电机控制先进技术研讨会高朋满座，行业大咖分享电机设计新思路

电子发烧友网报道（文/李宁远、李诚、周凯扬）近几年来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制，以及电力电子，特别是大功率开关器件的发展，再加上国内高压、高速电机制造技术的提升，电机系统智能化的趋势越来越明显。2022年11月17日，由<电子发烧友>主办的2022电机控制先进技术研讨会在深圳湾万怡酒店成功举办。本次会议，意法半导体、凌鸥创芯、国民技术、Microchip、杰开科技、Qorvo、ADI、灵动微电子、先楫半导体等国内外知名企业的专家和领导带来了电机控制领域最新的技术分享。
 

 
电子发烧友总经理张迎辉在致辞中表示，“上半年我们的电机控制大会，其中大多数是国产驱动芯片的厂商登台演讲。下半年我们邀请到更多的国际芯片原厂一起参与。这其实是有一些微妙的原因在其中的。一是关于电机这一块的新的芯片与方案推出频率与推广力度只增不减，二是国内外厂商同台竞技，共同寻找更多蓝海市场，三是市场培育要看长线，电机控制远不止是消费类市场的玩法，更远的战略是工业与汽车、医疗级应用，从消费级切入只是初级玩法”。电机控制的精彩游戏才刚刚开始！
 

电子发烧友总经理 张迎辉

 
随着工业4.0、装备制造以及物联网的发展，未来对电机的需求会越来越大，电机系统智能化趋势越来越明显。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。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。在电子发烧友市场走访调研过程中，我们也听到了更多的反馈声音，一是市场对电机应用市场的看好，需要我们主办方去邀请更多技术专家来做分享，二是要把议题扩大，覆盖更多上下游。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。
 
ST：基于STM32/STSPIN32G4的多轴伺服驱动器模块化架构
 
意法半导体作为国际MCU大厂，在电机控制伺服驱动领域有着深厚的历史积累。本次大会，意法半导体高级应用工程师曾祥云聚焦STM32与STSPIN32G4介绍了多轴伺服驱动器模块化架构。
 

意法半导体高级应用工程师 曾祥云

 
曾工以机器人应用切入本次演讲主题——多轴伺服驱动设计。意法半导体电机控制技术创新中心聚焦于电机控制技术，为工业电机控制市场提供具有竞争力的解决方案，覆盖电动工具、家电空调以及机器人伺服驱动等市场。意法半导体不断在这些应用领域进行创新，持续提高竞争力得到了广泛的市场认可。
 
曾工表示多轴伺服驱动终端市场的发货量在不断提升，年复合增长率达到20%，是一个正在蓬勃发展的市场。典型的多轴伺服驱动拓扑架构分为三个部分，首先是通信功能。通信功能是伺服驱动里基础且重要的功能，连接整个工业网络给驱动器赋能；然后是主控制器，负责承接网络上发布的任务并转化为电机信号；最后是电源管理部分，包括驱动单元、DCDC等等。功能安全也是一个不容忽视的地方，在这种架构下要实现功能安全，其中的主控制器等部件都需要做冗余备份。
 
基于这种典型的多轴伺服驱动架构，意法半导体有广泛的产品组合来提升多轴伺服性能。比如双轴电机驱动可能会面临MCU算力不够的问题，意法半导体现在主推的STM32G4就能达到170MHz主频，足够的算力能够大大优化多轴驱动效率。从实测的数据来看，在16kHz的载波下做双FOC控制，CPU负载率只有23%。如果产品里需要集成更高阶的算法，意法半导体也能提供主频高达550MHz的产品系列。
 
除了通用的MCU产品，意法半导体还有专门为电机控制量身打造的集成度非常高的STSPIN32G4。STSPIN32G4把电源管理、Driver全部都集成进一颗芯片中，相比于传统分立式的架构，在PCB空间上能节省80%，而且在功耗表现上非常优秀，低功耗模式电流最低仅有15微安。
 
曾工还介绍了意法半导体的几个技术创新，第一个创新是在传统单电阻采样的拓扑结构下实现三电阻采样的性能，而且不需要对PWM波形做修正。第二个创新是在双电机拓扑下两个驱动单元共享一套电源采样模块，这将大大减少双电机控制复杂度。
 
凌鸥创芯：多样化、适应范围广的凌鸥电机控制方案
 
作为一家专注于控制及驱动集成电路及总体解决方案设计的企业，凌鸥创芯具备各种电机控制算法、应用方案及特种电机的开发能力。本次大会上，凌鸥创芯市场总监傅华带来了多样化、适应范围广的凌鸥电机控制方案。
 

凌鸥创芯市场总监 傅华

 
目前凌鸥创芯以运动控制芯片为核心业务，整合上下游产业链资源，具有处理器、DSP、AD/DA、PGA等数模混合SoC研发能力，同时具备电机控制算法及电机本体设计能力。凌鸥创芯通过不断进行技术创新，自主研发了电控专用SoC、门级驱动器、电源等系列芯片。在MCU产品上，凌鸥创芯各系列MCU合计年出货量1亿颗以上，其中MCU＋Pre-driver＋Driver的产品组合LKS32AT08X目前已经获得AEC-Q100认证。凌鸥创芯的车用芯片集成 Gate Driver + OPA + LDO，集成CAN/ LIN 总线通讯，已通过功能安全认证并实现稳定出货。
 
