電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠、李誠、周凱揚）近幾年來，隨著永磁新材料、微電子技術、自動控制，以及電力電子，特別是大功率開關器件的發(fā)展，再加上國內(nèi)高壓、高速電機制造技術的提升，電機系統(tǒng)智能化的趨勢越來越明顯。2022年11月17日，由<電子發(fā)燒友>主辦的2022電機控制先進技術研討會在深圳灣萬怡酒店成功舉辦。本次會議，意法半導體、凌鷗創(chuàng)芯、國民技術、Microchip、杰開科技、Qorvo、ADI、靈動微電子、先楫半導體等國內(nèi)外知名企業(yè)的專家和領導帶來了電機控制領域最新的技術分享。
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電子發(fā)燒友總經(jīng)理張迎輝在致辭中表示，“上半年我們的電機控制大會，其中大多數(shù)是國產(chǎn)驅(qū)動芯片的廠商登臺演講。下半年我們邀請到更多的國際芯片原廠一起參與。這其實是有一些微妙的原因在其中的。一是關于電機這一塊的新的芯片與方案推出頻率與推廣力度只增不減，二是國內(nèi)外廠商同臺競技，共同尋找更多藍海市場，三是市場培育要看長線，電機控制遠不止是消費類市場的玩法，更遠的戰(zhàn)略是工業(yè)與汽車、醫(yī)療級應用，從消費級切入只是初級玩法”。電機控制的精彩游戲才剛剛開始！
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隨著工業(yè)4.0、裝備制造以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來對電機的需求會越來越大，電機系統(tǒng)智能化趨勢越來越明顯。要生產(chǎn)一塊優(yōu)質(zhì)的BLDC驅(qū)動板和電機，研發(fā)人員除了需要了解主芯片外，還要了解周邊MOS、電容、IPM、LDO、電池和電機的參數(shù)，甚至是外殼、散熱器這些配件。電機控制技術里很多坑都是需要大家一起來踩、一起來填，工程師們之間的交流學習非常重要。在電子發(fā)燒友市場走訪調(diào)研過程中，我們也聽到了更多的反饋聲音，一是市場對電機應用市場的看好，需要我們主辦方去邀請更多技術專家來做分享，二是要把議題擴大，覆蓋更多上下游。因此電子發(fā)燒友每年策劃兩場電機控制技術控制線下活動正好為行業(yè)提供一個很好的交流學習平臺。
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ST：基于STM32/STSPIN32G4的多軸伺服驅(qū)動器模塊化架構
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意法半導體作為國際MCU大廠，在電機控制伺服驅(qū)動領域有著深厚的歷史積累。本次大會，意法半導體高級應用工程師曾祥云聚焦STM32與STSPIN32G4介紹了多軸伺服驅(qū)動器模塊化架構。
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曾工以機器人應用切入本次演講主題——多軸伺服驅(qū)動設計。意法半導體電機控制技術創(chuàng)新中心聚焦于電機控制技術，為工業(yè)電機控制市場提供具有競爭力的解決方案，覆蓋電動工具、家電空調(diào)以及機器人伺服驅(qū)動等市場。意法半導體不斷在這些應用領域進行創(chuàng)新，持續(xù)提高競爭力得到了廣泛的市場認可。
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曾工表示多軸伺服驅(qū)動終端市場的發(fā)貨量在不斷提升，年復合增長率達到20%，是一個正在蓬勃發(fā)展的市場。典型的多軸伺服驅(qū)動拓撲架構分為三個部分，首先是通信功能。通信功能是伺服驅(qū)動里基礎且重要的功能，連接整個工業(yè)網(wǎng)絡給驅(qū)動器賦能；然后是主控制器，負責承接網(wǎng)絡上發(fā)布的任務并轉化為電機信號；最后是電源管理部分，包括驅(qū)動單元、DCDC等等。功能安全也是一個不容忽視的地方，在這種架構下要實現(xiàn)功能安全，其中的主控制器等部件都需要做冗余備份。
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基于這種典型的多軸伺服驅(qū)動架構，意法半導體有廣泛的產(chǎn)品組合來提升多軸伺服性能。比如雙軸電機驅(qū)動可能會面臨MCU算力不夠的問題，意法半導體現(xiàn)在主推的STM32G4就能達到170MHz主頻，足夠的算力能夠大大優(yōu)化多軸驅(qū)動效率。從實測的數(shù)據(jù)來看，在16kHz的載波下做雙FOC控制，CPU負載率只有23%。如果產(chǎn)品里需要集成更高階的算法，意法半導體也能提供主頻高達550MHz的產(chǎn)品系列。
