电机控制应用不断迭代，各家技术大咖分享爆品方案

近几年来，国内电机市场规模在不断增大，产量也在不断提升，而电机的智能化和高效节能化，离不开上游芯片、传感器、编码器等硬件，以及电机控制软件算法的支持。2023年11月16日，由<电子发烧友>主办的2023电机控制先进技术研讨会在深圳益田威斯汀酒店成功举办。本次会议，兆易创新、雅特力科技、意法半导体、凌欧创芯、MPS、兆威机电、爱普特、瑞萨、杰发科技、元能芯科技等国内外知名企业的领导和高级工程师带来了电机控制领域最新的技术分享。
 

 
兆威机电：小功率电驱系统超高效开发与应用
 
在本次研讨会的下午场，兆威机电的控制BU总负责人陈毅东带来了小功率电驱系统开发与应用的新思考，从行业痛点、软硬件开发设计，再到具体的开发应用实例，陈毅东一一为现场观众详细分享。

兆威机电控制BU总负责人  陈毅东

 
在ToB定制业务开发痛点方面，陈毅东表示基本每个设计公司都会遇到四大痛点：ToB客户需求多样性、研发周期的紧迫性、过程的不可控及经验不可传承、工程师的成本越来越高。针对以上痛点问题，如何解决？我们在想能否以标准化的开发模型来解决，开发一个高效率、高质量以及独具竞争力的产品。最近三年，兆威机电也一直往这个方向努力。
 
接下来，陈毅东重点分享了兆威机电软件模块化设计的五层思维，第一层的话是通信层跟客户之间交互，第二层控制层需要把握客户各种电子化的需求，第三层精细划分的核心算法层，第四层是嵌入式层，而这四个层谁先谁后需要中断层来判断。“我们通过这种分层式的思维来实现代码的一个规范，所有的代码都按照一套规范来进行书写，来缩短我们的开发周期，提高产品高效可靠，从而达到大规模、工业化生产的目的。”对于硬件而言，需要满足五点：可设计、可制造、可交付、可购买、高性价比。总而言之，就是“软件干功能，硬件干成本。”
 
兆威机电持续迭代更新通信层，在通信模块上，汽车用得比较多的是CAN通信方式，兆威机电升级了协议解析、Flash Drive、Flash操作等功能。控制层上，指令、曲线，应用场景特点的思考和细节把控都非常重要。
 
陈毅东在演讲最后重点分享了一些开发应用案例。例如，翻转机构，这个驱动系统由通信模块电路、电源模块电路、存储模块电路、采样模块电路、功率模块电路、传感器模块电路组成。兆威机电也通过实验验证翻转机构的核心算法模块，由于电机Hall位置传感器的安装偏差问题，导致每个扇区大小并不是均匀的60度。陈毅东表示，可以通过分散补偿和滤波算法模块实现霍尔角度解算均匀，提高产品性能的一致性。
 
爱普特：电机“RISC-V 芯”应用 实现资源成本最优化
 
2022年我国微特电机行业市场规模约为2851.2亿元，同比增长5.5%。预计随着市场需求的增长，微电机市场的规模也将同步迎来增长。当前，RISC-V处理器在IoT领域有着较大的占比，但在MCU领域的占比较小，这意味着未来RISC-V在该领域有着较大的市场机会。
 
爱普特微电子现已成长为智能家电、工业控制等领域全国产32位MCU领军企业，公司基于自研IP库及RISC架构内核研发量产的全国产高可靠性32位MCU产品已实现超亿颗量产。爱普特电机算法部经理郑攀介绍，公司已经推出成熟的电机应用MCU平台，包括APT32F102X平台、APT32F171X平台以及APT32F173X平台。

爱普特电机算法部经理 郑攀

 
其中，APT32F102X平台针对成本敏感型应用，48MHz主频和12bit ADC，覆盖了大部分电动工具的实际应用领域。适用工作温度覆盖-40°C~105°C。该平台已经通过CS10VA级测试，带TOUCH功能的全国产RISC核32位MCU。
 
APT32F171X平台集成除102x的全部性能外，还集成模拟运放，模拟比较器，可有配置数字滤波，硬件除法器，32脚封装，提供各种小型电机应用中单芯片解决方案，是一款模拟增强型/高可靠/全国产RISC核32位MCU。
 
在上述平台的基础上，爱普特微电子推出了功能扩展版APT32F173X平台，是一款支持双电机驱动的高算力全国产RISC-V核32位MCU。该产品具备105MHz主频， 32K SRAM，128KFlash，内建的DSP指令集，可用于算法加速，集成3路模拟比较器，4路运放，2路 3MSPS ADC，适合电动车、洗衣机、空调等需多控电机的应用。
 
