浅析高效能强隔离发展趋势下的BLDC多元化应用

电子发烧友网报道（文/李宁远）2021年11月17日，全球知名电子科技媒体电子发烧友主办的2021秋季电机控制技术研讨会成功在深圳举办。本次大会上，知名企业意法半导体，灵动微电子，纳芯微电子与电子发烧友行业专家发表了精彩的演讲。

意法半导体：ST工业和机器人应用的双电机平台

众所周知，随着自动化和智能化的推进，伺服以及位置控制变得越来越流行，大到像产线机器人，飞剪，旋切，小到服务机器人，AGV小车，乃至手持云台，不管工业还是商业方面都有电机位置控制的应用。此次ST电机控制高级应用开发工程师蔡成攀进行了《ST工业和机器人应用的双电机平台--基于STM32G4/STSPIN32G4》的主题分享，从软件生态，产品组合，评估工具等方面，展示ST在电机位置控制方面给客户带来的服务和价值。

据蔡成攀透露，目前ST为工业汽车控制市场开发和支持竞争性解决方案，尤其侧重于家用电器、伺服驱动器和机器人的驱动、工业运输、电动工具和使用电池的花园工具以及消费类电子控制（例如无人机、吸尘器等）等领域。当前ST已经定义了STM32整个电机控制的生态系统，为此已经投资和开发了20年。

ST也为工程师提供了一套电机控制SDK，在能源效率、静音控制等方面具有显著优势，使用这个SDK设计电机控制应用程序非常简单。同时，ST也做了一些符合亚太地区市场关键客户研发要求的相关解决方案。

当前ST的解决方案包括从嵌入电源阶段的集成驱动程序，到独立智能门驱动程序，以及可以处理高达数十kW的应用程序。同时还拥有先进的混合动力系统包。所有的产品都可以保证10-15年的寿命。在过去的15年里，ST的相关产品总售出量超过15亿，足以验证ST在市场中的地位与技术实力。

灵动微电子：基于MM32SPIN系列MCU的BLDC高集成解决方案

在“2021年电机控制先进技术研讨会”上，专注于Arm Cortex M系列MCU产品的国产半导体企业灵动微电子就带来了多款电机解决方案。灵动微电子市场经理胡力兴重点介绍了其专门针对电机控制领域的MM32 SPIN系列产品。据他介绍，灵动微SPIN系列覆盖的电压范围从12V到600V，管脚从14引脚到144引脚。而且在电动工具、园林工具、家用电器和电动平衡车等领域都有成功的应用案例。

据悉，灵动将在今年年末推出SPIN系列的更新产品SPIN0280和SPIN3270，其中SPIN0280带有4个高性能运算放大器、5个比较器、2个独立的3Msps 高速ADC，以及三个UART。三个UART针对设备需要扩展了越来越多的外部功能，比如连接传感器、Wi-Fi、蓝牙。同时它的主频可达96Mhz，有128KB的Flash和32~64脚的封装同时还支持IEC60730-1安规认证，性价比非常高。据胡力兴介绍该芯片支持双电机控制，针对电动车、滑板车、家电、风机的应用都非常合适。他在分享中表示，目前在电动车领域，灵动微电子的解决方案占有了大部分的市场份额。

今年比较热门的电机控制方案就是一拖三，灵动也在其展台上展示了其高集成性的3合1方案，只需要一颗SPIN3270芯片就能控制空调外机的PFC、外风机和压缩机。据灵动微的朱工介绍，灵动针对空调外机设计有特殊的控制算法。目前外风机算法能够支持逆风启动，压缩机的算法能够支持震动抑制，PFC的功率因素能够达到99%。

未来，灵动微电子将持续聚焦于BLDC控制，用旗下专业的MCU产品为国内电机行业的繁荣发展赋能。

纳芯微电子：聚焦高端模拟芯片国产替代 助力电机驱动行业发展

纳芯微电子在成立以来，致力于成为信号感知芯片、隔离与接口芯片、驱动与采样芯片的行业领导者，在混合信号处理、高耐压数字隔离、集成式传感器设计等领域拥有独立知识产权和丰富的技术储备。纳芯微电子技术市场经理庞家华在由电子发烧友主办的2021年度电机控制先进技术研讨会上以隔离芯片为主题，分享了隔离芯片在BLDC电机隔离驱控应用的解决方案。

