电机控制的软件模拟、芯片升级与自主研发

电子发烧友网报道（文/李诚）随着我国工业4.0、装备制造以及物联网的发展，电机的应用场景逐渐丰富，在未来市场对电机的需求会也将会不断扩大。目前，在电机应用中主要分为有刷直流电机（DC）和无刷直流电机（BLDC）两种。BLDC电机以电子转换器替代了机械换向器，凭借着良好的调速性能和更高的效率，逐渐取代了DC电机，并广泛应用于电动工具、工业控制、机器人以及汽车领域。
 
随着BLDC电机技术的发展，应用场景的增多，BLDC电机的发展趋势也朝着小型化、低噪音、低功耗发展。低功耗的直流电机，对于小型手持设备以及一直存在续航里程焦虑的电动车来说尤为重要。11月17日，电子发烧友网举办了“2021电机控制先进技术研讨会”，研讨会上是徳科技、中微半导、峰岹科技、芯旺微分享了新的技术和解决方案，共同展望BLDC电机未来的发展。
 
是德科技：延长电池供电的BLDC续航能力的深层考虑
 
是德科技是一家专注于测量仪器、软件开发的企业，主要为电动交通、5G、物联网、智能互联汽车等领域提供测试解决方案。是德科技高级应用工程师陈珍柱，在研讨会中分享了“延长电池供电的BLDC续航能力的深层考虑”的主题，主要是围绕电机与电池的测试展开的。
 

 
是德科技高级应用工程师 陈珍柱

 
人工智能和工业4.0为电机行业带来了新的发展机遇，也衍生出了很多使用电池的电机设备，使用电池作为电机的供能方式，不论是电动汽车，还是工业机器人，电池续航焦虑都是不可避免的问题。为提升电池供电设备的续航能力，是德科技在研讨会上分享了一系列用于功耗、续航检测的设备和软件，方便开发工程师更深入地了解设备在实际使用过程中，电流、电压随时间变化而变化的值，从而进行更精准的产品优化，降低能耗，提高设备的续航能力。
 
是德科技的检测设备和软件，可分别对待电机设备和电池进行精确的评估，检测范围覆盖了从几微瓦到上百千瓦。通过BV9200E软件可以同时控制4台监测设备，可分别进入scope、Data logger、ARB、CCDF 4种工作状态，当切换为示波器模式时，采样精度达200KSa/s，据介绍，在示波器模式下，可无缝的检测电机设备或电池在待机与工作状态时，极为细微的瞬态电压、电流变化，这是普通示波器无法达到的采样精度。Data logger功能可对电机设备或电池进行长达1000小时的动态电压、电流监测，能够让工程师更直观地看到设备运行电流、电压的变化，加速工程师对产品精准优化的进程，进而提升电池的续航能力。值得一提的是，BV9200E软件可直接模拟电机设备和电池的工作情况，通过数据直观地了解功耗特性和电池的续航能力，减少研发过程中的不确定性，缩短研发时间。
 
中微半导：高效能电机驱动及控制方案
 
中微半导是一家以MCU、SoC为产业核心的芯片设计企业，致力于提供风机、电动工具、白色家电等电控设备的一站式服务。中微半导产品经理刘洋，在研讨会中为我们分享了“高效能电机驱动控制方案”的主题
 
在电机方面，中微半导的技术能力涵盖了全品类的电机MCU、功率器件、电机控制的底层算法等。为快速注入市场，中微半导在重庆有着上百人的电机芯片研发团队，能够为客户提供基于方波和正弦波的电机解决方案。其产品都具体较高的集成度，同时还会提供接近量产级别的Demo供客户使用，不仅简化了客户的前期开发工作，还提升中微半导产品市场的覆盖率。
 

 
中微半导产品经理 刘洋

 
在研讨会上，据中微半导介绍，目前已推出多款应用于电机应用的MCU。基于8051内核的CMS8M35XX系列和基于M0内核的CMS32M55XX系列主要针对风机、水泵和电动工具的解决方案。其中CMS32M55XX系列主要是应用于弦波类的解决方案中。同时，对CMS32M55XX系列芯片进行了升级，升级后的产品主要针对于白色家电和绿色出行领域。并且，在后期将会推出基于M7内核的芯片，主要应用于空调外机、工业电机控制等大功率电机中。
 
