目前，在“双碳”政策和智能化发展趋势下，传统的电机行业正朝着智能电机方向转型。不论是上游的器件供应商，还是下游的电机整机厂商，都在想方设法为客户提供更优的解决方案，以满足终端市场的应用需求。第19届(杭州)电机驱动与控制技术研讨会汇聚了来自灵动股份、PI、国民技术、卧龙电气、宝时得、江南电机、博世等电机行业上下游的专业人士，期间就电机行业在驱动与控制中的创新应用、对32位MCU应用需求和节能减排等话题进行了深度探讨。
电机驱动与控制的创新应用
电机驱动与控制犹如电机技术发展的两驾马车。作为方案提供商，灵动股份其实一直在电机驱动和控制系列产品上花了很多精力，不断进行创新和应用迭代。目前灵动股份不仅提供算法的平台化解决方案，节省工程师学习时间，同时提高整个芯片的系统集成度，而且一直迭代不同控制方案上的算法。
其实不同的电机应用，都会有对应的项目难点。客户对于电机驱动芯片的高温、高湿、腐蚀、震动和可靠性上有很高的要求。如何做到更高的可靠性，更高的效率，更高的算力，并且实现更高的性价比，成为主要的产品问题。虽然有些要求相互之间矛盾，但灵动股份其实已经有了一些对应的办法。据了解，灵动股份的产品一直在迭代，他们用最新的工艺去使得产品的性价比做得更高，然后用最优的工艺设计和实验把产品质量可靠性问题解决，并取得良好效果。
PI应用工程师吴树禄介绍，PI提供了半桥的电机驱动解决方案，可以节省生产工艺，并且在内部做了各种保护机制，可以减少从产品设计开发到上市时间。尤其对于出口来说，PI通过了在北美市场上家电都需要的认证要求。相对来说，PI的器件效率会非常高，DEMO板几乎都做到99.2%以上，可以大大节省能源。
吴树禄认为，从MCU控制角度来说，如果精度控制得越好，MCU的速度性能会进一步提升。基本上对于单相的电机控制，PI在节省成本，同时会去掉一些必要的硬件。如果能通过优化算法来解决，就可以大大减少PCB的成本和面积，提高生产工艺。
对于下游的电机整机厂商来说，以前电机使用铜和铁等材料，比较容易形成同质化竞争，企业的核心竞争力不强。产品数字化变革之后，电机变得更加智能，公司主要通过电机加控制、加模块的系统解决方案或者让电机带控制或模组，以成套的解决方案给到客户，以提高产品的竞争力，改善公司盈利能力。
从控制角度来讲，目前很多国产MCU对标瑞萨、ST等等进口MCU，国内成熟的软件也有，但是很多国产方案的启动可靠性、软件的兼容性等方面在苛刻的特殊环境下使用还是会有一些问题。控制产品的不良率、可靠性等方面，国内只能是通过增加它的余量来使用。
卧龙电气电控产品线所长胡锋表示：“从性能上来讲，我觉得应该倒是没有什么问题，但是响应方面可能不是它本身有问题，但是客户需求在提升，要求反应速度很快。MCU的底层算法存在的差距，我觉得可能还是要改。”
32位MCU在电机控制中的应用与需求
相比于8位MCU和16位MCU，32位MCU的运算能力更强，能满足高速处理的需求，多用于解决复杂场景的问题，目前已广泛应用于智能家电、智能家居以及智能电机等领域。
电机行业在智能化转型过程中，对32位MCU的需求也越来越多。据透露，卧龙电气目前在电机上基本都是使用32位MCU，使用量可达百万级。
苏泊尔厨卫工程师张中良就说道：“我进入电机行业后，在2016年已经经历过8位MCU和16位MCU的过程。现在32位MCU的领域，我认为已经有非常大的优势。因为这几年它的成本开始降下来，同时它的外设资源和内部可控的方法对于工程师来讲，已经越来越简单。”