纳芯微的三大核心技术分别为：传感器IC技术，混合信号链IC技术以及隔离IC技术。

在传感器IC核心技术的支持下，纳芯微已有车规级压力传感器，全集成MEMS压力传感器，高精度温度传感器等高性能产品。混合信号链IC技术则为高精度REF，高精度仪表放大器，24-bit ADC，16-bit ADC以及8-bit MCU提供了行业领先的技术基础。隔离IC技术作为本次大会纳芯微展示的亮点，旗下隔离器件均展现出高耐压性能和高抗共模瞬态干扰能力，在隔离半桥驱动，带保护的SiC/IGBT驱动应用上有着强劲的实力。

BLDC之所以要引入隔离，是为了满足安全法规或者降低接地环路的噪声等。目前隔离芯片主要有光耦型、磁耦型、容耦型三种类型。此前最常见的光耦型隔离虽然能满足常见隔离要求，但寿命短功耗大，目前被逐步取代。磁耦型在容耦的基础上能额外传递能量，可以拓展隔离芯片的应用领域。容耦则采用片上电容原理实现信号的隔离传输，寿命长、功耗低、传输速率高。

纳芯微采用的正是容耦技术。同时在编码技术上，采用了Adaptive OOK的信号调制技术，进一步提高了隔离芯片的抗共模噪声能力。

工业电机驱控的发展向着更高的开关频率，更小的死区时间，更快的开关速度发展，同时对可靠性要求更高，需要越来越多的保护功能。这对于隔离驱动的CMTI，传输延迟一盒驱动能力都提出了更大的挑战。对于MOS/IGBT/SiC驱动，纳芯微的隔离驱动实现了全覆盖。从旗下产品的参数来看，数据速率高达150Mbps，共模瞬变抗扰度高达200kV /µs。从这些指标就能看出，作为国内首位量产数字隔离芯片的厂商，纳芯微在数字隔离器上的技术实力。

除了高性能的技术指标，高系统级别的EMC性能进一步器件使用的可靠性和稳定性。在实现如此高性能的同时，功耗也没有很高，以NSi8210为例1.5mA / ch（1 Mbps）的功耗完全在可以接受的范围内。值得一提的是，在多通道隔离器上纳芯微目前已经做到六通道，这也是国内少有的。

从隔离驱动和隔离采样上，纳芯微给出了他们高性能低功耗的解决方案。在隔离驱动渐成趋势的国内市场中，纳芯微高端隔离芯片将持续助力电机驱动行业的发展。

电子发烧友程文智：高能效电机发展趋势及市场格局分析

与会期间，电子发烧友行业分析师程文智分享了“高能效电机发展趋势及市场格局分析”主题的报告。他在分享中表示，随着高能效电机在汽车、农业、空调和洗衣机等领域的广泛使用，全球的电机市场得到了很大的增长。据MarketsandMarkets统计，2019年全球电机市场的规模为1220亿美元，由于受到新冠疫情的影响，2020年的市场规模有所下滑，降到了1133亿美元。

这两年新冠疫情虽然没有被完全遏制住，但世界上大部分地区已经开始转变应对策略，经济也都开始好转。因此，今年及未来的电机市场应该还是会重拾升势，预计年复合增长率为6.9%左右，到2026年将会达到1691亿美元。也就是说，未来，这将是一个万亿级人民币的大市场。

但在BLDC市场，2020年的市场规模并没有下降，反而是上涨的。根据Grand View Research的统计，2019年BLDC的市场规模是163亿美元，预计今年的市场规模是179亿美元，未来将会以6.5%的年复合增长率继续增长。

从市场格局来看，BLDC电机市场中，亚洲市场的占比最大，占了46.94%，其次是美国，占了21.08%。亚洲其实有不少技术实力都不错的BLDC电机企业，但主要集中在日本，比如尼得科，松下、美蓓亚、三洋电气等。国内的话，目前主要还是处于追赶阶段。但是可以预见的是，未来BLDC电机的增长将主要来自亚洲，而亚洲又将主要在中国。

欧洲的市场份额也不小，约为19%，由于欧洲和美国的起步比较早，他们掌握了很多BLDC电机的核心技术，未来随着全球市场对高端BLDC电机需求的增多，欧美市场的占比也会缓慢增长。但比例肯定没有亚洲地区高。

另外，他还分享了电机在汽车、风机、吸尘器、电动自行车等市场中的应用，以及BLDC电机在家电产品中的渗透率。

程文智特别指出，目前BLDC电机的市场渗透率普遍还不高，但在有些特定的市场渗透率在快速提升中，未来电机控制产业链企业的市场发展空间非常大。

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编辑：jq