電子發燒友網報道（文/梁浩斌、周凱揚、莫婷婷）近幾年來，隨著永磁新材料、微電子技術、自動控制，以及電力電子，特別是大功率開關器件的發展，再加上國內高壓、高速電機制造技術的提升，電機系統智能化的趨勢越來越明顯。2022年11月17日，由<電子發燒友>主辦的2022電機控制先進技術研討會在深圳灣萬怡酒店成功舉辦。本次會議，意法半導體、凌鷗創芯、國民技術、Microchip、杰開科技、Qorvo、ADI、靈動微電子、先楫半導體等國內外知名企業的專家和領導帶來了電機控制領域最新的技術分享。


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杰開科技：基于自研算法的電機控制方案助力國產汽車邁向電動化時代
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杰開科技專注于汽車電子芯片和相關系統的研發與設計，其MCU系統應用高級工程師王娟娟在本次研討會上分享了《基于自研算法的電機控制方案助力國產汽車邁向電動化時代》這一主題。杰開科技所有產品線均通過車規認證，且每條產品線至少完成兩代以上量產迭代。
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AC7840x系列是杰開科技首款基于ARM Cortex-M4F內核的車規級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，杰開科技推出了兩大電機開發板，分別支持單電機和雙電機的控制。


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本次研討會上，王娟娟也對電機控制中MCU的資源性能要求，以及杰開科技的MCU解決方案進行了介紹。首先是電機控制中對算力的需求，需要在PWM斬波中斷里執行相關的操作，所以需要考慮中斷負載率。杰開科技的AC7840x MCU主頻高達120MHz，而且支持DSP、FPU，此外，FOC，AC7801x則支持硬件除法、硬件開方根。杰開科技通過內聯函數、代碼優化進行了軟件優化，充分利用的杰開科技MCU的算力。
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另外電機控制中最主要的外設PWM對MCU提出了需求，比如PWM精度，精度越高電機的控制越精細。通道可互補、可同向，死區插入等等。
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無感方波控制也對比較器提出了需求，反電動勢檢測，獲得過零點。需要三個比較器分別將3相電壓與中心電壓比較，從而獲得過零信號用于換相。杰開科技的MCU優勢就在于芯片內部集成了比較器，無需外部器件，節省了成本和空間，同時擁有多個通道，可實現無感方波過零檢測，其MCU產品還支持遲滯，避免在某個電壓點結果波動。
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霍爾傳感器電機控制提出的另一大需求就是HALL檢測，MCU不僅需要及時響應外部HALL信號的變化，還要能夠讀取Hall狀態，通過Hall信號計算電頻率。杰開科技在其MCU處理方式上選擇了HALL捕獲模式，在每個HALL發生變化時觸發中斷從而做到邊緣檢測，邊緣中斷時會將高低電平時間捕獲至寄存器，寄存器可以直接讀出HALL狀態。

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Qorvo：高配置性電機控制方案
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電機的應用多種多樣，根據應用的不同，電壓、電機種類等的不同，對于控制方案也提出了很多不同需求。針對不同的電機應用，往往在方案以及平臺上也有不同選擇。那么有沒有可能用一個平臺應對大部分的應用？

