編者按：
相比于傳統(tǒng)的電機，BLDC電機具有不可比擬的優(yōu)勢。在智能化、工業(yè)自動化的今天，BLDC電機控制器在白電、新能源汽車、工業(yè)/人形機器人等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和市場基礎(chǔ)。
當(dāng)前，技術(shù)創(chuàng)新仍然是BLDC電機控制器持續(xù)領(lǐng)跑的關(guān)鍵。隨著市場需求的增長，集成化設(shè)計、高性能芯片等先進(jìn)技術(shù)不斷融入其中，不僅提升了產(chǎn)品性能，更降低了成本。同時，軟件與硬件的協(xié)同優(yōu)化，讓電機控制算法更加高效精準(zhǔn)。
BLDC電機控制器的長足發(fā)展離不開產(chǎn)業(yè)鏈上下游的緊密合作。整機企業(yè)與半導(dǎo)體企業(yè)只有攜手并進(jìn)，共同面對技術(shù)挑戰(zhàn)，才能開拓市場新機遇。本欄目就邀請整機企業(yè)和半導(dǎo)體企業(yè)資深行業(yè)人士展開對話，一窺BLDC電機控制器的魅力所在，探討B(tài)LDC電機技術(shù)創(chuàng)新、算法優(yōu)化及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的奧秘。
對話導(dǎo)覽：
1、BLDC電機驅(qū)動控制器的應(yīng)用特點和市場情況如何？貴公司主要提供哪些業(yè)務(wù)？
2、電機驅(qū)動芯片的集成化創(chuàng)新架構(gòu)在來來將會成為主流。結(jié)合具體實例談?wù)勗谀骋粦?yīng)用當(dāng)中的典型解決方案？
3、電機主流控制算法主要有方波控制、SVPWM、FOC等。在實現(xiàn)方面，如何看待軟件和硬件層面的差異和優(yōu)劣？未來哪一種實現(xiàn)方式更有前景？
4、作為產(chǎn)業(yè)鏈下游的整機企業(yè)，對上游的半導(dǎo)體企業(yè)有哪些建議或期望？希望在合作中盡量滿足哪些需求，可以使雙方能夠共同推動BLDC電機控制器市場發(fā)展？
5、在產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間，如何與下游整機企業(yè)開展合作？如何看待整機工程師提到的半導(dǎo)體器件ADC精度不足和為降低生產(chǎn)成本而減少核心性能參數(shù)等問題？
6、如何看待BLDC電機控制器的應(yīng)用趨勢和市場空間？有哪些新的市場規(guī)劃和發(fā)展策略？
對話嘉賓：
1、談?wù)勝F公司在BLDC電機控制器市場中的應(yīng)用及業(yè)務(wù)?
拓邦股份彭勇軍：BLDC電機控制器以其提供瞬間大扭矩和強爆發(fā)力的特點，廣泛應(yīng)用于工具類、切割類和壓榨類等需要瞬時沖擊力的場景。但對于要求平穩(wěn)運行的場合，如風(fēng)筒和高鐵，它并不適用。
和而泰羅解兵：和而泰在主流趨勢中提供BLDC電機方案，主要面向電動工具領(lǐng)域，如電鉆、角磨機等，廣泛應(yīng)用于家具、空調(diào)、洗衣機等白色家電中。隨著交接時間的推進(jìn)，相關(guān)工作也在進(jìn)行中。
笙泉科技王駿維：笙泉科技在BLDC電機芯片應(yīng)用上專注于白色家電、小型家電、伺服風(fēng)機等。BLDC電機產(chǎn)品研發(fā)方向主要以節(jié)能為主，致力于創(chuàng)造最高效能、節(jié)約最小損耗；同時提供完整的BLDC電機方案，利用參數(shù)化方式針對不同的電機進(jìn)行調(diào)整，搭配FAE及時支援客戶的需求。
英能科技Dennis Wang：浙江英能電子科技有限公司，是專業(yè)從事電機驅(qū)動集成電路芯片研發(fā)、設(shè)計、銷售的高新技術(shù)企業(yè)。我司在BLDC電機驅(qū)動控制器市場上主要有兩類產(chǎn)品：一類是以ZH6338/ZH6318為代表的全集成的SMART ASIC。其中ZH6338是一款6V~40V工作電壓，最大相電流1.75A，高集成度的三相FOC驅(qū)動芯片。它集成了FOC的控制算法、驅(qū)動、檢測信號處理以及三個功率半橋。系統(tǒng)通過SPD引腳調(diào)速，DIR引腳調(diào)節(jié)方向，F(xiàn)G反饋速度，以及包括限流、過溫、過壓、欠壓、短路、開路和堵轉(zhuǎn)等完善的保護(hù)功能。ZH6338該款產(chǎn)品已成功應(yīng)用于排風(fēng)扇、小水泵等行業(yè)。由于其區(qū)別于單片機的簡單的外圍電路，較大的驅(qū)動電流受到了廣大客戶的歡迎。
