【哔哥哔特导读】集成降本?优化算法?BLDC电机控制器更新迭代居然还有新花样......本栏目就邀请整机企业与半导体企业资深行业人士展开对话,一窥BLDC电机控制器的魅力所在,探讨BLDC电机技术创新、算法优化及产业链协同的奥秘。
相比于传统的电机,BLDC电机具有不可比拟的优势。在智能化、工业自动化的今天,BLDC电机控制器在白电、新能源汽车、工业/人形机器人等领域存在广泛的应用前景和市场基础。
当前,技术创新仍然是BLDC电机控制器持续领跑的关键。随市场需求的增长,集成化设计、高性能芯片等先进的技术不断融入其中,不仅提升了产品性能,更降低了成本。同时,软件与硬件的协同优化,让电机控制算法更高效精准。
BLDC电机控制器的长足发展离不开产业链上下游的紧密合作。整机企业和半导体企业只有携手并进,一同面对技术挑战,才能开拓市场新机遇。本栏目就邀请整机企业与半导体企业资深行业人士展开对话,一窥BLDC电机控制器的魅力所在,探讨BLDC电机技术创新、算法优化及产业链协同的奥秘。
对线、BLDC电机驱动控制器的应用特点和市场情况如何?贵公司主要提供哪些业务?
浙江英能电子科技有限公司,是专门干电机驱动集成电路芯片研发、设计、销售的高新技术企业。我司在BLDC电机驱动控制器市场上主要有两类产品:一类是以ZH6338/ZH6318为代表的全集成的SMART ASIC。其中ZH6338是一款6V~40V工作电压,最大相电流1.75A,高集成度的三相FOC驱动芯片。它集成了FOC的控制算法、驱动、检测信号处理以及三个功率半桥。系统通过SPD引脚调速,DIR引脚调节方向,FG反馈速度,以及包括限流、过温、过压、欠压、短路、开路和堵转等完善的保护功能。ZH6338该款产品已成功应用于排风扇、小水泵等行业。由于其区别于单片机的简单的外围电路,较大的驱动电流受到了广大新老客户的欢迎。
另一类是专门为电机驱动设计的ZH521X系列MCU,ZH521X单片机主要包含(ZH5210,ZH5212集成PN驱动,ZH5213集成NN驱动)3种型号。它集成32k字节代码存储器FLASH,4k字节SRAM。集成3个高级定时器,带死区的PWM模块,4个模拟比较器,3个运算放大器,1个12位精度ADC,很适合应用于风扇、水泵、压缩机、电动工具等电机控制领域。ZH521X已大范围的应用于落地扇、水泵、厨房用具等各种直流无刷驱动器的领域当中,其稳定可靠的性能,配合英能自研的无传感FOC算法受到了大批用户的欢迎。
2、电机驱动芯片的集成化创新架构在来来将会成为主流。结合具体实例谈谈在某一应用当中的典型解决方案?
ZH6429是一款工作电压范围4.5V~30V,工作电流600mA。它集成了脉冲计数器,步进电机的路径和速度规划算法、正余弦波发生器、SPWM发生器以及短路保护和过温保护等功能。ZH6429能轻松实现256细分的正弦步进电机电流,在不同转速下,尤其是高速下,保证静音运行。这解决了小型步进电机行业的一大痛点。
元能芯重新定义与诠释了电机驱动芯片All-in-One,里面整合了MCU、Gate Driver、MOSFET与LDO,透过更先进的封装技术将高效率的芯片全部集成起来,使得整体驱动板更简洁更轻小,不只是整体BOM的成本获得改善,还大幅度的提高了PCBA的制作良率。元能芯All-in-One的第一代产品,40V耐压,目前在工业风机EC Fan的设计上,改良了早期的复杂零件与设计,将PCB面积缩小了30%,并且从双面板改成了单面板,获得欧洲电机大厂的认可。
3、电机主流控制算法主要有方波控制、SVPWM、FOC等。在实现方面,怎么样看待软件和硬件层面的差异和优劣?未来哪一种实现方式更有前景?
未来无感FOC更为主流,因此笙泉科技开发FOC智慧型调机系统,是一套高级演算法,仅需简单设定马达规格及硬体配置,即能「智慧且适应型」的运算与调适参数,以达到马达驱动性能最佳化。
在微控制器(MCU)还在8位机时代,由于控制器算力不足,硬件控制算法能够迅速解决,并且透过调整外围器件方式作参数的调整。随着半导体工艺的进步,MCU的性能越来越强大,并能将部分电机计算模块设计到芯片内部,解决了算力的问题,并且透过软件方式,可以非常有弹性的设计不同电机驱动,并且支持更多少量多样化的BLDC电机应用需求。
不同应用场景下的BLDC电机控制具有不一样的特点,软件层面主要依赖MCU和DSP来实现高灵活性、简易调试与更新,以应对要一直改进和升级功能的应用场景;而硬件层面,则通过ASIC和FPGA提供更高处理速度和实时响应,来满足对稳定性与可靠性有更高需求的应用场景,且在特定场景算法固化后更加有助于用户缩短开发周期、减少相关成本。在真实的情况中,为达到更好的性能和使用体验,BLDC电机控制器往往都是软硬件相结合使用。
许多安全保护和功能安全检查的实现是需要硬件上的支持。随着半导体工艺的逐步提升,算力价格的下降,基于算力不足而对算法硬件化的意义越来越小。基于纯软件的算法模块会有更高的灵活度和广泛的适配性。灵动立足ARM的生态平台,同时优化BLDC电机控制相关IP模块,方便客户快速的迭代算法,移植方案。
4、作为产业链下游的整机企业,对上游的半导体企业有哪些建议或期望?希望在合作中尽量满足哪些需求,可以使双方能够一同推动BLDC电机控制器市场发展?