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除了通用的MCU產(chǎn)品，意法半導體還有專門為電機控制量身打造的集成度非常高的STSPIN32G4。STSPIN32G4把電源管理、Driver全部都集成進一顆芯片中，相比于傳統(tǒng)分立式的架構，在PCB空間上能節(jié)省80%，而且在功耗表現(xiàn)上非常優(yōu)秀，低功耗模式電流最低僅有15微安。
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曾工還介紹了意法半導體的幾個技術創(chuàng)新，第一個創(chuàng)新是在傳統(tǒng)單電阻采樣的拓撲結構下實現(xiàn)三電阻采樣的性能，而且不需要對PWM波形做修正。第二個創(chuàng)新是在雙電機拓撲下兩個驅(qū)動單元共享一套電源采樣模塊，這將大大減少雙電機控制復雜度。
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凌鷗創(chuàng)芯：多樣化、適應范圍廣的凌鷗電機控制方案
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作為一家專注于控制及驅(qū)動集成電路及總體解決方案設計的企業(yè)，凌鷗創(chuàng)芯具備各種電機控制算法、應用方案及特種電機的開發(fā)能力。本次大會上，凌鷗創(chuàng)芯市場總監(jiān)傅華帶來了多樣化、適應范圍廣的凌鷗電機控制方案。
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目前凌鷗創(chuàng)芯以運動控制芯片為核心業(yè)務，整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，具有處理器、DSP、AD/DA、PGA等數(shù)?；旌蟂oC研發(fā)能力，同時具備電機控制算法及電機本體設計能力。凌鷗創(chuàng)芯通過不斷進行技術創(chuàng)新，自主研發(fā)了電控專用SoC、門級驅(qū)動器、電源等系列芯片。在MCU產(chǎn)品上，凌鷗創(chuàng)芯各系列MCU合計年出貨量1億顆以上，其中MCU＋Pre-driver＋Driver的產(chǎn)品組合LKS32AT08X目前已經(jīng)獲得AEC-Q100認證。凌鷗創(chuàng)芯的車用芯片集成 Gate Driver + OPA + LDO，集成CAN/ LIN 總線通訊，已通過功能安全認證并實現(xiàn)穩(wěn)定出貨。
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傅總介紹，電機控制的核心在于對電流電壓等輸入信號實現(xiàn)精準可靠的采樣，同時抗干擾、穩(wěn)定性也是挑戰(zhàn)。凌鷗創(chuàng)芯的運動控制芯片以MCU + DSP為雙核心，配置高速雙路同步采樣 3MSPS 12bit SAR ADC，F(xiàn)OC電流環(huán)僅需1.2usec。同時0.5%的高精度電壓基準源以及±1%的內(nèi)部RC時鐘保證了器件的可靠性。
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凌鷗創(chuàng)芯專門為電機控制進行了定制優(yōu)化，硬件上使用非常少的外圍元器件就可以組建一個復雜的電機控制系統(tǒng)，使用自主開發(fā)的LKS32自動代碼生成工具，只需要動下鼠標就可生成硬件初始化庫函數(shù)，輕松地配置及處理各模塊，覆蓋了從GPIO到Timer、UART、ADC、DAC等等所有的外設，靈活的拓撲架構適用于有感FOC/無感FOC/BLDC/兩相步進電機等控制系統(tǒng)。另外，凌鷗創(chuàng)芯運控芯片的控制算法軟件生態(tài)完善，提供多種應用場景的產(chǎn)品級控制算法，極大提高開發(fā)效率。
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市場對電機控制器的性能要求和功能要求越來越高，凌鷗創(chuàng)芯表示將陸續(xù)推出高性能MCU、HVIC、Angle Sensor以及電機控制軟件平臺等產(chǎn)品。將以更高性能、更高集成度、更高性價比、更好地服務去迎接市場機遇。
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國民技術：助力變頻控制技術創(chuàng)新 基于N32通用MCU的電控應用和解決方案
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在本次電機控制技術研討會上，國民技術技術支持部總監(jiān)張建偉帶來了“助力變頻控制技術創(chuàng)新、基于國民技術N32通用MCU的電控應用和解決方案”主題分享。
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演講開始，張建偉首先圍繞“環(huán)保、舒適、高效”三點內(nèi)容，介紹了目前業(yè)內(nèi)對電機變頻控制的需求。并表示直流無刷電機解決了有刷電機換向器的固有問題，具有可靠性高，噪聲低，節(jié)能等優(yōu)點，正在逐漸替代有刷電機。電機變頻控制技術，在農(nóng)業(yè)智慧化、工廠智能化、家居人性化等方面的普及率正在快速提高，在醫(yī)療、數(shù)控、汽車、航天等高新技術領域的電機變頻控制技術也正朝著高性能、高節(jié)能方向發(fā)展。
