滿足差異化應(yīng)用需求，電機(jī)驅(qū)動IC市場升溫

電機(jī)一直是工業(yè)應(yīng)用中的耗電大戶，發(fā)展高能效、高可靠性和高耐久的電機(jī)勢在必行，國家積極推出政策和標(biāo)準(zhǔn)也正加速這一進(jìn)程。面對來自政策約束和不同領(lǐng)域差異化需求的雙重壓力，電機(jī)控制芯片廠商在控制算法上不斷創(chuàng)新，加緊設(shè)計(jì)新型降噪降耗降成本方案。

不同領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)控制的需求有差異

工業(yè)、家電領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)的需求一直保持穩(wěn)定增長，而汽車和以智能手機(jī)為代表的消費(fèi)電子市場增長快速，這些市場對電機(jī)的需求也呈大幅增長態(tài)勢，而且不同領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)控制的需求也有些差異。

羅姆半導(dǎo)體(上海)電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用課經(jīng)理陸晶

羅姆半導(dǎo)體(上海)有限公司設(shè)計(jì)中心應(yīng)用技術(shù)二部電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用課經(jīng)理陸晶認(rèn)為在家電市場電機(jī)直流化是趨勢。他表示，目前進(jìn)度最快的是空調(diào)方面，受國家能效等級的要求，空調(diào)的壓縮機(jī)和室內(nèi)外風(fēng)機(jī)都開始采用直流電機(jī)來實(shí)現(xiàn)直流變頻，其它的如熱水器和廚房油煙機(jī)的強(qiáng)排風(fēng)扇都漸漸開始使用直流電機(jī)。

因家電種類不同，對電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率要求不同，因而對電機(jī)控制也有不同要求，他指出，一般壓縮機(jī)的直流馬達(dá)要求的功率較大，對于力矩的變換響應(yīng)要求快速，但是在風(fēng)機(jī)方面是要求噪音較低，轉(zhuǎn)速維持平穩(wěn)，一般功率都不是很大。在冰箱，洗衣機(jī)方面的要求基本如是，只是應(yīng)用的方向稍有不同。

TI中國區(qū)市場推廣經(jīng)理李志林

TI中國區(qū)市場推廣經(jīng)理李志林認(rèn)為，家電市場的需求主要來自于家用電器產(chǎn)品對運(yùn)行效率和待機(jī)功耗提出了苛刻的高標(biāo)準(zhǔn)，這要求電機(jī)控制更精細(xì)和高效，從而也導(dǎo)致電機(jī)控制發(fā)生變化：由傳統(tǒng)的交流電機(jī)升級到無刷直流電機(jī)(BLDC)和永磁同步電機(jī)(PMSM)。傳統(tǒng)的交流電機(jī)不需要任何精密的控制，BLDC和永磁同步電機(jī)要求很高的處理能力的驅(qū)動器。

在汽車領(lǐng)域，李志林表示：“由于汽車產(chǎn)業(yè)的升級，汽車市場對電機(jī)的要求也越來越多，一臺高端汽車有將近200顆馬達(dá)。電動汽車，混合能源汽車都需要大功率的精密的電機(jī)。”

在工業(yè)領(lǐng)域，因用工人力日益緊張，自動化正在逐步取代人工，一些人工操作的產(chǎn)線慢慢地向自動化方面轉(zhuǎn)變。陸晶表示：“近幾年紡織方面的設(shè)備的自動化進(jìn)程較快，自動化率提高，所以步進(jìn)馬達(dá)和直流伺服馬達(dá)得到較大的應(yīng)用。2010-2011年是發(fā)展最快的兩年，目前受到全球市場需求疲軟的影響，進(jìn)度有所放慢，但是從大的方向來說，自動化是整體趨勢。”

智能手機(jī)引領(lǐng)消費(fèi)電子需求

在消費(fèi)類產(chǎn)品方面，需求主要來自于DV、相機(jī)、手機(jī)等，近兩年隨著智能手機(jī)的熱賣，對電機(jī)需求較大，主要體現(xiàn)在兩方面：鏡頭驅(qū)動(自動對焦，AF)和觸感反饋功能。社交網(wǎng)絡(luò)的流行使得拍照功能越顯重要，像素從500萬、800萬甚至1200萬，一路攀升，現(xiàn)在自動對焦功能也基本是高端手機(jī)照相的標(biāo)配。陸晶表示：“目前國內(nèi)的主流像素為500萬，明年估計(jì)800萬將作為主流，現(xiàn)在帶AF功能的手機(jī)比例越來越高，手機(jī)行業(yè)從原來的定焦切換到AF模式，前后的過渡基本只有2-3年時(shí)間，這個(gè)應(yīng)該是托智能手機(jī)的福。目前國內(nèi)的Lens模組廠家，針對AF Lens，產(chǎn)線都已經(jīng)調(diào)整完畢。2012年國內(nèi)的AF Lens的需求會達(dá)到90KK?！?