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Qorvo電機與電源應用部門經理 Calvin Li在本次研討會上就帶來了主題為《高配置性電機控制方案》的分享。
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顧名思義，高配置性的電機控制平臺，意味著可以用一個平臺來應對不同的應用。如何做到可配置？這要從馬達的幾個基本要求來談起，包括動態啟動（SIM）、初始位置檢測（IPD)、開相檢測、失速檢測、調制方式（SPWM、SVM、OM、HI）等。在高階要求方面，則包括更快轉速、獲取馬達參數、運轉過程中自動調整參數、待機啟動等。
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Calvin Li從電源應用控制器的數字部分軟件以及模擬部分的硬件兩方面講解了Qorvo是如何做到高配置性。
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除此之外，電源的效率一直以來都是不能忽略的一個性能參數。Qorvo在低功耗方面以PAC5256為例，冬眠模式在待機狀態下，330V情況時電流只有18微安，換算過來的待機功耗低至5.94mW，而一般來說電源在待機時，普遍經過優化后待機功率功率可以做到0.5-0.3W，極致的可以做到0.5W，因此不到6mW的待機功率是非常有優勢的。
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而在MCU的生態上，Calvin Li表示在Qrovo官網上，為工程師提供了用戶指南、數據表等，同時提供參考設計以及EVK評價套件、SDK、為BLDC和永磁同步電機的參考固件以及GUIs。Qrovo從硬件、軟件、開發到調試，都有整套支持團隊，同時其上海的研發和應用團隊為國內市場做了很多本土化文檔，這對于國內工程師而言大大降低了上手難度。
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ADI：ADI Trinamic 運動控制解決方案
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ADI業務經理高偉在本次研討會上帶來了主題為《ADI Trinamic 運動控制解決方案》的分享，主要從五個方面對ADI的Trinamic產品線進行介紹，包括TMC運動控制方案、伺服控制解決方案、BLDC無感FOC控制、步進伺服方案以及DC/Step功率驅動方案。
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高偉著重介紹了TMC4671，這是一款具有場向控制的伺服控制器，集成了增量式編碼器、數字霍爾傳感器、模擬霍爾傳感器、模擬正弦/余弦編碼器、2個通用ADCs。
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TMC4671較大的優勢是將FOC算法集成到硬件，可以支持有刷、無刷、步進電機。同時PWM頻率可以達到100kHz，并可以支持配置（25kHz-100kHz），滿足低電感電機的控制。由于他的高動態響應，現在越來越多產品上會使用到，比如電動工具等。
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總體而言，ADI Trinamic解決方案包括一體機、模塊、控制+驅動、運動控制、驅動、預驅等，比如一體機PANdrive可以提供集成了先進數字和模擬IP的解決方案，同時還會將一些應用控制包括加減速、FOC算法等集成到方案中，使用戶可以快速將產品推向市場。
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靈動微電子：基于靈動SPIN系列平臺化電機應用解決方案
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靈動成立于2011年，專注于MCU平臺與解決方案，在國內32位通用MCU公司中位居前列，累計交付超4億顆。為了滿足客戶不同的要求，靈動微電子打造了豐富的產品系列。其MCU產品家族包括MM32F（高性能微控制器）、MM32L（低功耗微控制器）、MM32A（汽車微控制器）、MM32 SPIN（電機與電源微控制器）、MM32W（無線微控制器）。其中，MM32 SPIN系列分為驅動MCU、預驅MCU、專用MCU。
? 靈動微電子市場經理官兵提到，客戶選擇MCU，不僅是選擇這個MCU資源，更多的是會考慮到MCU完整的生態系統。目前，靈動微電子打造了MCU生態體系——生態系統Ecosystem，為客戶提供從芯片硬件到軟件算法、從參考方案到系統設計的全方位支持。
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電機控制對MCU有著更高的要求，包括高算力、高級定時器、ADC、專用外設、高集成。例如，高速風筒需要把MCU做到手柄里，對產品的尺寸有一定的要求，此時就需要用高度集成方案。目前，針對電機控制領域，靈動微電子已經推出了多款高集成電機解決方案、電機專用MCU。
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具體來看，靈動高集成電機解決方案集成了高壓預驅、LDO，比較器等，可用于DC供電的水泵、風機方案等。例如MM32 SPIN560C，這是一顆工業級芯片，集成6N驅動與5V LDO，官兵提到，該產品即將進行AEC-Q100認證，最高工作頻率達 96MHz，內置高速存儲器，豐富的 I/O 端口和多種外設。
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靈動電機專用MCU具備轉子位置偵測、閉環啟動、順逆風接轉、霍爾相位自學習自校準等特點，靈活度更高，適用于市電供電水泵、風機、壓縮機等項目。例如MM32SPIN0280系列32位MCU，同樣是一顆工業級芯片，并且即將進行AEC-Q100認證。在性能上，該產品基于Arm Cortex-M0內核，可用于高速吹風筒、伺服驅動器等。
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先楫半導體：先楫高性能RISC-V MCU HPM6000系列在電機控制領域的高端應用

