现场火爆！“2020电机控制先进技术研讨会”圆满落幕

2020年11月20日，由全球电子科技领域专业媒体<电子发烧友>举办2020电机控制先进技术研讨会在深圳成功召开，上海灵动微电子股份有限公司、KEYSIGHT、国民技术、Qorvo、意法半导体、日本电产、泰克、兆易创新、峰岹科技等知名企业专家针对电机行业的解决方案及市场趋势做了精彩分享。
 

图：2020电机控制先进技术研讨会现场
 
近几年，先进电机驱动与控制技术在各个领域的全新应用、发展速度超出预期，资料显示，2020年全球电机市场的规模约为1,133亿美元，预计未来几年将会以6.9%左右的年复合增长率增长，到2026年将会达到1,691亿美元。电子发烧友总经理兼总编张迎辉在大会致辞的时候表示，BLDC电机应用的场景越来越多，电子产品对节能、噪音、稳定性、小型化和可移动性的要求越来越高，对电机的高转速和高稳定性的要求越来越高。
 

图：电子发烧友总经理兼总编张迎辉
 
近几年的网红产品，如摇摇车、筋膜枪、挂脖风扇、扫地机器人、送餐机器人、电动工具和各类新发明的机器人，都用到BLDC电机来承担运动的部分环节。所以工程师们在电机驱动技术上大有可学，也大有可为。原厂IC工程师也特别需要应用工程师、软件算法工程师们一起，做更深入前沿的研发，设计生产出更稳定、可靠、好用的产品。
 
张迎辉表示，要做好在市场上有竞争力的产品，光谈还远远不够。就以供应链降成本的环节来说，要生产一块优质的BLDC驱动板和电机，研发人员除了需要了解主芯片外，还要了解周边MOS、电容、IPM、LDO、电池和电机的参数，甚至是外壳、散热器这些配件。在研发、生产和测试的任何环节做得不到位，都可能制造出来的产品不合格，面市之后出现这样那样的问题。不得不说，电机控制技术里很多坑都是需要大家一起来踩、一起来填，工程师们之间的交流学习非常重要，因此电子发烧友每年策划两场电机控制技术控制线下活动正好为行业提供一个很好的交流学习平台。
 
灵动微电子电机专用芯片及驱动方案
 
灵动微电子朱川邻在会上表示，公司扎根本土，布局全球，目前在全球有 5 个城市设有分支机构，并在日韩、东南亚、欧洲及北美开展业务，可以更好的利用全球技术及人力资源，完善产品研发，为客户提供销售和技术支持服务。
 

图：上海灵动微电子股份有限公司电机技术经理朱川邻
 
灵动微MM32 MCU产品家族包括通用高性能微控制器产品MM32 F，低功耗高安全微控制器MM32 L，电机与电源专用微控制器产品MM32 SPIN，无线微控制器产品MM32 W，超精简型微控制器产品MM32 P。
 

 
 
朱川邻详细介绍了电机与电源专用微控制器产品MM32 SPIN产品线。包括MM32SPIN05/06 (2xOP)、MM32SPIN25/27、MM32SPIN37，MM32SPIN120B/320B、MM32SPIN160C/360C，以及即将要推出的MM32SPIN0280、MM32SPIN3270、MM32SPIN180C/380C 、MM32SPIN22xC/42xC。同时他也介绍了电机开发板- Motor DK、仿真与开发工具- MM32-LINK ISOL。
 

 
朱川邻重点分享了电机领域的成功应用案例，包括空调机室外机板(三合一)、冰箱压缩机驱动板、洗衣机驱动板、高压风机、低压风机、吊扇、吸尘器、电动工具、电动车、水泵、筋膜枪等。其中筋膜枪方案中用到的MM32F003TW可以完美替换国际大厂的产品，该方案能够帮助客户在一个月内将产品推向市场。

 
当前灵动微已经构建了完整的生态系统，朱川邻表示，公司的愿景是成为中国本土 MCU 知名品牌，构建本土安全 MCU 系统，未来公司将将长期坚持专业、可靠、便捷  高效的价值观，为客户提供更易用的MCU。
 
KEYSIGHT：先进电源系统对电池供电的BLDC电机测试
 
随着人工智能和工业4.0的发展，电池供电下电机驱动的产品市场需求激增，但是这其也存在不少问题，KEYSIGHT电源产品市场经理饶骞指介绍了其直流电源系统APS，可以解决最为棘手的产品上电测试难题，
 

