从扫地机器人到割草机器人，中微半导芯片级方案赋能电机极限挑战

电子发烧友网报道（文/李弯弯）近年来，割草机器人市场呈现出爆发式增长态势。据Statista数据显示，2023年全球智能割草机器人市场规模约15亿美元，预计2025年将增至30亿美元，2030年更有望突破80亿美元，年复合增长率超20%。随着人们生活品质提升，对庭院自动化管理的需求日益旺盛，割草机器人凭借其便捷高效的特点，逐渐成为众多家庭庭院护理的标配，走进千家万户。

然而，在市场快速扩张的背后，割草机器人面临着严苛的户外作业挑战。其工作环境长期暴露于室外，需应对干燥低温等复杂气候条件，同时，割草机器人需要长时间自主作业，这些都对设备的核心技术提出了严苛要求。在这样的背景下，电子发烧友对中微半导体（深圳）股份有限公司电机控制事业部总经理肖英进行了专访，深入了解中微半导在割草机器人电机控制、电池管理与充电控制等领域的创新设计。

聚焦芯片，提供定制化合作模式

肖英介绍，中微半导专注于芯片设计，在割草机器人上游产业链中占据关键地位，主要提供针对电机控制、电池管理以及充电器控制等芯片。在电机控制方面，公司聚焦无刷电机控制技术，广泛应用于割草机器人的割草电机和行走电机驱动。该技术能够确保电机稳定、高效运行，为割草机器人的动力输出提供坚实保障。

在电池管理与充电控制领域，中微半导同样成绩斐然。肖英表示，公司为割草机提供电池管理芯片，为充电器提供控制MCU，助力整机实现高效、安全的能源管理。同时，针对这些芯片，中微半导还配套提供一站式整体解决方案，涵盖电机控制算法以及硬件参考设计等，为客户提供全方位支持。

谈及进入割草机器人领域的契机，肖英透露，公司电机控制芯片自2018年起就已实现对工具行业的批量供货，并在该领域多家知名客户中实现持续量产。进入割草机器人领域是自然而然的业务延伸，公司长期致力于为家用电器、个人消费类、工业自动化（含具身智能机器人）及汽车领域提供一站式开发支持，而割草机器人与扫地机器人在技术上有一定的相通性，这使得中微半导能够顺利进入这一市场。

在合作模式上，中微半导提供灵活多样的选择。肖英强调，最常见的合作模式是基于现有芯片为客户提供定制化开发支持。定制化开发主要包括两个层面：一是芯片级定制，当现有芯片无法满足客户需求时，根据客户要求对规格进行优化或调整；二是方案级深度合作，例如针对特定性能（如效率、噪声、响应速度等）进行算法优化。这种合作模式能够充分满足不同客户的个性化需求，提高产品的市场竞争力。

与室内机器人相比，割草机器人需长期在室外工作，这就要求其具备更高的可靠性及环境耐受能力。肖英指出，整个系统在户外环境中的高可靠性尤为关键。以电机控制系统为例，中微半导在多个层面进行了系统性设计。

在芯片层面，从设计、晶圆测试、封装到生产管理均进行全面考量，遵循高可靠性要求，例如ESD指标均按行业高标准定义与实现，以帮助客户更从容应对干燥低温等高静电工况，确保控制板稳定运行。在晶圆测试阶段，引入三温测试，保障芯片在极寒和极热的高低温环境下性能一致性。封装环节选择与业内头部封测大厂合作，严格把关材料、工艺和全过程管控，提升芯片在温变与恶劣环境中的适应能力。

在方案层面，重点关注系统效率，通过在母线电压抖动抑制、观测器精度、调试方法等方面均做深度整体优化，充分释放客户电控与电机系统的效能，实现温升控制与效率提升。

“芯片+应用方案”结合，实现性能、功耗、成本平衡

割草机器人需在户外长时间自主作业，单次续航2-4小时，这对芯片提出了“低功耗+高算力”的双重挑战。肖英表示，以MCU为例，中微半导的电机控制芯片系列覆盖从64M、72M、96M至128M的主频范围，并配备硬件除法器、开方运算等专用计算单元，可充分满足割草机器人对实时算力的高要求。

在功耗优化方面，公司基于Arm架构的低功耗特性，结合芯片设计层面的多维度创新，实现了高性能与低功耗的协同设计。具体策略包括采用流水线架构与专用硬件加速器，针对电机控制算法设计定制化硬件电路，大幅减少晶体管使用量和所需时钟周期，既提升计算效率，也降低非关键电路的动态功耗；运用时钟门控技术，及时关闭无需工作模块的时钟信号，减少电路翻转带来的功耗；采用电源门控设计，对长时间闲置的功能模块直接切断供电电源，抑制静态漏电功耗。这些系统级功耗优化措施，使中微半导的MCU在复杂实时控制任务中保持出色的能效比，满足割草机等户外移动设备对高可靠性与长续航的双重需求。

割草机器人电机需同时满足“轻量化+高扭矩+低噪音”的要求，庭院场景对噪音要求小于60dB。肖英介绍，中微半导通过“芯片+应用方案”相结合的方式，从系统层面实现了性能、功耗与成本的综合平衡。

在轻量化方面，公司通过合封与高度集成，将MCU、驱动、LDO及反电动势采样电路等集成于单颗芯片中，并提供QFN32、QFN40等小尺寸封装，最大限度减少外围器件数量，显著降低控制器体积。

针对高扭矩与低噪音需求，通过算法实现优化。高扭矩控制核心在于准确的角度观测，中微半导采用脉冲注入与高频注入等技术实现启动角度精准辨识，并深入研究主流观测器，为割草机器人匹配最适合的观测器或混合观测策略。同时，滤波器技术也至关重要，割草机运行环境复杂，易引入采样噪声，中微半导能有效滤除采样噪声并实现精准补偿，保障输入信号的鲁棒性，确保系统观测与运行的可靠性。

在无刷电机控制中，方波控制常见于大多数工具类应用，而在对静音要求较高的场景，中微半导采用FOC控制，FOC凭借其低谐波特性，可实现更低的电磁噪声与转矩波动，天然具备噪声优势。在此基础上，公司还应用死区与管压降补偿、谐波优化、谐波注入及单电阻采样低噪等多项技术，进一步全面降低运行噪声。

未来展望：技术演进与布局方向

肖英认为，从整体发展趋势来看，机器人系统正不断朝向高功率密度方向演进，这对芯片及系统方案的温升控制与耐受能力提出了关键挑战。随着功率密度要求的提升，割草机器人未来很可能大规模采用第三代半导体作为功率控制器件。

在芯片层面，中微半导将持续推动高算力与低功耗的协同优化，未来会推出更高主频和集成更多硬件计算单元的产品。在结构设计上，积极引入DC/DC转换架构以取代传统LDO，降低功率损耗，并结合智能驱动技术实现对开关损耗的动态调节。从方案层面看，电机控制及电机本体设计虽理论成熟，但仍需不断融入新技术突破。中微半导的电机控制团队将坚持以实际应用为导向，持续将新技术、新思路融入方案迭代中，提升服务能力与技术附加值。