电机驱动发展趋势分析：高集成、高实时、低功耗、小型化

 

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）电机是将电能转化为机械能的设备，电机驱动电路的设计是确保电机正常运行的关键。电机驱动的基本原理是利用电流通过电机的线圈产生磁场，与永磁体或其他磁场互相作用，从而产生转矩和旋转运动，常见的电机驱动方式包括直流电机驱动和交流电机驱动等。

随着工业自动化、汽车、消费电子等终端升级迭代，这些终端对电机驱动的需求也在发生着改变。为了满足这些需求，相关厂商的电机驱动方案也在升级。在这里，我们为大家挑选几款，一起来看一看目前电机驱动芯片或方案的发展趋势。

高集成、小型化的MPQ6600L-AEC1

目前，电机驱动的小型化和高集成发展趋势明显。以MPS公司官网的新品MPQ6600L-AEC1为例，这是一款具有电流调节和内置转换器的步进电机驱动器。

MPQ6600L-AEC1具有高集成和小型化的优势，内部集成两个内部全桥驱动器，采用侧面镀锡的QFN-24 (4mmx4mm) 封装，并符合AEC-Q100认证。同时，该器件提供内部电流采样功能，因此无需外部采样电阻，能够进一步降低整体方案的体积和BOM成本，是一种节省空间且性价比高的双极性步进电机驱动器解决方案。

MPQ6600L-AEC1工作电压高达35V，在一定的PCB设计和散热条件下可以提供高达1.5A的电机电流，支持从整步到八分之一步的步进模式。MPQ6600L-AEC1提供自动电流衰减功能，允许电机在完成一次步进或动作后自动调整电流的衰减模式，以提高电机工作的效率和性能。该器件具有出色的保护功能，包括过流保护 (OCP)、输入过压保护 (OVP)、欠压锁定 (UVLO) 保护和过温关断保护。

超紧凑型电机控制EVLDRIVE101-HPD

目前，各大厂商对于集成化的理解并不一致，用于不同电机类型的驱动方案集成度也不一样，因此用户的可选择项是丰富多样。就以电机驱动MCU来说，刚刚介绍的MPQ6600L-AEC1主要集成两个内部全桥驱动器。ST公司的STSPIN32F060x是面向BLDC应用的，用于驱动三相应用，这款器件则是集成了一个600 V三半桥栅极驱动器和自举二极管，帮助设计人员减少PCB面积和整体物料成本。

当然，本小节我们要介绍的是另一种产品形态，也就是ST公司的EVLDRIVE101-HPD圆形超紧凑型电机控制参考设计。EVLDRIVE101-HPD是一款用于无刷电机的三相超紧凑型逆变器，基于STDRIVE101器件和STM32G071KB微控制器打造。它可用于各种各样的驱动技术结合使用，包括FOC和梯形控制、有传感器和无传感器。

在这个方案里，STDRIVE101是三半桥式栅极驱动器，STM32G071KB则是一款基于Arm Cortex-M0+打造的MCU，具有36 KB SRAM和128 KB Flash。EVLDRIVE101-HPD内嵌有快速通电电路，可连接/断开电池，外部开/关触发器可以提供超低的待机功耗，从而极大地延长电池的续航时间。由于高集成度，这款开发板可以让相关方案在直径为50 mm的紧凑圆形布局中完成。

同时，STDRIVE101也能够提供稳定性和安全性的保障，开发板上支持可调参考电压的BEMF检测电路和电流限制器，支持总线和温度感应，并提供热关断、UVLO、过电流保护和功率级输出反向偏置，以及借助VDS监测提供可靠的冗余过电流保护等保护功能。

由于STDRIVE101开发板上提供了SWD接口，因此支持调试和编程功能，还可以直接进行固件更新。

高效和高能效并存的APM32F035

除了小型化和高集成，电机驱动的低功耗趋势也非常明显，上述两款旗舰都提到了这一点，接下来我们看一个兼具高效和高能效的电机控制专用MCU，来自极海半导体的APM32F035。

APM32F035基于32位Arm Cortex-M0+内核打造，最高72MHz工作频率，支持单周期32位硬件乘法器。为了能够提供优异的高效运算性能，APM32F035内置M0CP协处理器，其硬件包括：移位单元、32bit/32bit除法器、可选带饱和的乘加运算、开方（寄存器形式）、三角函数、SVPWM（移相功能由软件实现）。

APM32F035也提供丰富的外设接口资源，最多有42个I/O，所有I/O都可以映射到外部中断向量，最多有39个I/O引脚可兼容5V输入。该器件还集成了1个7通道的DMA控制器；1个12位ADC，支持可编程转换分辨率、提高转换速率，最多支持16个外部通道；2个可编程模拟比较器；以及4个通用运算放大器等。

为了实现器件的低功耗，APM32F035专门提供了低功耗模式，支持睡眠、停机、待机三种模式。

目前，极海半导体也在积极优化产品的性能和性价比。比如，该公司最新推出的APM32M3514，I/O数量和ADC外设接口等资源少于APM32F035，但APM32M3514集成了驱动，一个6N 200V Gate Driver。

灵活、低延迟的AM2434

当然，电机驱动不仅要优化能效、性价比和性能等特征指标，也需要对工业企业看重的实时性和广连接等能力做出回应，来自TI公司的AM2434就是一个很好的例子。

AM2434是Sitara高性能微控制器新增的工业级产品系列，通过多达四个Cortex-R5F MCU、一个Cortex-M4F 和两个Sitara支持TSN的千兆位PRU_ICSSG实例提供可扩展的性能。其中Cortex-R5F内核为这款器件带来了出色的实时性表现，再加上紧耦合存储器 (TCM) 组、可配置的SRAM分区和与外设之间的专用低延迟路径，AM2434能够允许数据快速进出这块SoC。

该SoC提供灵活的工业通信能力，包括用于EtherCAT目标、PROFINET器件、EtherNet/IP适配器和IO-Link控制器的完整协议栈。为了增强数据的可靠性和实时性，器件内还提供数据移动子系统 (DMSS）和时间同步子系统，其中DMSS系统包括块复制 DMA (BCDMA)、数据包 DMA (PKTDMA)、安全代理 (SEC_PROXY）和环形加速器 (RINGACC)。

AM2434也提供出色的安全保护和功能安全特征。该器件支持安全启动，提供硬件强制信任根 (RoT)、通过备用密钥转换RoT、接管保护、IP保护和防回滚保护等安全保护功能；提供加密内核，包括AES–128/192/256位密钥大小，3DES–56/112/168位密钥大小，以及MD5、SHA1等；还可以通过DMA支持调试安全性。这款器件也是专为功能安全应用开发，支持各种功能安全功能。

在应用方面，AM2434不仅可用于电机驱动，还可用于远程I/O模块等应用。

结语

当前，模块化、数字化、集成化、高效能化已经成为电机驱动系统发展的主要趋势，这些趋势旨在提高电机的效率、功率密度和可靠性，同时降低制造成本。我们上述提到的器件基本对这些趋势都有所体现。

那么，随着驱动电机的发展，后续整个驱动系统还有一些趋势是非常明显的。包括高效永磁化和智能化等。其中，智能化的实现和芯片是息息相关的，可以帮助驱动电机实现自适应控制技术、智能诊断技术等先进功能，从而有效提高驱动电机的效率、可靠性和稳定性。