Grand View Research數據顯示，2021年永磁同步的市場規模是179億美元，預計2025年的市場規模可達223億美元。年復合增長率為5.7%。永磁同步市場不斷發展，這也帶動了永磁同步電機需求量的快速上升。
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會議上，先楫半導體資深電機應用專家周城提到，永磁同步電機可以通過轉子結構等改進優化反電勢波形，適用于醫療、變頻器、伺服、汽車等領域。常見的永磁同步電機控制策略有反電勢正弦波、反電勢梯形波兩種，反電勢正弦波基于轉子磁場定向的矢量控制，反電勢梯形波基于霍爾或者電壓檢測的閉環控制。
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先楫半導體致力于高性能嵌入式解決方案，產品包括微控制器、微處理器和周邊芯片，以及配套的開發工具和生態系統。目前已經推出全球超高性能通用MCU系列——HPM6700/6400系列，高性價比通用MCU系列——HPM6300系列等產品。公司的產品具有主頻、采樣精度更高，電流環多軸同步化，豐富的外設接口，以及芯片能承受的溫度范圍會更寬等特點。

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先楫半導體的產品具備超高性能、高可靠性、高安全性等競爭優勢。在超高性能方面，周城介紹到，HPM6000系列采用RISC-V架構，具備高效能、低功耗、高安全的特點，應用于智能工業、金融終端支付系統、邊緣計算及物聯網等領域。其中HPM6360的主頻達648 MHz，Coremark 跑分達到3390；HPM6750的主頻高提升到816 MHz，Coremark 跑分達到9220，超過國際多款高性能MCU。

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電機控制和驅動器IC穩步增長

電機的正常工作離不開電機驅動器IC的支持，電機驅動器IC包含了速度控制、力矩控制、位置控制及過載保護等功能，它可以根據輸入信號，按照內置的算法控制電機繞組電路流動方向，從而控制電動機的啟停與轉動方向。

一般來說，電機驅動IC集成了CMOS?控制電路和DMOS?功率器件，它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構成一個完整的運動控制系統。可以用來驅動直流電機、步進電機和繼電器等感性負載。電機驅動器IC采用標準的TTL邏輯電平信號控制，具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作，有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。


電子發燒友行業分析師程文智在今天的分享中表示，這幾年電機控制與驅動器IC一直在增長，主要是因為市場對高性能和節能電機的需求不斷增加，消費、家電、工業，及汽車中采用BLDC電機越來越多。

據市場調研機構The?Insight?Partners統計，2021年全球電機驅動器IC市場規模為38.82億美元，預計2028年將達到55.89億美元，年復合增長率為5.3%（2021-2028）。

電機驅動IC的主要玩家有：TI、ST、ADI、英飛凌、安森美、羅姆、Allegro、東芝、Microchip和Qorvo等。這10家公司的份額超過了整個市場的60%以上。除此之外，還有瑞薩、松下、恩智浦，MPS、PI、邁來芯、峰岹科技、富滿微、普誠科技、數明半導體、圣邦微、澎湃微、芯朋微、凌鷗創芯、必易微、拓爾微、瑞盟、艾為、思瑞浦、納芯微、誠芯微、瞻芯、智芯、率能半導體、智浦欣微、芯北科技、巴丁微、晶致、禹創半導體、士蘭微、燦瑞科技、芯派科技、晶豐明源等等國內外企業都有相關的產品。

從消費地區層面來看，據QYResearch統計，2020年，亞太占全球電機驅動器IC市場份額達50.75%，其次為北美，占22.59%，歐洲占17.09%，拉美占5.52%，中東和非洲占4.05%。中國市場在過去幾年變化較快，2020年市場規模為7.2億美元，約占全球的25.48%，預計2027年將達到10.1億美元，屆時全球占比將達到26.57%。

從產品市場應用情況來看，2020年，消費電子是電機驅動器IC最大的行業市場，占比達到24.23%，工業及汽車領域，辦公用品緊隨其后，分別占比18.47%和15.02%。

電機控制器方面，主要以MCU為主，中國地區的MCU市場中，主要還是以海外廠商的MCU為主，前六大MCU廠商瑞薩電子、Microchip、ST、恩智浦、英飛凌和TI加起來超過了80%的市場份額。另外，國內MCU企業這兩年發展迅速，目前在國內上市的MCU相關企業有20家之多，還有BYD半導、輝芒微電子等處在上市進程當中，以及靈動、小華半導體、芯旺微、沁恒微、極海科技、華芯微特、凌鷗創芯、領芯微等發展不錯的MCU企業。

還有，在電機控制領域，這幾年有控制IC和驅動器IC開始集成化的趨勢，不少廠商開始采用SiP的方式將二者集成在一起。

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