图：KEYSIGHT电源产品市场经理饶骞
 
APS具备诸多优点，包括电源和负载功能的无缝转换，该系统内置电池内阻仿真、内置电量计，还具备功能强大的分析软件和拖拽式测试序列软件。
 

 
另外APS具备超低纹波和噪声(<1MVRMS) 的电源特性，0.2MS 电压/电流快速变化的优异性能，以及强大的测量能力和长时间功耗记录（200KSa/s,18 bit, 1000小时）、无间隙的源和负载转换等特性，也因此APS可以在多个领域得到很好的应用，包括纳米材料、熔断丝、充电抢、大电流分流器的测试。
 
饶骞还介绍了其电池管理器(BMS)，该产品可以减少研发原型机的不确定性，缩短开发时间。饶骞谈到，电池管理器适用于任意的规格的电池模型(电压，电量不限)，其内置电池内阻仿真(符合电池端电压、开路电压、电量变化规律) ，可任意设置电池模拟的起始点(研发调试灵活)，可模拟电池端电压与电量变化(随充、放电过程改变电压)，具备强大的保护，无任何电池安全隐患和风险。
 
同时饶骞在会上还展示了KEYSIGHT上周推出的新产品Infiniium EXR系列示波器，该产品模拟通道为4通道，可升级到8通道，宽带为500MHz到2.5GHz，实时采样率为16GSa/s每个通道，逻辑通道为16个，独立于模拟通道，该产品是一个7合一的产品，包括示波器、AWG、逻辑分析、协议分析、电压表、频率计、波特图分析仪。
 

 
国民技术: 安全MCU和高性能电机方案引起业界关注
 
国民技术2000年源于国家“909”集成电路专项工程成立，2010年4月在创业板上市，是中国安全芯片行业领军企业。国民技术一直耕耘在专用MCU、安全芯片、无线射频领域。国民技术解决方案高级经理邓昌荣介绍说，国民技术总部设在深圳，在北京、上海等多地设有研发中心，拥有发明专利1000多项，国民技术芯片累计出货量达13亿颗。

图：国民技术解决方案高级经理邓昌荣
 
安全+通用+无线射频，国民技术在通用MCU、安全MCU领域具备优势，在封测领域，国民技术和台积电合作20多年，打造稳定、高质量产品，年交货量达到1.5亿颗。国民技术已经成为包括微软、Intel、Dell、华为在内的多家国际客户的长期供应商。
 
邓昌荣指出，国民技术针对空调压缩机电机控制，推出单芯片空调外机的控制解决方案，该方案采用国民技术的N32G455xx系列MCU作为主控制器，通过高效的双FOC变频技术同时控制外机压缩机和风机，较大程度提升了空调外机的整体能效和整体效果。

这款产品具备高性能、低功耗，适应宽温度范围（-40度到105度）、大存储容量、高级定时/计数器、丰富的高性能模拟外设、灵活的内存扩展接口(XFMC)、多种封装类型等特点，同时，N32G455具有很高的安全特性：1、Flash安全存储，加密下载；2、固件安全更新；3、Flash读写保护；4、Flash分区权限管理；5、硬件密码算法加速引擎。
 
这款产品特性：1、压缩机实现10Hz-120Hz运行；2、风机采用双电阻FOC，降低启动和运行噪音。3、软件是高频PFC，在额定功率下实现0.99以上。
 
邓昌荣还介绍了高性价比电机应用微控制器N32G435xx，它和N32G455xx具有很多相同的特点，唯一不同的是它具有性能优异的硬件加解密引擎。N32G435系列主要运用在空调压缩机、吸尘器、冰箱压缩机、洗衣机和电动车领域。
 

 

 
国民技术在电机控制芯片和开发板的技术团队有20多人，评估板，低压电机开发板可以做到300W以内，高压电机开发板达到1000W以内，行业开发板覆盖空调、冰箱压缩机和电动车。此外，国民技术提供多种算法和标准的固件访问接口。国民技术电机团队的核心竞争力，在于支持多种行业应用的变频电机控制算法。
 
Qorvo：电机驱动方案之演化
 
Qorvo电机与电源应用部门经理Calvin Li指出，Qorvo聚焦微型电机小系统的控制方式。作为全球射频解决方案的主要供应商Qorvo，凭借对Active-semi 的收购，进入了电机领域。Active-Semi成立于2004年，从最出的专注于电源管理应用到电源管理与智能电机驱动并重。Active-Semi能够给客户提供高集成度、高性价比、高精度和小尺寸的电源解决方案。
 