圖1 ZH6338/ZH6318全集成SMART ASIC
另一類是專門為電機驅(qū)動設(shè)計的ZH521X系列MCU，ZH521X單片機主要包含（ZH5210，ZH5212集成PN驅(qū)動，ZH5213集成NN驅(qū)動）3種型號。它集成32k字節(jié)代碼存儲器FLASH，4k字節(jié)SRAM。集成3個高級定時器，帶死區(qū)的PWM模塊，4個模擬比較器，3個運算放大器，1個12位精度ADC，非常適合應(yīng)用于風(fēng)扇、水泵、壓縮機、電動工具等電機控制領(lǐng)域。ZH521X已廣泛應(yīng)用于落地扇、水泵、廚房用具等各種直流無刷驅(qū)動器的領(lǐng)域當(dāng)中，其穩(wěn)定可靠的性能，配合英能自研的無傳感FOC算法受到了大批用戶的歡迎。
圖2 ZH521X系列MCU
靈動微電子胡力興：目前靈動在高速吹風(fēng)筒，掃震電動牙刷、吸塵器、洗衣機等方面都有完整的解決方案。針對不同電壓，不同功率以及不同需求的應(yīng)用，靈動提供多層次的產(chǎn)品組合，集成預(yù)驅(qū)、LDO、DC/DC和MOSFET，方便客戶平臺化選擇，同時匹配不同的算法，協(xié)助客戶完成BLDC電機產(chǎn)品研發(fā)。
元能芯黃致愷：BLDC電機的市場非常廣泛，元能芯將市場方向采取了七個步驟，分別是風(fēng)、器、乘、居、智、儲、車 ，風(fēng)就是風(fēng)機，器包含了電動工具與園林工具，乘指的是低速交通工具包含滑板車平衡車，居就是我們生活中常接觸的大小家電，接著智就是機器人，例如高功率密度的模塊，儲能與車用電子則是最后的兩大市場應(yīng)用。
2、電機驅(qū)動芯片的集成化創(chuàng)新架構(gòu)在來來將會成為主流。結(jié)合具體實例談?wù)勗谀骋粦?yīng)用當(dāng)中的典型解決方案？
笙泉科技王駿維：目前現(xiàn)有產(chǎn)品，是主控MCU結(jié)合不同電壓驅(qū)動(40V~600V)，整合成低/中/高壓SoC芯片，驅(qū)動外部功率器件(如：MOSFET)來推動馬達(dá)，因電流量高屬中高功率產(chǎn)品。未來也會開發(fā)低功率產(chǎn)品，將會再內(nèi)建外部功率器件All in One，減少外部PCB空間，將產(chǎn)品微小化。
英能科技Dennis Wang：高度集成化的ASIC電機驅(qū)動芯片是我司的一大特色。今年4月我司推出了專門為小型步進(jìn)電機設(shè)計的控制和驅(qū)動一體芯片ZH6429(L)，一經(jīng)推出受到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，并與行業(yè)步進(jìn)電機龍頭企業(yè)廣東惠利普電機有限公司進(jìn)行了深度合作。
ZH6429是一款工作電壓范圍4.5V~30V，工作電流600mA。它集成了脈沖計數(shù)器，步進(jìn)電機的路徑和速度規(guī)劃算法、正余弦波發(fā)生器、SPWM發(fā)生器以及短路保護(hù)和過溫保護(hù)等功能。ZH6429可以實現(xiàn)256細(xì)分的正弦步進(jìn)電機電流，在不同轉(zhuǎn)速下，尤其是高速下，保證靜音運行。這解決了小型步進(jìn)電機行業(yè)的一大痛點。
ZH6429還支持堵轉(zhuǎn)保護(hù)。當(dāng)堵轉(zhuǎn)故障發(fā)生時電機停機，nFault指示輸出。堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，可有效避免電機因為長時間堵轉(zhuǎn)運行而損耗的情況，提高步進(jìn)電機系統(tǒng)的可靠性。
圖3 ZH6429應(yīng)用
靈動微電子胡力興：在靈動新的掃震一體電動牙刷方案中，靈動的SPIN023C內(nèi)部集成LDO和MOSFET，以4mmx4mm的芯片封裝，做到極高的集成度和極小的電路板面積，控制BLDC電機。