谈及 RISC-V处理器，郑攀表示，作为近五年基于市场压力才大量应用到实际案例中的全新架构， RISC-V指令架构的MCU有其显著的优点，在电机应用中也有着显著的缺点。因此如何扬长避短，从硬件设计到软件编程做整体优化尤为重要。
 
RISC-V在电机应用中的问题，爱普特微电子也提出了相应的解决方案，一是用硬件互联专用模块ETCB解决中断响应速度偏慢的问题，二是通过电机库采用优化过的写法，解决极简指令导致的代码容量大，三是通过硬件I-cache加速，实现指令分支预测的匹配，四是通过多通道dma加速，解决硬件存取效率低。
 
 
瑞萨：创“芯”驱动・瑞萨高功效工业电机控制单芯片解决方案
 
瑞萨有着广泛且丰富的产品线，例如微控制器MCU及微处理器MPU、模拟及功率器件、无线及专用产品。微控制器MCU及微处理器MPU包括RZ/T和RZ/N等系列。当前，在工业自动化重点领域和技术，瑞萨MCU和MPU产品支持多种控制层和现场级应用。
 
随着市场需求的提升，瑞萨推出的第二代工控MPU，包括RZ/T2M、RZ/N2L，以及今年推出的用于EtherCAT、带高性能CPU和功能安全的RZ/T2L。
 
瑞萨市场开发部专家杜灏介绍，Rz/T2, N2产品搭载最大频率为800MHz的Arm® Cortex®-R52 内核。RZ/T2M和RZ/N2L支持225的引脚数，能够在最大程度上实现引脚兼容。另外，RZ/T2M 集电机控制，工业以太网，功能安全于一体，还是业界最高实时性能的MPU，达到3442CM。

瑞萨市场开发部专家 杜灏

 
RZ/T2M还集成了超高速实时TCM。与Cache对比，TCM有着三大优势，一是使用 TCM 和缓存测量的正常ISR响应时间，CoreMark作为处理负载在后台运行。二是在TCM上运行：99.6%的ISR响应在193ns-200ns 之间，最大抖动为200ns。在缓存上运行：只有 88.2% 在 193ns-200ns内运行，最大抖动为533.3ns。
 
另外，RZ/T2M针对电机控制的优化架构，包括CPU0通过LLPP总线访问电机控制外设，实现低延时，具有大容量TCM和用于电机控制外设的 LLPP总线。另外还有用于功能安全目的的外设，可与非安全 CPU 内核和其他总线集线器分离，作为安全CPU的外设。在电流环运行性能方面，RZ/T2M的性能是第一代产品 RZ/T1 的 7.6 倍。
 
值得一提的是，通过RZ MPU的组合，RZ/T2M、RZ/N2L等产品可以实现各种类型的工业自动化设备。由于可扩展性和兼容性，客户可以在产品之间复用软件资产和知识。
 
另外，杜灏介绍了瑞萨的RX72M，产品面向远传输入输出模块或通信模块、运动与驱动一体化（低压），以及小型化PLC等目标市场。RX72M带双精度浮点运算单元FPU的RXv3内核，高达240MHz主频。杜灏表示得益于瑞萨高性能的RZ/T2L，RZ/T2M或RZ/N2L微处理器，该单芯片解决方案的设计在性能和成本方面优于传统的双芯片平台。
 
 
杰发科技：拥抱客户，助力新能源汽车革命
 
本次会议上，杰发科技电机高级工程师徐贤玉带来了《拥抱客户，助力新能源汽车革命，基于杰发AC78xx平台电机应用方案分享》的主题演讲。杰发科技专注汽车电子芯片及相关系统的研发与设计，成立于2013年，2018-2019年首款车规级MCU AC781x、首款AMP芯片AC7315、首款全集成TPMS芯片AC5111量产，2022年量产功能安全MCU芯片AC7840x、第二代M0+车规级MCU AC7802x、第三代M0+车规级MCU AC7803x等。
 

杰发科技电机高级工程师 徐贤玉

 
具体来看，AC781x是一款高可靠性车规级32位MCU，基于ARM Cortex-M3内核，拥有256KB FIash，64KBRAM,2路CAN，LQFP64和LQFP80两种封装。可靠性高，具备出色的EMC/ESD能力，主要应用于汽车电子和高可靠工业领域。
 
