滿足差異化應用需求，電機驅(qū)動IC市場升溫

電機一直是工業(yè)應用中的耗電大戶，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程。面對來自政策約束和不同領域差異化需求的雙重壓力，電機控制芯片廠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。

不同領域?qū)﹄姍C控制的需求有差異

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

羅姆半導體(上海)電機驅(qū)動應用課經(jīng)理陸晶

羅姆半導體(上海)有限公司設計中心應用技術二部電機驅(qū)動應用課經(jīng)理陸晶認為在家電市場電機直流化是趨勢。他表示，目前進度最快的是空調(diào)方面，受國家能效等級的要求，空調(diào)的壓縮機和室內(nèi)外風機都開始采用直流電機來實現(xiàn)直流變頻，其它的如熱水器和廚房油煙機的強排風扇都漸漸開始使用直流電機。

因家電種類不同，對電機轉(zhuǎn)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，但是在風機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，洗衣機方面的要求基本如是，只是應用的方向稍有不同。

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)理李志林認為，家電市場的需求主要來自于家用電器產(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(tǒng)的交流電機升級到無刷直流電機(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)。傳統(tǒng)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(qū)動器。

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

在工業(yè)領域，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備的自動化進程較快，自動化率提高，所以步進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，目前受到全球市場需求疲軟的影響，進度有所放慢，但是從大的方向來說，自動化是整體趨勢。”

智能手機引領消費電子需求

在消費類產(chǎn)品方面，需求主要來自于DV、相機、手機等，近兩年隨著智能手機的熱賣，對電機需求較大，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照相的標配。陸晶表示：“目前國內(nèi)的主流像素為500萬，明年估計800萬將作為主流，現(xiàn)在帶AF功能的手機比例越來越高，手機行業(yè)從原來的定焦切換到AF模式，前后的過渡基本只有2-3年時間，這個應該是托智能手機的福。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，支持線性馬達也支持轉(zhuǎn)子馬達，可以用自動跟隨技術來跟隨線性馬達的共振頻率，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開關兩種模式的相機模塊自動聚焦驅(qū)動器，具有振鈴自動補償功能，使得自動聚焦的時間縮減到15毫秒或降低模組用戶對聚焦執(zhí)行部件的誤差到正負20%，降低成本。它還具有負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間。

不同控制方式的選擇以及能效上的改進措施

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，從專用性角度看，DSP因為數(shù)據(jù)處理能力強、運算速度快，適用于高端復雜的電機系統(tǒng)控制。FPGA通過集成邏輯電路及專用電機驅(qū)動電路，能夠很好地適用于客戶化的電機驅(qū)動，但在電機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)務拓展經(jīng)理黃文杰認為：“實現(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算和并行處理性能，而這是使用傳統(tǒng)MCU所無法實現(xiàn)的?！?與之相比，他強調(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(shù)控機床、高端伺服系統(tǒng)、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)也開始采用FPGA作為核心處理平臺來實現(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，羅姆的陸晶認為電機的效率提升，主要是由電機的定子和轉(zhuǎn)子的結構改變來決定。目前從理論上來說，在中小功率方面(5KW以內(nèi)的電機)，直流電機的效率要比交流電機高。當功率需求更高的時候，交流電機的效率甚至好于直流電機，所以這方面，控制部門主要是逆變器的改進，要求更大功率的器件，并要減小快關損失。

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

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，來實現(xiàn)IC的控制精度提升，讓電機的工作更平穩(wěn)，以此達到電機的理想運行狀態(tài)。