图：Qorvo电机与电源应用部门经理Calvin Li
 
Calvin Li对1000W，500W小系统的无刷电机进行了探讨。他分析说，马达方案分为三类：分立器件，3.3V-5V的供电电压驱动的单片机，加上模拟器件，包括运放、开关电源、比较器，搭载起来形成马达；二类是ASIC方案，经典的方案更具备性价比，覆盖几瓦到几千瓦，都可以实现，缺点是需要多个芯片支持，板面就要大很多；三、基础方案，板面简洁，缺点也很明显，通用性和延展性不是特别理想。

 
Calvin Li重点介绍PAC5527产品，这是一个片上系统(SoC)控制器，可实现高效率、高性能和较长的电池寿命，适用于BLDC电机供电工具。在单芯片SOC中集成了多个模块，其中包括基于FLASH的高性能150MHz Arm Cortex-M4F，内置128kB FLASH；电源管理模块；可编程电流高端和低端栅极驱动器；信号调理模块。相比竞争对手解决方案，此组合可显著节省PCB空间并将BOM缩减达30%。
 
PAC（PowerApplication Controllers）产品系列最核心的设计理念就有高智能度的外设控制，让客户基于这个平台可以实现更灵活性、更小型化、更高效的设计方案。PAC产品还对电池供电、交流供电、电源的管理、内部的LDO设计和驱动电源部分的控制都进行了专门的优化处理。PAC5527非常适合用于无刷电机控制应用，包括高性能电动工具（高达24V）、12V伺服器或直流风扇、无人机以及遥控(RC)系统。
 
Qorvo提供EVK和产品设计指南，还支持第三方编译器，在上海，Qorvo提供直接服务团队，产品材料都是由上海团队直接编辑的，为中国客户提供最快捷、定制化的服务。
 
ST三相电机控制的解决方案
 
意法半导体在三相电机电机控制领域已经拥有了18年的经验，本次电机控制先进技术研讨会上，意法半导体的电机控制高级应用开发工程师蔡成攀为我们分享了ST三相电机控制的解决方案。为了造就更优秀的电机控制解决方案，意法半导体在亚太地区成立了电机控制创新技术中心。该技术中心负责硬件参考设计、ST电机库的软件应用模块设计和系统级解决方案设计等，并为客户提供调试和性能提升等支持。
 

图：意法半导体的电机控制高级应用开发工程师蔡成攀
 

 
意法半导体的电机控制生态系统分为多个部分，包括电机控制的8位到32位MCU，IPM、交流开关和电机驱动IC，以及用于评估的硬件开发板，此外还有ST MC Workbench与STM32 Cube Mx开发工具，和涵盖各种功能与算法的库。
 

 
意法半导体的新产品STSPIN32F025x/60x是一款配备嵌入式STM32 MCU的高级BLDC控制器，分别对应250V和600V的三相无刷直流电机控制。该器件包含三个栅极驱动和一个SMT32 Cortex M0的MCU，可应用于空调压缩机、工业水泵、大功率电动工具等场景。
 

 
不仅如此，为了满足电机应用的需求，意法半导体还推出了智能功率模块系列SLLIMM，为电机控制、洗衣机、空调、水泵、压缩机和工业驱动等应用都发布了对应功率的SLLIMM模块，适用功率范围达到3KW以上。
 

 
意法半导体的三相电机控制解决方案从2002年发展至今，除了硬件产品支持外，其FOC电机控制SDK也已升级至5.4.4版本。运用该SDK可以实现电机参数自动识别，通过GUI对电机进行实时交互控制，而且电机库支持单电阻和3电阻等多种电流采样组合。
 
日本电产（尼得科）：无刷电机在扫地机行业的应用及发展
 
日本电产（尼得科）早在47年前成立时就已经涉足电机市场，如今主营产品包括精密小型雷达、车载/家电/工业用马达电机等。本次大会上，日本电产大连研发中心的部长张东旭先生为大家分享了日本电产的无刷电机在扫地机行业上的应用与发展。
 

图：日本电产大连研发中心的部长张东旭先生
 
日本电产集团为了顺应时代的变革，也致力于技术革新的“五大浪潮”。比如无碳化技术浪潮下的EPS电力包、驱动马达系统，机器人技术浪潮下的精密减速机和交流伺服马达，大数据时代浪潮尤其是基于5G应用的均热板和基站散热风扇，省电化技术浪潮下的家电压缩机和马达，最后是物流技术浪潮下的无人机马达和无人搬运车。
 