AC7840X是一款符合功能安全ASIL-B支持AUTOSAR车规级MCU，基于ARM Cortex-M4P内核，于2022年上市，产品符合AEO-Q100 Grade1，功能安全符合ISO 26262 ASIL-B，信息安全符合SHE标准，支持安全启动。软件生态支持AUTOSAR MCAL4.4，可提供MCAL及配置工具，产原拥有双Bank Flah用于存储程序，支持OTA，AC7840x可广泛应用于汽车车身、座舱、车灯、新能源以及电机控制等应用领域。
 
此外，徐贤玉透露，杰发科技还有一款正在研发中的产品AC7870x，这是一款符合功能安全ASIL-D多核高主频车规级MCU，也是杰发科技首款基于Cortex-R52内核的多核高算力功能安全MCU，支持锁步核，功能安全等级可支持到ASIL-D。内置HSM模块，可满足国内、国际高等级信息安全需求标准。软件生态部分，可适配主流AUTOSAR，并提供符合功能安全的MCAL。同时AC7870x也拥有大尺寸Flash存储和丰富的外设接口资源，适用于功能安全高等级及新电子电气架构下的域控、区域控制等应用场景。
 
元能芯：打造智能功率系统云平台MetaOne
 
本次会议，元能芯科技总经理黄致恺带来了《元能芯打造智能功率系统云平台MetaOne》的主题演讲。元能芯成立于2023年，致力于打造融合芯片、算法、方案、云技术为一体的智能功率系统平台，为生态伙伴提供完整的解决方案和芯片产品，可应用于消费电子、工业电子、新能源、汽车电子等领域。
 

元能芯科技总经理 黄致恺

 
据黄致恺介绍，元能芯产品包括：为电机而生的专用过片Motor MCU---MYg系列；结构优化的高集成产品Predriver MCU---MYd系列；颠覆设计的全集成产品AIl in One---MYi系列；高集成IPM模块---MYp系列。应用市场方面，包括风机（服务器、冷链、空调、家用、散热）；电动工具（园林、螺丝刀、扳手、角磨、电槌、链锯）；电动出行（两轮、三轮、平衡车、滑板车、热管理系统）；大小家电（烤箱、微波炉、破壁机、冰箱、洗衣机、空调）；储能（光伏、电池、风能）；机器人（伺服电机）等。
 
元能芯AIl in One产品的优势在于，集成度相当高，电路设计可以非常精简。黄致恺详细介绍了MYi0003V0405系列，该系列产品采用TSSOP25封装，供电范围7V-36V，内置500ns死区时间，内置5V/150ma和3.3V/1300ma的LDO，集成PN架构三相无刷栅极驱动器和MOSFET阵等，可用于工业风机、吊扇、空气净化器、箭按摩仪、机器人手臂、低压伺服。
 
此外，Meta One Algorithm在电机算法原理与优势方面：可以直接闭环启动；可灵活配置加速速率；可以堵转重启，不失速；可支持顺逆风启动；长时间堵转不丢失转子位置信息；支持转短模型下限功率和转速；支持转速模式下限功率；支持功率模式下限转速；HALL位置环控制模式；有感和无感混合算法控制模式等。
 
值得关注的是，元能芯Meta Algorithm带来了新的技术创新，比如无电解电容技术，其优点在于：降低BOM成本、减少因电容损坏造成的不良、提高寿命、降低EMC电感零件。在会议现场，黄致恺也展示了基于元能芯创新产品的诸多解决方案，包括空调室内机风机、空气净化器风机、高速吹风机、电动二轮车/滑板车等。
 
 
电子发烧友网：2023电机控制与驱动技术市场分析

电子发烧友网的技术编辑李宁远以《2023电机控制与驱动技术市场分析》为主题分析了从电机的发展和市场规模状况，到主要的电机应用市场，到国内电机上市公司的情况，到电机驱控和相关器件的市场格局，最后对于电机先进控制发展做了总结。

电子发烧友网技术编辑 李宁远

据Grand view Research统计，2020年全球电机市场的规模为1427亿美元，2021年为1505亿美元，预计未来几年将会以6.4%左右的年复合增长率增长，到2028年将会达到2325亿美元。2022年中国电机市场规模约为368亿美元，预计2023年全年将达到400亿美元。
此后，随着功率半导体技术，控制芯片与控制技术以及高性能稀土永磁材料的不断发展，高效电机越来越重要。与日俱增的高标准性能要求下，BLDC市场逐步扩大。

2022年全球无刷直流电机市场规模为188.254亿美元，2023年预计市场规模为198.638亿美元，并以年复合增长率6.5%增长到2030年的308.624亿美元。亚太地区份额占据全球约50%的份额。