国产半导体品牌在市场上逐渐形成了一梯队和二梯队的品牌格局,但在某些性能指标上仍存在差距。尽管一些国产BLDC电机产品声称具备某些参数,但实测中可能发现其性能并不如预期。在常规任务中,这些差异可能不明显,但在恶劣或极端条件下使用时,问题便会显现。这方面可能不太完善,不太满足我们的需求。毕竟国产与国外顶级巨头的BLDC电机产品还是有区别的。
5、在产业链上下游之间,如何与下游整机企业组织合作?怎么样看待整机工程师提到的半导体器件ADC精度不足和为降低生产所带来的成本而减少核心性能参数等问题?
根据计算机显示终端反应,过去在调机时,常面临不知道怎么来筛选高达数十组以上的马达规格(参数),导致「调机」变成相当耗时的任务,以致没办法掌控电机开发时程及可靠性。由于马达需要调整,笙泉科技因而开发了一套智能调整系统,方便客户调整马达功能,现在透过此套FOC智慧型调机系统,演算法内建的韧体资料库(Lib),收敛到只需输入简单9组参数(包括线性阻值、电感值、PWM频率、马达极数、转速等),即可轻松快速地完成调机,大幅减低了马达电机的开发困难度。
我们在与客户的合作中,都会充分测试半导体器件及方案,按照每个客户产品实际应用场景,选择符合ADC精度和性能参数需求的产品,任何经由极海技术服务团队提出的、可帮助客户优化成本、降低功耗的方案,都建立在确保客户产品竞争力不受影响、达成共识的前提,不存在半导体器件参数不满足设计需求的情况。如果半导体行业内出现在提问中所述情况,那也应该只是个别厂商虚标参数所导致的个案,不是行业都会存在的问题。
6、怎么样看待BLDC电机驱动控制器的应用趋势和市场空间?有哪些新的市场规划和发展策略?
BLDC电机驱动控制器行业预计在未来20年内仍将保持热门,但随技术门槛降低,参与者增多,行业竞争将加剧,可能影响行业份额、个人待遇和公司利润。要想走得更好,企业要不断创新和向高端化发展,同时兼顾成本和可靠性。个人则要掌握更多核心技术。在技术应用上,BLDC电机在新能源和机器人等领域的应用前景广阔,尤其在中国能源转型和新能源发展的背景下,BLDC电机市场需求将持续增长。整体而言,BLDC电机行业竞争也将更加激烈。
全球绿能大政策ESG,其中BLDC电机能带来的直接节能是非常可观的,BLDC电机比传统电机效率高上许多,但没有好的电机控制器多年来一直是电机厂或系统厂的痛,元能芯提供了All-in-One搭配应用等级的完整算法与方案,从风机的市场开始,帮助更多客户能快速的设计落地,以及更高集成的设计,使得整体竞争力更有优势。
图6 All-in-One第一款产品MYi0002V0405 图7 高压EC Fan驱动板设计
对标国外厂商的主控芯片,提升演算法的计算能力,减少相关成本以提升产品上的性价比,这是笙泉科技BLDC电机产品一直以来致力的目标。FOC控制是未来新市场的趋势,已开发FOC智慧型调机系统,几组参数便可轻松调机,提供客户快速开发与导入产品,再加上本身晶片致力于硬体演算法开发,对标高能效运算,让BLDC电机产品在国内外更具竞争优势。
在当前乃至未来,BLDC电机控制器应用领域继续扩展,其市场潜力都是非常巨大的。伴随产品精细化、智能化的程度慢慢的升高,市场对BLDC电机驱动芯片的性能要求也慢慢变得高,更多集成预驱、LDO、运放、DC/DC和MOSFET等。在小型化、集成化的趋势下,芯片的功能和性能越来越齐全,减少相关成本的同时,提高了BLDC电机产品本身的高效能、低噪音等性能。百花齐放的市场之间的竞争中,各家在BLDC电机控制算法上的差异性和独特性方案,不断按照每个客户需求进行调整,优化自身的BLDC电机产品和生态。上下游产业链间只有不断协同,抓住市场机遇,共同推进技术创新,BLDC电机控制器将会在更多领域展现出其独特魅力!
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