友行業分析師程文智?
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他在分享BLDC控制器產業鏈的時候，提到對于采用通用MCU方案的BLDC方案商來說，今年可能會遇到一些困難。因為自從去年年底以來，通用MCU成為了最為緊缺的物料，這包括32位和8位的。特別是海外原廠的MCU，國產的可能稍微好點。
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據說，海外原廠的交貨期基本都超過16周，也就是4個月了，普遍在半年左右。比較緊缺的物料需要超過50周才能拿到貨。也就是說可能要等上一年。
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現在有的MCU供應商甚至已經停止接單2022年的訂單了。比如前幾天發通告的盛群，以及之前的義隆都暫停接新單了。
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同時他還分享了BLDC在不同應用市場的應用情況，比如風機、電動自行車、電動工具、壓縮機，及汽車市場的應用。
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最后，程文智分析說，今年是國外芯片缺貨一年，國產MCU和MOS需要挑大梁。研發工程師創新選型優先挑選有貨的中國芯。中國BLDC產業有望全面進入中國芯的時代，國內的兆易創新、靈動微、國民技術、中微、航順等通用MCU企業需要抓住機遇。
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半導體技術進步與一些開源FOC算法讓更多的方案公司快速進入，帶來更多的新產品，如服務機器人、園林工具、白色家電、協同工業機器人等等。
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另外，碳中和目標和新的能源標準的實施，將推動BLDC電機應用迅速發展。
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大會現場人氣爆滿
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