在应用市场方面，最大的是汽车电机市场。具体来看，车上的电机主要分布在闭合系统、动力传动系统、发动机、智能座舱、转向与底盘、热管理，及视觉等领域。闭合系统包括电动车窗驱动电机、电动天窗驱动电机等等；动力传动系统包括自动手动变速器用高转矩电机、双离合变速器液压泵用电机等等；转向与底盘包括方向盘管柱调节电机、电子驻车制动电机、制动助力电机、电动助力转向（EPS）电机、汽车电子稳定控制系统（ESC）电机、防抱伤制动系统（ABS）电机这些。还有发动机应用、热管理和传感器方面的电机，数量非常多。未来汽车中，随着汽车电气化和智能化的发展，汽车上用到的电机数量还会增加。

国内有不少知名电机厂商，如汇川技术、兆威机电、八方股份、科博达、盈趣科技、和而泰、拓邦股份、富佳股份、德昌、和康新能、微光股份、英博尔、雷赛智能、江苏雷利、信捷电气、英威腾、科力尔、振邦智能、伟创电气、禾川科技、瑞德智能等。

在电机控制以及驱动IC的市场，根据QYR机构数据，2022年全球电机驱动IC全年总销售额达46.8亿美元，同比增速超过4.79%，预计全球电机驱动芯片市场规模将在2025年达到55亿美元左右，2029年达到66亿美元左右。

2022年中国电机驱动IC销量达到71.46亿颗，市场规模为11.32亿美元，高能效电机新兴应用领域的高速发展，成为电机驱动IC市场增长的重要驱动力。预计2029年将达到17.6亿美元。

目前全球主要厂商包括TI，ST，安森美，英飞凌，ROHM，Allegro，东芝，松下，NXP，ADI等，2022年全球前十大厂商份额占比约62.94%，预计未来几年行业竞争将更加激烈，尤其在中国市场。

除此之外，还有瑞萨、MicroChip、Qorvo、MPS、兆易创新、凌鸥创芯（晶丰明源）、比亚迪半导体、峰岹、富满微、数明半导体、圣邦微、澎湃微、芯朋微、必易微、灵动微、拓尔微、艾为、思瑞浦、纳芯微、智芯、士兰微、芯派科技、旋智科技等等。

电机控制IC据TechInsights统计，2022年全球MCU市场规模为209亿美元，尽管今年半导体行业整体不乐观，但MCU市场仍有望小幅增长至226亿美元。另据Omdia数据国内市场工业控制市场占17.3%，汽车电子市场占36.3%，两者总合占了53.6%。

国内MCU企业发展十分迅速，提供MCU产品的国内上市企业有23家之多，如华润微、兆易创新、复旦微、士兰微、瑞芯微、四维图新、国芯、贝岭、中颖电子、中微半导、国民技术、乐鑫、东软载波、芯海、恒烁股份、峰岹、博通集成、炬泉科技、普冉、晶丰明源等，还有灵动、凌鸥创芯、小华半导体、芯旺微、先楫、沁恒微、极海、雅特力、爱普特、元能芯、领芯微、BYD半导、辉芒微等发展不错的MCU企业。

由于消费电子市场表现低迷，工业和汽车市场也不及预期，造成了今年上半年国内MCU企业库存大量积压，市场的需求疲软之下，MCU企业为了保证自己的市场份额，导致了产品售价和毛利率的下滑。经销商和渠道商也跟着承受了很大的压力。市场疲软降价去库存、寻找新的应用和爆品，是全年2023年的电机驱动芯片的市场缩影。消费级的电机应用把价格压缩到极致，工业和汽车应用的电机市场成为国产MCU厂商向上突破的关键年份，PCBA与一站式交方案的玩法，逐渐进入到这两个领域。如何跟方案公司一起找到新市场，也是电机芯片厂商的当务之急。另外就是芯片出海也已经成为行业共识！

总的来看，电机控制方案集成度再进一步提高，同时今年下半年下游市场开始回暖，市场值得期待，驱控芯片竞争也会更加激烈。
 
大会的最后，电子发烧友网还策划了一场极具行业前瞻性的“借应用增长东风，中国电机控制技术如何共同提升？”圆桌论坛。电子发烧友网总经理张迎辉作为圆桌论坛的主持人，与瑞萨市场开发部专家杜灏、元能芯科技总经理黄致恺、兆威机电控制BU总负责人陈毅东、兆易创新产品市场资深经理陈奇、中科院深圳先进技术研究院副研究院孙天夫共同讨论了如何认识国产电机控制芯片供应商在全球的地位？中国电机控制芯片硬件技术是否走到了国际前列？以及不同内核选择、算法与应用场景结合升级方案等诸多热点话题。