另一大需求是手機(jī)觸感反饋功能，也是目前高端智能手機(jī)標(biāo)配。很多公司都有類似方案，TI在今年七月推出了DRV2603。TI李志林表示：“這是首款用于控制線性共振傳動器，并支持自動共振跟蹤的商用觸覺驅(qū)動器。它支持LRA和ERM，支持線性馬達(dá)也支持轉(zhuǎn)子馬達(dá)，可以用自動跟隨技術(shù)來跟隨線性馬達(dá)的共振頻率，并隨之變化，提供超過2倍的驅(qū)動力的觸覺效果；共振驅(qū)動可提高效率，功耗降低50%；只需一個(gè)旁路電容器，與同類競爭解決方案相比，其總體尺寸銳減66%；10KHz至250KHz的寬泛輸入可簡化輸入信號處理方案，無需縮放共模輸入電壓。”

而針對上面提到的自動對焦功能，TI也有一款DRV201支持，李志林表示，它是一顆集成線性和PWM開關(guān)兩種模式的相機(jī)模塊自動聚焦驅(qū)動器，具有振鈴自動補(bǔ)償功能，使得自動聚焦的時(shí)間縮減到15毫秒或降低模組用戶對聚焦執(zhí)行部件的誤差到正負(fù)20%，降低成本。它還具有負(fù)載短路和開路檢測功能。該驅(qū)動器采用PWM模式，可以將效率提高到75%以上，延長用戶電池的使用時(shí)間。

不同控制方式的選擇以及能效上的改進(jìn)措施

目前的電機(jī)控制主要以MCU、DSP為主，但也有些應(yīng)用采用FPGA控制，從專用性角度看，DSP因?yàn)閿?shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快，適用于高端復(fù)雜的電機(jī)系統(tǒng)控制。FPGA通過集成邏輯電路及專用電機(jī)驅(qū)動電路，能夠很好地適用于客戶化的電機(jī)驅(qū)動，但在電機(jī)控制的通用性方面略有不足。

針對這一問題，賽靈思亞太區(qū)新興業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃文杰認(rèn)為：“實(shí)現(xiàn)高性能無速度傳感器的矢量調(diào)速系統(tǒng)是未來電機(jī)控制市場的發(fā)展趨勢。磁場定向控制(FOC)等高級算法可提供更高的效率和性能，這通常需要快速的計(jì)算和并行處理性能，而這是使用傳統(tǒng)MCU所無法實(shí)現(xiàn)的。” 與之相比，他強(qiáng)調(diào)，賽靈思FPGA具有更緊密的片上系統(tǒng)組件集成，大大提高性能并降低成本。FPGA硬件中的磁場定向控制算法優(yōu)化了用電效率，縮短開發(fā)時(shí)間。更重要的是FPGA正在不斷提升工業(yè)電機(jī)控制產(chǎn)品的精密程度。

黃文杰透露，賽靈思FPGA已經(jīng)在高端數(shù)控機(jī)床、高端伺服系統(tǒng)、高端變頻器、激光打標(biāo)機(jī)、機(jī)器人產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。國外的大企業(yè)也開始采用FPGA作為核心處理平臺來實(shí)現(xiàn)SoC的解決方案。

在提升能效方面，各廠商都在做創(chuàng)新嘗試，羅姆的陸晶認(rèn)為電機(jī)的效率提升，主要是由電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)改變來決定。目前從理論上來說，在中小功率方面(5KW以內(nèi)的電機(jī))，直流電機(jī)的效率要比交流電機(jī)高。當(dāng)功率需求更高的時(shí)候，交流電機(jī)的效率甚至好于直流電機(jī)，所以這方面，控制部門主要是逆變器的改進(jìn)，要求更大功率的器件，并要減小快關(guān)損失。

他指出，在電機(jī)驅(qū)動方面，除了降低開關(guān)損失，調(diào)制的電角度方式也由原來的120度向180度轉(zhuǎn)變，在降低馬達(dá)的扭矩紋波的情況下，通過矢量控制方式來提升馬達(dá)的效率。

另外對于驅(qū)動IC，在調(diào)制精度方面做提升，提高IC內(nèi)部采用IP core的精度和速度，來實(shí)現(xiàn)IC的控制精度提升，讓電機(jī)的工作更平穩(wěn)，以此達(dá)到電機(jī)的理想運(yùn)行狀態(tài)。