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宽驱动、高频PWM与无感FOC都有,2025电机驱动新品齐发

Felix分析 来源:电子发烧友网 作者:吴子鹏 2025-02-22 22:53 次阅读
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电子发烧友网报道(文 / 吴子鹏)在电机运转过程中,电机控制和驱动 IC 发挥着关键作用,能够精确控制电机的启动、停止、正反转以及转速。通过输入不同的控制信号,电机驱动 IC 可以改变电机绕组中电流的方向和大小,进而实现对电机各种运行状态的精准控制。
随着工业自动化新能源汽车、智能家居消费电子等领域对电机的需求持续攀升,电机驱动 IC 的市场需求也水涨船高。统计数据显示,2024 年全球电机驱动 IC 市场规模达 318 亿元,预计到 2029 年将增长至 451 亿元,年复合增长率为 5.2%。

近期,为满足最新的市场需求,各大芯片原厂纷纷更新电机控制和驱动产品线,涵盖 IC 和软件,主要厂商包括英飞凌意法半导体(ST)、PI 等。那么,这些新品将为哪些应用带来利好呢?

英飞凌推出 MOTIX™ BTM90xx 系列

今年 1 月,英飞凌科技 (Infineon Technologies) 推出全新的 MOTIX™ BTM90xx 系列全桥 / H 桥集成电路 (IC),为有刷直流电机应用提供创新解决方案,进一步拓展其在低压电机控制领域的产品组合。

MOTIX™ BTM90xx 系列专为汽车有刷直流电机设计,广泛应用于车门、后视镜、座椅调节、车身控制模块等场景,同时支持安全关键型应用,如区域控制模块。在基础性能方面,该系列覆盖 7V 至 18V 的工作电压范围,还可扩展至 4.5V 至 40V。BTM901x 子系列支持至少 10A 的电流限制,BTM902x 子系列电流限制提升至 20A,适用于电动尾门或座椅调节等高功率需求场景。此外,MOTIX™ BTM90xx 系列支持高达 20kHz 的 PWM 频率,有助于优化电机效率与噪音控制。

由于目标应用为汽车领域,MOTIX™ BTM90xx 系列在安全和保护方面进行了全面增强。该系列集成嵌入式看门狗,可增强系统安全性,防止因软件失效导致的控制异常;内置全面的诊断与保护功能,包括过温、欠压、过流、短路检测及交叉电流保护,满足汽车行业严苛的可靠性要求;通过内部反馈回路优化开关速率,平衡功耗与电磁兼容性(EMC),无需手动校准 MOSFET 参数。

为方便工程师使用 MOTIX™ BTM90xx 系列,英飞凌提供完整的开发支持,包括技术文档、仿真模型(如 PSPICE)、功率耗散计算工具、评估板及 Arduino 示例代码。同时,工程师可通过英飞凌开发者中心IDC)免费获取设备驱动程序和配置向导,加速设计导入。

意法半导体推出 STSPIN32G0新品

同样在今年 1 月,意法半导体 STSPIN32 系列集成化电机驱动器新增八款产品。STSPIN32 电机驱动器集成 STM32 通用微控制器 (MCU) 以及功能丰富的三相栅极驱动器,这一设计极大简化了电机控制系统设计,能有效节省 PCB 电路板面积,加快终端产品上市时间。新发布的八款产品集成 45V、250V 和 600V 额定电压的栅极驱动器,可广泛应用于从电池供电的无线家电和电动工具,到工业自动化、机器人、暖通空调系统、有线家用电器等各类场景。新产品集成基于 Arm® Cortex®-M0 + 内核的 STM32G031 微控制器,具备强大算力,可处理当下热门的电机控制算法,如六步控制和矢量控制 (FOC)。

具体来看,四款低压新产品基于功能丰富的 45V 栅极驱动器,适用于由锂电池或最高 36V 有线电源供电的家电和工具,如便携式电动工具、家用电器、无线吸尘器、机器人、风扇和电泵。四款高压产品为用户提供 250V 或 600V 额定驱动电压,以及 200mA/350mA 或 1.0A/0.85A 拉 / 吸电流选择,标配 ST SmartShutDown 智能关断功能,在发生故障时可快速保护外部功率级,其目标应用涵盖家电、空调、家用冰箱、工业冰箱、工业电泵和工业自动化。

