电机控制的技术市场动向

　　芯片的集成化
　　对于半导体芯片厂商，驱动设计的发展趋势是集成。如图4所示，左图是第一阶段，整个系统方块可用一颗DSP或者MCU做主芯片，这时候FPGA扮演I/O扩展的角色。第一代的特点是单轴控制，不是实时的以太网，效能不高。

　　中图显示的是目前流行的第二代伺服驱动控制系统，FPGA还可实现工业以太网，但把左图的现场总线ASIC的低速部分淘汰了，提升了系统的性能和效能。但是主要的算法还是在DSP和MCU上。在此，Altera的FPGA方案是Cyclone IV器件。

　　未来的趋势是多轴控制，一条生产线一定是带多个电机的。多个电机方案可使成本降低。所以右图中，FPGA把算法、工业以太网等集成在一颗FPGA内部了，功能安全也被集成进来。换句话说，在不久的将来，用单颗FPGA就可以做伺服驱动控制。Altera的方案是集成了ARM双核Cortex-A9的下一代的Cyclone V器件。

　　Altera的方案比较倾向在交流永磁电机，尤其是三相交流或者是感应电机。这些电机需要精确的运算、控制。而一般像抽水马达等不需要很高精度、高效能，通常一个简单、便宜的MCU就可以实现。

　　Altera提供平台和参考设计，客户根据终端客户的需求，开发不同的算法。

　　在中国，八成左右的客户使用FPGA，但是目前使用FPGA的功能不外乎图3的左和中类，两成采用中间方案。

　　电机是百年工艺

　　国内的电机产品有些性能看起来和国外差不多，但总有那么一些差距。因为这种工艺不是几年之内可以追上的，里面还牵扯到电机的材料、算法等很多核心技术和复杂细节。这不太像消费类电子市场，这种市场是百年工艺，一些海外公司在工业自动化领域已经积累多年。本土企业还需要潜心研究。

　　飞思卡尔发布两款汽车HVAC方案
　　在汽车领域，不久前发布两款汽车供暖、通风与空调(HVAC)参考控制解决方案，旨在提供完整的、生产就绪型硬件和软件解决方案。这两个参考解决方案提供一个低功率、低成本、多功能和多扩展平台，并可以根据用户在12V或24V汽车HVAC系统中的具体需求进行定制。此两款参考解决方案集成了飞思卡尔S12G和S12HY 16位微控制器(MCU)，以及具有关键电机控制算法的MC33905、MC33932和MC33937模拟器件。基于S12G的解决方案可驱动常用的HVAC系统中的所有电机类型，例如无刷直流、DC及步进电机。

　　TI
　　TI提供完整的电机系统解决方案，支持模拟与嵌入式处理功能，包括ADC、电流感应放大器、高电压隔离与电源等。模拟集成型DRV8x电机驱动器不但可缩短客户产品上市时间，简化设计，还可提供全面的保护功能。除了模拟电机驱动芯片之外，还有TI高性能、超低功耗MCU：C2000、MSP430、Stellaris ARM Cortex M3 MCU等。再有，为电动工具、玩具等提供了集成算法的单芯片方案，可应用于散热风扇和家用电器。同时，TI还提供综合而全面的支持与工具。

　　ST
　　据意法半导体中国区MCU市场部高级市场工程师卢永海介绍，意法半导体(ST)的32位STM32微控制器(MCU)以先进架构为特色，整合电机控制定时器、片上运放、片上比较器等电机所需的功能，从低价型到多功能整合，从高性能到高存储容量型，并且可以做到外设软件相互兼容。

　　新增的电机控制功能被优化到STM32电机控制函数库3.2版内，将有助于加快产品上市时间，降低材料成本，优化电机选型，冲破速度运行限制。

　　ADI
　　据ADI公司技术业务经理张松刚介绍，ADI提供了门类齐全的产品组合，其中包括了模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理器、iCoupler数字隔离器和电源管理器件;这些高性能的器件和增加系统集成度有助于实现更新型的拓扑结构设计，提供优于普通客户高附加值。伺服驱动系统的性能同用户最终所构建的运动控制系统的性能和所能提供的精度密切相关，多数情况下，最终的用途可以是一个高精度数控机床系统、运动控制系统或机器人系统，这些系统要求能够精确控制位置及电机的扭矩。ADI能够提供涵盖信号链中所有重要器件的完整解决方案。

