BLDC需求稳步提升，国产控制芯片走向融合创新

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）近年来，BLDC电机正在逐步替代传统电机，市场容量在稳步提升。根据市场调研机构Grand View Research的统计数据，2022年全球BLDC电机市场的规模为188.254亿美元，预计到2030年将会达到308.6亿美元，其间年复合增长率约为6.5%。
 
当前，BLDC由于其高能效、低功耗、高扭矩、低噪音、长寿命、响应快等优势，在各行业的应用已经非常广泛，包括风机、家电、电动工具、两轮电动车、泵类、压缩机、农机具、汽车、工业自动化、机器人等。
 

BLDC控制是MCU厂商的重要方向

在BLDC电机应用中，驱动是非常关键的，因而BLDC需求的稳步增长也带动了驱动芯片的增长。统计数据显示，2022年中国电机驱动芯片产量为3.26亿颗，仍然存在巨大的需求缺口，其中无刷电机驱动芯片为46.95%。
 
这里的驱动主要定义为驱动IC，如果是整个驱动系统，需要由三部分组成，分别是电源、弱电部分和强电部分。其中，弱电部分主要包括MCU和外围电路。因而，BLDC控制是MCU厂商的重要方向。目前，BLDC主流的驱动方式有三种：其一是MCU +门驱+MOS/IGBT，其二是SOC+MOS/IGBT，其三是MCU+IPM。三种方案基本是各有侧重，但是能够看出MCU在BLDC驱动方面的需求是巨大的。当然，有些应用也会采用DSP或者FPGA作为控制IC，但随着MCU厂商入局者越来越多，加上MCU方案集成度和性价比越来越高，这两种方式逐渐被替代。
 
在驱动系统中，MCU作为控制IC主要负责控制BLDC电机的转速、方向和扭矩，支持模拟或数字信号输入，同时通过监测电机的运行状态，如位置、速度、电流和温度等。有些时候，MCU还监控温度、电流和电压等关键参数，以优化电机性能并防止潜在的故障。在实际运转过程中，MCU接收到输入信号之后，将决定PWM脉冲的占空比如何变化，以获得所需的速度和扭矩。
 
当前，电机驱动系统的发展主要受到能效升级的影响。高效节能电机的能效比传统电机高，在同样输入能量的情况下，能够获得更多的输出能量，这是BLDC/PMSM电机的主要优势。据估算，如果将现行低效电机全部更换成高效电机，相当于每年可节约用电2,700亿度，减排二氧化碳2.7亿吨，约等于2.7个三峡年发电量。高效电机让BLDC有了更大的发展机会，也给作为驱动控制IC的MCU提出了更高的要求。
 

国产BLDC控制IC持续突破

目前，国产MCU厂商在BLDC电机驱动方面已经具备很强的竞争力，且基本有自己的特色产品，打破了传统国际MCU厂商Microchip、TI、ST、英飞凌、NXP等，以及国际驱动IC厂商TI、罗姆、ALLEGRO、东芝、英飞凌、ST等对这一领域的垄断。当然，就像我们列举的厂商重叠度很高一样，目前在BLDC驱动系统中，控制IC和驱动IC融合已经成为大趋势，国内厂商在这方面也取得了一些成果。另外，国产BLDC驱动IC也在致力于将一些其他的关键板载资源融入IC中，以提升工程师的开发效率。
 
在国内，目前兆易创新、中颖电子、中微半导、国民技术、东软载波、芯海科技、士兰微、灵动微电子、小华半导体、芯旺微、旋智、沁恒微、爱普特、华芯微特、澎湃微、雅特力、领芯微、航顺、泰芯、琪埔维、极海科技等国产MCU厂商都有产品用于BLDC控制和驱动，另外也有像峰岹科技这样专注电机驱动IC的企业。目前，国产BLDC控制芯片的融合创新做得也很好。
 
以峰岹科技三相ASIC系列为例，其中FT8132S等产品型号是集成预驱动的，这些IC支持3P3N Pre-driver输出，死区时间可选择，支持有感FOC(Hall-IC/Hall-Sensor)和有感 SVPWM(Hall-IC/Hall-Sensor)。另外，这些IC提供模拟电压、PWM、I2C、CLOCK调速，并集成过流、欠压、过压、堵转、缺相、Hall异常等多种保护模式，让工程师感受到高集成度、电机噪声低、转矩脉动小等优势。
 
第二个例子是灵动微的MM32SPIN023C，这也是一款高集成度的电机驱动MCU，采用Cortex-M0内核，集成了电机控制所需的专用模拟外设，包括12位高精度ADC、2路模拟比较器COMP、2路运算放大器OPAMP、功率MOSFETs三相驱动电路，另配备有MC-TIM、硬件除法器HW-Div、DMA控制器等专用资源，以及32KB Flash、4KB SRAM、14个GPIO、LDO等基础资源，通过这样高度集成的产品设计，让工程师能够快速构建起自己的电机应用。
 
第三个例子是领芯微的电机专用MCU，LCP037A*31系列是领芯微32位内核的面向电机控制等应用领域的高性能处理器，同时集成了三个独立PMOS、三个独立NMOS栅极驱动输出和输出为5.0V，30mA LDO集成芯片；LCP039BC32GU8是领芯微32位内核的面向电机控制等应用领域的高性能处理器，同时集成了6个独立的N型MOSFET栅极驱动模块。在领芯微的电机专用MCU里，主要提供NN和NP两大预驱动模块，为工程师的方案设计赋能。
 
还有一个具有代表性的例子是元能芯，该公司其中有一个系列是“All-in-One”，也就是将MCU、Gate Driver、MOSFET与LDO通过先进封装技术集成在一个芯片上，完美解决体积、贴片、散热等痛点。目前，在“All-in-One”系列下，元能芯提供MYi0002V0405、MYi0002V0403和MYi0002V0402三个型号，主打智能功率系统，解决智能电机系统在升级过程中可能遇到的问题。
 
因此，我们能够看到，在BLDC等电机驱动领域，国产控制IC在逐渐丰富产品阵容的同时，也在逐步提升产品的集成度，不仅是集成必要的接口，也在根据应用方向和需求来集成电源、保护功能和驱动，走向更高质量的发展阶段。
 

结语

随着BLDC电机市场的增长，对BLDC电机控制器的需求也将大幅增加。由于终端逐渐向着高集成度、智能化和高能效发展，在控制芯片里加入驱动、电源和保护，成为打造高性价比方案的主流做法，国产电机控制IC厂商在这方面也逐渐有所收获。