圖4 靈動微電子的SPIN023C DEMO板示意
在吸塵器方案中，靈動的SPIN080C/G芯片內(nèi)部集成LDO，預(yù)驅(qū)以及DC/DC；芯片內(nèi)部集成的DC/DC最高支持100V電壓。同時靈動的SPIN030C可以滿足低壓小功率的吸塵器應(yīng)用需求。
圖5 靈動微吸塵器控制方案介紹
元能芯黃致愷：元能芯重新定義與詮釋了電機驅(qū)動芯片All-in-One，里面整合了MCU、Gate Driver、MOSFET與LDO，透過更先進(jìn)的封裝技術(shù)將高效率的芯片全部集成起來，使得整體驅(qū)動板更簡潔更輕小，不只是整體BOM的成本獲得改善，還大幅提升了PCBA的制作良率。元能芯All-in-One的第一代產(chǎn)品，40V耐壓，目前在工業(yè)風(fēng)機EC Fan的設(shè)計上，改良了早期的復(fù)雜零件與設(shè)計，將PCB面積縮小了30%，并且從雙面板改成了單面板，獲得歐洲電機大廠的認(rèn)可。
3、電機主流控制算法主要有方波控制、SVPWM、FOC等。在實現(xiàn)方面，如何看待軟件和硬件層面的差異和優(yōu)劣？未來哪一種實現(xiàn)方式更有前景？
拓邦股份彭勇軍：軟件和硬件的主要差異在于性能與靈活性。硬件具有高速運算和高度可靠性優(yōu)勢，但軟件則靈活性較高，能根據(jù)需求隨時調(diào)整，并充分發(fā)揮人的創(chuàng)造力。從個人角度看，軟件更具優(yōu)勢，但從機械化應(yīng)用和成本效益來看，硬件則更具價值。目前，在中國市場，軟件仍占據(jù)主導(dǎo)地位。
笙泉科技王駿維：MCU在無感FOC設(shè)計上，利用MDE (Motor Driving Engine)達(dá)成硬件運算與保護(hù)，在高速運轉(zhuǎn)下可以快速計算，計算速度能力約為5uS時長，硬件保護(hù)更能體現(xiàn)出最佳安全性，也不再占用MCU控制上的資源，更省下Flash程序空間，完整達(dá)成客戶想要的功能。
未來無感FOC更為主流，因此笙泉科技開發(fā)FOC智慧型調(diào)機系統(tǒng)，是一套高級演算法，僅需簡單設(shè)定馬達(dá)規(guī)格及硬體配置，即能「智慧且適應(yīng)型」的運算與調(diào)適參數(shù)，以達(dá)到馬達(dá)驅(qū)動性能最佳化。
元能芯黃致愷：在微控制器(MCU)還在8位機時代，由于控制器算力不足，硬件控制算法可以快速解決，并且透過調(diào)整外圍器件方式作參數(shù)的調(diào)整。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，MCU的性能越來越強大，并且可以將部分電機計算模塊設(shè)計到芯片內(nèi)部，解決了算力的問題，并且透過軟件方式，可以非常有彈性的設(shè)計不同電機驅(qū)動，并且支持更多少量多樣化的BLDC電機應(yīng)用需求。
和而泰羅解兵：軟件算法靈活可調(diào)，適用于多系列開發(fā)，但依賴特定硬件平臺；硬件算法則開發(fā)速度快、體積小、成本低，適合快速開發(fā)新產(chǎn)品，但靈活性受限。實際應(yīng)用中，軟件與硬件算法各有優(yōu)勢，選擇取決于BLDC電機產(chǎn)品應(yīng)用場景和需求，無法相互取代。
拓邦股份段燕磊：BLDC電機的控制算法可在軟件和硬件層面實現(xiàn)。軟件算法易于在不同平臺上移植，而硬件算法則較為固定，拓展性和升級換代受限。未來發(fā)展方向上，軟件算法因其靈活性在專用場景和細(xì)微調(diào)整上更具優(yōu)勢，而硬件算法則因處理速度快，更適用于高速場合。兩者各有優(yōu)劣，取決于具體BLDC電機應(yīng)用場景。
極海半導(dǎo)體劉洋：不同應(yīng)用場景下的BLDC電機控制具有不同的特點，軟件層面主要依賴MCU和DSP來實現(xiàn)高靈活性、簡易調(diào)試與更新，以應(yīng)對需要不斷改進(jìn)和升級功能的應(yīng)用場景；而硬件層面，則通過ASIC和FPGA提供更高處理速度和實時響應(yīng)，來滿足對穩(wěn)定性與可靠性有更高需求的應(yīng)用場景，且在特定場景算法固化后更有利于用戶縮短開發(fā)周期、降低成本。在實際情況中，為達(dá)到更好的性能和使用體驗，BLDC電機控制器往往都是軟硬件相結(jié)合使用。