在疫情和车规芯片短缺的双重压力下，中微半导公开表示已经开始布局汽车领域，在后期将会陆续推出基于M4内核的车规级MCU，加速国产替代的进程。为提升客户的体验，中微半导的电机领域产品，以MCU为核心向电机驱动芯片、分立器件等方面均有不成层度的辐射，致力于打造一站式电机生态链服务。
 
峰岹科技：电机控制专用芯片技术特点和解决方案
 
峰岹科技是一家专注高性能电机驱动控制芯片设计及算法的研发。其中，电机芯片产品涵盖了MCU、ASIC、驱动IC、功率器件、IPM。据峰岹科技应用部总监罗薛介绍，2016年峰岹科技以FU6831双核MCU正式进入智能家电市场。峰岹科技靠着多年的技术沉淀，不断探索电机领域更广阔的应用市场，目前的商业布局正逐渐向工业4.0、人工智能、汽车电子、智慧物联网等领域渗透。
 

 
峰岹科技应用部总监 罗薛

 
随着近年来电动汽车的快速普及，电动车市场巨大，峰岹科技也十分看好汽车领域的发展，提前部署了可应用与汽车领域的产品，在电机控制先进技术研讨会中，据峰岹科技应用部总监罗薛介绍，今明两年将会有6832和6866两款MCU相继通过AEC-Q100的车规级产品认证。
 
在专用芯片领域，从2015年至今，峰岹科技已将第一代双核CPU更新至第五代，产品也呈高度集成化发展，现已推出FT8215 12V/2A专用芯片，这是一款全内置的无感FOC的解决方案，芯片内部集成了MCU、HVIC和MOS管，简化了终端产品的元器件布局，缩小了空间对产品应用的局限性。同时，工作波形也相对的平滑，可同时满足对振动、效率、体积要求较为严格的产品应用中。
 
在电机控制方面，峰岹科技推出了自主研发的AO自适应观测器，与传统的PLL观测器和增强型滑膜观测器相比，AO自适应观测器的调试参数较少，仅需修改电阻和电感的参数即可完成调试工作，利用AO自适应观测器不仅可以实现同一个程序启动兼容各种不同类型的电机，而且能实现电机超低速不失步。
 
芯旺微：KF32在电机控制领域的应用
 
芯旺微AE沈毅带来了“KF32在电机控制领域的应用”的主题分享。在一开始，沈毅提到理想的交流电压与负载电流波形中电压与电流，频率相同，相位相同，且都是正弦波，但实际上并非如此。在实际的全桥整流后，有可能遇到，很短的时间，遇到很大的电流，电网受到冲击；或者很长的时间，没有电流，导致电网能量被浪费。芯旺微KF32A156可以实现主动PFC，解决以上问题。
 

 
芯旺微AE 沈毅

 
为了实现未来多电机的控制，就需要更强大的性能，目前功夫KF32对FOC进行了大量的优化，其本身也拥有一颗强大的内核，可以在没有任何硬件算法加速的情况下可以实现>240000RPM电转速（无感FOC）。未来还可以配置强大的DSP、数学加速单元、FPU单精度浮点运算单元。针对1拖3的方案，功夫KF32也进行了相应的优化，通过主动PFC能够有效提升有功功率。
 
沈毅提到，目前功夫KF32产品线中，已经拥有超低功耗32位MCU，通用高性能32位MCU，高性能低功耗32位MCU以及车用级MCU。未来还制作KF32D系列，加入DSP等器件，以及汽车级KF32DA系列产品。
 
在资源与生态上，芯旺微还可以为客户提供免费的软件授权，以及丰富的调试工具与编译器，帮助客户更好的使用KF32系列产品。沈毅表示，KF32系列产品已经应用在风机、水泵、轮毂电机、吸尘器电机等实际案例当中，受到了客户的广泛认可，也希望能够继续为客户带来更高性能的MCU产品。