　　工业系统设计要求是低功耗、高效率，ADI提供单个的器件以及完整的产品信号链可以加快系统设计;在信号链中，ADI所提供的反馈和检测、隔离、电源管理、接口、嵌入式处理和通信产品，性能和质量很高。

　　英飞凌
　　从高性能微控制器、高可靠性磁传感器、低损耗IGBT、MOSFET驱动到供电、PFC IC，英飞凌能为绿色电机系统提供完整的解决方案。

　　对于包括电动机在内的许多应用，快速处理大量的外部信号显得尤为重要，即有高实时性。拥有中断响应的低延迟时间和快速上下文切换，XMC4500系列就是专门为这些应用而优化的。特别是在多电机应用中，简单、快速、高效的实现方式等优点很重要。含有16个用于信号发生器的计时器的高效捕获/比较单元(CCU8)能使得高效设计成为可能，不论需要驱动的电机类型和控制算法如何。

　　英飞凌还提供不同种类的霍尔传感器、霍尔开关、线性霍尔元件、角霍尔元件。霍尔传感器最高能工作在170℃的环境下，可以直接安装在电机外壳内。

　　Microchip
　　电机控制设计中心提供了Microchip所有的电机控制开发工具、应用笔记、软件和产品。对于需要模拟电机控制的系统，Microchip提供了几款电机控制器芯片，他们同时具备梯形和正弦电机驱动，并为简单的BLDC控制提供解决方案。8位PIC MCU能够支持电机控制器，它们可在提供系统级监控的同时，使用基本控制算法控制BLDC电机。dsPIC数字信号控制器(DSC)凭借所具备的DSP处理能力，能够满足高级电机控制系统的需要，同时操作起来如同MCU那样简单。Microchip还提供了相关的模拟产品，包括运放、FET驱动器和稳压器等。

　　Fairchild
　　Fairchild(飞兆半导体)高效率高可靠性SPM 5 V2系列模块在微型29mmx12mm封装中集成了6个MOSFET，3个半桥IC、3个自举二极管，额定电压分别为250V和500V。这种封装包含“绿色”环氧模塑料(EMC)，其目标应用包括功率高达150W的风扇和泵。为了满足客户的需求，飞兆半导体提供各种封装引线选择。此外，飞兆半导体正在推出SiC器件和超级结MOSFET产品，帮助工程师不断设计更高效的产品。

　　富士通半导体
　　绿色节能产品方案主要是以FM3 MCU驱动的变频控制方案，涵盖了洗衣机，空调，风机和冰箱的变频控制。特性体现在如下几个方面：1.估算位置的算法，富士通采用优化的滑模算法配合PLL位置估算方法，估算精度高达0.5%;2.方案支持单电阻采样和双电阻采样，可以根据客户要求采用灵和的分流电阻采样;3.可支持单芯片方案和双芯片方案;4.载频可变功能的实现，有助于改善系统噪音;6.完备的电机软硬件保护功能。

　　赛灵思
　　高级算法如高效、高性能的磁场定向控制(FOC)等，常常需要传统MCU所达不到的高速运算和平行处理性能。相较于传统处理器件，赛灵思的FPGA恰好有这一系列的优势。

　　在赛灵思联盟成员QDESYS的支持下，赛灵思开发出了一系列独立IP模块(如PI控制器，Park/Clark变换等)来帮助用户用Spartan-6/Kintex-7 FPGA和Zynq-7000建立FOC。赛灵思还提供一些使用这些IP模块的，针对永磁同步电机(PMSM)和步进电机的已认证参考设计以供评估。

　　参考文献：
　　[1]3个特种设备安全技术规范将于7月1日起施行[EB/OL.中国质量网,(2012-5-7).http://www.chinatt315.org.cn/news/2012-5/7/25652.aspx