 
据日本电产统计，中国目前白色家电的普及率已经很高，但扫地机器人的普及率仍然只有3%的均值，其中沿海地区普及率稍高，达到5%，而内陆地区仅占0.4%。但随着家庭因素和消费观念的转变，其普及率将逐渐提高。而且中国市场将成为扫地机器人的主要市场，预计国内销售总量将在2023年达到2000万台。
 

 
而在有刷转无刷电机的趋势下，2020年日本电产（尼得科）在不少扫地机器人厂商都实现了销售额增长，增长比例从10几个百分点高至三倍。但日本电产（尼得科）不仅是一个提供电机产品的制造商，同样可以为客户提供解决方案。
 

 
通过仿真等技术，同一电机在结构调整后就可以获得3倍以上的流体改善效果，这就是日本电产提供的整机优化方案。此外，日本电产还提供振动与噪声优化，和平台化、模块化的解决方案，提供客户的开发效率和产品机能。日本电产（尼得科）还与华秋商城合作，为扫地机器人的电机产品提供电商的供货渠道。
 
泰克帮助你精准测量三相电机驱动
 
当前新基建政策的确立，推动了新能源汽车的快速兴起，与此同时，也带来了新的电机测试难题。泰克高级应用工程师刘剑，在此次论坛上带来了泰克三相电机驱动测试解决方案的分享。
 

图：泰克高级应用工程师刘剑
 
刘剑介绍到，针对电机在进行测试时，通常会包含输入电源质量，相角分析、纹波、串行数据，PWM信号，协议，DQ0、效率、机械参数、时间相关的传感器数据以及功率分析动态表征等。
 
刘剑表示，泰克提供了IMDA解决方案，IMDA可以对逆变器、电机、驱动进行测试分析。IMDA静态测试主要有四项，输入分析、输出分析、波纹分析及DQ0分析。泰克可以将这些数据通过图表的形式显示出来，帮助工程师进行更加精准的分析。
 
在进行动态测试时，可以通过时间趋势图分析电机驱动器测量值如何随着时间的推移而变化，在一个长期的深层记忆采集中，也允许用户通过窗口放大采集中的任何部分。同时，还可以分析电机驱动测量值如何在多次采集中发生的变化，有效将其转化为数据。
 

 
同时，泰克也提到，在当前许多厂家已经在向第三代半导体产品迈进，将自己的SiC器件转换成GaN器件，但这种新型宽禁带半导体器件的引入带来了新的挑战。宽禁带功率器件会导致导通阻抗降低，这会让导通损耗降低，并且极大提升测量的难度。而在开关速度变快，导通损耗降低后，必然使得效率提升，那么如何精准判定换能系统的效率？
 
刘剑表示，可以通过IsoVu™技术来解决这些问题。IsoVu™技术是一种全新的高电压隔离探测解决方案，提供了精确和可重复的结果将测试设备与示波器完全电流隔离。
 

 
 
同时，泰克也推出了新一代的示波器，拥有更快的速度，更低的噪音，卓越的测量可信度。还推出了高压差分探头（THDP系列），带宽高达200MHz，高达6000V的差分以及2300VC的共线。
 
针对电机驱动测试时，泰克也推出了相应的设备。高次谐波和PWM信号一般都是几KHz的信号频率，泰克示波器的1MHz带宽可以很好满足测试要求，同时有专用的PWM 测试模式，设定简单。
 
引领国产MCU发展 兆易创新为电机驱动提供智能解决方案
 
兆易创新拥有丰富的MCU研发经验，2013年4月推出了第一颗基于Cortex-M3核的MCU，目前在存储器及控制器领域积累了丰富的设计经验。在此次会议上，兆易创新产品市场经理陈奇从MCU的角度出发，为电机驱动提供智能解决方案。
 

图：兆易创新产品市场经理陈奇
 
据陈奇介绍，兆易创新GD32 ARM核MCU具备最新32位ARM Cortex-M核，拥有26条完整的产品线，超过300款可选型号，有性能卓越、快速响应的特点，还优化了动态功耗，有工业级的ESD和EMC等。
 
同时，GD32 MCU还拥有高性能、系列间兼容、工业级可靠性、开发简易等特点，让客户可以更好的使用。
 

 
 
此次会议，陈奇也分享了目前兆易创新在电机控制上的新产品，包括高精度实时性工业控制MCU——GD32E507，以及业界首颗基于RISC-V内核的通用MCU。GD32E507高精度实时性工业控制MCU其特点在于集成的FPU采用180MHz Arm Cortex-M33核，拥有三角函数运算单元（TMU），可进行三角函数运算，反正切，平方根的计算，拥有16bits高分辨率定时器/90ps PWM输出。
 