据张中良介绍，目前变频技术对MCU的计算软件外设要求比较高，8位MCU和16位MCU已无法满足一些特殊的应用场景。MCU控制方面，公司产品使用32位MCU基本上也占据了百分之六七十。尤其是物联网的产品，8位MCU根本就没办法去满足应用需求。他认为，未来8位MCU和16位MCU应该会被32位MCU全面取代。
目前电动工具对尺寸的要求比较高，功率密度越做越大，因此电动工具对于电机控制主要是集成化的要求，一般32位MCU的ARM M0内核性能也基本够用，但是也不排除今后使用FOC控制方案。
对芯片而言，宝时得科技湛康认为，单片机集成化程度要高，需要集成运放比较器，预驱，甚至是IDO，可以大大减小线路板面积。因为工具小型化后，安装空间比较紧凑，需要PCB尺寸尽量小。
江南电机工程师王金海也表示：“随着电机控制发展越来越成熟化，我们作为电机的生产厂商，希望32位MCU以后能够做得更集成化，把更多保护功能、控制算法更贴合实际的应用场合。这是我们作为电机生产厂商的一个需求点。”
随着国内电机的市场发展对32位MCU的需求越来越大，国产芯片也在一步步提高。博世电动工具张跃栋认为，电动工具可能对32位MCU的性能方面要求没有那么高，但是现在国产化程度越来越高，国产MCU在价格方面的优势对整个行业的影响还是蛮大的。因为大家都是考虑到在稳定的情况下，想要价格相对更划算一点。
根据下游客户的应用需求，灵动股份电机事业部负责人胡力兴认为，其实电机对MCU更多的是可靠性，包括在特殊环境的抗干扰性要求；其次是算力要求，集成要求以及电机MCU在保证可靠性下的性价比要求。相对而言，MCU集成度越高，整体系统的可靠性也越高，这是一个相辅相成的过程。灵动股份作为32位MCU产品供应商，在以上的应用需求都取得了改进与突破。
电机促进绿色低碳的措施与办法
在节能减排政策下，目前电机行业正处于智能化转型，提升电机效能对实现绿色低碳的帮助非常大。据统计，国内商业用大约电占全国用电80%，电机用电占整个商业用电的70%。到目前为止，BLDC电机占了很大比例的应用市场。
结合电机行业的特点，不论是传统的异步电机，还是感应电机，整机厂对电机的效率、噪声等方面都提出了更高的要求，正好契合用芯片控制转为BLDC电机，或者其他的高效能电机的大趋势。传统的电机行业能够在节能减排方面做出突出贡献，对行业的发展肯定会有积极的带动作用。
江南电机目前将现有工艺优化，进行小范围改造。比如通过优化设计来减少电器的用量，也相当于减少材料用量，也减少了铜和钢铁的损耗，达到节能减排效果。江南电机王金海表示：“如果后期要更大程度来优化，我们肯定还是要朝着高度智能化、集成化方向发展。”
卧龙电气每年都会做商业计划，每三年做中长期的产品规划。进一步了解，卧龙电气实际上非常专注研究对国家政策和客户需求。例如解读节能减排政策下，公司利用永磁电机、变频等技术来进行电机或者系统效率的提升，同时以客户为中心，进行需求的剖析挖掘，并且控制电机在生产过程中的排量，以实现低碳化目标。
另外关于电机实现绿色低碳的途径或措施，博世电动工具张跃栋也提出了自己的看法。一方面，降低器件的待机功耗，当设备待机不用时，功耗要做到低，也可以实现低碳高效。另一方面，虽然电动工具功率相对较小，但是也有很多能量不是用在电机上面。控制方面更加优化，能更有效地将能量有效利用在电机上面，减少更多的损耗。
随着算力价格慢慢变便宜，MOS相对于继电器的成本下降，BLDC电机开始越来越广地铺开。相对于有刷直流电机，BLDC电机本身会有更高的效率。
FOC控制算法相对于纯粹的方波控制而言，它会有更高的效率，因为电机自身无功率损耗导致发热也会更低。据介绍，灵动股份现在走的路就是BLDC电机控制，目的也是为国家的双碳减排政策做一些贡献。对于正弦的FOC控制，灵动股份也在不停改进算法，增加效率，以更好地达到低碳高效性能。 |
