電機控制的技術市場動向

　　芯片的集成化
　　對于半導體芯片廠商，驅動設計的發展趨勢是集成。如圖4所示，左圖是第一階段，整個系統方塊可用一顆DSP或者MCU做主芯片，這時候FPGA扮演I/O擴展的角色。第一代的特點是單軸控制，不是實時的以太網，效能不高。

　　中圖顯示的是目前流行的第二代伺服驅動控制系統，FPGA還可實現工業以太網，但把左圖的現場總線ASIC的低速部分淘汰了，提升了系統的性能和效能。但是主要的算法還是在DSP和MCU上。在此，Altera的FPGA方案是Cyclone IV器件。

　　未來的趨勢是多軸控制，一條生產線一定是帶多個電機的。多個電機方案可使成本降低。所以右圖中，FPGA把算法、工業以太網等集成在一顆FPGA內部了，功能安全也被集成進來。換句話說，在不久的將來，用單顆FPGA就可以做伺服驅動控制。Altera的方案是集成了ARM雙核Cortex-A9的下一代的Cyclone V器件。

　　Altera的方案比較傾向在交流永磁電機，尤其是三相交流或者是感應電機。這些電機需要精確的運算、控制。而一般像抽水馬達等不需要很高精度、高效能，通常一個簡單、便宜的MCU就可以實現。

　　Altera提供平臺和參考設計，客戶根據終端客戶的需求，開發不同的算法。

　　在中國，八成左右的客戶使用FPGA，但是目前使用FPGA的功能不外乎圖3的左和中類，兩成采用中間方案。

　　電機是百年工藝

　　國內的電機產品有些性能看起來和國外差不多，但總有那么一些差距。因為這種工藝不是幾年之內可以追上的，里面還牽扯到電機的材料、算法等很多核心技術和復雜細節。這不太像消費類電子市場，這種市場是百年工藝，一些海外公司在工業自動化領域已經積累多年。本土企業還需要潛心研究。

　　飛思卡爾發布兩款汽車HVAC方案
　　在汽車領域，不久前發布兩款汽車供暖、通風與空調(HVAC)參考控制解決方案，旨在提供完整的、生產就緒型硬件和軟件解決方案。這兩個參考解決方案提供一個低功率、低成本、多功能和多擴展平臺，并可以根據用戶在12V或24V汽車HVAC系統中的具體需求進行定制。此兩款參考解決方案集成了飛思卡爾S12G和S12HY 16位微控制器(MCU)，以及具有關鍵電機控制算法的MC33905、MC33932和MC33937模擬器件。基于S12G的解決方案可驅動常用的HVAC系統中的所有電機類型，例如無刷直流、DC及步進電機。

　　TI
　　TI提供完整的電機系統解決方案，支持模擬與嵌入式處理功能，包括ADC、電流感應放大器、高電壓隔離與電源等。模擬集成型DRV8x電機驅動器不但可縮短客戶產品上市時間，簡化設計，還可提供全面的保護功能。除了模擬電機驅動芯片之外，還有TI高性能、超低功耗MCU：C2000、MSP430、Stellaris ARM Cortex M3 MCU等。再有，為電動工具、玩具等提供了集成算法的單芯片方案，可應用于散熱風扇和家用電器。同時，TI還提供綜合而全面的支持與工具。

　　ST
　　據意法半導體中國區MCU市場部高級市場工程師盧永海介紹，意法半導體(ST)的32位STM32微控制器(MCU)以先進架構為特色，整合電機控制定時器、片上運放、片上比較器等電機所需的功能，從低價型到多功能整合，從高性能到高存儲容量型，并且可以做到外設軟件相互兼容。

　　新增的電機控制功能被優化到STM32電機控制函數庫3.2版內，將有助于加快產品上市時間，降低材料成本，優化電機選型，沖破速度運行限制。

　　ADI
　　據ADI公司技術業務經理張松剛介紹，ADI提供了門類齊全的產品組合，其中包括了模數/數模轉換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler數字隔離器和電源管理器件;這些高性能的器件和增加系統集成度有助于實現更新型的拓撲結構設計，提供優于普通客戶高附加值。伺服驅動系統的性能同用戶最終所構建的運動控制系統的性能和所能提供的精度密切相關，多數情況下，最終的用途可以是一個高精度數控機床系統、運動控制系統或機器人系統，這些系統要求能夠精確控制位置及電機的扭矩。ADI能夠提供涵蓋信號鏈中所有重要器件的完整解決方案。