靈動微電子胡力興：許多安全保護(hù)和功能安全檢查的實現(xiàn)是需要硬件上的支持。隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)一步提升，算力價格的下降，基于算力不足而對算法硬件化的意義越來越小。基于純軟件的算法模塊會有更高的靈活度和廣泛的適配性。靈動立足ARM的生態(tài)平臺，同時優(yōu)化BLDC電機控制相關(guān)IP模塊，方便客戶快速的迭代算法，移植方案。
4、作為產(chǎn)業(yè)鏈下游的整機企業(yè)，對上游的半導(dǎo)體企業(yè)有哪些建議或期望？希望在合作中盡量滿足哪些需求，可以使雙方能夠共同推動BLDC電機控制器市場發(fā)展？
拓邦股份彭勇軍：我們在使用上游半導(dǎo)體器件時，尤其是國產(chǎn)芯片，常遇到性能和質(zhì)量問題，如ADC采集精度不足和芯片本身的bug，這些問題導(dǎo)致方案不穩(wěn)定。這些問題主要源于成本壓縮，犧牲了可靠性。對于國內(nèi)半導(dǎo)體廠商，我建議在研發(fā)過程中注重可靠性和充分測試，同時減少不必要的冗余設(shè)計，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能。
和而泰羅解兵：國產(chǎn)半導(dǎo)體品牌在市場上逐漸形成了一梯隊和二梯隊的品牌格局，但在某些性能指標(biāo)上仍存在差距。盡管一些國產(chǎn)BLDC電機產(chǎn)品聲稱具備某些參數(shù)，但實際測試中可能發(fā)現(xiàn)其性能并不如預(yù)期。在常規(guī)任務(wù)中，這些差異可能不明顯，但在惡劣或極端條件下使用時，問題便會顯現(xiàn)。這方面可能不太完善，不太滿足我們的需求。畢竟國產(chǎn)與國外頂級巨頭的BLDC電機產(chǎn)品還是有區(qū)別的。
拓邦股份段燕磊：我們在實施方案時，有時會遇到上游半導(dǎo)體器件的質(zhì)量問題或性能不達(dá)標(biāo)，特別是在MCU的抗干擾性方面，這是我們在實際體驗中可能遇到的問題。
5、在產(chǎn)業(yè)鏈上下游之間，如何與下游整機企業(yè)開展合作？如何看待整機工程師提到的半導(dǎo)體器件ADC精度不足和為降低生產(chǎn)成本而減少核心性能參數(shù)等問題？
笙泉科技王駿維：根據(jù)終端客戶反應(yīng)，過去在調(diào)機時，常面臨不知如何篩選高達(dá)數(shù)十組以上的馬達(dá)規(guī)格(參數(shù))，導(dǎo)致「調(diào)機」變成相當(dāng)耗時的任務(wù)，以致無法掌控電機開發(fā)時程及可靠性。由于馬達(dá)需要調(diào)整，笙泉科技因而開發(fā)了一套智能調(diào)整系統(tǒng)，方便客戶調(diào)整馬達(dá)功能，現(xiàn)在透過此套FOC智慧型調(diào)機系統(tǒng)，演算法內(nèi)建的韌體資料庫(Lib)，收斂到只需輸入簡單9組參數(shù)(包括線性阻值、電感值、PWM頻率、馬達(dá)極數(shù)、轉(zhuǎn)速等)，即可輕松快速地完成調(diào)機，大幅減低了馬達(dá)電機的開發(fā)困難度。
極海半導(dǎo)體劉洋：極海搭建了完善的電機控制生態(tài)平臺，憑借由資深電機算法工程師、軟硬件工程師組成的技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊，可與客戶技術(shù)人員組建聯(lián)合開發(fā)團(tuán)隊，共同進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和研發(fā)，根據(jù)用戶邏輯優(yōu)化產(chǎn)品軟硬件設(shè)計，目前已推出工業(yè)風(fēng)機、強磁攪拌器、電動兩輪車、高壓水泵以及實驗室離心機等眾多量產(chǎn)級應(yīng)用案例。
