電子發燒友網報道（文/程文智）據最新的《世界能源發展報告（2022）》指出，2021年，我國的全社會用電量為8.31萬億千瓦時，這其中有近50%的電力為電機所消耗，從小型消費品到大型工業設備，到處都有電機的身影，風扇、泵、電動工具、吸塵器、洗衣機、空調、冰箱、汽車、機床、機器人等等都需要電機來提供驅動力。如果能將這些電機的效率提升1%，也能節省不少用電量。

一項針對中國、歐盟、美國等 9 個國家和地區的研究分析顯示，2018 年，電器設備能效標準幫助這些國家和地區實現年節電量 1500 太瓦時（109 千瓦時；TWh），相當于這些國家和地區當年的風力和太陽能發電總量之和。

因此，全球逾120個國家已經實施，或正在制定強制性的主要電器能效標準或標識項目。在那些實施此項目時間最長的國家，電氣能效政策已經推動主要電器能耗減少了一半以上，包括空調、冰箱、電視機、洗衣機和廚房電器等。比如我國新的電機能效標準，以及新版的《電風扇能源效率標識實施規則》等，都需要提升電機的效率，達到節能的目的。

而為了實現節能目標，各家企業也都在使出渾身解數，通過一系列的創新，比如集成式智能功率模塊和系統級封裝、單片式電機驅動器、快速高效的功率開關、具有電壓瞬態保護功能的可控硅、以及功能強大且安全的微控制器等等，甚至更加智能的傳感器，以及更先進的算法與軟件等等。

談到未來電機控制的發展趨勢，電子發燒友網在不久前的第四屆意法半導體工業峰會上與意法半導體的專家進行了交流，在他們看來未來電機控制行業的發展主要有兩個方向，即節能和智能化。

節能電機是未來發展趨勢之一

雖然根據電機類型的不同和應用要求的不同，電機控制技術和電路也會有所不同，但其最終的目的都是為了能夠手動或者自動地對電機進行操作，比如啟停、提前反轉、速度、扭轉，以及電壓過載保護等等。也就是說電機的控制需要電子電路的支持，以前這些電子電路采用的都是分立器件，但如今隨著半導體技術的發展，芯片企業提供了更多集成化的解決方案，當然除了這些電力電子器件，還需要算法和軟件的支持。

圖：BLDC/PMSM電機控制框圖（來源：ST）

為了實現電機節能的目的，電機控制技術大有可為，工程師可以通過采用更集成化的器件、性能更好的器件，以及更加優秀的軟件算法來實現提升效率，節省能源的目的。也就是說可以從兩個方面來實現。

首先是采用更集成化的器件和SiC、GaN等第三代半導體器件。更集成化的器件包括集成化的功率MOSFET、IGBT、單片電機驅動IC、功率模塊等等。比如，IGBT現在已經是第三代，它具有電力控制器件的基本功能，非常適合解決復雜的電機控制問題。在特別極端的使用條件下，最新一代的IGBT在開關速度和行為穩定性之間建立了良好的關系，汽車中的驅動電機更多都采用了最新的IGBT產品。當然，現在也有不少汽車開始采用SiC器件來替代IGBT。

SiC器件在電機控制中的使用，有助于電機的節能和減少尺寸，再加上其高集成度和可靠性等特性，非常適合在汽車和工業自動化控制應用中使用。

除了SiC，還有GaN器件，由于其開關性能更好，高頻特性突出，已經有廠商推出了基于GaN器件的電機驅動解決方案。不過目前SiC和GaN器件的成本還有點偏高，EMC和EMI問題更突出等限制，還沒有大規模推廣開來。

第二就是算法和軟件技術。電機控制需要算法的支持，相同的硬件解決方案，如果算法優化程度不一樣，電機的效率也會有很大差別。

智能化控制也是未來發展方向之一

除了節能，電機控制技術的智能化也為未來發展的重點方向之一。一般來說，電機控制的智能化可以從兩個方面來實現。

一是擴展感知范圍，也就是說在電機控制方案中加入更多的傳感器，比如說振動傳感器，通過振動來監測電機的運行狀態，在電機發生故障之前就能提前感知，并進行維護，或者自動修復。

二是處理器，過去電機控制流行采用DSP，后來經過演變，出現了各種不同的解決方案。在硬件方面，現在常用的MCU，并且在MCU外設方面添加更多功能，例如快速ADC、柵極驅動器、電源模塊、及電機控制PWM外設等等；而在軟件方面，可以加入更多的AI算法，比如環境感知信息的處理算法、自身參數的識別算法等等。

結語

總的來說，電機控制的發展潛力還是非常大的，不過目前很多技術由于成本、技術限制，及市場接受度等因素的限制，還處于實驗室階段，或者市場開拓階段，產業化還需要一定的時間，但相信隨著技術的進步，這些挑戰會得到解決。

另外，電子發燒友網會在11月17日在深圳灣萬怡酒店舉辦《電機控制先進技術研討會》，邀請了10來家芯片原廠共同探討電機控制技術解決方案和未來發展趨勢，歡迎感興趣的工程師朋友們到現場交流。

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