为帮助工程师减小最终方案的尺寸,STSPIN32G0 这 8 款新品具有出色的集成性,包括集成丰富的片上资源 / 接口资源和全面的保护功能。在片上资源 / 接口资源方面,STSPIN32G0 提供多达 32 个通用 I/O 引脚 (GPIO)、64KB 闪存和 8KB SRAM,以及 I2C、USART、SPI 等数字接口;在保护功能方面,STSPIN32G0 提供过流保护、过载保护、交叉导通防护、欠压锁定。

为方便工程师快速开展新设计,每款产品都配备评估板。并且,STSPIN32 全系支持 STM32 MCU 开发生态系统,用户可从中获取丰富的开发工具、软件和评估板,其中包括 X-CUBE-MCSDK 电机控制软件开发套件 (SDK)、可参数化的固件库和电机控制工作台 GUI 软件,还有 MCU 专用软件包和中间件,以及便于项目设置和性能分析的 STM32CubeMX 配置器。

PI 推出最新版 MotorXpert 软件

了解了两款硬件产品后,我们再来看看软件方面的新品。今年 2 月,Power Integrations 宣布发布 MotorXpert™ v3.0,这是一套专门用于对采用该公司 BridgeSwitch™电机驱动器 IC 的无刷直流逆变器进行配置、控制和检测的软件包。BridgeSwitch IC 是一种半桥电机驱动器 IC,内部集成低 RDSON 的 FREDFET 开关、控制器和驱动器,采用高效散热封装。

据介绍,MotorXpert™ v3.0 集成无分流检测电路和无传感器磁场定向控制(FOC)技术,无需额外的分流检测电路和传感器,降低了硬件成本与系统复杂性,提高了集成度和可靠性,能在无分流检测电路和无传感器的情况下实现对电机的精准控制。MotorXpert™ v3.0 增加了对两相调制控制方式的支持,适合高温环境应用,如热水循环泵,可将逆变器开关损耗降低 33%,开发人员能在逆变器温度与扭矩纹波之间进行权衡,降低对散热器和外壳的成本要求。该软件还具备 V/F 和 I/F 控制功能,可在任何负载条件下启动电机,通过先进的算法和控制策略,确保电机在各种复杂负载条件下都能顺利启动,提高系统的适应性。

在软件应用上,MotorXpert™ v3.0 内嵌于本地 MCU 或 DSP 上的复杂数学算法,利用 BridgeSwitch IC 的信息构建生成精确的反馈信号,实现对开关模式的实时控制。这款软件对逆变器的操作进行编译,并以明确的格式显示关键数据,供工程分析使用,提供图形用户界面,集成数字示波器可视化工具,方便设计、配置参数和调试,界面中的饼状图实时显示电机应用的具体状态。MotorXpert™ v3.0 提供缺省模式和专家模式。缺省模式适合初学者,只需调整少量关键参数即可让电机安全可靠运行;专家模式面向电机制造商,支持详细参数定制,满足精细性能需求。

电机驱动后续发展

看完上述新品,不难发现三大电机控制和驱动的趋势十分明显,分别是高集成、高品质和敏捷开发。

英飞凌和意法半导体的产品均采用高集成方式,将更多功能集成到单一芯片中,如集成微控制器、传感器、功率器件等,形成高度集成的电机驱动解决方案。这样不仅能减少电路板空间,降低系统成本,还能提高系统的可靠性和稳定性。

在汽车、工业等对可靠性要求极高的领域,电机驱动 IC 将不断提升其可靠性和稳定性。具体手段有两种,一是增强 IC 本身的保护功能,如 MOTIX™ BTM90xx 系列集成了众多保护功能;二是采用更先进的工艺和封装技术,增强芯片的抗干扰能力和耐环境能力,确保在恶劣的工作条件下也能长期稳定运行。

无论是硬件还是软件,对于电机应用而言,敏捷开发这一属性都体现得淋漓尽致。这其实也是传统国际大厂的优势所在,他们往往拥有较为完备的产品生态,且能够在各项应用之间相互赋能。

2025 年,电机驱动领域无疑充满机遇。随着物联网、工业 4.0 的推进,智能家居、工业自动化等市场对电机驱动的需求持续增长,为新品的推广和应用提供了广阔空间。然而,挑战也不容小觑。一方面,技术更新换代快,如何保持技术领先,满足不断升级的市场需求,对厂商是个考验;另一方面,市场竞争激烈,英飞凌、ST、PI 等巨头的新品已在市场上掀起波澜,其他企业需要在产品差异化和性价比上发力。

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