我們在與客戶的合作中，都會充分測試半導(dǎo)體器件及方案，根據(jù)客戶產(chǎn)品實際應(yīng)用場景，選擇符合ADC精度和性能參數(shù)需求的產(chǎn)品，任何經(jīng)由極海技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊提出的、可幫助客戶優(yōu)化成本、降低功耗的方案，都建立在確保客戶產(chǎn)品競爭力不受影響、達(dá)成共識的前提，不存在半導(dǎo)體器件參數(shù)不滿足設(shè)計需求的情況。如果半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)在提問中所述情況，那也應(yīng)該只是個別廠商虛標(biāo)參數(shù)所導(dǎo)致的個案，不是行業(yè)普遍存在的問題。
6、如何看待BLDC電機驅(qū)動控制器的應(yīng)用趨勢和市場空間？有哪些新的市場規(guī)劃和發(fā)展策略？
拓邦股份彭勇軍：BLDC電機驅(qū)動控制器行業(yè)預(yù)計在未來20年內(nèi)仍將保持熱門，但隨著技術(shù)門檻降低，參與者增多，行業(yè)競爭將加劇，可能影響行業(yè)份額、個人待遇和公司利潤。要想走得更好，企業(yè)需要不斷創(chuàng)新和向高端化發(fā)展，同時兼顧成本和可靠性。個人則需要掌握更多核心技術(shù)。在技術(shù)應(yīng)用上，BLDC電機在新能源和機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，尤其在中國能源轉(zhuǎn)型和新能源發(fā)展的背景下，BLDC電機市場需求將持續(xù)增長。整體而言，BLDC電機行業(yè)競爭也將更加激烈。
元能芯黃致愷：全球綠能大政策ESG，其中BLDC電機能帶來的直接節(jié)能是非常可觀的，BLDC電機比傳統(tǒng)電機效率高上許多，但沒有好的電機控制器多年來一直是電機廠或系統(tǒng)廠的痛，元能芯提供了All-in-One搭配應(yīng)用等級的完整算法與方案，從風(fēng)機的市場開始，幫助更多客戶可以快速的設(shè)計落地，以及更高集成的設(shè)計，使得整體競爭力更有優(yōu)勢。
圖6 All-in-One第一款產(chǎn)品MYi0002V0405 圖7 高壓EC Fan驅(qū)動板設(shè)計
笙泉科技王駿維：對標(biāo)國外廠商的主控芯片，提升演算法的計算能力，降低成本以提高產(chǎn)品上的性價比，這是笙泉科技BLDC電機產(chǎn)品一直以來致力的目標(biāo)。FOC控制是未來新市場的趨勢，已開發(fā)FOC智慧型調(diào)機系統(tǒng)，幾組參數(shù)便可輕松調(diào)機，提供客戶快速開發(fā)與導(dǎo)入產(chǎn)品，再加上本身晶片致力于硬體演算法開發(fā)，對標(biāo)高能效運算，讓BLDC電機產(chǎn)品在國內(nèi)外更具競爭優(yōu)勢。
靈動微電子胡力興：BLDC電機的應(yīng)用市場廣泛。目前BLDC電機相對于交流電機的優(yōu)勢也越來越明顯。靈動微電子會立足當(dāng)前，不停的迭代和優(yōu)化自身的BLDC電機產(chǎn)品和生態(tài)。
結(jié)語：
在當(dāng)前乃至未來，BLDC電機控制器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，其市場潛力都是非常巨大的。伴隨產(chǎn)品精細(xì)化、智能化的程度越來越高，市場對BLDC電機驅(qū)動芯片的性能要求也越來越高，更多集成預(yù)驅(qū)、LDO、運放、DC/DC和MOSFET等。在小型化、集成化的趨勢下，芯片的功能和性能越來越齊全，降低成本的同時，提高了BLDC電機產(chǎn)品本身的高效能、低噪音等性能。百花齊放的市場競爭中，各家在BLDC電機控制算法上的差異性和獨特性方案，不斷根據(jù)客戶需求進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化自身的BLDC電機產(chǎn)品和生態(tài)。上下游產(chǎn)業(yè)鏈間只有不斷協(xié)同，抓住市場機遇，共同推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，BLDC電機控制器將會在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特魅力！ |
