電機(jī)控制的軟件模擬、芯片升級與自主研發(fā)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）隨著我國工業(yè)4.0、裝備制造以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電機(jī)的應(yīng)用場景逐漸豐富，在未來市場對電機(jī)的需求會也將會不斷擴(kuò)大。目前，在電機(jī)應(yīng)用中主要分為有刷直流電機(jī)（DC）和無刷直流電機(jī)（BLDC）兩種。BLDC電機(jī)以電子轉(zhuǎn)換器替代了機(jī)械換向器，憑借著良好的調(diào)速性能和更高的效率，逐漸取代了DC電機(jī)，并廣泛應(yīng)用于電動工具、工業(yè)控制、機(jī)器人以及汽車領(lǐng)域。

隨著BLDC電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用場景的增多，BLDC電機(jī)的發(fā)展趨勢也朝著小型化、低噪音、低功耗發(fā)展。低功耗的直流電機(jī)，對于小型手持設(shè)備以及一直存在續(xù)航里程焦慮的電動車來說尤為重要。11月17日，電子發(fā)燒友網(wǎng)舉辦了“2021電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研討會”，研討會上是徳科技、中微半導(dǎo)、峰岹科技、芯旺微分享了新的技術(shù)和解決方案，共同展望BLDC電機(jī)未來的發(fā)展。

是德科技：延長電池供電的BLDC續(xù)航能力的深層考慮

是德科技是一家專注于測量儀器、軟件開發(fā)的企業(yè)，主要為電動交通、5G、物聯(lián)網(wǎng)、智能互聯(lián)汽車等領(lǐng)域提供測試解決方案。是德科技高級應(yīng)用工程師陳珍柱，在研討會中分享了“延長電池供電的BLDC續(xù)航能力的深層考慮”的主題，主要是圍繞電機(jī)與電池的測試展開的。

人工智能和工業(yè)4.0為電機(jī)行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，也衍生出了很多使用電池的電機(jī)設(shè)備，使用電池作為電機(jī)的供能方式，不論是電動汽車，還是工業(yè)機(jī)器人，電池續(xù)航焦慮都是不可避免的問題。為提升電池供電設(shè)備的續(xù)航能力，是德科技在研討會上分享了一系列用于功耗、續(xù)航檢測的設(shè)備和軟件，方便開發(fā)工程師更深入地了解設(shè)備在實(shí)際使用過程中，電流、電壓隨時間變化而變化的值，從而進(jìn)行更精準(zhǔn)的產(chǎn)品優(yōu)化，降低能耗，提高設(shè)備的續(xù)航能力。

是德科技的檢測設(shè)備和軟件，可分別對待電機(jī)設(shè)備和電池進(jìn)行精確的評估，檢測范圍覆蓋了從幾微瓦到上百千瓦。通過BV9200E軟件可以同時控制4臺監(jiān)測設(shè)備，可分別進(jìn)入scope、Data logger、ARB、CCDF 4種工作狀態(tài)，當(dāng)切換為示波器模式時，采樣精度達(dá)200KSa/s，據(jù)介紹，在示波器模式下，可無縫的檢測電機(jī)設(shè)備或電池在待機(jī)與工作狀態(tài)時，極為細(xì)微的瞬態(tài)電壓、電流變化，這是普通示波器無法達(dá)到的采樣精度。Data logger功能可對電機(jī)設(shè)備或電池進(jìn)行長達(dá)1000小時的動態(tài)電壓、電流監(jiān)測，能夠讓工程師更直觀地看到設(shè)備運(yùn)行電流、電壓的變化，加速工程師對產(chǎn)品精準(zhǔn)優(yōu)化的進(jìn)程，進(jìn)而提升電池的續(xù)航能力。值得一提的是，BV9200E軟件可直接模擬電機(jī)設(shè)備和電池的工作情況，通過數(shù)據(jù)直觀地了解功耗特性和電池的續(xù)航能力，減少研發(fā)過程中的不確定性，縮短研發(fā)時間。

中微半導(dǎo)：高效能電機(jī)驅(qū)動及控制方案

中微半導(dǎo)是一家以MCU、SoC為產(chǎn)業(yè)核心的芯片設(shè)計(jì)企業(yè)，致力于提供風(fēng)機(jī)、電動工具、白色家電等電控設(shè)備的一站式服務(wù)。中微半導(dǎo)產(chǎn)品經(jīng)理劉洋，在研討會中為我們分享了“高效能電機(jī)驅(qū)動控制方案”的主題

在電機(jī)方面，中微半導(dǎo)的技術(shù)能力涵蓋了全品類的電機(jī)MCU、功率器件、電機(jī)控制的底層算法等。為快速注入市場，中微半導(dǎo)在重慶有著上百人的電機(jī)芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)，能夠?yàn)榭蛻籼峁┗诜讲ê驼也ǖ碾姍C(jī)解決方案。其產(chǎn)品都具體較高的集成度，同時還會提供接近量產(chǎn)級別的Demo供客戶使用，不僅簡化了客戶的前期開發(fā)工作，還提升中微半導(dǎo)產(chǎn)品市場的覆蓋率。

在研討會上，據(jù)中微半導(dǎo)介紹，目前已推出多款應(yīng)用于電機(jī)應(yīng)用的MCU?；?051內(nèi)核的CMS8M35XX系列和基于M0內(nèi)核的CMS32M55XX系列主要針對風(fēng)機(jī)、水泵和電動工具的解決方案。其中CMS32M55XX系列主要是應(yīng)用于弦波類的解決方案中。同時，對CMS32M55XX系列芯片進(jìn)行了升級，升級后的產(chǎn)品主要針對于白色家電和綠色出行領(lǐng)域。并且，在后期將會推出基于M7內(nèi)核的芯片，主要應(yīng)用于空調(diào)外機(jī)、工業(yè)電機(jī)控制等大功率電機(jī)中。