　　工業系統設計要求是低功耗、高效率，ADI提供單個的器件以及完整的產品信號鏈可以加快系統設計;在信號鏈中，ADI所提供的反饋和檢測、隔離、電源管理、接口、嵌入式處理和通信產品，性能和質量很高。

　　英飛凌
　　從高性能微控制器、高可靠性磁傳感器、低損耗IGBT、MOSFET驅動到供電、PFC IC，英飛凌能為綠色電機系統提供完整的解決方案。

　　對于包括電動機在內的許多應用，快速處理大量的外部信號顯得尤為重要，即有高實時性。擁有中斷響應的低延遲時間和快速上下文切換，XMC4500系列就是專門為這些應用而優化的。特別是在多電機應用中，簡單、快速、高效的實現方式等優點很重要。含有16個用于信號發生器的計時器的高效捕獲/比較單元(CCU8)能使得高效設計成為可能，不論需要驅動的電機類型和控制算法如何。

　　英飛凌還提供不同種類的霍爾傳感器、霍爾開關、線性霍爾元件、角霍爾元件。霍爾傳感器最高能工作在170℃的環境下，可以直接安裝在電機外殼內。

　　Microchip
　　電機控制設計中心提供了Microchip所有的電機控制開發工具、應用筆記、軟件和產品。對于需要模擬電機控制的系統，Microchip提供了幾款電機控制器芯片，他們同時具備梯形和正弦電機驅動，并為簡單的BLDC控制提供解決方案。8位PIC MCU能夠支持電機控制器，它們可在提供系統級監控的同時，使用基本控制算法控制BLDC電機。dsPIC數字信號控制器(DSC)憑借所具備的DSP處理能力，能夠滿足高級電機控制系統的需要，同時操作起來如同MCU那樣簡單。Microchip還提供了相關的模擬產品，包括運放、FET驅動器和穩壓器等。

　　Fairchild
　　Fairchild(飛兆半導體)高效率高可靠性SPM 5 V2系列模塊在微型29mmx12mm封裝中集成了6個MOSFET，3個半橋IC、3個自舉二極管，額定電壓分別為250V和500V。這種封裝包含“綠色”環氧模塑料(EMC)，其目標應用包括功率高達150W的風扇和泵。為了滿足客戶的需求，飛兆半導體提供各種封裝引線選擇。此外，飛兆半導體正在推出SiC器件和超級結MOSFET產品，幫助工程師不斷設計更高效的產品。

　　富士通半導體
　　綠色節能產品方案主要是以FM3 MCU驅動的變頻控制方案，涵蓋了洗衣機，空調，風機和冰箱的變頻控制。特性體現在如下幾個方面：1.估算位置的算法，富士通采用優化的滑模算法配合PLL位置估算方法，估算精度高達0.5%;2.方案支持單電阻采樣和雙電阻采樣，可以根據客戶要求采用靈和的分流電阻采樣;3.可支持單芯片方案和雙芯片方案;4.載頻可變功能的實現，有助于改善系統噪音;6.完備的電機軟硬件保護功能。

　　賽靈思
　　高級算法如高效、高性能的磁場定向控制(FOC)等，常常需要傳統MCU所達不到的高速運算和平行處理性能。相較于傳統處理器件，賽靈思的FPGA恰好有這一系列的優勢。

　　在賽靈思聯盟成員QDESYS的支持下，賽靈思開發出了一系列獨立IP模塊(如PI控制器，Park/Clark變換等)來幫助用戶用Spartan-6/Kintex-7 FPGA和Zynq-7000建立FOC。賽靈思還提供一些使用這些IP模塊的，針對永磁同步電機(PMSM)和步進電機的已認證參考設計以供評估。

　　參考文獻：
　　[1]3個特種設備安全技術規范將于7月1日起施行[EB/OL.中國質量網,(2012-5-7).http://www.chinatt315.org.cn/news/2012-5/7/25652.aspx