滿(mǎn)足差異化應用需求，電機驅動(dòng)IC市場(chǎng)升溫

電機一直是工業(yè)應用中的耗電大戶(hù)，發(fā)展高能效、高可靠性和高耐久的電機勢在必行，國家積極推出政策和標準也正加速這一進(jìn)程。面對來(lái)自政策約束和不同領(lǐng)域差異化需求的雙重壓力，電機控制芯片廠(chǎng)商在控制算法上不斷創(chuàng )新，加緊設計新型降噪降耗降成本方案。

不同領(lǐng)域對電機控制的需求有差異

工業(yè)、家電領(lǐng)域對電機的需求一直保持穩定增長(cháng)，而汽車(chē)和以智能手機為代表的消費電子市場(chǎng)增長(cháng)快速，這些市場(chǎng)對電機的需求也呈大幅增長(cháng)態(tài)勢，而且不同領(lǐng)域對電機控制的需求也有些差異。

羅姆半導體(上海)電機驅動(dòng)應用課經(jīng)理陸晶

羅姆半導體(上海)有限公司設計中心應用技術(shù)二部電機驅動(dòng)應用課經(jīng)理陸晶認為在家電市場(chǎng)電機直流化是趨勢。他表示，目前進(jìn)度最快的是空調方面，受?chē)夷苄У燃壍囊?，空調的壓縮機和室內外風(fēng)機都開(kāi)始采用直流電機來(lái)實(shí)現直流變頻，其它的如熱水器和廚房油煙機的強排風(fēng)扇都漸漸開(kāi)始使用直流電機。

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

TI中國區市場(chǎng)推廣經(jīng)理李志林

TI中國區市場(chǎng)推廣經(jīng)理李志林認為，家電市場(chǎng)的需求主要來(lái)自于家用電器產(chǎn)品對運行效率和待機功耗提出了苛刻的高標準，這要求電機控制更精細和高效，從而也導致電機控制發(fā)生變化：由傳統的交流電機升級到無(wú)刷直流電機(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。傳統的交流電機不需要任何精密的控制，BLDC和永磁同步電機要求很高的處理能力的驅動(dòng)器。

在汽車(chē)領(lǐng)域，李志林表示：“由于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的升級，汽車(chē)市場(chǎng)對電機的要求也越來(lái)越多，一臺高端汽車(chē)有將近200顆馬達。電動(dòng)汽車(chē)，混合能源汽車(chē)都需要大功率的精密的電機?！?

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

智能手機引領(lǐng)消費電子需求

在消費類(lèi)產(chǎn)品方面，需求主要來(lái)自于DV、相機、手機等，近兩年隨著(zhù)智能手機的熱賣(mài)，對電機需求較大，主要體現在兩方面：鏡頭驅動(dòng)(自動(dòng)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(wàn)、800萬(wàn)甚至1200萬(wàn)，一路攀升，現在自動(dòng)對焦功能也基本是高端手機照相的標配。陸晶表示：“目前國內的主流像素為500萬(wàn)，明年估計800萬(wàn)將作為主流，現在帶AF功能的手機比例越來(lái)越高，手機行業(yè)從原來(lái)的定焦切換到AF模式，前后的過(guò)渡基本只有2-3年時(shí)間，這個(gè)應該是托智能手機的福。目前國內的Lens模組廠(chǎng)家，針對AF Lens，產(chǎn)線(xiàn)都已經(jīng)調整完畢。2012年國內的AF Lens的需求會(huì )達到90KK?！?

另一大需求是手機觸感反饋功能，也是目前高端智能手機標配。很多公司都有類(lèi)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(xiàn)性共振傳動(dòng)器，并支持自動(dòng)共振跟蹤的商用觸覺(jué)驅動(dòng)器。它支持LRA和ERM，支持線(xiàn)性馬達也支持轉子馬達，可以用自動(dòng)跟隨技術(shù)來(lái)跟隨線(xiàn)性馬達的共振頻率，并隨之變化，提供超過(guò)2倍的驅動(dòng)力的觸覺(jué)效果；共振驅動(dòng)可提高效率，功耗降低50%；只需一個(gè)旁路電容器，與同類(lèi)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(jiǎn)化輸入信號處理方案，無(wú)需縮放共模輸入電壓?！?

而針對上面提到的自動(dòng)對焦功能，TI也有一款DRV201支持，李志林表示，它是一顆集成線(xiàn)性和PWM開(kāi)關(guān)兩種模式的相機模塊自動(dòng)聚焦驅動(dòng)器，具有振鈴自動(dòng)補償功能，使得自動(dòng)聚焦的時(shí)間縮減到15毫秒或降低模組用戶(hù)對聚焦執行部件的誤差到正負20%，降低成本。它還具有負載短路和開(kāi)路檢測功能。該驅動(dòng)器采用PWM模式，可以將效率提高到75%以上，延長(cháng)用戶(hù)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

目前的電機控制主要以MCU、DSP為主，但也有些應用采用FPGA控制，從專(zhuān)用性角度看，DSP因為數據處理能力強、運算速度快，適用于高端復雜的電機系統控制。FPGA通過(guò)集成邏輯電路及專(zhuān)用電機驅動(dòng)電路，能夠很好地適用于客戶(hù)化的電機驅動(dòng)，但在電機控制的通用性方面略有不足。

針對這一問(wèn)題，賽靈思亞太區新興業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理黃文杰認為：“實(shí)現高性能無(wú)速度傳感器的矢量調速系統是未來(lái)電機控制市場(chǎng)的發(fā)展趨勢。磁場(chǎng)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算和并行處理性能，而這是使用傳統MCU所無(wú)法實(shí)現的?！?與之相比，他強調，賽靈思FPGA具有更緊密的片上系統組件集成，大大提高性能并降低成本。FPGA硬件中的磁場(chǎng)定向控制算法優(yōu)化了用電效率，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。更重要的是FPGA正在不斷提升工業(yè)電機控制產(chǎn)品的精密程度。

黃文杰透露，賽靈思FPGA已經(jīng)在高端數控機床、高端伺服系統、高端變頻器、激光打標機、機器人產(chǎn)品中得到了廣泛應用。國外的大企業(yè)也開(kāi)始采用FPGA作為核心處理平臺來(lái)實(shí)現SoC的解決方案。

在提升能效方面，各廠(chǎng)商都在做創(chuàng )新嘗試，羅姆的陸晶認為電機的效率提升，主要是由電機的定子和轉子的結構改變來(lái)決定。目前從理論上來(lái)說(shuō)，在中小功率方面(5KW以?xún)鹊碾姍C)，直流電機的效率要比交流電機高。當功率需求更高的時(shí)候，交流電機的效率甚至好于直流電機，所以這方面，控制部門(mén)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，在電機驅動(dòng)方面，除了降低開(kāi)關(guān)損失，調制的電角度方式也由原來(lái)的120度向180度轉變，在降低馬達的扭矩紋波的情況下，通過(guò)矢量控制方式來(lái)提升馬達的效率。

另外對于驅動(dòng)IC，在調制精度方面做提升，提高IC內部采用IP core的精度和速度，來(lái)實(shí)現IC的控制精度提升，讓電機的工作更平穩，以此達到電機的理想運行狀態(tài)。