据陈奇介绍，当前兆易创新的电机控制可以应用在机器人、平衡车、洗衣机等使用电机的产品当中。同时，兆易创新还推出了电机控制软件SDK，可以服务于BLDC及PMSM FOC。
 
在电机驱动开发套件上，本次兆易创新还分享了基于GD32E505系列、GD32VF103系列、GD32E230/231系列的开发板。
 
在开发生态环境上，兆易创新推出了GD32 MCU全功能开发板，支持MCU外设全功能评估，包括IO接口、外部存储器总线和LCD等，板上支持GD-link，可用引脚全部用插针引出，便于验证测试。
 

 
 
此外，兆易创新也设计了GD32 MCU最小系统板，基于GD32系列入门级开发套件，可用引脚全部用插针引出，便于验证测试，支持板载GD-link，也可外接其他仿真器，同时还支持 Arduino兼容接口。
 
GD32 MCU支持市场中主流的开发环境、仿真器以及烧录器，例如Keil、IAR Systems、Crossworks、SEGGER、Flatek等。
 
同时，兆易创新还推出了自己的开发工具，提供在线调试器、在线编程等多种工具及服务，并且还提供GD32 MCU的DFU、IAP等工具的下载。
 
峰岹科技：直流无刷电机控制方案发展趋势
 
电机控制驱动控制芯片厂商峰岹科技成立于2010年，致力于高性能电机驱动控制芯片及核心应用算法的研发。该公司的芯片和应用方案被广泛应用在了消费电子、电动工具、IT及通信设备、工业设备及机器人等领域。
 

图：峰岹科技应用部总监罗薛
 
其应用部总监罗薛在今天的电机控制论坛上分享了《直流无刷电机控制方案发展趋势》的分享，他认为目前的直流无刷电机控制方案有三大发展方向：一是芯片向高集成方向发展；二是控制算法向SoC硬件化发展；三是直流无刷电机及控制向超高速方向发展。
 

图：直流无刷电机控制方案的发展方向
 

图：主流电机控制芯片参数对比
 
此外，罗薛还介绍了一些直流无刷电机的典型应用方案，比如说手持吸尘器方案、无叶吹风筒方案、空调室内机方案、落地扇方案、以及散热风扇方案等。
 

图：超高速直流无刷电机应用解决方案
 
电机市场超千亿美元，未来发展可期
 
随着高能效电机在汽车、农业、空调和洗衣机等领域的广泛使用，全球的电机市场得到了很大的增长。据MarketsandMarkets统计，2019年全球电机市场的规模为1220亿美元，由于受到新冠疫情的影响，2020年的市场规模有所下滑，预计今年的规模为1133亿美元。
 
今年的下滑可以看作是黑天鹅事件的影响，明年应该还是会继续向上走，该机构预计未来几年将会以6.9%左右的年复合增长率增长，到2016年将会达到1691亿美元。
 

图：电子发烧友行业分析师程文智
 
相对于电机的历史，BLDC其实是相对来说比较年轻的，从发展至今也就50多年的历史。但是随着半导体技术的发展，MCU和驱动组件的普及，使得BLDC电机的总体成本降低了很多，因此，这几年BLDC电机得到了发展，其总体成长率也高于电机的成长率。
 

 
电子发烧友行业分析师程文智在分享中表示，虽然2020年全球电机的总体规模有所下滑，但BLDC的市场规模并没有下降，反而是上涨的。根据Grand View Research的统计，2019年BLDC的市场规模是163亿美元，预计今年的市场规模是173亿美元，未来将会以6.5%的年复合增长率继续增长。
 
特别是在中国市场，BLDC电机及控制器的增速远高于全球的发展，据Frost & Sulivan预测，2018年~2023年中国BLDC电机市场规模年均增速达15%，2018年~2023年BLDC控制器市场规模年均增速达15.5%。
 
程文智表示，电机领域看似成熟，但仍然充满了机遇和挑战。当前，电机和电机控制水平还是以日本、欧美企业领先，国内还有很大的提升空间。BLDC还是一个新兴的市场，除了一些老牌的厂商，比如TI、ST、Microchip、Rohm、Toshiba等等，也有不少新企业例如MPS，PI等开始进入。主控方面，国内有峰岹科技、兆易创新、士兰微、灵动微等，以及新进的像芯海科技、国民技术等。功率器件方面，有华润微、斯达半导体、捷捷微电、士兰微、晶丰明源等企业。BLDC市场将为众多企业带来巨大的发展机会。
 
如需查看大会视频回放及详细报道，请点击链接：
http://www.elecfans.com/activity/bldc2020/