在疫情和車規(guī)芯片短缺的雙重壓力下，中微半導(dǎo)公開表示已經(jīng)開始布局汽車領(lǐng)域，在后期將會陸續(xù)推出基于M4內(nèi)核的車規(guī)級MCU，加速國產(chǎn)替代的進(jìn)程。為提升客戶的體驗(yàn)，中微半導(dǎo)的電機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)品，以MCU為核心向電機(jī)驅(qū)動芯片、分立器件等方面均有不成層度的輻射，致力于打造一站式電機(jī)生態(tài)鏈服務(wù)。

峰岹科技：電機(jī)控制專用芯片技術(shù)特點(diǎn)和解決方案

峰岹科技是一家專注高性能電機(jī)驅(qū)動控制芯片設(shè)計(jì)及算法的研發(fā)。其中，電機(jī)芯片產(chǎn)品涵蓋了MCU、ASIC、驅(qū)動IC、功率器件、IPM。據(jù)峰岹科技應(yīng)用部總監(jiān)羅薛介紹，2016年峰岹科技以FU6831雙核MCU正式進(jìn)入智能家電市場。峰岹科技靠著多年的技術(shù)沉淀，不斷探索電機(jī)領(lǐng)域更廣闊的應(yīng)用市場，目前的商業(yè)布局正逐漸向工業(yè)4.0、人工智能、汽車電子、智慧物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域滲透。

隨著近年來電動汽車的快速普及，電動車市場巨大，峰岹科技也十分看好汽車領(lǐng)域的發(fā)展，提前部署了可應(yīng)用與汽車領(lǐng)域的產(chǎn)品，在電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研討會中，據(jù)峰岹科技應(yīng)用部總監(jiān)羅薛介紹，今明兩年將會有6832和6866兩款MCU相繼通過AEC-Q100的車規(guī)級產(chǎn)品認(rèn)證。

在專用芯片領(lǐng)域，從2015年至今，峰岹科技已將第一代雙核CPU更新至第五代，產(chǎn)品也呈高度集成化發(fā)展，現(xiàn)已推出FT8215 12V/2A專用芯片，這是一款全內(nèi)置的無感FOC的解決方案，芯片內(nèi)部集成了MCU、HVIC和MOS管，簡化了終端產(chǎn)品的元器件布局，縮小了空間對產(chǎn)品應(yīng)用的局限性。同時，工作波形也相對的平滑，可同時滿足對振動、效率、體積要求較為嚴(yán)格的產(chǎn)品應(yīng)用中。

在電機(jī)控制方面，峰岹科技推出了自主研發(fā)的AO自適應(yīng)觀測器，與傳統(tǒng)的PLL觀測器和增強(qiáng)型滑膜觀測器相比，AO自適應(yīng)觀測器的調(diào)試參數(shù)較少，僅需修改電阻和電感的參數(shù)即可完成調(diào)試工作，利用AO自適應(yīng)觀測器不僅可以實(shí)現(xiàn)同一個程序啟動兼容各種不同類型的電機(jī)，而且能實(shí)現(xiàn)電機(jī)超低速不失步。

芯旺微：KF32在電機(jī)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

芯旺微AE沈毅帶來了“KF32在電機(jī)控制領(lǐng)域的應(yīng)用”的主題分享。在一開始，沈毅提到理想的交流電壓與負(fù)載電流波形中電壓與電流，頻率相同，相位相同，且都是正弦波，但實(shí)際上并非如此。在實(shí)際的全橋整流后，有可能遇到，很短的時間，遇到很大的電流，電網(wǎng)受到?jīng)_擊；或者很長的時間，沒有電流，導(dǎo)致電網(wǎng)能量被浪費(fèi)。芯旺微KF32A156可以實(shí)現(xiàn)主動PFC，解決以上問題。

為了實(shí)現(xiàn)未來多電機(jī)的控制，就需要更強(qiáng)大的性能，目前功夫KF32對FOC進(jìn)行了大量的優(yōu)化，其本身也擁有一顆強(qiáng)大的內(nèi)核，可以在沒有任何硬件算法加速的情況下可以實(shí)現(xiàn)>240000RPM電轉(zhuǎn)速（無感FOC）。未來還可以配置強(qiáng)大的DSP、數(shù)學(xué)加速單元、FPU單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元。針對1拖3的方案，功夫KF32也進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，通過主動PFC能夠有效提升有功功率。

沈毅提到，目前功夫KF32產(chǎn)品線中，已經(jīng)擁有超低功耗32位MCU，通用高性能32位MCU，高性能低功耗32位MCU以及車用級MCU。未來還制作KF32D系列，加入DSP等器件，以及汽車級KF32DA系列產(chǎn)品。

在資源與生態(tài)上，芯旺微還可以為客戶提供免費(fèi)的軟件授權(quán)，以及豐富的調(diào)試工具與編譯器，幫助客戶更好的使用KF32系列產(chǎn)品。沈毅表示，KF32系列產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵、輪轂電機(jī)、吸塵器電機(jī)等實(shí)際案例當(dāng)中，受到了客戶的廣泛認(rèn)可，也希望能夠繼續(xù)為客戶帶來更高性能的MCU產(chǎn)品。