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在技術實力方面，國民技術擁有業(yè)界領先的電機控制芯片技術、算法技術和方案技術，產(chǎn)品實現(xiàn)了通用MCU、高等級安全芯片、射頻芯片、電源管理芯片的覆蓋，可廣泛應用于電機控制、智慧城市節(jié)點控制、工業(yè)控制、智能表計、醫(yī)療、電池及能源管理、生物識別、通信、傳感器控制以及機器人等領域。
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在電機控制領域，國民技術主要以N32系列MCU為主。其中，基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的N32G455x系列MCU為高性能MCU，主頻最高可達144MHz，具有強大的運算和存儲能力。
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會議上，張建偉以家庭服務機器人應用為例，介紹了N32G455x系列MCU具有多通道、高精度、高速實時采樣與控制等技術優(yōu)勢，在單芯片的作用下，可實現(xiàn)吸塵電機、邊刷電機和行走電機等多個電機的協(xié)同控制。值得一提的是，N32G455x系列MCU在額定功率的帶PFC的空調(diào)壓縮機解決方案中，PFC功率因數(shù)可達0.98以上。
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最后，張建偉還向大家介紹了國民技術N32產(chǎn)品家族的“新成員”：N32A455車規(guī)級MCU、N32S003低功耗安全芯片和N32G430通用型MCU。其中，N32G430通用型MCU采用了Cortex-M4作為處理器內(nèi)核，主頻高達128MHz，主打性價比路線，價格堪比Cortex-M0 內(nèi)核產(chǎn)品，是32位MCU產(chǎn)品中的性價比之選。
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Microchip：電機解決方案如何化繁為簡
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Microchip針對電機控制領域，提供了豐富的8/16/32位單片機方案，本次研討會上Microchip主任應用工程師宋偉分享了《Microchip電機解決方案如何化繁為簡》這一主題。
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宋偉指出，雖然往往用于簡單的電機控制，但8位MCU的集成外設不輸任何高性能MCU，Microchip的8位PIC/AVR單片機就擁有靈活的集成外設，比如傳感器接口、信號調(diào)理等集成模擬外設，PWM驅(qū)動和波形產(chǎn)生的波形控制外設，以及有線、無線和加密等通信外設。
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Microchip為此推出了獨立于內(nèi)核的外設（CIP）這一創(chuàng)新設計，CIP可以創(chuàng)建自我維持的功能，從而實現(xiàn)給CPU減負。除此之外，CIP還能提升穩(wěn)健性，提供強大的I/O驅(qū)動能力，又因為減小了晶體管泄露，從而降低了功耗。不僅如此，CIP這一設計無需額外費用就能享受定制設計，也減少了應用的軟件開發(fā)工作量。
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Microchip的高性能16位單片機dsPIC DSC，兼具DSP/MCU內(nèi)核，提供單內(nèi)核和雙內(nèi)核選擇，最多同時控制3個電機，性能最高達100MHz/內(nèi)核。dsPIC DSC提供了28引腳到144引腳的靈活封裝選擇，可以覆蓋家用電器到汽車、工業(yè)電機控制等應用。Microchip也在其官網(wǎng)上為工程師提供了超過25份附帶源代碼的應用筆記，包括無感BLDC控制和使用霍爾開關的FOC控制等。
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Microchip的32位單片機可以滿足多軸運動控制、配置文件和S曲線等復雜的電機控制。Microchip也針對不同的性能資源需求，推出了從SAM C21/D21、SAM E70、PIC32MK MC、PIC32CM MC等一系列涵蓋入門到高性能的32位單片機產(chǎn)品。除了數(shù)據(jù)手冊、應用筆記等技術資料外，Microchip也圍繞其32位單片機打造了完整的電機控制生態(tài)系統(tǒng)，包括單/雙電機開發(fā)板、PFC等硬件工具，以及獨立的MC軟件庫、MPLAB Harmony框架等軟件工具。
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