电机控制在白色家电、工业控制以及汽车电子中的发展与动向

摘要：本文针对家电、工业以及汽车三大领域中的电机控制的发展趋势以及相关重要模块的发展趋势，邀请相关专业厂商做了专业的介绍，并就当下的发展趋势介绍了专业厂商的解决方案。

电机控制市场分析

　　2015年全球运动控制市场下滑超过10%

　　IHS最新发布的2016年全球运动控制市场研究报告显示，2014年的良好增长势头未能在2015年延续，全球运动控制硬件市场在2015年遭遇强烈震荡，与2014年同期相比，市场下滑10.6%，规模约104亿美金。

 从区域市场看，2015年，欧元与日元的大幅贬值，导致了欧洲及日本市场以美元计的销售额分别下滑13.7%及10.8%。中国经济转型期的经济增速放缓、机械行业投资大幅减少，与其紧密相关的韩国以及台湾市场也受到冲击，亚太整体市场表现低迷，销售同比下滑11.8%。美洲市场基本与2014年持平，但通用运动控制与数控产品表现各异，前者增长5.2%，数控产品受低迷的机床行业影响下降15.3%。

　　从下游行业看，据IHS估算，2015年机床(金属切削机床、金属成形机床)超运动控制销售额的40%。IHS季度机械行业追踪数据显示，机床行业在连续两年增长后，2015年出现下滑，特别是在亚太及美国市场，机床行业大幅下滑。金属切削及成形机床均在2015年出现两位数下滑，严重冲击运动控制市场需求。美国机床行业同样遭遇寒冬，行业数据显示，2015年机床行业订单比2014年减少17.4%。

　　预计2015-2020年期间全球运动控市场年复合增长趋势为3.3%

　　不考虑汇率变化因素，IHS预计2016年运动控制市场基本与上年持平，通用运动控制产品增长而数控市场略有下滑;市场整体预计于2017年恢复增长，其中亚太市场增速最快，2015年 到2020年期间年均增长3.6%。

　　IHS预计机床行业在2016延续下行态势，中长期保持低速增长，2015至2020年年均增长率约1.9%。下游市场的工业机器人行业迎来爆发式增长期，IHS最新发布的工业机器人市场研究报告显示，2015年至2020年全球工业机器人市场的年复合增长率高达18.9%。作为机器人核心部件的运动控制产品将受益，预计年均增速高达12.6%，是运动控制行业增速最快的下游行业。

白色家电中的电机控制

　　高效电机控制需要逆变器的协同发展

　　逆变器的控制技术与电机的发展一起在不断进步。想要提升节能效率，单靠电机是无法实现的，还需要与驱动相适应的矢量控制(FOC)和使用了低功耗元器件的逆变器。2009年，搭载了当时作为新理念和新技术的磁化状态可变的“可变磁通电机”的洗衣机开始了实际应用，并开始销售。这样一来，无需进行矢量控制的弱磁控制即可实现高效率的可变速控制。之后，能够满足变速运转范围扩大和高效率运转范围扩大需求的“特性可变控制”的开发案例相继问世，新一代控制技术的发展备受瞩目。

　　在这样的技术趋势下，现在ROHM正在不断努力将BLDC电机的高效率驱动控制算法尽可能地进行硬件逻辑化，从而让功率电子的相关技术人员能够轻松使用。作为解决方案的一个例子，ROHM已经建立起了能够对AC/DC(含PFC)、DC/DC、逆变器(正弦波自动进角控制)的换流器/逆变器进行系统提案的体制。ROHM同时也在进行FOC等控制算法的软件开发，今后计划将根据各种不同的应用方向进行提案。

　　在封装与散热方面，为了提高有高通用性标准封装的功率密度(电力/容积)，在作为基本构成要素的高热传导封装材料、LSI回路、功率元器件的低损耗化方面进行最优化的散热设计。另外，还可以针对客户基板提供ROHM独有的散热解决方案服务。

　　为了实现小型化和高可靠性，需要进行一体化整合，例如通过使用像IPM这样的构造来提升保护功能，提高安全性。最终还需要对电容器、电感等无源器件进行小型化。另一方面，为了满足低价格要求，由LSI(栅极驱动器)和分立器件(IGBT、MOS)所组成的解决方案也是比较有效的。

 电机控制对MCU的要求

　　我们正在目睹电动工具类应用从交流(AC)电机向无刷直流电机(BLDC)转移，例如电钻头、电锯和割草机等产品。通常，为专业人员和消费者开发电动工具的这类客户并不具备电机控制软件知识，因此他们依靠MCU供应商来提供电机控制固件。我们也看到了对更高性能电机控制的更多新需求，如用于无人驾驶直升机和电扇等新兴使用案例的正弦波(Sine Wave)控制和磁场定向控制(FOC)。

　　作为一家为工业应用提供8位MCU的领先供应商，Silicon Labs为诸如数码照相机和电动自行车等电池供电型应用提供电池管理系统(BMS)技术。支持这些应用的MCU必须具备非常低的待机电流以及一个非常精确的模数转换器(ADC)和片上基准电压。

　　Silicon Labs的EFM8系列为我们的客户提供了优异性能和简易性，从而满足了他们的需求。在性能方面，Silicon Labs提供高达72 MIPS的快速处理能力、快速数字外设和出众的模拟外设，例如信噪比(SNR)大于300的电容式感应控制器，以及一个高分辨率模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。Silicon Labs的EFM8器件上提供的交叉式内存控制器架构(crossbar architecture)，可以简化电路板设计，同时在非常小的封装中提供了灵活性。

工业控制中的电机控制

 电机的控制器、隔离技术和相电流检测技术指标

　　作为一家致力于技术创新的半导体厂商，ADI的许多产品一直以来被广泛应用于电机控制领域。 ADI电机控制方案的核心竞争力突出表现在控制器、隔离技术、相电流检测及IGBT门级驱动等多方面。

　　处理器平台的选择是伺服控制方案的核心因素，ADI的基于ARM Cortex-M4F内核的处理器ADSP-CM408具有M4F内核(主频为240 MHz)和内部集成的SAR ADC，此外还集成多通道的SINC滤波器，这些特点集成了伺服控制所需要的核心性能，为客户实现复杂、精确、快速的伺服控制提供了充分保证。

　　隔离技术是伺服控制系统的重要环节，目前市场中应用的隔离技术主要有光隔、容隔和磁隔。ADI在伺服控制系统中采用的是其拥有专利的iCoupler磁隔离技术。磁隔离技术的主要优势包括速率高、体积小、集成度高和使用寿命长等。

　　对于相电流检测部分，ADI有隔离型Σ-Δ调制器AD740X。目前市场应用中，中小功率等级应用的电流检测通常采用采样电阻采集电流。因ADI处理器集成了SINC滤波器，AD740X与ADI处理器结合，可完美解决伺服控制中最核心的电流环路控制。对于大功率应用，通常采用Hall元件+ADC的方式，ADI处理器集成的SAR ADC与Hall元件搭配，同样非常具有优势。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第6期第8页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。