傅总介绍，电机控制的核心在于对电流电压等输入信号实现精准可靠的采样，同时抗干扰、稳定性也是挑战。凌鸥创芯的运动控制芯片以MCU + DSP为双核心，配置高速双路同步采样 3MSPS 12bit SAR ADC，FOC电流环仅需1.2usec。同时0.5%的高精度电压基准源以及±1%的内部RC时钟保证了器件的可靠性。
 
凌鸥创芯专门为电机控制进行了定制优化，硬件上使用非常少的外围元器件就可以组建一个复杂的电机控制系统，使用自主开发的LKS32自动代码生成工具，只需要动下鼠标就可生成硬件初始化库函数，轻松地配置及处理各模块，覆盖了从GPIO到Timer、UART、ADC、DAC等等所有的外设，灵活的拓扑架构适用于有感FOC/无感FOC/BLDC/两相步进电机等控制系统。另外，凌鸥创芯运控芯片的控制算法软件生态完善，提供多种应用场景的产品级控制算法，极大提高开发效率。
 
市场对电机控制器的性能要求和功能要求越来越高，凌鸥创芯表示将陆续推出高性能MCU、HVIC、Angle Sensor以及电机控制软件平台等产品。将以更高性能、更高集成度、更高性价比、更好地服务去迎接市场机遇。
 
国民技术：助力变频控制技术创新 基于N32通用MCU的电控应用和解决方案
 
在本次电机控制技术研讨会上，国民技术技术支持部总监张建伟带来了“助力变频控制技术创新、基于国民技术N32通用MCU的电控应用和解决方案”主题分享。
 

国民技术技术支持部总监 张建伟

 
演讲开始，张建伟首先围绕“环保、舒适、高效”三点内容，介绍了目前业内对电机变频控制的需求。并表示直流无刷电机解决了有刷电机换向器的固有问题，具有可靠性高，噪声低，节能等优点，正在逐渐替代有刷电机。电机变频控制技术，在农业智慧化、工厂智能化、家居人性化等方面的普及率正在快速提高，在医疗、数控、汽车、航天等高新技术领域的电机变频控制技术也正朝着高性能、高节能方向发展。
 
在技术实力方面，国民技术拥有业界领先的电机控制芯片技术、算法技术和方案技术，产品实现了通用MCU、高等级安全芯片、射频芯片、电源管理芯片的覆盖，可广泛应用于电机控制、智慧城市节点控制、工业控制、智能表计、医疗、电池及能源管理、生物识别、通信、传感器控制以及机器人等领域。
 
在电机控制领域，国民技术主要以N32系列MCU为主。其中，基于ARM Cortex-M4内核的N32G455x系列MCU为高性能MCU，主频最高可达144MHz，具有强大的运算和存储能力。
 
会议上，张建伟以家庭服务机器人应用为例，介绍了N32G455x系列MCU具有多通道、高精度、高速实时采样与控制等技术优势，在单芯片的作用下，可实现吸尘电机、边刷电机和行走电机等多个电机的协同控制。值得一提的是，N32G455x系列MCU在额定功率的带PFC的空调压缩机解决方案中，PFC功率因数可达0.98以上。
 
最后，张建伟还向大家介绍了国民技术N32产品家族的“新成员”：N32A455车规级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作为处理器内核，主频高达128MHz，主打性价比路线，价格堪比Cortex-M0 内核产品，是32位MCU产品中的性价比之选。
 
Microchip：电机解决方案如何化繁为简
 
Microchip针对电机控制领域，提供了丰富的8/16/32位单片机方案，本次研讨会上Microchip主任应用工程师宋伟分享了《Microchip电机解决方案如何化繁为简》这一主题。
 
宋伟指出，虽然往往用于简单的电机控制，但8位MCU的集成外设不输任何高性能MCU，Microchip的8位PIC/AVR单片机就拥有灵活的集成外设，比如传感器接口、信号调理等集成模拟外设，PWM驱动和波形产生的波形控制外设，以及有线、无线和加密等通信外设。

Microchip主任应用工程师 宋伟

 
Microchip为此推出了独立于内核的外设（CIP）这一创新设计，CIP可以创建自我维持的功能，从而实现给CPU减负。除此之外，CIP还能提升稳健性，提供强大的I/O驱动能力，又因为减小了晶体管泄露，从而降低了功耗。不仅如此，CIP这一设计无需额外费用就能享受定制设计，也减少了应用的软件开发工作量。
 
Microchip的高性能16位单片机dsPIC DSC，兼具DSP/MCU内核，提供单内核和双内核选择，最多同时控制3个电机，性能最高达100MHz/内核。dsPIC DSC提供了28引脚到144引脚的灵活封装选择，可以覆盖家用电器到汽车、工业电机控制等应用。Microchip也在其官网上为工程师提供了超过25份附带源代码的应用笔记，包括无感BLDC控制和使用霍尔开关的FOC控制等。
 
Microchip的32位单片机可以满足多轴运动控制、配置文件和S曲线等复杂的电机控制。Microchip也针对不同的性能资源需求，推出了从SAM C21/D21、SAM E70、PIC32MK MC、PIC32CM MC等一系列涵盖入门到高性能的32位单片机产品。除了数据手册、应用笔记等技术资料外，Microchip也围绕其32位单片机打造了完整的电机控制生态系统，包括单/双电机开发板、PFC等硬件工具，以及独立的MC软件库、MPLAB Harmony框架等软件工具。